1、2022-11-10模拟数字电力电子技术第4章基础知识模拟数字电力电子技术模拟数字电力电子技术第第4章基础知识章基础知识模拟数字电力电子技术第4章基础知识1.1 几种常用的数制 数制：每一位的构成从低位向高位的进位规则常用到的：十进制，二进制，八进制，十六进制第一节第一节 数制及运算数制及运算模拟数字电力电子技术第4章基础知识十进制，二进制，八进制，十六进制逢二进一逢二进一逢八进一逢八进一逢十进一逢十进一逢十六进一逢十六进一第一节第一节 数制及运算数制及运算模拟数字电力电子技术第4章基础知识十进制数二进制八进制十六进制00000000001000101102001002203001103304
2、010004405010105506011006607011107708100010809100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F不同进制数的对照表不同进制数的对照表第一节第一节 数制及运算数制及运算模拟数字电力电子技术第4章基础知识1.2不同数制间的转换一、二十转换例：第一节第一节 数制及运算数制及运算模拟数字电力电子技术第4章基础知识二、十二转换整数部分:例：第一节第一节 数制及运算数制及运算模拟数字电力电子技术第4章基础知识小数部分:例：第一节第一节 数制及运算数制及运算模拟数字电力电子技术第4章基础知识三
3、、二十六转换例：将(0101,1110,1011,0010)2化为十六进制 6EB2四、十六二转换第一节第一节 数制及运算数制及运算模拟数字电力电子技术第4章基础知识1.3二进制运算算术运算：1：和十进制算数运算的规则相同 2：逢二进一 特 点：加、减、乘、除 全部可以用移位和相 加这两种操作实现。简化了电路结构 所以数字电路中普遍采用二进制算数运算二进制数的正、负号也是用0/1表示的。在定点运算中，最高位为符号位（0为正，1为负）如 +89=（0 1011001）-89=（1 1011001）第一节第一节 数制及运算数制及运算模拟数字电力电子技术第4章基础知识二进制数的补码：最高位为符号位（
4、0为正，1为负）正数的补码和它的原码相同 负数的补码=数值位逐位求反(反码)+1如 +5=（0 0101）-5=（1 1011）通过补码，将减一个数用加上该数的补码来实现第一节第一节 数制及运算数制及运算模拟数字电力电子技术第4章基础知识两个补码表示的二进制数相加时的符号位讨论例：用二进制补码运算求出1310 结论：结论：将两个加数的符号位和来自最高位数字位的进位相加，结果就是和的符号 解：第一节第一节 数制及运算数制及运算模拟数字电力电子技术第4章基础知识第二节第二节 编码的概念及常用的二进制代码编码的概念及常用的二进制代码编码顺序二进制格雷码编码顺序二进制码格雷码0000000008100
5、01100100010001910011101200100011101010111130011001011101111104010001101211001010501010111131101101160110010114111010017011101001511111000一、循环码（格雷码）特点：1.每一位的状态变化都按一定的顺序循环。2.编码顺序依次变化，按表中顺序变化时，相邻代码只有一位改变状态。应用：减少过渡噪声 模拟数字电力电子技术第4章基础知识二、二十进制代码 几种常用的二十进制代码十进制数8421码余3码2421码5211码余3循环码00000001100000000001010
6、0010100000100010110200100101001001000111300110110001101010101401000111010001110100501011000101110001100601101001110010011101701111010110111001111810001011111011011110910011100111111111010第二节第二节 编码的概念及常用的二进制代码编码的概念及常用的二进制代码模拟数字电力电子技术第4章基础知识三、美国信息交换标准代码（ASC）应用：计算机和通讯领域 第二节第二节 编码的概念及常用的二进制代码编码的概念及常用的二进
7、制代码模拟数字电力电子技术第4章基础知识 与与（AND）或或（OR）非非（NOT）以A=1表示开关A合上，A=0表示开关A断开；以Y=1表示灯亮，Y=0表示灯不亮；三种电路的因果关系不同：第三节第三节 逻辑代数的基本公式和定理逻辑代数的基本公式和定理模拟数字电力电子技术第4章基础知识一、与运算 条件同时具备，结果发生 Y=A AND B =A&B=AB=ABA BY0 000 10 00 113.1逻辑代数中的三种基本运算第三节第三节 逻辑代数的基本公式和定理逻辑代数的基本公式和定理模拟数字电力电子技术第4章基础知识 条件之一具备，结果发生 Y=A OR B =A+BA BY0 000 11
