電工學(xué)概論（第三版）

電子教案第七章數(shù)字電子電路7.1數(shù)制及數(shù)字邏輯第七章數(shù)字電子電路7.7D/A、A/D轉(zhuǎn)換器7.4觸發(fā)器7.3組合邏輯電路7.2邏輯門電路7.5時序邏輯電路7.6555定時器及其應(yīng)用7.9可編程邏輯器件7.8半導(dǎo)體存儲器2/1447.1.1數(shù)制1.數(shù)制的種類常用的十進(jìn)制,有0～9十個數(shù)碼,計(jì)數(shù)規(guī)律逢10進(jìn)1。在數(shù)字電路中,還常采用二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制,它們分別有0和1兩個數(shù)碼,0～7八個數(shù)碼和0~9、A~F十六個數(shù)碼。若進(jìn)位基數(shù)為J，則為J進(jìn)制，有“J”個數(shù)碼和逢“J”進(jìn)1的規(guī)則。

J進(jìn)制數(shù)可表示為：

Ji表示數(shù)值中每位的權(quán),i的取值以小數(shù)點(diǎn)為基準(zhǔn),

整數(shù)部分自右向左按0、1、…、n遞增,小數(shù)部分自左向右按

1、

2、…、

m遞減，Ki代表第i位數(shù)碼。7.1數(shù)制及數(shù)字邏輯數(shù)制是進(jìn)位計(jì)數(shù)制的簡稱。3/144將十進(jìn)制轉(zhuǎn)化為J進(jìn)制,可將(N)的整數(shù)部分J取余法，小數(shù)部分乘J取整法，兩者組合起來即可。其余轉(zhuǎn)換類同。例7.4.3(P231)：用4位二進(jìn)制代碼表示十進(jìn)制數(shù)0～9十個數(shù)碼，該代碼稱為BCD碼(二–十進(jìn)制編碼)。

BCD碼有多種形式,常用的有8421、2421、余3BCD碼，其對應(yīng)關(guān)系見表7.4.2。2.數(shù)制的轉(zhuǎn)化3.BCD碼（二-十進(jìn)制碼）4/144邏輯變量是二值變量。是表示兩種相互對立的狀態(tài)。如事物的真與假，是與非，電平的高于低，開關(guān)的通于斷，電燈的亮與暗等。兩種對立狀態(tài)用1和0表示，分別稱為邏輯“1”和邏輯“0”。注意這里“1”和“0”已無數(shù)值的概念,僅代表兩種對立的狀態(tài)。數(shù)字邏輯指在數(shù)字電路中輸入量和輸出量之間的因果關(guān)系，反映邏輯關(guān)系的變量稱為邏輯變量，對邏輯關(guān)系進(jìn)行數(shù)學(xué)描述即是邏輯代數(shù)。7.1.2數(shù)字邏輯5/144圖中“1”代表某個電平以上的數(shù)值，“0”代表某個電平以下的數(shù)值。尖1.數(shù)字邏輯信號是一種躍變信號。6/144(1)與運(yùn)算，也稱與邏輯，當(dāng)決定某事件的全部條件同時具備時，事件才發(fā)生。設(shè)：開關(guān)斷開、燈不亮用邏輯“0”表示，開關(guān)閉合、燈亮用邏輯“1”表示。邏輯表達(dá)式:F=A·B=ABABF000101110100與邏輯真值表邏輯符號&ABF2.邏輯函數(shù)的基本運(yùn)算關(guān)系7/144(2)或運(yùn)算,也稱或邏輯,當(dāng)決定某事件的條件之一具備時，該事件就發(fā)生。邏輯表達(dá)式：F=A+B或邏輯真值表000111110110ABF設(shè)：開關(guān)斷開、燈不亮用邏輯“0”表示，開關(guān)閉合、燈亮用邏輯“1”表示。邏輯符號ABF>18/144(3)非運(yùn)算，也稱非邏輯決定事件的條件只有一個,當(dāng)條件具備時，事件不發(fā)生。邏輯表達(dá)式：F=A非邏輯真值表101AF0設(shè)：開關(guān)斷開、燈不亮用邏輯“0”表示，開關(guān)閉合、燈亮用邏輯“1”表示。邏輯符號1AF9/144

邏輯代數(shù)：它是分析設(shè)計(jì)邏輯電路的數(shù)學(xué)工具。雖然它和普通代數(shù)一樣也用字母表示變量，但變量的取值只有“0”,“1”兩種?；パa(bǔ)律1、0律重疊律對合律3.邏輯代數(shù)的主要公式和基本運(yùn)算法則(1)主要公式10/144交換律結(jié)合律分配律摩根定律一般代數(shù)不適用！吸收律A+AB=AA(A+B)=A11/144(2)基本運(yùn)算法則①代入法則②對偶法則③反演法則對于任何一個邏輯等式，以某個邏輯變量或邏輯函數(shù)同時取代等式兩端任何一個邏輯變量后，等式依然成立將一個邏輯函數(shù)進(jìn)行如下變換：

+，+，0

1，1

0，所得的新函數(shù)是原函數(shù)表達(dá)式的對偶式。對偶規(guī)則：如果兩個邏輯函數(shù)表達(dá)式相等，那么它們的對偶式也相等。將一個邏輯函數(shù)進(jìn)行如下變換：

+，+，0

1，1

0，原變量反變量，反變量原變量，所得的新函數(shù)是原函數(shù)的反函數(shù)。12/1444.邏輯函數(shù)的代數(shù)化簡法代數(shù)化簡法就是運(yùn)用邏輯函數(shù)的基本運(yùn)算法則和基本公式對邏輯函數(shù)進(jìn)行化簡。常用化簡方法1、并項(xiàng)法2、吸收法3、消去法4、配項(xiàng)法13/1447.2.1TTL與非邏輯門電路門電路主要有：與門、或門、非門、與非門、或非門、異或門和三態(tài)門等。邏輯門電路：是實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算的電路。7.2邏輯門電路14/14400010011101111011001011101011110ABFC

與非門邏輯真值表邏輯表達(dá)式：

F=ABC(1)輸入不全為高電平1(3.6V)時有U0

3.6V,即F=1(2)輸入全為高電平1(3.6V)時有U0=0.3V,即F=0電路實(shí)現(xiàn)見“0”出“1”全“1”出“0”F&ABC與非門邏輯符號1.工作原理15/144電壓傳輸特性3.主要參數(shù)①開門電平UON:保證輸出為低電平所對應(yīng)的輸入電平的下限值,約為1.6V。②關(guān)門電平UOFF:保證輸出為高電平所對應(yīng)的輸入電平的上限值,約為0.8V。③低電平噪聲容限：UNL=UOFF

–

UIL,UIL約為0.8V。④高電平噪聲容限：UNH=UIH–

UON,UIH約為2.7V。⑤閾值電壓UT:UT=(UON–UOFF)/2,約為1.2V。02.TTL與非門的傳輸特性16/1447.2.2CMOS門電路

CMOS電路的許多基本邏輯單元都是用P溝道增強(qiáng)型MOS管和N溝道增強(qiáng)型MOS管按照互補(bǔ)對稱形式連接起來構(gòu)成的。1.反相器17/144因?yàn)镸OS管的柵極和襯底之間存在著以薄層SiO2為絕緣介質(zhì)的輸入電容，極易被擊穿，所以實(shí)際CMOS反相器的輸入端都內(nèi)置有保護(hù)電路。18/1442.基本的CMOS與非門2.基本的CMOS或非門19/1444.帶緩沖級的門電路20/1447.2.3其他常用的邏輯門1.集電極開路門（OC門）21/1442.三態(tài)門三態(tài)門是在普通門的基礎(chǔ)上加上使能控制端和控制電路構(gòu)成的，其輸出端除了有高電平和低電平兩種輸出狀態(tài)外，還有輸出端懸空，處于高阻狀態(tài)，此時電路與負(fù)載之間相當(dāng)于開路。22/1443.模擬傳輸門模擬傳輸門是CMOS電路，用以在電路中由邏輯信號控制模擬信號傳輸?shù)耐〝唷?.各種門的運(yùn)算關(guān)系與符號見表7.4.823/1445.通用數(shù)字集成電路的品種系列及封裝

