第11章脉冲数字电路

1脉冲数字电路的基本概念
十进制数化成二进制数:可以采用除2取余数，即将十进制数 连续用2除，直至商为0。每次的余数即为二进制数码，且最初得 到的余数为最低位有效数，最后得到的为最高位有效数。
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11. 2晶体管的开关特性
11. 2. 1二极管的开关特性
二极管在正向电压作用下导通，在反向电压作用下截止，这 相当于开关的闭合和断开。可见，二极管具有开关特性。 尽管二极管具有开关特性，但它并不是理想的开关。理想开 关要求在闭合时，电阻为零，开关两端的电压降也为零;开关在断 开时，电阻为无穷大，开关两端的电压等于电源电压。而二极管 在正向导通时，有正向电压降存在(硅管约为0. 7 V，锗管约为0. 3 V );且二极管在反向截止时，反向电阻虽然很大，但并不是无穷大， 仍能通过一个很小的反向饱和电流。所以二极管开关只能近似于 理想开关。但较之机械开关，二极管开关具有动作时间短、使用 频率高、无触点等优点。因此，在数字电路中，经常用二极管作 开关器件。
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11. 1脉冲数字电路的基本概念
4.脉冲宽度tw 脉冲宽度指脉冲信号所持续的时间，即脉冲信号从脉冲前沿0. 5 Um 处到脉冲后沿0. 5 Um处所用的时间。 5.脉冲间隔tg 从上一个脉冲后沿0. 5 Um处到下一个脉冲前沿0. 5 Um处所用 的时间。脉冲间隔也称为脉冲休止期。
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11. 3基本逻辑电路
11. 3. 1“与”门电路(AND电路)
当决定某一事件的条件全部具备时，该事件才能发生。这种 因果关系称为“与”逻辑关系能够实现“与”逻辑关系的电路称 为“与”门电路。 具有“与”逻辑关系的照明电路如图11 -9所示，开关A与B串 联。当开关A与B同时接通时(条件)，灯泡F发亮(结果);只要有一个 开关不接通，灯泡就不会发亮。 利用二极管的钳位作用，可以构成“与”门电路，如图11一 10所示。它有2个输入端(也可以有多个)。
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11. 3基本逻辑电路
三极管“非”门电路只有一个输入端A。当输入端为高电平 时，三极管饱和导通，输出端为低电平;当输入端为低电平时，三 极管截止，输出端为高电平，其电位等于电源电压鱿不因三极管 截止时没有电流，负载电阻尺上没有电压降)。因此，三极管输入 信号与输出信号之间的逻辑关系满足“非”逻辑关系。由于“非” 门电路的输出信号与输入信号相反，因此，“非”门电路又称为 反向器 “非”门电路的真值表如表11 -3所示 “非”逻辑关系的表达式为:
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11. 1脉冲数字电路的基本概念
1.脉冲幅度甄Um (Im) 脉冲幅度指脉冲信号由静态值到峰值之间的变化量，通常表 示脉冲信号的电压或电流的最大值。若峰值大于静态值，为正脉 冲;若峰值小于静态值，为负脉冲。 2.脉冲上升时间tr 脉冲上升时间又叫脉冲前沿，指脉冲信号从0. 1 Um,上升到0. 9 Um所用的时间 3.脉冲下降时间tf 脉冲下降时间又叫脉冲后沿，指脉冲信号从0. 9 Um,下降到0. 1 Um所用的时间
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11. 2晶体管的开关特性
11.2.3三极管的开关特性
三极管具有饱和、放大、截止三种工作状态。当三极管在饱 和和截止状态下交替工作时，三极管只具有开关作用。 1.截止状态 三极管的截止状态是指基极加0V输入电压时的工作状态。当 发射极电压Ube<0.5V时，Ib和Ic都近似为零，三极管处于截止状态， 相当于开关断开，如图11一6所示。 2.饱和状态 当三极管的发射结和集电结均处于正向偏置时，三极管处于 饱和状态。三极管饱和后，再增大Ib ，集电极电流Ic也不再增大。 这相当于开关闭合，如图11一7所示
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11. 1脉冲数字电路的基本概念
6.脉冲周期T 脉冲周期指两个相邻的同向脉冲信号上的对应点之间的间隔 时间T=tw +tw 7.脉冲频率f 脉冲周期的倒数就是脉冲频率，即f= 1/T。脉冲频率的单位是 Hz(赫兹)。 8.空度比Q 空度比指脉冲周期与脉冲宽度的比值，即Q = T/tw。当矩形波 的Q =2时，称为方波 9.脉宽比 脉冲宽度与周期之比称为脉宽比，即tw / T