8、01 11二、或运算第三节第三节 逻辑代数的基本公式和定理逻辑代数的基本公式和定理模拟数字电力电子技术第4章基础知识 条件不具备，结果发生 A Y0 110一、非运算第三节第三节 逻辑代数的基本公式和定理逻辑代数的基本公式和定理模拟数字电力电子技术第4章基础知识几种常用的复合逻辑运算与非 或非 与或非第三节第三节 逻辑代数的基本公式和定理逻辑代数的基本公式和定理模拟数字电力电子技术第4章基础知识 异或 Y=A BA BY0 000 11 01 10运算规则：相同为运算规则：相同为0；不；不同为同为1第三节第三节 逻辑代数的基本公式和定理逻辑代数的基本公式和定理模拟数字电力电子技术第4章基础知识
9、 同或 Y=A BA BY0 010 10 00 11运算规则：相同为运算规则：相同为1；不；不同为同为0第三节第三节 逻辑代数的基本公式和定理逻辑代数的基本公式和定理模拟数字电力电子技术第4章基础知识一、基本公式 根据与、或、非的定义，得表中的布尔恒等式序号序号公公 式式序号序号公公 式式10 1=0;0=110 0 A=0 0111+A=121 A=A120+A=A3A A=A13A+A=A4A A=014A+A=15A B=B A15A+B=B+A6A(B C)=(A B)C16A+(B+C)=(A+B)+C7A(B+C)=A B+A C17A+B C=(A+B)(A+C)8(A B)=
10、A+B18(A+B)=AB9(A)=A第三节第三节 逻辑代数的基本公式和定理逻辑代数的基本公式和定理3.2 逻辑代数中的公式模拟数字电力电子技术第4章基础知识公式（17）的证明（公式推演法）：第三节第三节 逻辑代数的基本公式和定理逻辑代数的基本公式和定理模拟数字电力电子技术第4章基础知识公式（17）的证明（真值表法）：ABCBCA+BCA+BA+C（A+B）(A+C)0000000000100010010001000111111110001111101011111100111111111111第三节第三节 逻辑代数的基本公式和定理逻辑代数的基本公式和定理模拟数字电力电子技术第4章基础知识二、若
11、干常用公式序 号公 式21A+A B=A22A+A B=A+B23A B+A B=A24A(A+B)=A25A B+A C+B C=A B+A CA B A C+B CD=A B+A C26A(AB)=A B;A(AB)=A 第三节第三节 逻辑代数的基本公式和定理逻辑代数的基本公式和定理模拟数字电力电子技术第4章基础知识3.3 逻辑代数中的定理一、代入定理 -在任何一个包含A的逻辑等式中，若以另外一个逻辑式代入式中A的位置，则等式依然成立。第三节第三节 逻辑代数的基本公式和定理逻辑代数的基本公式和定理模拟数字电力电子技术第4章基础知识 应用举例：式（17）A+BC =(A+B)(A+C)A+B
12、(CD)=(A+B)(A+CD)=(A+B)(A+C)(A+D)第三节第三节 逻辑代数的基本公式和定理逻辑代数的基本公式和定理模拟数字电力电子技术第4章基础知识 应用举例：式（8）第三节第三节 逻辑代数的基本公式和定理逻辑代数的基本公式和定理模拟数字电力电子技术第4章基础知识二、反演定理 -对任一逻辑式变换顺序变换顺序 先括号，先括号，然后乘，最后加然后乘，最后加不属于单个变量的不属于单个变量的上的反号保留不变上的反号保留不变第三节第三节 逻辑代数的基本公式和定理逻辑代数的基本公式和定理模拟数字电力电子技术第4章基础知识 应用举例：第三节第三节 逻辑代数的基本公式和定理逻辑代数的基本公式和定理
13、模拟数字电力电子技术第4章基础知识第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法 逻辑函数的最简形式（最简与或表达式）-包含的乘积项已经最少，每个乘积项的因子也最少，称为最简与或表达式。l 最简与或表达式可以很容易化为下列表达式最简与或表达式可以很容易化为下列表达式最简与非与非表达式；最简或非或非表达式；最简或与非表达式；最简与或非表达式模拟数字电力电子技术第4章基础知识一、公式化简法 反复应用基本公式和常用公式，消去多余的乘积项和多余的因子。例：第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法模拟数字电力电子技术第4章基础知识最小项 m：m是乘积项 包含n个因子 n个变量均以原变量和反变量的形
14、式在m中出现一次二、图形化简法 第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法（一）最小项模拟数字电力电子技术第4章基础知识最小项举例：两变量A,B的最小项 三变量A,B,C的最小项第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法模拟数字电力电子技术第4章基础知识最小项的编号：最小项取值对应编号A B C 十进制数0 0 0 0m00 0 1 1m10 1 0 2m20 1 1 3m31 0 0 4m41 0 1 5m51 1 0 6m61 1 1 7m7ABCCABCBACBABCACBACBACBA第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法模拟数字电力电子技术第4章基础知识最小项的性质
