学会看电子电路图讲解 下载本文

分析各个集成电路之间以及集成电路与其他分立元件单元电路之间的接口关系,也是看懂集成电路电路图的有效方法。

(1)从集成电路之间的接口关系上分析:在电路图中已知一些集成电路的功能与作用,就可以从各集成电路之间的接口关系上,分析出未知集成电路在电路图中的作用。 (2)从集成电路与分立元件单元电路的接口关系上分析:由于分立元件单元电路比较直观,容易看懂,因此,通过对集成电路与分立元件单元电路接口关系的分析,可以帮助我们掌握该集成电路在电路图中的作用。

数字电路的看图方法

数字电路处理的是不连续的,离散的数字信号,数字信号一般只具有“0”和“1”2个状态,这与传统的模拟电路完全不同。对于数字电路或含有数字电路的电路图,看懂它的关键是:通过分析各种输入信号状态与输出信号状态之间的逻辑关系,来搞清楚电路的逻辑功能 数字电路的看图方法 1 2 3 4 掌握数字电路的引脚特征 采用顺向看图法,逆向看图法来分析数字电路 组合逻辑电路可运用逻辑函数表达式,逻辑函数真值表进行分析 时序逻辑电路可运用状态转换表,时序波形图进行分析 输入端

1.掌握数字电路的引脚特征:数字电路在电路图中通常以分散画法的形式出现,即一块集成电路中的若干个功能单元,以逻辑符号的图形分布在电路图中的不同位置上,这是数字电路与模拟电路在电路图表现形式上的显著区别。分析数字电路,一般只需要掌握逻辑单元的功能,而不必去研究逻辑单元内部的电路。因此,熟识数字逻辑单元的符号和数字电路引脚的特征,能够帮助我们正确看懂数字电路图。

(1)一般输入端:数字电路输入端包括数据输入端和控制输入端两大类,这些输入端从引脚图形上可分为一般输入端,反相输入端,边沿触发输入端,反相边沿触发输入端等。一般数据输入端,数据信号以原码形态输入。例如,门电路的输入端,有时标注字符A,B,C等,如图所示。触发器的数据输入端,标注有字符D,J,K等,如图所示。移位寄存器的的数据输入端中,串行数据输入端标注有D字符,并行数据输入端标注有P1P2P3P4等字符。一般控制输入端,控制信号为“1”时起作用。如图所示D触发器的R(置“0”端)和S(置“1”端)2个控制输入端,当R=1时,触发器被置“0”;当S=1时,触发器被置“1”,当R=0,或S=0时,对触发器不起任何控制作用。

(2)反相输入端:反相数据输入端,数据信号以反码形态输入。例如,图所示为具有反相数据输入端的门电路反相输入端的标注字符上方有一短杠,表示反相。反相数据输入端的效

-果相当于将输入信号反相后再输入。图所示为具有反相数据输入端的移位寄存器,D为反相串行数据输入端。反相控制输入端,控制信号为“0”时起作用。例如,图所示JK触发器的R-置“0”端和S-置“1”端2个控制输入端,当R-=0时,触发器被置“0”;当S-=0时,触发器被置“1”;当R-=1或S—=1时,对触发器不起任何控制作用。

(3)边沿触发输入端:常见于各类触发器的触发端,以及各种时序电路的时钟脉冲输入端。一般边沿触发输入端,触发脉冲的上升沿起作用。例如图所示单稳态触发器的正触发端TR+,当触发脉冲的上升沿作用于TR+端时,单稳态触发器被触发翻转为暂稳态。 (4)反相边沿触发输入端:触发脉冲的下降沿起作用。反相边沿触发相当于在边沿触发输入端前加入了一个反相器。例如,图所示单稳态触发器的负触发端TR-——,当触发脉冲一下降沿作用于TR-——端时,单稳态触发器被触发翻转为暂稳态。

(5)其他输入端:在数字电路系统中,有时也会处理或传输模拟信号,因此必要时在

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电路图中相关的输入端旁加注字符。“П”表示模拟信号输入端,“#”表示数字信号输入端。例如,图所示模拟开关的输入端中,信号端标注有“П”;控制端标注有“#”,表示这是数字信号输入端。模拟信号在数字信号的控制下接通或断开。 输出端

(1)一般输出端:数字电路的输出端可分为一般输出端和反相输出端。一般输出端的数据信号以原码的形态输出。例如,门电路的输出端,标注有字符Y,触发器的输出端,标注有字符Q。加法器的输出端中,“和”输出端标注有字符S,“进位”输出端标注有字符C0。移位寄存器的输出端中,并行数据输出端标注有Q1Q2Q3Q4等字符,其中最后1位并行数据输出端同时也是串行数据输出端。