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11. 4集成逻辑门电路
11. 4. 1 TTL与非门电路
随着集成电路技术的发展，各种门电路已普遍采用集成电路， 且每个集成块包含多个门电路。实际应用中的TTL(晶体管—晶体 管逻辑电路)与门电路就是在与门电路后加上一个非门集成电路。 它是数字电路中最基本的单元电路，利用TTL集成电路可以构成 各种基本门电路 典型的TTL与非门电路如图11一18所示，它由三部分组成 1.输入级 2.中间级 3.输出级
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11. 1脉冲数字电路的基本概念
数字电路的主要研究对象是电路的输入和输出之间的逻辑关 系，所以数字电路也称逻辑电路。根据逻辑功能的不同特点，通 常把数字电路分为“组合逻辑电路”和“时序逻辑电路”两大类。
11. 1. 2脉冲信号的波形及参数
脉冲信号是指存在时间短暂，具有突变性的电信号。图11一 1所示的波形是一些典型的脉冲信号波形。 由图可见，常见的脉冲信号也是随时间作周期性变化的信号。 所以，通常把一切具有突变性、周期性、非正弦波形的电流或电 压信号统称为脉冲信号。 电子电路中的实际波形，并不像图11一1所示那么平直。图 11一2所示是电路的一种矩形波，我们以它为例，介绍脉冲信号的 主要参数的物理意义。
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11. 3基本逻辑电路
11. 3. 3“非”门电路(NOT电路)
结果与条件处于相反状态的逻辑关系称为“非”逻辑关系， 能够实现“非”逻辑关系的电路称为“非”门电路 具有“非”逻辑关系的照明电路如图11一13所示，开关与灯 泡并联。当开关断开时，灯泡发亮;当开关接通时，灯泡不亮。灯 泡亮这一结果与开关断开这个条件相反。 由三极管组成的“非”门电路及符号如图11一14所示
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11. 2晶体管的开关特性
3.三极管的开关特性 如果有目的地控制三极管各电极上的电位，使三极管在截止 和饱和状态下交替工作，三极管就成为一个无触点开关
11.2.4反相器
利用三极管的开关特性，可构成反相器，其电路如图11一8所 示。反向器是一种最基本最重要的脉冲电路，它是组成各种复杂 脉冲电路的基本单元之一，也是数字电路中的“非门”。
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11. 4集成逻辑门电路
多发射极三极管，就是只有一个基极，一个集电极，而有多个 发射极的三极管，其等效电路如图11一19所示
11.4.2三态门电路(TSL门电路)
在数据传送领域中，广泛使用到三态门。三态门又称为三态 输出与非门。三态门是指输出有三种状态的与非门，简称TSL门。 图11 -21所示是一种形式的三态门电路 三态门电路与一般,TTL与非门的不同点是: (1)输入端多了一个“控制端”，也称“使能端”E (2)输出端除了输出1(高电平)和0(低电平)两种状态外，还增加了一个 “高阻态”也称“禁止态”。
第11章脉冲数字电路
11. 1脉冲数字电路的基本概念 11. 2晶体管的开关特性 11. 3基本逻辑电路 11.4集成逻辑门电路 11.5触发器 11.6组合逻辑电路 11.7时序逻辑电路 11.8模拟量和数字量的转换
11. 1脉冲数字电路的基本概念
电路分为数字电路和模拟电路两种。电压或电流信号随时间 变化而连续变化的信号称为模拟信号，用以处理模拟信号的电路 称为模拟电路;电压或电流信号随时间变化而不是连续变化的信号 称为数字信号，用以处理数字信号的电路称为数字电路。 脉冲数字电路，包括脉冲电路和数字电路两部分
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11. 5触发器
11. 5. 3 D触发器
可控RS触发器在使用中存在着输入信号不能同时为1的缺点， 这给使用带来不便。若把可控RS触发器的R端与C门的输出端连接 起来，就能保证R,S两端不同时为1。这样就构成了D触发器，如图 11一26所示 D触发器的真值表和逻辑功能见表11一11和表11一12
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11. 2晶体管的开关特性