15、在输入变量任一取值下，有且仅有一个最小项的值为1。全体最小项之和为1。任何两个最小项之积为0。两个相邻的最小项之和可以合并，消去一对因子，只留下公共因子。-相邻：仅一个变量不同的最小项 如 第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法模拟数字电力电子技术第4章基础知识逻辑函数最小项之和的形式：例：利用公式利用公式可将任何一个函数化为可将任何一个函数化为第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法模拟数字电力电子技术第4章基础知识 例：第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法模拟数字电力电子技术第4章基础知识（二）逻辑函数的卡诺图表示法（6个变量以内）实质：将逻辑函数的最小项之和的以图
16、形的方式表示出来 以2n个小方块分别代表 n 变量的所有最小项，并将它们排列成矩阵，而且使几何位置相邻的两个最小项在逻辑上也是相邻的（只有一个变量不同），就得到表示n变量全部最小项的卡诺图。用循环码表示 第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法模拟数字电力电子技术第4章基础知识 二变量卡诺图 三变量的卡诺图 4变量的卡诺图第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法模拟数字电力电子技术第4章基础知识 五变量的卡诺图第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法模拟数字电力电子技术第4章基础知识用卡诺图表示逻辑函数将函数表示为最小项之和的形式 。在卡诺图上与这些最小项对应的位置上添入1，
17、其余地方添0。第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法模拟数字电力电子技术第4章基础知识例：第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法 00 01 11 10 00 0 0 1 1 01 0 0 0 1 11 0 0 0 1 10 0 1 1 1ABCD模拟数字电力电子技术第4章基础知识用卡诺图化简函数用卡诺图化简函数 依据：具有相邻性的最小项可合并，消去不同因子。在卡诺图中，最小项的相邻性可以从图形中直观地反映出来。（相邻和相对）第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法 合并最小项的原则：两个相邻最小项可合并为一项，消去一对因子 四个排成矩形的相邻最小项可合并为一项，消去两对
18、因子 八个相邻最小项可合并为一项，消去三对因子模拟数字电力电子技术第4章基础知识两个相邻最小项可合并为一项，消去一对因子第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法模拟数字电力电子技术第4章基础知识 化简步骤：-用卡诺图表示逻辑函数 -找出可合并的最小项 -化简后的乘积项相加（项数最少，每项因子最少）第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法 -化简后的乘积项应包含函数式的所有最小项，即覆盖图中所有的1。-乘积项的数目最少，即圈成的矩形最少。-每个乘积项因子最少，即圈成的矩形最大。l 卡诺图化简遵循以下原则模拟数字电力电子技术第4章基础知识例：00 01 1 1 1 0001111110
19、1ABC第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法模拟数字电力电子技术第4章基础知识例：00 01 1 1 1 00011111101ABC第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法模拟数字电力电子技术第4章基础知识例：化 简 结 果 不 唯 一第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法模拟数字电力电子技术第4章基础知识例：0001111000 100101 100111 111110 1 111ABCD第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法模拟数字电力电子技术第4章基础知识 约束项 任意项 逻辑函数中的无关项：约束项和任意项可以写入函数式，也可不包含在函数式中，因此通称为
