1、模拟电子技术基础模拟电子技术基础(10-24章）章） 配套完整精品课件配套完整精品课件 第十章 半导体及二极管 101 半导体的基本知识 本征半导体杂质半导体（N型和P型） 半导体内的两种载流子运动PN结 半导体材料高度提纯后的单晶体（硅、 锗） 本征半导体掺入5价元素N型半导 体（电子多子，空穴少子） 本征半导体掺入3价元素P型半导体 （空穴多子，电子少子） 半导体内的两种载流子运动：浓度差 扩散运动，电场力作用下漂移运动， 第十章 半导体及二极管 复合运动电子和空穴相遇同时消失。 PN结：P型和N型两种半导体结合在一 起后形成的特殊界面，形成的过程:多数 载流子先扩散建立内电场阻止扩散 和
2、有利少子漂移，最后 达到运态平衡，形成特殊界面。 第十章 半导体及二极管 102 半导体二极管 二极管的结构和类型：结构点接触、 面接触；玻璃封装，塑料封装等种类非常 多。 半导体二极管的伏安特性 由一个PN结组成，重要特性是单向导 电性 + 第十章 半导体及二极管 半导体二极管的主要参数：IF、VR、IR 二极管电路分析举例： 1在以下电路中，二极管均为理想（理 想特性的意义），试判断二极管的导电 情况，并求出输出端电压大小VAO值。 (a)二极管截止，输出-12V; (b)D1导电，D2截止，输出为 0V; (c)D2、D1截止，输出为-9V; 第十章 半导体及二极管 103 其它二极管
3、稳压管：应用在反 向击穿区 第十章 半导体及二极管 例10-1 填空 例10-2 填空 在杂质半导体中，多数载流子的浓度 主要取决于杂质浓度，而少数载流子的 浓度则与温度有很大关系 在PN结形成过程中，载流子的扩散运动 是在浓度差的作用下产生的，漂移运动是 在电场的作用下产生的。 第十章 半导体及二极管 设图所示各电路中的二极管性能均为 理想（所谓理想是指二极管的正向压降 为零、反向电流为零）。试判断各电路 中的二极管是导通还是截止，并求出A、 B两点之间的电压UAB值。 例10-3 D 12V V2 R A UAB 2k 15V (a) V1 B D R A V2 UAB 2k 10V 15
4、V (b) V1 B 第十章 半导体及二极管 B D2 R A V2 UAB 2k 10V 15V (c) V1 D1 D2 RA V2 UAB 2k 10V 5V (d) V1 B D1 解：图（a）：D截止，UAB=-12V；图 （b）：D导通，UAB=15V；图（c）： D1、D2截止,UAB=10V；图（d）：D1 截止，D2导通，UAB=-5V。 第十章 半导体及二极管 电路如图10-3（a）所示。已知R1=R2=5k， D1、D2的性能均理想，输入电压u1的变化 范围为030V。试画出该电路的u0与u1的 关系曲线。 例10-4 D1D2 R1 R2 V1 V2 5k 5k 6V
5、18V iD1 iD2 i1i2vI vo 第十章 半导体及二极管 解：由题意，当二极管D1、D2均导通时， 5 18 2 2 22 II D u R uV ii 5 242 )()( 2 2 1 1 211 III DD u R uV R Vu iii 可见，D1导通的条件是uI12V，D2导通 的条件是uI18V。故uI12V时，D1截止， D2导通， Vuo125 55 618 6 D1D2 R1 R2 V1 V2 5k 5k 6V 18V iD1 iD2 i1i2vI vo 12VuI0，试推导出uo与ui的函数关系式。 解：由图可知： 2 2 1 R u R u oi 2 4 3 2
6、 Ku R R uo KRR uRR u i o 31 42 例123 电路如图所示，试写出输入 与输出表达式。 解：利用叠理论有： 2 32 2 1 32 3 2iib u RR R u RR R u 输出电压有： )( 2 3 32 1 32 3 1 1 2 1 1 ii f b f o u R RR u RR R R RR u R RR u 例124 试设计一个加法电路，使用输入 与输出满足关系式： 21 35 iio uuu 解：设计电路如图所示： 其中的参数可取为： kRR kRkR f 150 ,50,30 4 21 第13章 信号处理电路 131 有源滤波器 基本内容和知识点 1
