數(shù)字電路基礎(chǔ)知識(shí)
發(fā)布時(shí)間:2011/9/21 11:39:11 訪問次數(shù):14570
電子技術(shù)分為模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù),我國(guó)的模擬電子技術(shù)發(fā)展相對(duì)較早且很成熟,在20世紀(jì)80年代和90年代,大量的電子制造企業(yè)采用模擬電子技術(shù)生產(chǎn)出大量物美價(jià)廉的電子產(chǎn)品,如收音機(jī)、錄音機(jī)、電視機(jī)和錄像機(jī)等,從而極大程度豐富了人們的物質(zhì)和精神生活。 F03SL
數(shù)字電子技術(shù)在我國(guó)發(fā)展較晚,進(jìn)入21世紀(jì)后,數(shù)字電子技術(shù)開始迅速發(fā)展,日常生活中的數(shù)字電子產(chǎn)品也越來越多,家電消費(fèi)類的數(shù)字電子產(chǎn)品如影碟機(jī)、數(shù)字電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、MP3、MP4和移動(dòng)電話等。另外,在工業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制、無線電遙感測(cè)量、智能化儀表、高科技軍事武器和航空航天領(lǐng)域等方面都廣泛采用到了數(shù)字電子技術(shù),可以說21世紀(jì)將是數(shù)字電子技術(shù)的天下。
1.模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)
模擬電路處理的是模擬信號(hào),而數(shù)字電路處理的是數(shù)字信號(hào)。下面就以圖6-1為例來說明模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的區(qū)別。
模擬信號(hào)是一種大小隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)(例如電流或電壓信號(hào)),圖6-1 (a)所示就是一種模擬信號(hào)。從圖6-1 (a)可以看出,在O~t1時(shí)間內(nèi),信號(hào)電壓慢慢上升;在tl~t2時(shí)間內(nèi),信號(hào)電壓又慢慢下降,它們的變化都是連續(xù)的。
數(shù)字信號(hào)是一種突變的信號(hào)(例如電壓或電流信號(hào)),圖6-1 (b)所示是一種脈沖信號(hào),是數(shù)字信號(hào)中的一種。從圖6-1(b)可以看出,在O~t1期間,信號(hào)電壓大小始終為O.lV;在t1時(shí)刻,電壓瞬間由O.lV上升至3V;在tl~t2時(shí)間,電壓始終為3V;在t2時(shí)刻,電壓又瞬間由3V降到O.lV。
由此可以看出,模擬信號(hào)電壓或電流的大小是隨時(shí)間連續(xù)緩慢變化的,而數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)是“保持”(一段時(shí)間內(nèi)維持低電壓或高電壓)和“突變”(低電壓與高電壓的轉(zhuǎn)換瞬間完成)。為了分析方便,在數(shù)字電路中常將O~lV范圍的電壓稱為低電平,用“0”表示;而將3~5V范圍的電壓稱為高電平,用“l(fā)”表示。
2.正邏輯與負(fù)邏輯 F0625D348
數(shù)字信號(hào)只有“l(fā)”和“0”兩位數(shù)值。在數(shù)字電路中,有正邏輯與負(fù)邏輯兩種體制。
正逆輯體制規(guī)定:高電平為1,低電平為0。
負(fù)邏輯體制規(guī)定:低電平為1,高電平為0。
在兩種邏輯中,正邏輯更為常用。圖6-2所示的數(shù)字信號(hào)用正邏輯表示就是010101。
3.三極管的三種工作狀態(tài)
三極管的工作狀態(tài)有三種:截止、放大和飽和。在模擬電路中,三極管主要工作在放大狀態(tài)。圖6-3所示為一個(gè)含三極管的模擬電路,電源經(jīng)R,為三極管VT1提供基極偏置電壓,VT1導(dǎo)通,有電流Ib、Ic流過,處于放大狀態(tài),當(dāng)模擬信號(hào)送到三極管基極時(shí),信號(hào)能被三極管放大并從集電極輸出。