(1)TTL數(shù)字集成電路系列

TTL數(shù)字集成電路主要是54/74系列，54系列是軍品，74系列是民品。早期的74系列經(jīng)歷了74H、74S、74LS的發(fā)展歷程，現(xiàn)代主要發(fā)展了74AS系列。

(2)CMOS數(shù)字集成電路系列早期產(chǎn)品有C000系列和CC4000系列，前者已基本不用。后者也基本被HC/HCT系列產(chǎn)品取代。AHC/AHCT系列是改進(jìn)的高速CMOS系列的簡稱，是目前應(yīng)用最廣的器件。VHC/VHCT系列與AHC/AHCT系列性能接近

，LVC和ALVC是低壓CMOS邏輯系列，是目前CMOS電路中性能最好的。24/144

(3)集成邏輯門電路常見封裝及引腳排列①常見封裝②引腳圖25/1447.3.1組合邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)數(shù)字電子電路可分成兩大類：組合邏輯電路和時序邏輯電路。1.組合邏輯電路的分析7.3組合邏輯電路根據(jù)給定的邏輯電路，通過分析得出它的邏輯功能。例：試分析給定邏輯電路的邏輯功能解：逐級寫出邏輯表達(dá)式得實(shí)現(xiàn)異或功能（或數(shù)值比較功能）26/1442.組合邏輯電路的設(shè)計(jì)根據(jù)給定的實(shí)際邏輯問題，得出符合要求的邏輯電路例：設(shè)計(jì)一個監(jiān)視交通信號燈工作狀態(tài)的邏輯電路解：分析交通燈的工作狀態(tài)有(1)首先邏輯抽象取紅黃綠3盞燈的狀態(tài)為輸入變量R、Y、G，規(guī)定燈亮為1，不亮為0，輸出狀態(tài)用變量Z表示，正常為0，發(fā)生故障為1。根據(jù)題意可列出真值表。27/144真值表(2)寫邏輯函數(shù)式(3)選定器件類型(4)按要求化簡或轉(zhuǎn)化邏輯函數(shù)式(5)根據(jù)邏輯函數(shù)式畫出邏輯圖RYGZ0001001001000111100010111101111128/1447.3.2加法器1.

1位加法器半加器不考慮來自低位的進(jìn)位，只考慮本位的兩個二進(jìn)制數(shù)相加的運(yùn)算輸入輸出ABSCO000001101010110129/144全加器不僅考慮本位的兩個二進(jìn)制數(shù)，而且考慮來自低位進(jìn)位的三個數(shù)相加的運(yùn)算。輸入輸出ABCISCO000000011001010011011001010101110011111130/144全加器的圖形符號2.多位加法器多位二進(jìn)制數(shù)相加時，除最低位外，其余每一位都是帶進(jìn)位相加的。74LS283是一個四位超前進(jìn)位的加法器31/1447.3.3編碼器1.二進(jìn)制編碼器用一組二進(jìn)制代碼來表示不同信息的過程稱為編碼，用來實(shí)現(xiàn)編碼工作的數(shù)字電路稱為編碼器。用n位二進(jìn)制代碼對N=2n個輸入信號編碼的電路。(1)三位二進(jìn)制編碼器——8線-3線編碼器任何時刻只允許對一個輸入信號進(jìn)行編碼，這種電路稱為普通編碼器。其輸入是一組互相排斥的變量。32/144(2)三位二進(jìn)制優(yōu)先編碼器允許同時輸入兩個或兩個以上編碼信號，電路對其中優(yōu)先權(quán)最高的輸入信號進(jìn)行編碼。如74LS1481.二-十進(jìn)制編碼器是將10路輸入對應(yīng)的四位二進(jìn)制輸出，表示一位十進(jìn)制數(shù)碼0～9的電路，也可稱為10線-4線編碼器。如10線-4線8421BCD碼編碼器74LS147。33/144000輸出輸入BCA0(Y0)1(Y1)2(Y2)3(Y3)4(Y4)5(Y5)6(Y6)7(Y7)8(Y8)9(Y9)D00011101000011110001101100000000001118421碼編碼表十進(jìn)制數(shù)邏輯表達(dá)式34/1448421碼編碼器邏輯圖

E為控制信號稱使能端，當(dāng)E=1時，編碼器工作，否則輸出全為0。35/1441.二進(jìn)制譯碼器譯碼是編碼的逆過程，實(shí)現(xiàn)譯碼功能的電路稱為譯碼器。

N個輸入對應(yīng)2n個輸出的電路,稱為二進(jìn)制譯碼器；如：8個3位譯碼器二進(jìn)制代碼輸出信號7.3.3譯碼器36/14437/1443線–8線譯碼器邏輯圖38/144集成3線―8線譯碼器低電平有效片選端(使能端)39/144例：試用兩片3線-8線譯碼器組成4線-16線譯碼器。2.七段LED顯示譯碼器數(shù)字電路中，數(shù)字量是以代碼形式出現(xiàn)的，所以要先經(jīng)過譯碼，才能送到數(shù)字顯示器去顯示。40/144(1)七段字符顯示器用七段可發(fā)光線段構(gòu)成的七段數(shù)字顯示器。又稱數(shù)碼管，常見的有半導(dǎo)體數(shù)碼管和液晶顯示器gfedcbaa

b

c

d

e

f

g

01100001101101低電平時發(fā)光高電平時發(fā)光共陽極接法dgfecbagfedcba共陰極接法2數(shù)141/144七段顯示譯碼器真值表共陰極接法(2)BCD七段顯示譯碼器42/144(2)BCD七段顯示譯碼器74LS48驅(qū)動BS201A半導(dǎo)體數(shù)碼管43/144時序邏輯電路電路的輸出信號不僅取決于當(dāng)時的輸入信號，而且與電路過去的狀態(tài)有關(guān)，或者說它具有記憶和存儲功能的邏輯電路。觸發(fā)器是最簡單的時序邏輯電路，它是構(gòu)成復(fù)雜時序電路的基本邏輯單元。觸發(fā)器有一個以上的輸入端和兩個輸出端Q和Q,是具有保持一位數(shù)據(jù)功能的存儲器。低電平有效預(yù)置端7.4觸發(fā)器44/144雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)：1.有兩個穩(wěn)定狀態(tài)“0”態(tài)

和“1”態(tài)；電路的狀態(tài)規(guī)定由輸出端Q決定，如Q=1,Q=0電路為“1”態(tài)。2.在輸入信號及時鐘脈沖的作用下，可將觸發(fā)器置成

“0”

或“1”態(tài)；3.輸入信號消失后，被置成的“0”

或“1”

態(tài)能保存下來，即具有記憶功能。45/1441.基本RS觸發(fā)器符號基本RS觸發(fā)器特性表SRQn+110001111Qn00不定Qn

:稱為現(xiàn)態(tài)

Qn+1:稱為次態(tài)簡化7.4.1RS觸發(fā)器46/144

(3)S=1，R=1時，Qn=Qn+1，即狀態(tài)不變,體現(xiàn)觸發(fā)器的記憶功能。

(4)S=0，R=0時，Qn+1=1，表中的不定是S和R由0同時變1時，Qn+1的狀態(tài)不定，使用時避免出現(xiàn)這種情況。

(2)S=1，R=0時，無論Qn為何種狀態(tài)，Qn+1均為“0”，R端稱為置“0”端或復(fù)位端。

(1)S=0，R=1時，無論Qn為何種狀態(tài)，Qn+1均為“1”，S

端稱為置“1”端或置位端。47/1442.同步RS觸發(fā)器存在的問題：①存在約束條件，使用不便

②存在空翻現(xiàn)象。48/144在CP=1期間，R、S多次發(fā)生變化，則觸發(fā)器的輸出狀態(tài)也可能發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)，造成次態(tài)不穩(wěn)定，這種現(xiàn)象叫空翻?？辗且环N有害現(xiàn)象，使觸發(fā)器不能按節(jié)拍工作造成系統(tǒng)誤動作。49/144