7、311 滤波器的基础知识 1滤波器的功能：名词理解 通带（通 频带），阻带，截止频率，过渡带 2滤波器的分类 模拟滤波器和数字滤波器， 高通、低通、带通、带阻滤 波器四种，有源和无源滤波 器 第13章 信号处理电路 3滤波器的主要参数 通带增益 ；特征角频率 和特征频 率 （中心角频率和中心频率）；通 带截止角频率 和通带截止频率 （注意定义） ；品质因素； O A n n f c c f 1312 有源滤波器 1一阶低通有源滤波器 dBjA/ | )(|lg20 decdB/20 |lg20 0 A c f 0 flg dB3 第13章 信号处理电路 2二阶低通有源滤波器 132 电压比较器
8、 基本内容和知识点 1321 比较器的基本知识 注意低通高通对偶 关系，带通带阻对 偶关系； 如何用低通、高通构成带通和带阻滤 波器？ 第13章 信号处理电路 功能，比较二个模拟电压的大小，输 出在两个高/低电平之间跳变，输出脉 冲波。 1322单门限比较器 种类：零电平比较器，门限比较器，迟 滞比较器，窗口比较器 + - I u O u O R R R u CC V CC VZ D o u I uR U 0 Z U Z U 第13章 信号处理电路 1323 迟滞比较器 1324 峰值检测和采样保持电路 （1）峰值检测电路 检测输入电压中的峰值 o u I u R KU 0 Z U Z U R
9、 KU 第13章 信号处理电路 当输入电压大于输出电压，运放A1的 输出电压升高，并向电容充电，经电压 跟随器，输出电压uo跟着同步升高。 第13章 信号处理电路 （2）采样保持电路 将输入模拟电压信号按某些时间瞬 间的电压值采集下来，作A/D转换之 用。 + - C R S I u o u 控制信号 第13章 信号处理电路 例13-2 电路如图13-12所示，运算放大器 是理想的，其最大输出电压即为电源电压。 试计算下列几种接法时的uo,并说出此时 的电路的名称。 （1）M与N相连，u1=1V； （2）M悬空，u1=1V； （3）M与P相连，uo原为+15V，现输入 电压增至u1=6V。 第
10、13章 信号处理电路 解：（1）反相比例放大 , Vu R R uo1 1 1 2 （2）过零比较器，uo=-15V。 第13章 信号处理电路 （3）反相迟滞比较器，当uo由+15V变 为-15V时的阈值电压为+5V，现输入电 压u1=6V，故uo=-15V。 第十四章 信号发生电路 不需输入信号就能产生稳定输出的某 种信号。正弦信号和非正弦信号 141 正弦波振荡电路 1411 正弦波信号发生器的基本概念 1产生正弦波振荡的条件 （1）电路在通频带内就应连接成正反馈， 有相位条件和幅度条件； （ ）环路增益的幅度1AF) 1(AF n FA 2相位平衡条件 第十四章 信号发生电路 （2）选频
11、网络产生单一的信号频率 （3）稳幅环节保证有一个稳定的正 弦波输出 放大环节A 正反馈网络F 2能产生正弦振荡电路有：RC正弦振 荡电路低频；LC正弦振荡电路高频； 石瑛晶体振荡器振荡频率非常稳定； 第十四章 信号发生电路 1412 RC文氏电桥正弦波信号发生器 当频率为f0时，uf(+)和u0同相位，形成正反 馈,而反馈最强。此时只要有 3 1 2 1 R RR A就可产生频率为f0的正弦振荡 RC f 2 1 0 有变压器反馈式，电感三点式，电容 三点式几种 1413 LC正弦波信号发生器 以LC并联谐振电路作为选频网络，非 常容易起振，只要判断是否是正反馈就 可以，因为幅度条件很容易满足