在數(shù)字電路中,三極管工作在截止與飽和狀態(tài),也稱為“開關(guān)”狀態(tài)。圖6-4 (a)所示為一個(gè)含三極管的數(shù)字電路,三極管VT1的基極沒有提供偏置電壓,所以它不能導(dǎo)通,處于截止?fàn)顟B(tài);如果給VT1基極加一個(gè)圖示的數(shù)字信號(hào),當(dāng)數(shù)字信號(hào)低電平(較低的電壓)到來時(shí),VT.基極電壓很低,發(fā)射結(jié)無法導(dǎo)通,無電流Ib、Ic流過,三極管仍處于截止?fàn)顟B(tài);當(dāng)數(shù)字信號(hào)高電平到來時(shí),VT1基極電壓很高,發(fā)射結(jié)導(dǎo)通,有很大的Ib、Ic流過,三極管處于飽和狀態(tài)。
數(shù)字電路中的三極管很像開關(guān),如圖6-4 (b)所示。開關(guān)的通斷受輸入的數(shù)字信號(hào)控制,當(dāng)數(shù)字信號(hào)低電平到來時(shí),三極管處于截止?fàn)顟B(tài),相當(dāng)于開關(guān)S斷開;當(dāng)數(shù)字信號(hào)高電平到來時(shí),三極管處于飽和狀態(tài),相當(dāng)于開關(guān)S閉合。
與模擬電路比較,數(shù)字電路有一些明顯的優(yōu)點(diǎn)。在模擬電路中,不允許電路處理信號(hào)產(chǎn)生大的失真,如電視機(jī)中的視頻信號(hào)電壓由3V變?yōu)?V,屏幕上的白色圖像就會(huì)變?yōu)榛疑珗D像。而在數(shù)字電路中,即使輸入信號(hào)產(chǎn)生失真畸變,但只要高電平?jīng)]有變成低電平,或低電平?jīng)]有變成高電平,數(shù)字電路處理后就能輸出正常不失真的信號(hào)。正因?yàn)閿?shù)字電路對(duì)信號(hào)處理不容易產(chǎn)生失真,所以它在電子設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。
但是,不管數(shù)字電子技術(shù)如何發(fā)展,它都是和模擬電子技術(shù)水乳交融的,你中有我,我中有你,人們很難找到一種不含模擬電路的數(shù)字電子產(chǎn)品。因此在學(xué)習(xí)電子技術(shù)時(shí),對(duì)模擬電路和數(shù)字電路要等同對(duì)待。
電子技術(shù)分為模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù),我國(guó)的模擬電子技術(shù)發(fā)展相對(duì)較早且很成熟,在20世紀(jì)80年代和90年代,大量的電子制造企業(yè)采用模擬電子技術(shù)生產(chǎn)出大量物美價(jià)廉的電子產(chǎn)品,如收音機(jī)、錄音機(jī)、電視機(jī)和錄像機(jī)等,從而極大程度豐富了人們的物質(zhì)和精神生活。 F03SL
數(shù)字電子技術(shù)在我國(guó)發(fā)展較晚,進(jìn)入21世紀(jì)后,數(shù)字電子技術(shù)開始迅速發(fā)展,日常生活中的數(shù)字電子產(chǎn)品也越來越多,家電消費(fèi)類的數(shù)字電子產(chǎn)品如影碟機(jī)、數(shù)字電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、MP3、MP4和移動(dòng)電話等。另外,在工業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制、無線電遙感測(cè)量、智能化儀表、高科技軍事武器和航空航天領(lǐng)域等方面都廣泛采用到了數(shù)字電子技術(shù),可以說21世紀(jì)將是數(shù)字電子技術(shù)的天下。
1.模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)
模擬電路處理的是模擬信號(hào),而數(shù)字電路處理的是數(shù)字信號(hào)。下面就以圖6-1為例來說明模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的區(qū)別。
模擬信號(hào)是一種大小隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)(例如電流或電壓信號(hào)),圖6-1 (a)所示就是一種模擬信號(hào)。從圖6-1 (a)可以看出,在O~t1時(shí)間內(nèi),信號(hào)電壓慢慢上升;在tl~t2時(shí)間內(nèi),信號(hào)電壓又慢慢下降,它們的變化都是連續(xù)的。