(1)預(yù)置端的優(yōu)先級最高，直接決定輸出狀態(tài)，用于預(yù)先預(yù)置觸發(fā)器狀態(tài)，觸發(fā)器正常工作時，應(yīng)使

RD=SD=1下降沿觸發(fā)上升沿觸發(fā)7.4.2JK觸發(fā)器50/144(2)JK觸發(fā)器的功能描述

①JK觸發(fā)器特性表Qn10011100Qn

01

CPJ

K

00

01

10

1101010101

××Qn××Qn

Qn+1功能保持保持置0置1翻轉(zhuǎn)51/144②JK

觸發(fā)器特性方程觸發(fā)器的次態(tài)與現(xiàn)態(tài)及輸入信號之間的邏輯關(guān)系，稱為特性方程。由特性表可得特性方程為：下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器時序圖③波形圖52/144

符號①D觸發(fā)器的特性表D

Qn+10101②D觸發(fā)器特性方程:③波形圖上升沿觸發(fā)7.4.3D觸發(fā)器53/1447.4.4T觸發(fā)器和T

觸發(fā)器T觸發(fā)器的特性方程T觸發(fā)器特性方程:在CP作用下，根據(jù)輸入信號T的不同，凡具有保持和翻轉(zhuǎn)功能的觸發(fā)器電路都稱為T觸發(fā)器在T觸發(fā)器的基礎(chǔ)上，如果使T=1，那么每來一個CP脈沖，觸發(fā)器狀態(tài)都將翻轉(zhuǎn)一次，構(gòu)成計(jì)數(shù)工作狀態(tài)，這就是T

觸發(fā)器54/144(1)判斷電路類型；7.5時序邏輯電路7.5.1分析時序邏輯電路的一般步驟(2)寫方程式；(3)列真值表；(4)作狀態(tài)圖；(5)畫時序圖；(6)功能描述；55/144

寄存器是能把二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼暫時存儲起來的電路。1.數(shù)碼寄存器4位數(shù)碼寄存器11011101并行輸入方式并行輸出方式僅有寄存數(shù)碼的功能

7.5.2寄存器56/1442.移位寄存器既有存儲數(shù)碼的功能，又有移位的功能的電路。移位寄存器有4

種輸入輸出方式。分別為并行輸入并行輸出、并行輸入串行輸出、串行輸入串行輸出、串行輸入并行輸出。圖中為串行輸入并行和串行輸出的4位移位寄存器。從高位向低位依次輸入57/144數(shù)據(jù)依次向左移動，稱左移寄存器，輸入方式為串行輸入。從高位向低位依次輸入1移位脈沖2340001001101101101并行輸出58/144再輸入四個移位脈沖，1101由高位至低位依次從Q3端輸出。串行輸出方式59/144移位寄存器狀態(tài)表并行輸出再繼續(xù)輸入4個移位脈沖,從Q3端串行輸出1101數(shù)碼，實(shí)現(xiàn)串行輸出。60/144移位寄存器工作波形圖61/1443.集成寄存器并行輸入端右移數(shù)碼輸入端工作方式控制端左移數(shù)碼輸入端62/14474LS194功能表清零保持并行寄存串行寄存63/144功能表說明：(1)，異步清零。同步并行送數(shù)。

DSR端輸入的數(shù)碼從低位到高位依次同步右移串行送數(shù)。

DSL端輸入的數(shù)碼從高位到低位依次同步左移串行送數(shù)。

保持狀態(tài)不變。64/144順序脈沖發(fā)生器4.集成寄存器的應(yīng)用65/1447.5.3計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器是對輸入脈沖

CP計(jì)數(shù)的電路。計(jì)數(shù)器除了用于計(jì)數(shù)外，可用于定時、分頻、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖，還是用于數(shù)字系統(tǒng)控制等。4位同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器1.二進(jìn)制計(jì)數(shù)器(1)同步加法計(jì)數(shù)器66/144分析步驟如下：①寫出各觸發(fā)器的驅(qū)動方程(反映觸發(fā)器輸入端狀態(tài)與各輸入量之間的邏輯關(guān)系)由上面的邏輯電路可得：②寫出各觸發(fā)器的狀態(tài)方程(反映次態(tài)與現(xiàn)態(tài)的關(guān)系)將驅(qū)動方程代入特性方程可得狀態(tài)方程67/144③求出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表和波形圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換表68/144從狀態(tài)表可看出，由于來了16個脈沖后，電路回到初始狀態(tài)，并發(fā)出進(jìn)位信號，故整體構(gòu)成十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。電路狀態(tài)Q3Q2Q1Q0脈沖順序CP等效十進(jìn)制數(shù)111213141516101111001101111011110000111213141516進(jìn)位輸出CO000010④寫出進(jìn)位輸出方程CO69/144波形圖二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器波形圖2分頻4分頻8分頻16分頻70/144(2)集成同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器（74161）并行數(shù)據(jù)輸入端工作方式控制端清零端進(jìn)位端置數(shù)控制端71/14474161功能表功能表說明：①異步清零。②同步并行置數(shù)，72/144④，計(jì)數(shù)及進(jìn)位。③保持原態(tài)不變。2.十進(jìn)制計(jì)數(shù)器(1)異步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器73/144(2)集成異步二-五-十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74/144(2)集成異步二-五-十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器由模2計(jì)數(shù)器和模5計(jì)數(shù)器兩部分構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制計(jì)數(shù)、五進(jìn)制計(jì)數(shù)、8421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)和5421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)。3.任意進(jìn)制(N進(jìn)制)計(jì)數(shù)器可以利用清零法和預(yù)置數(shù)，增加外部電路來改變集成計(jì)數(shù)器的進(jìn)位模值。75/144(1)清零法①異步清零76/144②同步清零77/144(2)預(yù)置數(shù)法①置零法78/144②置數(shù)法79/144例：圖為74161構(gòu)成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)狀態(tài)異步清零端0101010010(當(dāng)Q3Q2Q1Q0=1010時)(當(dāng)Q3Q2Q1Q0=1001時)

同步置數(shù)端80/144

555定時器是模擬和數(shù)字電路相結(jié)合組成的，可以構(gòu)成多種脈沖發(fā)生器和波形變換電路。它廣泛用于定時、延時、控制、報警等方面。7.6.1555定時器的基本功能1.555定時器的電路和符號(1)分壓器和電壓比較器:由三個等值電阻構(gòu)成分壓器;

電壓比較器A1和A2構(gòu)成。(2)基本RS觸發(fā)器和緩沖器G3(3)放電管TD7.6555定時器及其應(yīng)用81/144引腳排列圖分壓器比較器RS觸發(fā)器原理電路圖復(fù)位端低電平

觸發(fā)端低電平

觸發(fā)端82/144原理電路圖引腳排列圖83/144555定時器的功能表2.555定時器的基本功能84/144單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài),在數(shù)字系統(tǒng)中常用做定時、整形及延時、脈沖展寬和脈沖寬度調(diào)制。7.6.2由555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.電路組成和工作原理輸入觸發(fā)信號

RC為定時元件,放電端與TH端相連，低電平為觸發(fā)有效電平。

85/144(1)當(dāng)未加觸發(fā)信號即uI為高電平時,電路處于穩(wěn)態(tài)，uO

輸出低電平。當(dāng)UTR=uI=1時，若uO

=0,則T飽和導(dǎo)通，UTH=0,uO狀態(tài)不變；當(dāng)UTR=uI=1時，若uO=1,則T截止，電源通過RC充電，UTH上升,到2/3UCC時,uO1=0,使觸發(fā)器置零態(tài),uO

=0。T又開始導(dǎo)通，UTH=0，維持uO=0。T截止86/144(2)

當(dāng)uI下降沿觸發(fā)時，電路從穩(wěn)態(tài)進(jìn)入暫態(tài)。當(dāng)UTR=uI=0時,則uO2=0,觸發(fā)器置“1”態(tài)；uO=1,則T截止,電源通過RC充電,UTH上升,到2/3UCC時，uO1=0,使觸發(fā)器置“0”態(tài),uO