12、。 变压器（电感）反馈式 LC f 2 1 0 电感三点式正弦振荡器 CML（LLC f )2(2 1 2 1 21 0 电容三点式正弦振荡器 LC f 2 1 0 21 21 CC CC C 第十四章 信号发生电路 利用晶体的固有振荡频率实现，串 联型和并联形两种电路。 1413 晶体振荡器 142 非正弦信号发生器 主要是产生矩形波（方波）和三角波。 1421 三角波和矩形波发生器 波形和振荡频率 由积分器和同相滞迟比较器组成。 假定原电容器上无电压，合上电源后，A2 输出高电平，积分器负向积分，电压下降， 当降至vp过零，A2变为低电平。随后积分器 正向积分，电压上升，当该电压使vp过零
13、时， A2输出又翻转为高电平。以后过程重复进行。 第十四章 信号发生电路 正向积分和反向积分路经分开，就能 成为矩齿波发生器。 1422 锯齿波发生器 第十四章 信号发生电路 例14-1文氏电桥式正弦波发生器电路如 图14-5所示。 （1）标出运算放大器的同相输入端和反 相输入端； （2）估算振荡频率f0； （3）说明D1、D2的作用。 第十四章 信号发生电路 解：（1）上为同相输入端，下为反相 输入端。 （2） Hz RC f1590 2 1 0 （3）稳幅，减小输出波形的失真。 第十四章 信号发生电路 例14-3 图14-9所示电路为一压控振荡器， 假设输入电压U I 大于零，且小于6V
14、（0UIton=td+tr，其中存储时 间ts最长。 3.控制三极管进入饱和时的饱和深度，以 降低ts时间。另外采用肖特基管技术,以 提高门电路的开关速度。 4.单只三极管可以组成反相器（非门电 路） 17.3.3场效应管的开关特性 1.场效应管有三个工作区：截止区、可 变电阻区、饱和（恒流区）。数字电路 中工作在截止和可变电阻区。ton和toff都 比三极管大。 2.MOS管开关电路，在增强型MOS管时， 单只管主要组成MOS反相器 例17-2在图17-3和17-6电路中，uI应满 足什么条件电路才能工作在开关状态? 图17-3 1B R 2B R C R 350 100 0 u VVCC5
15、 I u A L K22 K8 . 6 BB V V5 D R K3 . 3 VVDD10 I u O u 图176 解：图17-3电路，输入uI使管子的基极电 位小于0.5V时，三极管截止；输入uI高电 平，使IBIBS时，三极管饱和导电。 17-6电路中，uIUT，MOS 截止， uI UT、 uGDUT，电路工作于开关状态。 1B R 2B R C R 350 100 0 u VVCC5 I u A L K22 K8 . 6 BB V V5 D R K3.3 VV DD 10 I u O u 17.4三种基本逻辑关系及其表达方式 17.4.1基本逻辑运算 “与”、“或”、“非”三种基本逻
16、辑关系 和运算 1.与运算 决定结果成立的所有条件都具备时，结 果才成立，这种条件与结果之间的关系称 为“与”逻辑。ABL 000 010 100 111 BABAfL),( 真值表 2.或运算 决定结果成立的所有条件只要有一个 具备时，结果就成立，这种条件与结果 之间的关系称为“或”逻辑。 ABL 000 011 101 111 BABAfL),( 3.非运算 条件具备时，结果不成立，条件不具 备时结果成立，这种条件与结果之间的 关系称为“非”逻辑 条件 A结果 L 01 10 AL 第18章 集成逻辑门电路 18.1 TTL集成逻辑门电路 18.1.1 TTL集成逻辑门的组成及工作原理 了
17、解典型电路组成:分为三级，实现功能 是“与非”功能。定性工作原理说明。 18.1.2 TTL与非门的外特性和有关参数 1.电压传输特性 （1）关门电平 Uoff(UILmax) （2）开门电平 Uon(UIHmin) （3）输出高电平下限UOHmin （4）输出低电平上限UOLmax （5）抗干扰度（噪声容限） minminminIHOHonOHNH UUUUU maxmaxmaxOLILOLoffNL UUUUU （6）阈值电压UT 2.输入特性 （1）输入短路电流IIS(IIL) （2）高电平输入电流IIH 3.输出特性 （1）高电平输出特性拉电流负载 （2）低电平输出特性灌电流负载 4.