數(shù)字信號(hào)是一種突變的信號(hào)(例如電壓或電流信號(hào)),圖6-1 (b)所示是一種脈沖信號(hào),是數(shù)字信號(hào)中的一種。從圖6-1(b)可以看出,在O~t1期間,信號(hào)電壓大小始終為O.lV;在t1時(shí)刻,電壓瞬間由O.lV上升至3V;在tl~t2時(shí)間,電壓始終為3V;在t2時(shí)刻,電壓又瞬間由3V降到O.lV。
由此可以看出,模擬信號(hào)電壓或電流的大小是隨時(shí)間連續(xù)緩慢變化的,而數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)是“保持”(一段時(shí)間內(nèi)維持低電壓或高電壓)和“突變”(低電壓與高電壓的轉(zhuǎn)換瞬間完成)。為了分析方便,在數(shù)字電路中常將O~lV范圍的電壓稱為低電平,用“0”表示;而將3~5V范圍的電壓稱為高電平,用“l(fā)”表示。
2.正邏輯與負(fù)邏輯 F0625D348
數(shù)字信號(hào)只有“l(fā)”和“0”兩位數(shù)值。在數(shù)字電路中,有正邏輯與負(fù)邏輯兩種體制。
正逆輯體制規(guī)定:高電平為1,低電平為0。
負(fù)邏輯體制規(guī)定:低電平為1,高電平為0。
在兩種邏輯中,正邏輯更為常用。圖6-2所示的數(shù)字信號(hào)用正邏輯表示就是010101。
3.三極管的三種工作狀態(tài)
三極管的工作狀態(tài)有三種:截止、放大和飽和。在模擬電路中,三極管主要工作在放大狀態(tài)。圖6-3所示為一個(gè)含三極管的模擬電路,電源經(jīng)R,為三極管VT1提供基極偏置電壓,VT1導(dǎo)通,有電流Ib、Ic流過,處于放大狀態(tài),當(dāng)模擬信號(hào)送到三極管基極時(shí),信號(hào)能被三極管放大并從集電極輸出。
在數(shù)字電路中,三極管工作在截止與飽和狀態(tài),也稱為“開關(guān)”狀態(tài)。圖6-4 (a)所示為一個(gè)含三極管的數(shù)字電路,三極管VT1的基極沒有提供偏置電壓,所以它不能導(dǎo)通,處于截止?fàn)顟B(tài);如果給VT1基極加一個(gè)圖示的數(shù)字信號(hào),當(dāng)數(shù)字信號(hào)低電平(較低的電壓)到來時(shí),VT.基極電壓很低,發(fā)射結(jié)無法導(dǎo)通,無電流Ib、Ic流過,三極管仍處于截止?fàn)顟B(tài);當(dāng)數(shù)字信號(hào)高電平到來時(shí),VT1基極電壓很高,發(fā)射結(jié)導(dǎo)通,有很大的Ib、Ic流過,三極管處于飽和狀態(tài)。
數(shù)字電路中的三極管很像開關(guān),如圖6-4 (b)所示。開關(guān)的通斷受輸入的數(shù)字信號(hào)控制,當(dāng)數(shù)字信號(hào)低電平到來時(shí),三極管處于截止?fàn)顟B(tài),相當(dāng)于開關(guān)S斷開;當(dāng)數(shù)字信號(hào)高電平到來時(shí),三極管處于飽和狀態(tài),相當(dāng)于開關(guān)S閉合。
與模擬電路比較,數(shù)字電路有一些明顯的優(yōu)點(diǎn)。在模擬電路中,不允許電路處理信號(hào)產(chǎn)生大的失真,如電視機(jī)中的視頻信號(hào)電壓由3V變?yōu)?V,屏幕上的白色圖像就會(huì)變?yōu)榛疑珗D像。而在數(shù)字電路中,即使輸入信號(hào)產(chǎn)生失真畸變,但只要高電平?jīng)]有變成低電平,或低電平?jīng)]有變成高電平,數(shù)字電路處理后就能輸出正常不失真的信號(hào)。正因?yàn)閿?shù)字電路對(duì)信號(hào)處理不容易產(chǎn)生失真,所以它在電子設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。
但是,不管數(shù)字電子技術(shù)如何發(fā)展,它都是和模擬電子技術(shù)水乳交融的,你中有我,我中有你,人們很難找到一種不含模擬電路的數(shù)字電子產(chǎn)品。因此在學(xué)習(xí)電子技術(shù)時(shí),對(duì)模擬電路和數(shù)字電路要等同對(duì)待。
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