=0。T又開始導(dǎo)通，UTH=0，維持uO

=0。暫態(tài)維持的時間tW由充電時間常數(shù)RC決定。87/144(3)觸發(fā)信號應(yīng)滿足條件：下降幅度大于2/3UCC，負(fù)脈沖寬度小于tW。工作波形下降沿

觸發(fā)暫態(tài)時間88/1442.單穩(wěn)態(tài)電路的應(yīng)用(1)脈沖整形利用暫穩(wěn)態(tài)輸出的幅度和寬帶恒定的特點(diǎn),可對不規(guī)則的波形進(jìn)行整形。89/144(2)脈沖定時在暫穩(wěn)態(tài)時間tW內(nèi),打開與門，uO′=uB實(shí)現(xiàn)了高頻脈沖選通定時的作用。90/1447.6.3555定時器組成的多諧振蕩器

多諧振蕩器是一種無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，無需任何輸入信號，就能產(chǎn)生矩形波輸出。1.電路組成和工作原理(1)起始狀態(tài)uO為高電平。(2)暫穩(wěn)態(tài)I

及維持時間tW1,uO=uH是不穩(wěn)定的，稱第I

暫穩(wěn)態(tài)。分析可得：91/144(3)暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ及維持時間tW2分析可得：uO=uL是不穩(wěn)定的，稱第Ⅱ暫穩(wěn)態(tài)。工作波形(4)振蕩頻率及占空比占空比92/1442.占空比可調(diào)的多諧振蕩器改變充電和放電回路的路徑，即實(shí)現(xiàn)占空比可調(diào)。充電回路：由電路可看出：放電回路：占空比調(diào)節(jié)RP的位置，可方便地改變占空比。93/1443.多諧振蕩器的應(yīng)用利用多諧振蕩器能輸出頻率可調(diào)的方波，可以構(gòu)成報警器、模擬聲響發(fā)生器。模擬聲響發(fā)生器工作原理：第一個振蕩器的頻率f1=1Hz,第二個振蕩器的頻率f2=2kHz,當(dāng)uO1為高電平時，第二片工作,揚(yáng)聲器發(fā)聲。當(dāng)uO1為低電平時，第二片復(fù)位，振蕩器停振。94/1447.6.4555定時器組成的施密特觸發(fā)器

多諧振蕩器是根據(jù)輸入電平觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器，其輸出有兩個穩(wěn)定狀態(tài)。1.施密特觸發(fā)器的特性只要輸入電壓波形變化幅度正向與負(fù)向閾值電壓范圍，無論何種波形都能變換成高低電平固定的矩形波脈沖。95/144回差電壓2.電路組成和工作原理可以通過外接控制電壓UCO來改變回差電壓96/144主要應(yīng)用在波形變換、整形及鑒幅，即把輸入電壓的波形轉(zhuǎn)換為規(guī)整的矩形波，并可通過鑒別輸入信號的幅值來確定信號的有效性，以排除干擾帶來的后續(xù)誤操作。3.施密特觸發(fā)器的應(yīng)用97/144

D/A轉(zhuǎn)換器是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換模擬量的電路，稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器，是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的電路，稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

A/D與D/A轉(zhuǎn)換器在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用7.7D/A與A/D轉(zhuǎn)換器98/1447.7.1D/A轉(zhuǎn)換器1.D/A轉(zhuǎn)換器的組成D/A轉(zhuǎn)換器的框圖電阻網(wǎng)絡(luò)用于產(chǎn)生與位權(quán)成正比的電流，通過由數(shù)字信號控制的模擬開關(guān)的轉(zhuǎn)換，形成與輸入數(shù)字量對應(yīng)的求和電流i

，經(jīng)求和放大器轉(zhuǎn)換為模擬量和輸出。常用電阻網(wǎng)絡(luò)為R–2R

倒T形網(wǎng)絡(luò)。99/144R–2R倒T形網(wǎng)絡(luò)從結(jié)點(diǎn)A、B、C向左的等效電阻均為2R，所以UREF100/1442.R

–2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的原理S0~S3為模擬

開關(guān)的簡化,

d=1,S接地；

d=0,S接0；因?yàn)榉聪喽颂摰?，模擬開關(guān)無論接1或接0,2R的上端均相當(dāng)于接地，2R中的電流不變。RfUREF101/144求和電流i∑受數(shù)字量d3~d0的控制，即：已求得如果數(shù)字量為n位，則實(shí)際中常取Rf=R，102/1443.集成D/A轉(zhuǎn)換器

AD7520的電阻網(wǎng)絡(luò)采用倒T形，模擬開關(guān)采用CMOS型，求和放大器外接，基準(zhǔn)電源外接。以AD7520為例介紹10位的D/A轉(zhuǎn)換器。原理圖引腳圖UREFRf103/144例7.7.1

某數(shù)字量UREF=8V,試求輸出電壓uO

。解：由公式可知：104/1444.D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)(1)分辨率S如10位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為

S反映了D/A轉(zhuǎn)換器分辨率最小模擬電壓的能力。(2)精度指輸出電壓的實(shí)際值與理論值之間的最大誤差，通常要求誤差小于

ULSB/2。105/1447.7.2A/D轉(zhuǎn)換器1.A/D轉(zhuǎn)換器的基本概念

A/D轉(zhuǎn)換一般包括四個步驟：采樣、保持、量化和編碼。量化：把采樣保持的電壓轉(zhuǎn)化為最小數(shù)量單位的整數(shù)倍的過程稱為量化。編碼：把量化的結(jié)果用代碼（二進(jìn)制代碼或其他代碼）表示出來稱為編碼。106/1442.逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理

其工作原理可用天平秤重過程作比喻來說明。若有四個砝碼共重15g，每個重量分別為8g、4g、2g、1g克。設(shè)待秤重量Wx=13g，用下表所示步驟來秤量：107/144逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器的原理框圖uOUREF比較108/144下面以4位A/D轉(zhuǎn)換器為例說明轉(zhuǎn)換過程設(shè)模擬輸入電壓uI=8.2V，基準(zhǔn)電壓UREF=10V。輸出為1101。轉(zhuǎn)換誤差為8.125

8.2=–0.075109/144A/D轉(zhuǎn)換波形圖110/1443.集成A/D轉(zhuǎn)換器下面是8位輸入通道的逐次比較型的ADC0808、ADC0809引腳圖。啟動信號端轉(zhuǎn)換結(jié)束端輸出允許控制端時鐘控制端地址信號鎖存端D0~D7,每路信號輸出IN0~IN7,8路信號輸入端地址信號111/1444.主要參數(shù)(1)分辨率

用輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示分辨率。位數(shù)越多,誤差越小，轉(zhuǎn)換精度越高。(2)轉(zhuǎn)換速度完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時間。(3)轉(zhuǎn)換精度實(shí)際輸出數(shù)字量和理想特性之間的最大偏差。112/144半導(dǎo)體存儲器是一種能存儲二進(jìn)制信息的半導(dǎo)體器件，具有集成度高、容量大成本低、工作速度較慢等特點(diǎn)。一般用于大量信息的長時間存儲。7.8半導(dǎo)體存儲器按制造工藝的不同，半導(dǎo)體存儲器可以分成雙極型和MOS型兩類。按信息存儲方式的不同，半導(dǎo)體存儲器又分成順序存儲器（SAM）、只讀存儲器（ROM）和隨機(jī)存儲器（RAM）。7.8.1只讀存儲器存儲固定信息的存儲器，即先把信息寫入存儲器中，然后只能讀出不能寫入。113/144只讀存儲器分掩模ROM、可編程ROM（PROM）、紫外線可擦除可編程ROM（EPROM）、電可擦除可編程ROM（E2PROM）和閃速存儲器。1.掩模ROM114/1442.可編程ROM115/1443.紫外線可擦除可編程ROM116/1444.電可擦除可編程ROM117/1445.閃速存儲器7.8.2隨機(jī)存儲器隨機(jī)存儲器的數(shù)據(jù)易于丟失。118/1441.靜態(tài)存儲器SRAM119/1442.動態(tài)存儲器DRAM三管DRAM存儲元原理結(jié)構(gòu)單管DRAM存儲元原理結(jié)構(gòu)120/1447.8.3半導(dǎo)體存儲器容量的擴(kuò)展1.位數(shù)（字長）擴(kuò)展121/1442.字（字?jǐn)?shù)）擴(kuò)展122/1443.字、位同時擴(kuò)展123/1447.8.4半導(dǎo)體存儲器的應(yīng)用1.實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)n輸入ROM的每一個輸出都可以實(shí)現(xiàn)n變量的組合邏輯函數(shù)2.信息存儲ROM存儲譯碼信息實(shí)現(xiàn)顯示控制124/1447.9可編程邏輯器件7.9.1可編程邏輯器件的基本概念可編程邏輯器件的出現(xiàn)將數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)從電路級深入到芯片級，用戶可以在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，用器件邏輯符號或文字語言的形式設(shè)計(jì)系統(tǒng)，并進(jìn)行邏輯仿真。設(shè)計(jì)完成后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行器件資源匹配，產(chǎn)生PLD器件內(nèi)部電路構(gòu)成的編程信息，下載入器件幾實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。1.可編程邏輯器件簡介2.可編程邏輯器件的分類(1)按集成度分類低密度PLD、高密度PLD125/144(1)按PLD的邏輯單元結(jié)構(gòu)分類“與-或”陣列、宏單元、查找表、多路開關(guān)(2)按PLD的基本結(jié)構(gòu)分類陣列型器件、單元型器件(3)按編程工藝分類熔絲或反熔絲編程器件、浮柵編程器件、SRAM編程器件3.PLD的基本結(jié)構(gòu)和邏輯符號(1)PLD的基本結(jié)構(gòu)PLD基本結(jié)構(gòu)是與或邏輯陣列126/144PLD基本結(jié)構(gòu)是與或邏輯陣列，其功能框圖如下(2)PLD的邏輯符號127/1447.9.2簡單的PLD原理類型陣列輸出方式與或PROM固定可編程TS（三態(tài)），OC（可熔極性）PLA可編程可編程TS，OCPAL可編程固定TS，I/O，寄存器反饋GAL可編程固定用戶定義4種簡單PLD電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)128/144PROM的陣列結(jié)構(gòu)圖129/144PLA的陣列結(jié)構(gòu)圖130/144PAL（GAL）的陣列結(jié)構(gòu)圖131/144根據(jù)輸出和反饋的結(jié)構(gòu)不同，PAL器件主要分為可編程輸入輸出結(jié)構(gòu)、帶反饋的寄存器型結(jié)構(gòu)、異或結(jié)構(gòu)、專用組合輸出和算術(shù)選通反饋結(jié)構(gòu)。132/144GAL和PAL的最大差別在于GAL的輸出結(jié)構(gòu)可由用戶定義，是一種靈活可編程的輸出結(jié)構(gòu)。GAL的每一個輸出端都集成了一個輸出邏輯宏單元OLMC。133/144134/1447.9.3CPLD的結(jié)構(gòu)與原理1.CPLD的結(jié)構(gòu)135/1442.CPLD的原理CPLD的基本結(jié)構(gòu)可以看成是由可編程邏輯宏單元、可編程I/O控制模塊和可編程內(nèi)部連線三部分組成。(1)可編程邏輯陣列宏單元（LMC）LMC內(nèi)部主要包括與陣列、或陣列、可編程觸發(fā)器和多路選擇器等電路，能獨(dú)立地配置為時序或組合工作方式136/144(2)可編程I/O單元（IOC）137/144(3)可編程內(nèi)部連線可編程內(nèi)部連線的作用是在各邏輯單元之間以及邏輯宏單元和I/O單元之間提供互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。7.9.4FPGA的結(jié)構(gòu)與原理1.FPGA的結(jié)構(gòu)FPGA采用查找表邏輯結(jié)構(gòu)。138/144FPGA的基本結(jié)構(gòu)2.FPGA的基本原理FPGA由可編程邏輯塊CLB、輸入輸出模塊IOB及可編程互連資源PIR三種可編程電路和一個SRAM結(jié)構(gòu)的配置存儲單元組成。139/144(1)可編程邏輯塊CLB140/144(2)輸入輸出模塊IOB141/144(3)可編程互連資源PIR142/144(3)可編程互連資源PIR長線結(jié)構(gòu)框圖143/1447.9.5可編程邏輯器件的應(yīng)用選擇1.器件的邏輯資源量的選擇2.芯片速度的選擇3.器件功耗的選擇4.應(yīng)用場合的選擇5.FPGA封裝的選擇6.其他因素的選擇144/144電工學(xué)概論（第三版）

電子教案第八章電力電子技術(shù)中國礦業(yè)大學(xué)上海交通大學(xué)研制高等教育出版社高等教育電子音像出版社出版第八章電力電子技術(shù)8.3逆變器8.2整流器8.5電力電子技術(shù)的應(yīng)用舉例8.1電力電子器件8.4直流斬波器2/58

電力電子技術(shù)又稱為大功率電子技術(shù)，它是電工技術(shù)中采用電力電子器件進(jìn)行功率變換、控制和處理的一個分支。電力電子技術(shù)組成(1)元器件：電力電子器件、磁元件和電力電容。(2)電力電子的變換：變流、變壓、變頻等。(3)電力電子器件和計(jì)算機(jī)等微電子技術(shù)相結(jié)合的控制部分。第八章電力電子技術(shù)3/588.1電力電子器件8.1.1硅整流二極管又稱為電力二極管,由截面積較大的PN結(jié)、兩端引線以及封裝組成，基本結(jié)構(gòu)與電子二極管相同。在交直流變換電路中作為整流元件，在電感元件的電能釋放電路中作為續(xù)流元件，在各種變換電路中作為電壓隔離、鉗位或保護(hù)元件。8.1.2晶閘管SCR晶閘管是具有三個以上PN結(jié)的電子器件的統(tǒng)稱。代表性的晶閘管是具有PNPN四層結(jié)構(gòu)的三端器件。4/588.1.1晶閘管(SCR)1.結(jié)構(gòu)及工作原理(1)結(jié)構(gòu)陽極陰極門極5/58(2)工作原理

陽極A、陰極K、主電源E1和負(fù)載燈串聯(lián)構(gòu)成主電路。

門極G、陰極K、控制電源E2構(gòu)成控制回路。

晶閘管是大電流、高電壓的電流控制元件，工作時只有導(dǎo)通和阻斷兩種狀態(tài)。晶閘管從阻斷到導(dǎo)通，必須同時滿足：①主回路必須加正向電壓，UAK>0。②控制電路必須加適當(dāng)?shù)恼螂妷?正脈沖),UGK>0

。

晶閘管從導(dǎo)通到阻斷，門極不起作用，只有將主回路電壓降至零，改接反向電壓或斷開，才能阻斷。6/582.晶閘管的伏安特性實(shí)驗(yàn)電路伏安特性正向轉(zhuǎn)折電壓反向轉(zhuǎn)折電壓通態(tài)平均電壓7/583.晶閘管的主要參數(shù)(1)正向平均電流IF

在規(guī)定環(huán)境溫度和標(biāo)準(zhǔn)散熱及全導(dǎo)通的條件下,連續(xù)通過晶閘管的工頻正弦半波電流在一個周期的平均值。(2)維持電流IH

在規(guī)定的環(huán)境溫度及門極斷路時,維持晶閘管導(dǎo)通的最小電流。(3)正向斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UFRM

在額定結(jié)溫，門極斷路時，允許重復(fù)加在晶閘管兩端的正向峰值電壓。8/58(4)反向重復(fù)峰值電壓URRM

在額定結(jié)溫，門極開斷時,允許重復(fù)加在晶閘管兩端的反向峰值電壓。(5)通態(tài)平均電壓UT。在規(guī)定的條件下，通過額定通態(tài)平均電流時，晶閘管陽極、陰極間的電壓平均值，約為0.4～1.2V。4.雙向晶閘管電氣符號伏安特性9/585.門極可關(guān)斷晶閘管門極可關(guān)斷晶閘管GTO是一種具有自關(guān)斷能力的晶閘管開關(guān)過程電流波形電氣符號10/588.1.3雙極型功率管(GTR、BJT)