18、负载能力 一个与非门能驱动同类型门的数目， 也叫扇出系数。 ISOLL IIN/ max 或 H N ,min HL NNN 一般NLNH 5.动态响应特性（开关速度） 平均传输延迟时间tpd 2 pdLHpdHL pd tt t 18.1.3 其它TTL集成逻辑门 除TTL与非门外，还有与门、非门、或 门、或非门、与-或-非门、异或门、集 电极开路门、三态输出门等。 A B L 11 2 DDDF 当C=1时： ，BBF1 1 ; 2 DADADAF EN EN 1 1A C B D 1 F 2 F 注TTL输入高 阻时，相当于 高电平 21 解：将函数写成最小项形式，再与3/8 译码器的输
19、出式子对照，就可得出结 果。 74217421 74211 YYYYmmmm mmmmCBAABCABCABCL 74537653 76532 YYYYmmmm mmmmCBAACBABCBACL 用74LS138实现的电路图 CP=0,主触发器保持不变，从触发器接 收主触发器信号。所以，对整个触发器而 言，是CP脉冲变低电平后触发翻转的。 电路符号为： S 1J C 1 1 K R nnn QKQJQ 1 JK触发器特性方程 21.3.2边沿JK触发器 真值表 0111 翻转 1011 1101 置1 1001 0110 置0 0010 1100 保持 0000 说明KJ n Q 1n Q
20、nn QQ 1 0 1 n Q 1 1 n Q nn QQ 1 它是在CP脉冲 的下降边沿时 触发翻转的。 例21-4 画出图示触发器的Q端波形，设触 发器的初态为1. Q CP J R K 例21-5 各触发器的初始状态都为0，试画 出在CP脉冲作用下各Q端的波形。 J K CP Q 1 Q 1FF J K CP Q 2 Q 2FF 1 D C CP Q 3 Q 3FF D C CP Q 4 Q 4FF 解：写出各触发器的次态方程，就会知道， 实际连成的都是T触发器。因此，容易画 出波形图。 nn QQ 1 CP 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q 上升沿 下降沿 上升沿 下降沿 21.4T触发
21、器 1.电路结构及工作原理 将JK触发器的JK连在一起，标为T端， 就构成了T触发器了。 所以有特性方程为： nnnnnn QTQTQTQKQJQ 1 21.4.1T触发器 J1 TQ Q 1C CP K1 21.4.2T触发器 当T=1时，T就成为T触发器了。所以 特性方程为： nn QQ 1 由特性方程说明，给一个CP脉冲后，触 发器的状态就翻转一次。 例21-6 设T触发器的初始状态为0，在CP、 T波形作用下，画出Q端波形。 T1 TQ Q 1C CP Q CP T 21.5各种触发器逻辑功能间的转换 目前数字集成电路中，应用最多是D、 JK触发器，而且需要将一种功能触发 器转换成另一
22、种功能，以满足设计的 需要。 转换的基本方法是特性方程对照法， 转换思路如框图所示。 转换方案 D1 D Q Q 1C CP J K 转换 电路 JK触发器 几个常用的转换结论 RSDDRDS, RS翻转触发器（T） nn QRQS, JKD DKDJ, JKT TKJ T nn QKQJ, DT n QD 例21-7 试用D功能触发器和逻辑门电 路实现EB触发器，EB触发器的功能表 如表所示。 EQn+1 0 Qn 1 B 解：因EB的特性方程为 EBQEQ nn 1 而D的特性方程为 DQ n 1 比较而得结果为EBQED n 转换后的电路图如图所示： 21.6CMOS触发器 CMOS结构
23、触发器主要由传输门加 或非门组成，多为主从型。只是电路 不同，但功能完全与前面的所有触发 器相同，因此分析也相同。 例21-8输入波形如图，初态为0，试 画出Q端的波形。 解：异步输入是高电平 清零和高电平置位的， 其它功能完全按D功能 翻转，画出波形如图。 第22章时序逻辑电路 22.1.1时序逻辑电路的工作特点 在任何时刻，逻辑电路的输出状态 不仅取决于该时刻的输入状态，而且 与电路原输出状态有关。 22.1时序逻辑电路的特点及组成 22.1.2时序逻辑电路的组成 22.1.2时序逻辑电路的功能描述 用三个方 程描述 )(),()( nnn tQtXFtZ输出方程： 状态方程：)(),()