20、无关项。（三）具有无关项的逻辑函数及其化简1 约束项、任意项和逻辑函数式中的无关项第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法模拟数字电力电子技术第4章基础知识2 无关项在化简逻辑函数中的应用 合理地利用无关项，可得更简单的化简结果。加入（或去掉）无关项，应使化简后的项数最少，每项因子最少 从卡诺图上直观地看，加入无关项的目的是为矩形圈最大，矩形组合数最少。第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法模拟数字电力电子技术第4章基础知识000111100001x0010 x1011x0 xx101x0 xABCD第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法模拟数字电力电子技术第4章基础知识
21、0001111000 01x001 0 x1011 x0 xx10 1x0 xABCD第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法模拟数字电力电子技术第4章基础知识例：0001111000 000101 1x0111 xxxx10 10 xxABCD第四节第四节 逻辑函数的化简法逻辑函数的化简法模拟数字电力电子技术第4章基础知识一、逻辑函数Y=F(A,B,C,)-若以逻辑变量为输入，运算结果为输出，则输入变量值确定以后，输出的取值也随之而定。输入/输出之间是一种函数关系。注：在二值逻辑中，输入/输出都只有两种取值0/1。第五节第五节 逻辑函数表示方法及其相互转换逻辑函数表示方法及其相互转换模
22、拟数字电力电子技术第4章基础知识 真值表 逻辑式 逻辑图 波形图 卡诺图 计算机软件中的描述方式各种表示方法之间可以相互转换第五节第五节 逻辑函数表示方法及其相互转换逻辑函数表示方法及其相互转换模拟数字电力电子技术第4章基础知识真值表输入变量A B C输出Y1 Y2 遍历所有可能的输入变量的取值组合输出对应的取值第五节第五节 逻辑函数表示方法及其相互转换逻辑函数表示方法及其相互转换模拟数字电力电子技术第4章基础知识 逻辑式 将输入/输出之间的逻辑关系用与/或/非的运算式表示就得到逻辑式。逻辑图 用逻辑图形符号表示逻辑运算关系，与逻辑电路的实现相对应。波形图 将输入变量所有取值可能与对应输出按时
23、间顺序排列起来画成时间波形。第五节第五节 逻辑函数表示方法及其相互转换逻辑函数表示方法及其相互转换模拟数字电力电子技术第4章基础知识第五节第五节 逻辑函数表示方法及其相互转换逻辑函数表示方法及其相互转换模拟数字电力电子技术第4章基础知识例：举重裁判电路A B CY0 0 000 0 100 1 000 1 101 0 001 0 111 1 011 1 11第五节第五节 逻辑函数表示方法及其相互转换逻辑函数表示方法及其相互转换模拟数字电力电子技术第4章基础知识各种表现形式的相互转换：真值表 逻辑式例：奇偶判别函数的真值表 A=0,B=1,C=1使 ABC=1 A=1,B=0,C=1使 ABC=
24、1 A=1,B=1,C=0使 ABC=1这三种取值的任何一种都使Y=1,所以 Y=?AB CY00000010010001111000101111011110第五节第五节 逻辑函数表示方法及其相互转换逻辑函数表示方法及其相互转换模拟数字电力电子技术第4章基础知识真值表 逻辑式：找出真值表中使 Y=1 的输入变量取值组合。每组输入变量取值对应一个乘积项，其中取值为1的写原变量，取值为0的写反变量。将这些变量相加即得 Y。把输入变量取值的所有组合逐个代入逻辑式中求出Y，列表第五节第五节 逻辑函数表示方法及其相互转换逻辑函数表示方法及其相互转换模拟数字电力电子技术第4章基础知识 逻辑式 逻辑图1.用
25、图形符号代替逻辑式中的逻辑运算符。第五节第五节 逻辑函数表示方法及其相互转换逻辑函数表示方法及其相互转换模拟数字电力电子技术第4章基础知识 逻辑式 逻辑图 1.用图形符号代替逻辑式中的逻辑运算符。2.从输入到输出逐级写出每个图形符号对应的逻辑运算式。第五节第五节 逻辑函数表示方法及其相互转换逻辑函数表示方法及其相互转换模拟数字电力电子技术第4章基础知识 门电路：实现基本运算、复合运算的单元电路，如与门、与非门、或门 第六节第六节 基本半导体开关元件基本半导体开关元件模拟数字电力电子技术第4章基础知识一、二极管的开关特性一、二极管的开关特性 二极管的结构：PN结+引线+封装构成PN第六节第六节