是高擊穿電壓，大容量的雙極晶體管，又稱電力晶體管，用作功率開關(guān)，由基極電流控制其快速通斷，內(nèi)部采用復(fù)合管結(jié)構(gòu)，以提高其電流放大系數(shù)，

=1

2。電力晶體管模塊11/588.1.4功率場效晶體管(P–MOSFET)

是大功率的絕緣柵場效晶體管，用作電壓控制的功率開關(guān)。12/588.1.5絕緣層雙極型功率管(IGBT)

是MOS管和雙極型功率管的復(fù)合器件，兼有兩者優(yōu)點(diǎn)，為電容控制型的功率開關(guān)，應(yīng)用廣泛。絕緣層雙極型功率管(a)符號(b)等效電路

EGCEGRNC13/588.1.6其他新型電力電子器件1.MOS控制晶閘管MCT

是將MOSFET與晶閘管組合而成的復(fù)合型器件。具有高電壓、大電流、高載流密度、低通態(tài)壓降的特點(diǎn)。2.靜電感應(yīng)晶體管SIT

是一種結(jié)型場效應(yīng)晶體管，工作頻率與電力MOSFET相當(dāng)，容量比電力MOSFET大，適用于高頻大功率場合。3.靜電感應(yīng)晶閘管SITH

是在SIT的漏極層上附加一層與漏極層導(dǎo)電類型不同的發(fā)射極層而得到的，屬于大容量的快速器件。4.集成門極換流晶閘管IGCT

具有電流大、阻斷電壓高、開關(guān)頻率高、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊、低導(dǎo)通損耗、成本低等特點(diǎn)。14/588.2整流器整流器:

將交流電轉(zhuǎn)換成直流電的電路統(tǒng)稱。整流器的分類：半波、全波（按輸出波形）單相和多相(按輸入電源的相數(shù))一般整流和大功率整流（按功率）不可控整流和可控整流(按元件特性)15/588.2.1單相不可控整流1.單相半波整流(1)工作原理u

正半周(即上正下負(fù))，二極管D處于正偏而導(dǎo)通。(2)工作波形u

tOuoOuDOu負(fù)半周(即上負(fù)下正)，二極管D處于反偏而截止。16/58(a)整流電壓平均值UO(b)整流電流平均值IO(c)流過每管電流平均值ID(d)每管承受的最高反向電壓UDRM(3)參數(shù)計(jì)算

平均電流ID與最高反向電壓UDRM

是選擇整流二極管的主要依據(jù)。17/582.單相橋式整流電路(1)工作原理u

正半周

(即上正下負(fù))，二極管D1、D3

導(dǎo)通，D2、D4

截止。電流i1流過的路徑如上圖實(shí)線所示；u

負(fù)半周

(即上負(fù)下正)，二極管D2、D4

導(dǎo)通，D1、D3

截止。電流i1流過的路徑如上圖虛線所示。方向不變18/58(2)參數(shù)計(jì)算(a)整流電壓平均值UO(b)整流電流平均值IO(c)流過每管電流平均值ID(d)每管承受的最高反向電壓UDRM

平均電流ID與最高反向電壓UDRM

是選擇整流二極管的主要依據(jù)。19/588.2.2平滑濾波器

全波整流雖然減小了半波整流輸出電壓的脈動，但脈動仍較大，為了獲得脈動更小更平滑的直流電源，在整流之后，接入平滑濾波器。1.電容濾波器

單相半波整流電容濾波和單相全波整流電容濾波的工作原理相似，只是后者輸出電壓更平滑。電容濾波原理圖uI20/58單相半波整流電容濾波(1)工作原理

u>uC時,二極管導(dǎo)通,電源在給負(fù)載

RL供電的同時也給電容充電，uC

增加，uO=uC

。

u<uC時，二極管截止，電容通過負(fù)載RL

放電,uC按指數(shù)規(guī)律下降,uO=uC

。21/58(2)電容濾波電路的特點(diǎn)(T——電源電壓的周期)①輸出電壓的脈動程度與平均值UO及放電時間常數(shù)

RLC有關(guān)。

RLC

越大

電容器放電越慢

輸出電壓的平均值UO

越大，波形越平滑。UO

=1.2U(

橋式、全波)UO

=1.0U

（半波）

為了得到比較平直的輸出電壓通常認(rèn)為輸出電壓的平均值：22/58二極管承受的最高反向電壓UDRM(半波整流電容濾波)(橋式整流電容濾波)②外特性曲線

采用電容濾波時，輸出電壓受負(fù)載變化影響較大，即帶負(fù)載能力較差。因此電容濾波適合于要求輸出電壓較高、負(fù)載電流較小且負(fù)載變化較小的場合。23/58濾波原理

利用電感元件中的電流發(fā)生變化時，電感中產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的變化,所以在輸出電壓降為零時，電流仍維持原來的方向，在負(fù)載上起到續(xù)流的作用，使輸出電壓趨于平滑。2.電感濾波器

缺點(diǎn)：由于電感元件易產(chǎn)生電磁干擾，制作復(fù)雜,體積大而笨重，一般只用于大電流負(fù)載場合。24/583.其他類型的濾波器為了提高濾波效果，?？刹捎脧?fù)式濾波器。25/588.2.3直流穩(wěn)壓電源

將整流濾波后不可控的直流電壓變?yōu)榭煽厍曳€(wěn)定的直流電壓的電路，稱為直流穩(wěn)壓電源。分類簡單穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路開關(guān)穩(wěn)壓電路26/581.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路UO

=UZ

IR=IO+IDZRL(IO)IR

設(shè)UI一定，負(fù)載RL變化UO

基本不變

IRR基本不變

UO

(UZ

)

IDZ

設(shè)負(fù)載RL一定，UI

變化UI

UZ

IDZ

IR

缺點(diǎn)：輸出電壓固定，負(fù)載電流變化范圍小。

IRR

UO

基本不變

27/582.串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓過程可表示為：UO

U

UB

UO

UO

U-

UB

UO

或：電路調(diào)壓范圍：28/583.集成穩(wěn)壓電源W7800系列是一種只有正電壓輸出的三端穩(wěn)壓器?？商峁?V、6V、9V、12V、15V、18V、24V七擋輸出電壓和1.5A的最大電流。(加散熱器)符號(1)輸出為固定電壓的電路改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。防止產(chǎn)生自激振蕩29/58(2)輸出電壓可調(diào)的電路輸出電壓為：UXX:

為W78XX固定輸出電壓30/58(3)擴(kuò)大輸出電流的電路擴(kuò)大輸出電流為：輸出電流要求較大時，T才導(dǎo)通。31/588.2.4單相可控整流1.單相半波可控整流電路(1)電阻性負(fù)載

~

2

時，晶閘管關(guān)斷

t1時,加觸發(fā)電壓,晶閘管導(dǎo)通32/58控制角導(dǎo)通角輸出直流平均電壓為控制角的變化范圍為

0~輸出平均電流為改變

,可改變輸出電壓UO33/58(2)電感性負(fù)載

由于電感元件上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，在負(fù)半周時，晶閘管仍能承受正向電壓而導(dǎo)通,在負(fù)載上出現(xiàn)負(fù)電壓,減小輸出電壓的平均值。34/58u>0時：D反向截止，不影響整流電路工作。

u<0時：

D正向?qū)?，晶閘管承受反向電壓關(guān)斷,負(fù)載電壓uO波形與電阻性負(fù)載相同。改進(jìn)方法：加續(xù)流二極管35/582.單相半控橋式整流電路工作原理T1門極加觸發(fā)電壓,T1和D2導(dǎo)通，T2和D1截止，電流的通路為RLD2T1bu