(2)反相输出端:反相输出端的数据信号以反码的形态输出。例如,门电路的反相输出端,

——,

标注有字符Y如图所示,这相当于在基本门电路后面加接了一个非门(反相器)。触发器

——

的反相输出端,标注有字符Q,如图所示,译码器的多个反相输出端,分别标注有字符Y1——————

Y2Y3等

(3)其他连接端:有些数字电路还具有若干外接电阻,电容,晶体等元器件的其他引脚,这些不属于逻辑连接的连接端,在电路图中用一个“×”符号标注,如图所示。例如,图所示单稳态触发器中,其上部连接外接电阻RE和外接电容CE的引脚,即为不属于逻辑连接的连接端。

数字电路图的一般分析方法 数字电路多种多样,对于不同类型的数字电路,应根据具体电路的特点采用不同的分析方法。一般情况下,可采用顺向看图法或逆向看图法来分析数字电路。

(1)顺向看图法:即顺着信号处理流向从输入端到输出端依次分析。 (2)逆向看图法:即逆着信号处理向从输出端到输入端倒推分析。

组合逻辑电路的分析方法

组合逻辑电路包括各种编码器,译码器,加法器,数值比较器,数据选择与分配器等。组合逻辑电路的基础单元是门电路。组合逻辑电路可以具有1个或多个输入端,同时具有1个或多个输出端。

组合逻辑电路的特点是:输出信号的状态仅与当时的各输入信号的状态有关,而与该时刻之前的电路状态无关。分析组合逻辑电路的关键是正确应用逻辑代数。

(1)运用逻辑函数表达式进行分析:组合逻辑电路可以运用逻辑函数表达式进行分析。具体方法是从组合逻辑电路的输入端到输出端,逐级写出每一个逻辑单元的逻辑函数表达式,得出最终的逻辑函数表达式,并化简为最简形式,即可据此确定该电路的逻辑功能。

(2)运用逻辑函数真值表进行分析:组合逻辑电路还可以运用逻辑函数真值表进行分析。具体方法是列出组合逻辑电路所有输入端与所有输出端之间的逻辑函数真值表,然后根据真值表判断出电路的逻辑功能。 时序逻辑电路的分析方法

时序逻辑电路包括各种移位寄存器和计数器等。时序逻辑电路一般由组合逻辑电路和存储电路两部分组成。存储电路的核心单元是触发器,它将电路的输出状态存储下来并反馈到电路的输入端,因此时序逻辑电路具有记忆功能。时序逻辑电路的特点是,任一时刻输出信号的状态不仅与当时的输入信号的状态有关,而且还与原来的电路状态有关。分析时序逻辑电路一定要抓住与时间有关这个关键。

(1)运用状态转换表进行分析:状态转换表是时序逻辑电路的真值表,它按时间顺序列出了每一时刻的输入状态和输出状态。需要特别注意的是,这里所说的输入状态包含该时刻输入信号的状态和前一时刻输出信号的状态。通过状态转换表可以清晰地看出时序逻辑电路的

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工作过程。

(2)运用时序波形图进行分析:时序波形图是以时钟脉冲为基准,将每一个输入端和每一个输出端的状态,以随时间而变化的波形的形式一一对应地画在一起。通过时序小型图能够直观地看出时序逻辑电路的工作过程。 时序逻辑电路的分析方法

时序逻辑电路包括各种移位寄存器和计数器等。时序逻辑电路一般由组合逻辑电路和存储电路两部分组成。存储电路的核心单元是触发器,它将电路的输出状态存储下来并反馈到电路的输入端,因此时序逻辑电路具有记忆功能。 时序逻辑电路的特点是,任一时刻输出信号的状态不仅与当时的力促的状态有关,而且还与原来的电路状态有关,即与前一时刻的输入信号的状态有关。分析时序逻辑电路一定要抓住与时间有关这个关键。

(1)运用状态转换表进行分析:状态转换表是时序逻辑电路的真值表,它按时间顺序列出了每一时刻的输入状态和输出状态。需要特别注意的是,这里所说的输入状态包含该时刻输入信号的状态和前一时刻输出信号的状态。通过状态转换表可以清晰地看出时序逻辑电路的工作过程。

(2)运用时序波形图进行分析:时序波形图是以时钟脉冲为基准,将每一个输入端和每一个输出端的状态,以随时间而变化的波形的形式一一对应地画在一起。通过时序波形图能够直观地看出时序逻辑电路的工作过程。