24、( 1nnn tQtWGtQ 驱动方程：)(),()( nnn tQtXHtW 22.1.4时序逻辑电路的分类 （1）由时钟脉冲加入方式分：同步 时序和异步时序电路。 同步时序电路：所有触发器的CP端 连在一起，所以触发器状态变化在统 一时钟到达时同时发生。 异步时序电路：没有统一的时钟脉 冲，所以触发器状态变化由各自时钟 到达时决定。 （2）电路的输出状态仅取决于存储 电路状态时，称为Moore型电路; 输出状态取决于存储电路状态以外，还 与输入有关时，称为Mealy型电路。 22.2时序逻辑电路的分析 分析的目的：在给定逻辑电路图的 条件下，在输入信号和时钟CP作用下， 找出电路的状态翻转
25、规律及输出变化， 从而得出功能结论。 举例说明分析过程 例22-1分析图示时序电路功能，并 画出时序图。 解：电路是一个同步时序电路，各触发 器都为T触发器。只有当T端是高电平时， 来CP脉冲时状态才会翻转。 根据电路图，写出各级的状态方程 （驱动方程代入特性方程后得到），然 后用计算法就可得到状态转换表。 nnn QQTQTT 012010 , 1 状态方程和输出方程为： n n n nnn n nnnnn QQQQQQQQQQQTQ 120201221022 1 2 )( n nn n nnnn QQQQQQQTQ 10101011 1 1 n nn QQTQ 000 1 0 nnn QQ
26、QZ 012 0 0 00 0 1 0 0 0 10 1 0 0 0 1 00 1 1 0 0 1 11 0 0 0 1 0 01 0 1 0 1 0 11 1 0 0 1 1 01 1 1 0 1 1 10 0 0 1 nnn QQQ 012 nnn QQQ 01 1 2 Z 结论：是一个同步的 八进制加法计数器 （模8计数器或同步 三位二进制加法计数 器） 画出时序图为： CP 0 Q 1 Q 2 Q Z 22.3计数器 22.3.1计数器的基本概念 用来累计输入脉冲的个数，可作分频、 定时等，其用途广泛。 有同步计数器，异步计数器；加法计 数器，减法计数器，可逆计数器；二进 制计数器（模
27、2n计数器），非二进制计 数器（非模2n计数器）等等。 22.3.1二进制计数器的分析 1.同步二进制计数器 例22-1就是一个同步二进制计数器，电 路有如下连接规律： a 同步二进制计数器 一般由T功能触发器 构成; b 同步计数器各T端的逻辑关系是： 1 0 0121 i j jiii QQQQQ：T加法 1 0 0121 i j jiii QQQQQ：T减法 2.异步二进制计数器 都由T触发器构成，其规律为： a 异步二进制计数器由翻转触发器（T） 构成； b 异步计数器各CP端逻辑关系是： 加法时： 1 ii QCP 1 ii QCP 减法时： 1 ii QCP 1 ii QCP 可逆
28、时： 11 iii QXQXCP 11 iii QXXQCP X=1：加法 X=0：减法 22.3.3集成计数器 集成计数器产品种类多，功能齐全， 又方便进行功能扩展。其中的74293是 一片二八十六进制异步加法计数器 电路。 内部电路为 （3）画逻辑图. 22.4寄存器和移位寄存器 寄存器具有寄存二进制数的功能， 有并行寄存和串行寄存两种寄存方式， 串行寄存器还具有移位功能。 22.4.1寄存器 1.寄存器的基本电路和工作原理 图示是一 个四位数 码寄存器 2.中规模集成8D寄存器 这是一片并入/并出 的8位数码寄存器，内 部有8个D 触发器组 成，它通常用在单片 机系统中，作为地址 锁存器