為正半周,

T2門極加觸發(fā)電壓,T2和D1導(dǎo)通，T1和D2截止，電流的通路為u

為負(fù)半周,bRLD1T2aa36/58輸出直流平均電壓為輸出平均電流為37/588.2.5晶閘管的觸發(fā)電路1.單結(jié)晶體管觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)

符號發(fā)射極第二基極第一基極(1)單結(jié)晶體管38/58

伏安特性等效電路Ue<UP

時，單結(jié)管截止；Ue>UP時，單結(jié)管導(dǎo)通，Ue<UV時恢復(fù)截止。單結(jié)晶體管的特點(diǎn)峰點(diǎn)電壓谷點(diǎn)電壓39/58

設(shè)通電前uC=0，接通電源U,

電容C經(jīng)電阻R充電。電容電壓uC逐漸升高。當(dāng)uC

≥

UP時,單結(jié)管導(dǎo)通,電容C放電,R1上得到一脈沖電壓。(2)單結(jié)晶體管脈沖形成電路電容放電至

uC≤Uv時，單結(jié)管重新關(guān)斷，使uR10。40/58(3)單結(jié)晶體管的同步觸發(fā)電路主電路觸發(fā)電路41/582.雙向觸發(fā)二極管觸發(fā)電路雙向二極管是一種五層二端器件，沒有控制極。兩個方向都可以導(dǎo)通，導(dǎo)通利用它的轉(zhuǎn)折特性來實(shí)現(xiàn)。二極管的正反特性基本一致。42/583.集成觸發(fā)器件目前國內(nèi)常用的有KJ和KC系列。KJ004的典型應(yīng)用如下：43/588.2.6晶閘管的保護(hù)1.過電壓及過電壓保護(hù)(1)用非線性元件限制過電壓晶閘管是整流裝置的核心元件，在工作過程中出現(xiàn)的暫態(tài)過電壓、過電流會危及器件的正常功能。(2)用RC電路抑制過電壓(3)過電壓保護(hù)裝置2.過電流及過電流保護(hù)(1)快速熔斷器(2)電磁式繼電保護(hù)裝置(3)電子過電流保護(hù)裝置44/588.3逆變器逆變器是將直流轉(zhuǎn)變成交流的裝置。8.3.1單相逆變的原理

控制S1、S4和S2、S3輪流導(dǎo)通，即可在負(fù)載上得到矩形波輸出。輸出的頻率由控制開關(guān)的時間決定。45/58電壓型單相橋式逆變電路

用晶閘管T1~T4置換S1~S4就可構(gòu)成實(shí)際電路。其中T1~T4采用可關(guān)斷的晶閘管，控制電路較簡單。

電路中D1~D4為反饋二極管，其作用是將電感性負(fù)載的能量反饋回電源。46/588.3.2三相逆變的原理電壓型三相橋式逆變電路47/588.3.3脈沖寬度調(diào)制的原理前述逆變器的輸出波形為矩形波，含有較大的諧波成分，多數(shù)負(fù)載不宜直接采用這種交流電源，而是希望輸出的交流電流接近正弦信號，實(shí)現(xiàn)這一設(shè)想的電路常采用正弦波脈寬調(diào)制逆變器（SPWM逆變器）。單相橋式PWM逆變器48/588.4直流斬波器8.4.1降壓斬波電路T導(dǎo)通、D截止等效電路D導(dǎo)通、T阻斷等效電路49/588.4.2升壓斬波電路T導(dǎo)通、D截止等效電路D導(dǎo)通、T阻斷等效電路50/588.4.3升降壓直流斬波電路T導(dǎo)通、D截止等效電路D導(dǎo)通、T阻斷等效電路51/588.5電力電子技術(shù)的應(yīng)用舉例8.5.1VVVF變頻器

變頻器分為交流-交流和交流-直流-交流兩種形式。前者稱為直接式變頻器，后者稱為間接式變頻器。VVVF變頻器又稱為變頻調(diào)速器，是由變頻、濾波、逆變電路構(gòu)成主電路。用GTR的三相逆變器原理52/58VVVF變頻器一般采用U/f控制方式，在改變頻率的同時按照一定規(guī)律改變變頻器的輸出電壓。U/f控制方式頻率信號通過U/f控制模塊轉(zhuǎn)換成電壓信號，改變調(diào)制器中的正弦調(diào)制信號大小，實(shí)現(xiàn)電壓隨頻率而變化。53/58開關(guān)狀態(tài)穩(wěn)壓過程：控制T的狀態(tài)8.5.2開關(guān)型穩(wěn)壓電路UB的占空比UO

UN1

UO

54/58控制過程：在調(diào)整管開關(guān)周期T不變的情況下,通過改變調(diào)整管的導(dǎo)通時間Ton來調(diào)節(jié)占空比，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的，故稱該電路為脈寬調(diào)制型開關(guān)電源（PWM)。

開關(guān)型穩(wěn)壓器與線性直流穩(wěn)壓電源相比，具有效率高、體積小、重量輕以及允許電網(wǎng)電壓有較大的波動。但輸出電壓有較大的紋波和噪聲。55/588.5.3綠色照明電感鎮(zhèn)流器熒光燈高頻電子鎮(zhèn)流器熒光燈電子鎮(zhèn)流器已逐步取代電感鎮(zhèn)流器56/588.5.4電動車輛在汽車電氣系統(tǒng)中，基于電力電子技術(shù)的各類電氣設(shè)備正在發(fā)揮重要作用。電力電子技術(shù)在電動汽車上主要是增加了在電力驅(qū)動系統(tǒng)上的應(yīng)用，如電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、能量轉(zhuǎn)換器、充電器等。1.在汽車動力系統(tǒng)中的應(yīng)用(1)電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)功率變換器在電動汽車電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，主要有：用于直流電動機(jī)的斬波器和交流電機(jī)的逆變器。(2)能量轉(zhuǎn)換器(3)充電器2.在汽車輔助系統(tǒng)中的應(yīng)用57/588.5.5在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，可再生能源的并網(wǎng)發(fā)電、儲能裝置的功率轉(zhuǎn)換、交直流電網(wǎng)的柔性互聯(lián)、配用電能的雙向流動、無功和諧波的動態(tài)補(bǔ)償都需要基于電力電子技術(shù)的變換裝置來實(shí)現(xiàn)。1.發(fā)電環(huán)節(jié)2.電能存儲3.微型電網(wǎng)4.輸電環(huán)節(jié)5.電能質(zhì)量58/58電工學(xué)概論（第三版）

電子教案第九章電氣測量與傳感器技術(shù)中國礦業(yè)大學(xué)上海交通大學(xué)研制高等教育出版社高等教育電子音像出版社出版第九章電氣測量與傳感器技術(shù)9.3生活中的檢測舉例9.4現(xiàn)代傳感技術(shù)的發(fā)展9.1電氣測量9.2傳感器2/75

電氣測量包括電工測量和電子測量。電工測量是利用電流的電磁效應(yīng)對常用電量和電參數(shù)進(jìn)行測量，電子測量是指用電子技術(shù)的方法和電子儀器進(jìn)行的測量。電子測量還可以測量電信號特性、電路性能特性以及實(shí)時顯示動態(tài)的特性曲線和特性參數(shù)，應(yīng)用更為廣泛9.1電氣測量用指針的偏轉(zhuǎn)角來反映被測電量大小的模擬式電表。9.1.1指示式測量儀表3/751.工作原理(1)磁電式特點(diǎn)：只能測量直流，性能穩(wěn)定，靈敏度及精度高，線性刻度，能耗低，過載能力小。(2)電磁式電磁式測量機(jī)構(gòu)有吸引式和排斥式兩種，吸引式為扁線圈結(jié)構(gòu)；4/75排斥式為圓線圈結(jié)構(gòu)電磁式測量機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，過載能力大，可測交直流電流且波形失真對有效值讀數(shù)影響小。缺點(diǎn)：刻度不均勻，容易受外磁場影響，測量線圈吸收功率較大。5/75特點(diǎn)：性能穩(wěn)定，準(zhǔn)確度較高。缺點(diǎn)：受外磁場影響大，不能承受較大的過載，而且兩線圈吸收功率較大，對被測電路有影響。(3)電動式2.測量誤差和儀表準(zhǔn)確度等級(1)測量誤差①絕對誤差：指示值與真值之差6/75(2)儀表的準(zhǔn)確度等級②相對誤差：絕對誤差與真值之比的百分?jǐn)?shù)③引用誤差：絕對誤差與儀表量限之比的百分?jǐn)?shù)儀表的準(zhǔn)確度等級共分0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七級，其等級值就是最大引用誤差的絕對值上限，準(zhǔn)確度等級越小則儀表越精確。7/75(3)儀表的選擇與使用根據(jù)測量對象及電流種類來決定所選用儀表的種類；