放大单元电路分析 放大单元电路 电压放大器电路 功率放大器 作用 对信号进行电压放大 种类 单管放大电路,双管放大电路,负反馈放大电路,集成运放电路等 作用 对信号进行功率放大 种类 单管功率放大器,推挽功率放大器,OTL功率放大器,OCL功率放大器,集成功率放大器,BTL功率放大器 电压放大器电路的基本功能和作用是放大电压信号,当一级电压放大单元不能满足整机电路的要求时,往往采用多级电压放大单元串联工作。电压放大电路可以由晶体管,电子管,集成运算放大器等元器件构成,并且具有多种电路形式。 1.单管电压放大电路:单个晶体管构成的电压放大电路称为单管电压放大电路。晶体管放大电路有三种基本连接方式,共发射极接法,共基极接法和共集电极接法。 在共发射极电路中,发射极为输入,输出回路的交流公共端。在共基极电路中,基极为输入,输出回路的交流公共端。在共集电极电路中集电极为输入,输出回路的交流公共端。

单管基本放大电路是最基本的放大电路。图所示为一个典型的共发射极电压放大电路,VT为晶体管,R1,R2为基极偏置电阻,R3为集电极电阻,R4为发射极电阻,C1,C2为耦合电容,C3为发射极旁路电容。 (1)直流工作点的建立

晶体管放大电路能够正常工作的前提是:必须使晶体管有合适的直流工作点,并保持工作点的稳定。

单管共发射极电压放大电路是如何建立和稳定直流工作点的呢?为了分析方便,除集电极电阻R3外,其余3个电阻(R1,R2,R4)都是用来建立和稳定VT的直流工作点的。R1,R2将电源电压分压后作为VT的偏置电压(即工作点)发射极电阻R4上形成的电流负反馈具有稳定工作点的作用。 (2)直流工作点的稳定

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晶体管易受温度等外界因素影响而造成工作点漂移,因此自动稳定工作点是很重要的,工作点的稳定过程如图所示。

当温度上升等原因造成工作点上升时,VT的发射极电流IE 增大使R4上的电压降(即VT的发射极电压UE )上升。由于VT的基极偏置电压UB是固定的(由R1R2分压所得),因此发射极电压UE上升必然使VT的基极-发射极间电压UBC 下降。UBC 下降使得基极电流IB下降,导致VT的集电极电流IC和发射极电流随之下降,迫使工作点回落,其结果是保持了工作点基本不变。当因某种原因造成工作点下降时,电路按相反的方向自动进行调整,最终使工作点保持基本稳定 (3)交流信号的放大

对交流信号而言,电容相当于短路,电池也可视为短路,因此,共发射极电压放大电路的交流回路如图所示。RB为VT的基极电阻,RB等于图中偏置电阻R1和R2的并联值。RC为VT的集电极负载电阻,在放大器输出端开路(U0端未接负载)的情况下,RC就是图中的R3,即RC=R3

电路放大过程是,当在放大电路输入端(VT基极)加入一个交流信号电压时,VT的基极电流将随交流信号电压的变化而变化,使其集电极电流也随之变化,并在负载电阻上产生电压降。因为VT的集电极电流是基极电流的N倍,所以在其集电极处便得到了一个放大了的输出电压。

由于在共发射极电压放大电路中,输出电压是电源电压与集电极电阻上的压降的差值,因此输出电压与输入电压相位相反,集电极电流与输入电压相位相同。 2.双管电压放大路

采用2只晶体管可以构成双管电压放大单元,电路如图所示,VT1和VT2之间为直接耦合,没有耦合电容。双管电压放大路的主要特点是电压增益高,工作点稳定度高,偏置电阻无须调整和电路较为简单。 (1)双管工作点的建立

图所示为双管电压放大电路的直流回路,VT1的基极偏压不是取自电源电压,而是通过R3取自VT2的发射极电压。这样就构成了二级直流负反馈,使整个电路工作点更加稳定。该电路一经设计完毕,两管工作点即已固定,因此无须调整偏置电阻。 (2)双管工作点的稳定

工作点的稳定过程如图所示。如果因温度上升等原因造成VT1的集电极电流IC1上升时,其集电极电压UC1必然下降。因为VT1的集电极电压UC1就是VT2的基极电压UB2,UB2下降使得VT2的集电极电流IC2和发射极电流IE2均随之下降,VT2发射极电阻R5上的电压降(即VT2发射极电压UE2)也就下降。UE2的下降通过电阻R3反馈到VT1基极,使VT1基极电压UB1下降,迫始其集电极电流IC1回落,从而使工作点保持稳定。