29、。 22.4.2移位寄存器 1.移位寄存器的结构和工作原理 4D触发器构成的四位移位寄存器电路图 如图所示， DR 0 Q D 1C D R D 1C D R D 1C D R D 1C D R 0 FF 1 FF 2 FF 3 FF D CP 1 Q 2 Q 3 Q 串 入 串 出 电路可以实现串入/串出，串入/并出 两种操作。 移位寄存器有单向移位寄存器（左向 或右向）和双向移位寄存器（控制端控 制下（可左、可右）两种。 移位寄存器的操作方式主要有：串行 输入/串行输出（SISO）；串行输入/并 行输出（SIPO）；并行输入/串行输出 （PISO）；并行输入/并行输出（PIPO） 四种。
30、2. 8位单向移位寄存器74164 是一种串入/并出的移位寄存器，数据 实现左移（低位数据移向高位）功能。 3.4位双向移位寄存器74194 1 1 0 1 0 1 01 0 1左移 1 0 11 0 1 0 0 11右移 0 01不变 D C B A D C B A 1 11并入 01不变 0 0 0 0 0清除 输出状态 输 入能功 CRCP 1 S 2 S SR D SL D 3 D 2 D 1 D 0 D 3 Q 2 Q 1 Q 0 Q n Q3 n Q2 n Q1 n Q0 n Q3 n Q2 n Q1 n Q1 n Q1 n Q1 n Q1 n Q0 n Q0 n Q2 n Q2
31、n Q2 n Q2 n Q3 n Q3 n Q0 3.移位寄存器的应用 （1）环形寄存器（环形计数器） 194的Q3连到DSR端，构成环形右移模式， 数据不断地环形寄存。实际上也是一个4 进制的一个环形计数器。 （2）扭环形计数器 194的Q3取反后连到DSR端，构成扭环形 计数器，可以实现2n进制计数。 1 当初态Q0Q1Q2Q3=0000,其计数状态循环为： 00001000110011101111011100110001 0000 例22-4用双向移位寄存器74194构成8位 扭环形寄存器。 解：先用两个74194构成一个8位的右 向移位寄存器，然后把最高位输出和 DSR相连即可，见连接
32、图。 22.5顺序脉冲发生器 1. 计数器型顺序脉冲发生器 用计数器和译码器连接而成。图示是 用16进制计数器中的低三位输出，与 3/8译码器相连，生成8路顺序脉冲输出。 2. 移位寄存器型顺序脉冲发生器 环形移位寄存器式或通过移位寄存 器输出经过适当的反馈形成顺序脉冲 输出。 例22-5用8位单向移位寄存器74164构成 顺序脉冲发生器。 解：74164是串入/并出单向移位寄存器， 将最高位取反后连到串入端就构成了扭 环形计数了，有2n个状态。即16路脉冲 输出。连接电路如图。 Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 A S B S CR CP CP 74164 1 第23章脉冲波形
33、的产生 23.1 概述 脉冲波形的技术指标:脉冲幅度、脉 冲宽度、脉冲周期、上升时间、下降 时间 23.2 多谐振荡器 只要一合上电源，电路的输出电平就能 在输出高电平和输出低电平两个状态之间 进行自动的转换，产生前后沿都很陡的矩 形波。 23.2.1 电路结构 积分型RC环形多谐荡振器 23.2.1 工作原理和性能指标 利用奇数个门组成环形，能产生振荡 的原理，振荡过程的说明。 合电源瞬间，门3输出高电平，门1输 出低电平门2高电平，电容电压不能突 变。所以电容充电，路经为： 门2输出RC门1输出门3输入电平 上升，当升至门3开门电平时，门3输出 为低门1输出高电平门2输出低电平 电容上电压
34、放电门3输入低于关门电 平又回到前一周期 振荡周期为： RCT2 . 2 例23-1在RC积分型环形多谐振荡器中 R=300,R=100,R1=3K（门内T1管基 极电阻）,C=0.1F.试回答（1）电路的振 荡频率？（2）如何将电路改为可控振荡 器？ 解（1）振荡频率 KHzRCTf1 .102 . 2/1/1 0 (2) 将电路中任一非门增加一个输入端，使 之变成与非门，就能起到控制作用。 23.3 单稳态触发器 23.3.1 电路结构 微分型单稳态触发器 RC是电路中的定时元 件，R选取小于关门 电阻0.7K。 23.3.2 工作原理 （2）触发后（uI低电平），电路翻转到 暂稳态uo1