11.2.2限幅器和钳位器
1.限幅器 图11一3( a)所示为串联下限幅器电路，设二极管为理想开关， 输入信号为双向尖脉冲，波形见图11一3(b) 图11一4(a)所示为并联下限幅器电路，设二极管为理想开关， 输入信号为双向尖脉冲，波形见图11一4(b) 2.钳位器 最简单的钳位电路如图11一5( a )所示，输入信号为矩形脉冲， 如图11一5( b)所示
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11. 3基本逻辑电路
11. 3. 2“或”门电路(OR电路)
在决定某一事件的各个条件中，只要具备一个条件该事件就 会发生，这种因果关系称为“或”逻辑关系，能够实现“或”逻 辑关系的电路称为“或”门电路。 具有“或”逻辑关系的照明电路如图11一11所示，开关A与B 并联，只要开关A或B中有一个接通，灯泡F就会亮。 利用二极管的钳位作用，可构成“或”门电路。“或”门电 路及符号如图11一12所示。
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11. 5触发器
11. 5. 1基本RS触发器
图11 - 23是由与非门A,B构成的与非型基本RS触发器，它是 由两个与非门交叉藕合构成的(此外还有一类由两个或非门交叉藕 合构成的或非型基本RS触发器)。 基本RS触发器的逻辑符号如图11一24所示 基本RS触发器的真值表和逻辑功能表见表11一7和表11一8
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11. 1脉冲数字电路的基本概念
11. 1. 1脉冲电路和数字电路
脉冲电路，是指用于脉冲波形的产生和整形的电路。数字电路， 是指工作在数字信号下的电子电路，主要指用脉冲信号分别代表 二进制数中的“0”和“1”，实现各种逻辑运算的电路数字信号只 有“n”和“1”两种状态，当数字信号在“0”和“1”两种状态之间 快速变换时，数字电路将输出一系列脉冲波。它在电路中表现为 信号的有与无，或者电平的高与低。从这个意义上讲，数字电路 也是一种脉冲电路，但数字电路是利用脉冲波形进行各种算术运 算和逻辑运算的电路。 通常把脉冲电路和数字电路合在一起，统称为脉冲数字电路
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11. 1脉冲数字电路的基本概念
11. 1. 3二进制数及二一十进制数的相互转换
1.二进制数的概念 十进制数有0,1,2,3,4,5,6,7,8,9十个数码，在十进制数中是“逢 十进一”。二进制数，只有0和1两个数码，计数原则为“逢二进 一”。在电子计算机中，所使用的指令和运算的数据，都是采用 二进制数的形式。数字电路处理的就是二进制数0和1 2.二一十进制数间的相互转换 二进制数化为十进制数:可以将一个二进制数按权位展开，将 各位权的系数与权相乘后求得。
11. 5. 4 T触发器
以上讨论的几种触发器，当CP=1来到时，若输入信号决定 的新状态与原状态一致，则触发器的状态会保持不变。而在实际 中常常要求每来一个时钟信号，触发器必须翻转一次，即原态为0 时须翻为1;原态为1时须翻为0，这样的触发器称为T触发器
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11. 3基本逻辑电路
11. 3. 4复合逻辑门电路
1.与“非”门电路 将一个与门电路和一个非门电路组合，就构成“与非”门电 路。“与非”门电路及符号如图11一15所示 2.“或非”门电路 将一个或门电路和一个非门电路组合，就构成“或非”门电 路。“或非”门电路及符号如图11一16所示。 “或非”逻辑运算，应先“或”后“非”，即把“或”运算 的结果取“非”即可。 3.“与或非”门电路 将两个“与”门、一个“或”门和一个“非”门组合，就构 成“与或非”门电路，其逻辑符号如图11一17所示。
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11. 5触发器
11. 5. 2可控RS触发器
基本RS触发器是以电平信号作为触发信号直接控制触发器翻 转的。当采用多个触发器工作时，往往要求各触发器在同一时刻 实现翻转，这就要求引入时钟控制信号(简称时钟脉冲用CP表示)。 当时钟脉冲到达时，各触发器根据输入信号同时翻转，这种有时 钟控制的触发器称为可控RS触发器。 可控RS触发器是在基本RS触发器的基础上，加上两个与非门 构成，如图11一25所示。 可控RS触发器的真值表和逻辑功能表见表11一9和表11一10