当工作点受到某种因素影响而下降时,双管电压放大路也能自动调控保持工作点的稳定,只是调控方向相反。 (3)交流信号的放大

双管电压放大电路交流回路如图所示,它包括二级共发射极放大电路。RB为VT1的基极电阻。RC1既是VT1的集电极电阻,又是VT2的基极电阻。RC2是VT2的集电极电阻。UI为输入电压。UC1既是VT1的输出电压,又是VT2的输入电压。U0=UC2既是VT2的输出电压,又是整个放大电路的输出电压。

双管电压放大电路总的电压放大倍数,等于VT1和VT2两级电压放大倍数的乘积。从图中的波形可见,双管电压放大电路的输出电压U0与输入电压UI同相。

具有负反馈的电压放大电路

具有负反馈的电压放大电路简称为负反馈放大器,其电路结构方框图如图所示。负反馈

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放大器由两部分组成,一是基本电压放大电路,二是负反馈网络。

负反馈实质上就是把输出电压的一部分再送回到输入端,并使其与输入电压相位相反。负反馈可以明显改善电压放大器的性能指标,使其失真减小,噪声降低,频响展宽,稳定度提高,而这些好处都是以牺牲放大器增益为代价的。由于增益可以用多级放大器来保障,而很多场合对放大器的性能指标要求严格,因此负反馈放大器得到普遍采用。

根据反馈信号是依赖输出电压还是输出电流,负反馈可分为电压负反馈和电流负反馈两类。根据反馈电路与输入信号电压的连接方式,又可分为串联负反馈和并联负反馈两类。综合起来看,负反馈放大器可分为四类。

一.串联电流负反馈 二.串联电压负反馈 三.并联电流负反馈 四.并联电压负反馈

使用较多的是串联电流负反馈放大器和并联电压负反馈放大器。 (1)串联电流负反馈变压器

图所示为典型的串联电流负反馈放大器电路,VT的发射极电阻RE为反馈元件,RE上的电压降即为反馈电压UΒ。RB为基极电阻,RC为集电极电阻。

如何判断负反馈放大器的类型呢?首先,将电路输出端(U0两端)短路,使输出电压U0=0V,这时RE上的反馈信号UΒ依然存在,因此这是电流负反馈。其次,RE上的反馈信号UΒ是与输入信号电压UI相串联后加在VT的基极与发射极之间的,属于串联负反馈。因此,这是一个串联电流负反馈放大电路。

串联电流负反馈放大器电路的工作原理是:输出信号电流I0在VT的发射极电阻RE上产生电压降UΒ,由于RE又串联在放大器的输入信号回路中,因此UΒ与输入信号电压UI相串联,且极性相反。由于反馈电压UΒ抵消了一部分输入信号电压UI,所以放大器加入串联电流负反馈后,电压放大倍数降低,电流放大倍数基本不变,阻抗增大,输出阻抗略有增加。

(2)并联电压负反馈放大器

图为典型的并联电压负反馈放大器电路,晶体管VT的基极电阻RB为反馈元件,反馈电压UΒ取自负载电阻RL上的输出电压U0,RC为集电极电阻。

将电路输出端(U0两端)短路,使输出电压U0=0V,这时反馈信号UΒ将不复存在,因此这是电压负反馈。反馈信号UΒ通过RB与输入信号电压UI相并联后加在晶体管VT的基极与发射极之间,属于并联负反馈。所以这是一个并联电压负反馈放大器电路

并联电压负反馈放大器电路的工作原理是:反馈电压UΒ取自输出电压U0,与输入信号电压UI相并联,且极性相反。由于反馈电压UΒ分流了一部分输入信号UI,所以放大器加入并联电压负反馈后,电压放大倍数基本不变,电流放大倍数降低,输入阻抗降低,输出阻抗也降低。

(3)多级负反馈放大器

为了进一步提高负反馈放大器的性能,往往采用多级负反馈放大器电路。图所示为三级负反馈放大器示意图,A1A2A3为三级放大器,R为反馈元件。多级放大器具有更高的开环增益,可以采用更大的反馈深度,以充分发挥负反馈的作用。

集成运放电压放大路

集成运放实质上是一个高增益的多级直接耦合放大器,具有很大的开环电压放大倍数

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(一般可达10,即100DB以上)和极高的输入阻抗(可达10?,采用场效应管输入级可达109 ?以上)。

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