35、=1,uo2=0; （3）暂稳态期间，C充电，充到一定电压 后，暂态结束，电路状态返回到稳态。 （4）返回稳态后，C放电， 经一定恢复时间后，回到 初始状态。 （2）时间定时或脉冲定时; I u W t 01 u （3）脉冲的延迟; I u 0 u 1 t w t 例23-2图示电路，如R=300,C=0.33F, 求输出脉宽tw。 解：脉宽 tw0.8RC=0.8300 0.3310-6=7.92s。 将u0延时t1后输 出 1 1, 1RS （3） uI开始上升至1.4V时， 输出uo1=1,uo2=0; 0, 1RS （4）uI开始下降时，且降至1.4V时 输出uo1=1,uo2=0;
36、1, 1RS 1 1, 0RS 得到的各点波形如图所示： t 01 u t 02 u t I u T U T U 0 0 0 0 0 3.工作原理 (1) 上限阈值电压 UT+=1.4V (2) 下限阈值电压 UT-=0.7V (3) 回差电压 UT+-UT- =0.7V 23.4.3 施密特触发器的应用举例 （1）脉冲波形的整形; （2）脉冲波形的变换; （3）鉴幅电路; 例23-3图示是数字系统中常用的上电 复位电路。（1）说明其工作原理;(2)定 性画出uI和uo的波形。（3）若系统是低 电平复位，应如何改接电路？ 1 CC V R C I u O u 解（1）刚接通电源，电容电压为0，
37、uo为 高电平，系统复位;随后电容充电，电容 上电压指数规律上升，当升至上限触发 电平时，uo变为低电平，上电复位结束。 （2）波形见图; 去系统复位处 （3）图中的R和C位置对调即可。 I u t t O u 0 0 CC V T U T U 在计算机控制系统中，经常需要进行 数字量模拟量，模拟量数字量之间 的转换，（前者称D/A转换，后者为A/D 转换）。 第24章 数模和模数转换 将输入的数字信号转换成为模拟信号输 出（其电路称为D/A转换器Digital to Analog Converter），或是将输入的模拟 信号转换成为数字信号输出（其电路称为 A/D转换器Analog to D
38、igital Converter）； DAC和ADC常按用途和工作原理分类。 在DAC中主要有倒T型电阻网络和权电 流网络两种电路。而ADC类型非常多， 在数据采集和智能仪器中常用的为逐次 逼近型和双积分型两种。 DAC和ADC的主要性能指标有：转换 精度、分辨率、转换速度、抗干扰性等 进行综合考虑。 24.1 D/A转换电路 D/A转换基本思路： 将输入的二进制数按其位权的大小先转换 成与之成正比的电流量（I），然后将该电 流再转换成模拟量电压输出（V）。 即DI，IV输出。 D/I D/A转换电路 当n位的二进制数输入时，输出就得 到一个与之对应的模拟电压量输出， 其关系为： UDUddd
39、dU n n n n nO )2222( 0 0 1 1 2 2 1 1 式中的U是D/A的单位量化电压，其大小 为Dn=1时的输出模拟电压。DAC的最大输 出电压为： UU n O ) 12( max 24.1.2 R-2R网络D/A转换器 它由R-2R电阻网络，电子开关和运算 放大器组成。当某位的数据为高电平时， 模拟开关接通反相端，反之接通同相端。 R-2R电流依次以1/2递减，所以流到 反相端的电流总和为： )2222( 2 2222 0 0 1 1 2 2 3 3 4 0 4 1 3 2 2 3 1 01 DDDD I D I D I D I D I i 所以输出电压为： )2/(
40、)2222( 2 )2222( 2 4 0 0 1 12233 4 0 0 1 1 2 2 3 3 4 01 RVRD DDDDR R V DDDDR I iRU REFfn f REF ffO 24-1 在图示的4位D/A转换器电路中，给 定VREF=5V，Rf=R，试计算输入为全1和 全0和1000时对应的输出电压值。 解：根据上式代入参数后可得 VDU n )16/5( 0 然后代入输入数码可得对应的输出电 压值，所以， 当Dn=0时,U0=0V 当Dn=1111时,U0=-515/16-4.688V 当Dn=1000时,U0=-58/16-2.5V 24.2 A/D 转换器 24.2.