根據(jù)使用場合的要求來決定儀表的準(zhǔn)確度等級及結(jié)構(gòu)型式，并決定儀表的外形尺寸；

根據(jù)預(yù)計(jì)的被測量選擇儀表的量限；

在小功率高精度的場合，還應(yīng)考慮電表的內(nèi)阻抗對被測電路工作狀態(tài)的影響。使用電表時應(yīng)按規(guī)定正確接線，直流電路中注意“+”“－”極性；為了避免產(chǎn)生附加誤差，電表還應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)電流導(dǎo)線和強(qiáng)電磁場，按規(guī)定位置安放；通電前應(yīng)進(jìn)行指針調(diào)零，讀數(shù)時防止斜視產(chǎn)生誤差。8/75將被測電量通過采樣技術(shù)自動轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并進(jìn)行數(shù)字編碼處理，最后用數(shù)字顯示的電測儀表。基本數(shù)字儀表是數(shù)字電壓表、功率表、頻率表等9.1.2數(shù)字式測量儀表1.工作原理9/752.測量誤差和儀表靈敏度(1)測量誤差①絕對誤差：②相對誤差：(2)儀表靈敏度和分辨力靈敏度是指能使儀表正常工作的最小被測量大小，通常以每個字所代表的被測量表示。分辨力通常是指儀表的最小讀數(shù)和最大讀數(shù)之比。數(shù)字儀表的測量準(zhǔn)確度、分辨力（靈敏度）和顯示位數(shù)有關(guān)。顯示位數(shù)越多，儀表的測量精讀越高。10/759.1.3電量的測量1.電流的測量(1)直流電流的測量選用直流電流表，電流表應(yīng)串聯(lián)在被測電路中，接線時注意電流從“+”端流入、“－”端流出。11/75(2)交流電流的測量采用交流電流表，電流表要串聯(lián)在被測電路中，實(shí)驗(yàn)室中用多量程電流表的量程變換是將線圈做成分段式，利用轉(zhuǎn)換開關(guān)、插頭或接線端換接成串聯(lián)、混聯(lián)及并聯(lián)，以得到1:2或1:2:4的量程比例。12/752.電壓的測量(1)直流電壓的測量選用直流電壓表，電壓表要并聯(lián)在被測電路的兩端，接線時注意接線端有“+”、“－”極性。13/75(2)交流電壓的測量采用交流電壓表，電壓表應(yīng)并聯(lián)在被測支路的兩端，交流電壓表也是采用串聯(lián)電阻的方法擴(kuò)大量程。3.功率的測量(1)直流功率的測量①伏安表法②功率表法(2)單相功率的測量①功率表的接線14/75②量程的擴(kuò)大15/75(2)三相功率的測量①三瓦特計(jì)法②二瓦特計(jì)法②一瓦特計(jì)法在對稱三相四線制電路中16/754.電能的測量(1)單相電度表①感應(yīng)式測量機(jī)構(gòu)17/75②電子式測量機(jī)構(gòu)18/75(2)三相電度表19/759.1.4電阻的測量1.電流表、電壓表法2.萬用表法萬用表是一種多量限、多功能、便于攜帶的電工儀表，一般可測直流電流、直流電壓、交流電壓、直流電阻、音頻電平，有的還可測交流電流、電感、電容，粗測晶體管參數(shù)。分為指針式和數(shù)字式兩大類。20/75(1)指針式萬用表指針式萬用表是用磁電系表頭配以轉(zhuǎn)換開關(guān)和各種測量電路構(gòu)成的，表頭靈敏度較高，但測量準(zhǔn)確度較低。測量電阻的原理線路21/75(2)數(shù)字式萬用表數(shù)字式萬用表是用數(shù)字式電壓表為基礎(chǔ)加上多種轉(zhuǎn)換電路以后構(gòu)成的便攜式數(shù)字儀表，用數(shù)字直接顯示被測量。測量電阻的原理線路22/753.兆歐表法又稱搖表，是由手搖發(fā)電機(jī)與磁電式比率計(jì)構(gòu)成的測量絕緣電阻的儀表兆歐表的結(jié)構(gòu)原理23/754.電橋法(1)平衡電橋(2)不平衡電橋在電橋平衡狀態(tài)下，若有三個電阻阻值已知，則可精確求出另一電阻阻值。在電橋原來已調(diào)整到平衡狀態(tài)，若由于外界某種原因使橋臂電阻發(fā)生變化，則在BD之間就有不平衡的電壓輸出，根據(jù)電壓UBD的大小可以推斷出電阻的相對變化值。24/75

傳感器是把各種非電量轉(zhuǎn)換成電量的元件。9.2傳感器9.2.1參數(shù)傳感器1.電阻應(yīng)變片

利用傳感元件的一些物理性質(zhì)，把非電量轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)(電阻、電感、電容)的傳感器稱為參數(shù)傳感器。

電阻應(yīng)變片是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下會發(fā)生微小的機(jī)械變形，從而引起材料電阻值發(fā)生變化的應(yīng)變效應(yīng)制成的元件。25/752.熱電阻

熱電阻是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的電阻值隨溫度的變化特性來測量溫度。

(1)金屬熱電阻

鉑電阻：測溫范圍為

200℃

～+600℃

銅電阻：測溫范圍為

50℃

～+150℃鉑電阻測溫元件結(jié)構(gòu)圖26/75(2)用半導(dǎo)體材料制成的測溫電阻元件稱為熱敏電阻。它具有靈敏度高、體積小、響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn),但電阻隨溫度呈非線性變化，元件的穩(wěn)定性及互換性差。熱敏電阻的結(jié)構(gòu)種類27/75正溫度系數(shù)熱敏電阻負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻臨界溫度系數(shù)熱敏電阻根據(jù)溫度特性可分為：熱敏電阻的溫度特性曲線28/753.電感傳感器

電感傳感器是利用被測物理量的變化引起電感線圈的自感系數(shù)L或互感系數(shù)M的變化，來測出被測量，用于測量微小位移。4.電容傳感器

電容傳感器是將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容器的電容量變化的傳感元件。

它具有靈敏度高、響應(yīng)快、高頻性能好等優(yōu)點(diǎn)，目前在壓力、液位、介質(zhì)厚度、溫度等測量領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。29/759.2.2半導(dǎo)體傳感器1.半導(dǎo)體壓阻式壓力傳感器即對半導(dǎo)體晶體施加壓力，晶體電阻就發(fā)生變化。

壓阻式壓力傳感器具有很高的靈敏度，可用于氣體或液體壓力的高精度測量。

硅薄膜壓阻式壓力傳感器30/752.PN結(jié)溫度傳感器PN結(jié)的正向壓降在通過PN結(jié)點(diǎn)電流恒定時，與絕對溫度T

成線性關(guān)系，一般溫度每升高1℃,PN結(jié)正向電壓下降2mV。

一般硅二極管的測溫范圍為-50℃~+125℃

，測量體溫的電子體溫計(jì)測溫范圍為0℃~+50℃

，硅晶體管傳感器測溫范圍為-50℃~+150℃

。

將測溫晶體管元件與放大電路、補(bǔ)償及線性化電路集成在同一芯片上，則構(gòu)成集成溫度傳感器，它具有接線簡單，使用方便的優(yōu)點(diǎn)。31/75AD590基本接線原理