26、基本半导体开关元件基本半导体开关元件模拟数字电力电子技术第4章基础知识l 二极管的开关等效电路：第六节第六节 基本半导体开关元件基本半导体开关元件模拟数字电力电子技术第4章基础知识（1）导通条件及导通特点加于二极管两端电压VVon=0.7V，二极管两端电压基本保持不变，如同一个闭合的开关，二极管导通；（2）截止条件及截止特点加于二极管两端电压VVD=0.5V（死区电压），流过二极管电流基本为零，如同一个断开的开关，二极管截止；（3）开关时间开通时间非常短，可忽略不计。关断时间为几ns。第六节第六节 基本半导体开关元件基本半导体开关元件模拟数字电力电子技术第4章基础知识l 二极管的动态电流波形：
27、第六节第六节 基本半导体开关元件基本半导体开关元件模拟数字电力电子技术第4章基础知识第六节第六节 基本半导体开关元件基本半导体开关元件二、三极管开关特性二、三极管开关特性（1）饱和导通条件 饱和导通时，三极管上压降（UCEUBE），一般UCES小于0.3V。（2）截止条件 UBEUD=0.5V(死区电压）此时，三极管上压降（UCE=VCC）。（3）开关时间 tON，tOFF一般都在ns数量级，饱和深度愈深，关断时间越长。模拟数字电力电子技术第4章基础知识三、三、CMOS开关特性开关特性1、MOS管的结构S(Source)：源极G(Gate)：栅极D(Drain)：漏极B(Substrate):
28、衬底金属层氧化物层半导体层PN结第六节第六节 基本半导体开关元件基本半导体开关元件模拟数字电力电子技术第4章基础知识 以N沟道增强型为例第六节第六节 基本半导体开关元件基本半导体开关元件模拟数字电力电子技术第4章基础知识开启电压第六节第六节 基本半导体开关元件基本半导体开关元件模拟数字电力电子技术第4章基础知识2、输入特性和输出特性输入特性：直流电流为0，看进去有一个输入电容CI，对动态有影响。输出特性：iD=f(VDS)对应不同的VGS下得一族曲线。第六节第六节 基本半导体开关元件基本半导体开关元件模拟数字电力电子技术第4章基础知识漏极特性曲线（分三个区域）截止区恒流区可变电阻区第六节第六节
29、 基本半导体开关元件基本半导体开关元件模拟数字电力电子技术第4章基础知识漏极特性曲线（分三个区域）截止区：VGS 109第六节第六节 基本半导体开关元件基本半导体开关元件模拟数字电力电子技术第4章基础知识漏极特性曲线（分三个区域）恒流区：iD 基本上由VGS决定，与VDS 关系不大,MOS 管工作在放大区第六节第六节 基本半导体开关元件基本半导体开关元件模拟数字电力电子技术第4章基础知识漏极特性曲线（分三个区域）可变电阻区：当VDS 较低（近似为0），VGS 一定时，这个电阻受VGS 控制、可变。第六节第六节 基本半导体开关元件基本半导体开关元件模拟数字电力电子技术第4章基础知识3、MOS管的
30、四种类型 增强型 耗尽型大量正离子导电沟道第六节第六节 基本半导体开关元件基本半导体开关元件模拟数字电力电子技术第4章基础知识4、MOS管的基本开关电路第六节第六节 基本半导体开关元件基本半导体开关元件模拟数字电力电子技术第4章基础知识MOS管开关等效电路如下OFF，截止状态 ON，导通状态第六节第六节 基本半导体开关元件基本半导体开关元件模拟数字电力电子技术第4章基础知识第六节第六节 基本半导体开关元件基本半导体开关元件N沟道增强型沟道增强型导通条件：VGSVTH，导通电阻Ron1K。截止条件：VGSVTH开关时间：输入电阻高，电容大，开关时间比三极管长。P沟道增强型沟道增强型导通条件：VG
31、SVTH，导通电阻RonVTH开关时间：输入电阻高，电容大，开关时间比三极管长。模拟数字电力电子技术第4章基础知识第七节第七节 二极管与门、或门、三极管反相器二极管与门、或门、三极管反相器高电平：VIH=VCC低电平：VIL=0 VI=VIH D截止，VO=VOH=VCC VI=VIL D导通，VO=VOL=0.7V模拟数字电力电子技术第4章基础知识一、二极管与门设设VCC=5V加到加到A,B的的 VIH=3V VIL=0V二极管导通时二极管导通时 VDF=0.7VABY0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7VABY000010100111规定3V以上为10.7V以下为
32、0第七节第七节 二极管与门、或门、三极管反相器二极管与门、或门、三极管反相器模拟数字电力电子技术第4章基础知识二、二极管或门设设VCC=5V加到加到A,B的的 VIH=3V VIL=0V二极管导通时二极管导通时 VDF=0.7VABY0V0V 0V0V3V 2.3V3V0V 2.3V3V3V 2.3VABY000011101111规定2.3V以上为10V以下为0第七节第七节 二极管与门、或门、三极管反相器二极管与门、或门、三极管反相器模拟数字电力电子技术第4章基础知识二极管构成的门电路的缺点 电平有偏移 带负载能力差 只用于IC内部电路第七节第七节 二极管与门、或门、三极管反相器二极管与门、或门、三极管反相器2022-11-10模拟数字电力电子技术第4章基础知识