41、1 A/D转换的基本原理 功能是将随时间连续变化的模拟量变换 成与之成比例的数字量输出。 A/D转换要有以下几个过程：采样/保 特量化和编码 量化：把幅值连续变化的电压转化为单位 量化电压的整数倍 编码：经量化后的结果用二进制代码表 示出来。 1.输入/输出关系 输入模拟量/输出数字量 2.量化与编码 量化方法：舍尾取整法（误差大）、四 舍五入法（误差小） 编码：将量化后的值编制成二进制代码 输出 3.A/D分类 种类很多，但常用的为：并行比较型 （速度最快）、逐次逼近型（速度较快）、 双积分型（速度最慢） 24.2.2 逐次逼近型A/D转换器 用天平称物体 重量过程作比 喻解释。 24.2.
42、3 双积分型A/D转换器 双积分A/D转换器是一种间接A/D转换 器，先把输入模拟量变换成与之成比例 的时间大小，然后再将时间转换成数字 量输出。 变换的定性原理简述 两次积分波形 第一次积分（t0t1) n CP I I t I T RC u T RC u dtu RC tu 2 1 )( 1 0 101 1 第二次积分（t1t2) 2 1 )( 1 )()( 101201 t t REF dtV RC tutu 当在t2时，积分器电压过 0，所以 0 )( 1 )()( 21 101201 2 1 T RC V T RC u dtV RC tutu REFI t t REF 21 T RC
43、 V T RC u REFI 例24-2 在积分型A/D转换器中，若输出的 数字量为10位二进制数，时钟信号频率为 1MHz，则完成一次转换的最长时间是多 少？ 解：完成一转换最长要二次积分时间 I REF u V T T 1 2 )(2048 )10/1 (22222 61010 1max1max s TTtTT CP 24.3 集成A/D和D/A转换器 24.3.1 集成D/A转换器 DAC0808集成芯片，8位D/A，权电流网 络电路结构，功耗350mW,转换速度150nS， 模拟电压输出为： n REF n R REFF D V D R VR u 88 0 22 注意DAC0808的典
44、型应用（书中图249） 24.3.2 集成D/A转换器应用 8位计数器和8位DAC相连，可以产生阶 梯波形。 24.3.3 集成D/A转换器主要参数和误差 参数：转换精度和转换速度 转换精度：决定于DAC的分辩率和转换误差 转换速度：由转换时间决定（最短 100nS以下） 24.3.4 集成A/D电路 ADC0804是8位CMOS的模/数转换器 转换时间为100S，输入模拟电压范围 是05V。 24.3.5 A/D转换器的主要参数 转换精度：决定于ADC的分辩率和转换误差 分辩率=1/2n-1 转换误差主要由量化误差、偏移误差、 增益误差等决定。 转换时间:逐次逼近型为几百纳秒到几十 微秒，双
45、积分式最慢，转换一次所需时间 在几十毫秒到几百毫秒范围。 例24-3 DAC0808典型应用图中(见图 24-9），若VREF=5V，试求： （1）1LSB产生的输出电压增量是多少？ (2）输入二进制数全部为1时的输出电压是 多少？ 解：（1）根据式 n REF n R REFF D V D R VR u 88 0 22 Dn=1时，输出电压增量 )(53.19 2 5 8 mVU （2） )(47.4980) 12() 12( 2 5 2 88 8 mVUD V u n n REF o 24.4 采样-保持电路 将连续变化的模拟量，在一系列时间 瞬间进行采样. 24.4.1电路结构及工作原理 采样定理： max 2 iS ff 集成采样保持电路LF398 例24-4采保的最高输入信号频率为50kHz, 则LF398的采样频率fs至少应多高？ 解：据采样定理，采样频率应为 kHzff iSs 1002 max
