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(共34张PPT)
电工电子技术基础与应用
目录
项目1 直流电路
项目2 正弦交流电路
项目3 变压器与三相异步电动机
项目4 二极管及其应用
项目5 三极管及其应用
项目6 逻辑门电路与组合逻辑电路
项目7 触发器与时序逻辑电路
触发器与时序逻辑电路
项目7
在数字电路中，对于许多复杂逻辑运算，通常需要在中途将数据保存下来，以便进一步分析和计算，此时存储电路就成为数字电路不可缺少的组成部分。时序逻辑电路在组合逻辑电路的基础上加入了存储电路，从而具有了记忆和存储的功能。其中，触发器是一种可以存储电路状态的电子器件，是组成时序逻辑电路的基本单元之一。
本项目主要介绍触发器的基本知识，时序逻辑电路的分析和设计方法，以及常用的时序逻辑功能器件。
项目导读
项目导读
学习目标
知识目标
能够正确测试触发器的逻辑功能
能够制作简单的时序逻辑电路
技能目标
培养勇于担当、积极进取的职业品质
激发心系国家建设，勇担时代使命的爱国情怀
素质目标
掌握RS触发器、JK触发器、D触发器和T触发器的逻辑功能
掌握时序逻辑电路的分析和设计方法
掌握寄存器、计数器的电路结构和逻辑功能
目录
任务7.1 认识触发器
任务7.2 掌握时序逻辑电 路的应用
任务7.2 掌握时序逻辑电路的应用
任务引入
如下图所示为某同步十进制加法计数器的电路结构。其中， 、 、 、 为4个下降沿JK触发器。请选择合适的工具和器材，安装和调试该同步十进制加法计数器电路，并测试其逻辑功能。
任务引入
本任务的知识与技能要求如下表所示。
任务内容 掌握时序逻辑电路的应用 学习程度 识记 理解 应用
学习任务 时序逻辑电路的分析方法 ●
时序逻辑电路的设计方法 ●
寄存器和计数器 ●
实训任务 制作同步十进制加法计数器 ●
自我勉励 学习目标
任务工单
学生领取任务工单（详见教材），并完成工单内容。
1．知识准备
3．任务实施
2．工具和器材准备
4．任务评价
相关知识
7.2.1 时序逻辑电路的分析方法
分析一个时序逻辑电路的主要目的是确定其逻辑功能，即确定其电路状态，以及输出状态在输入状态和时钟脉冲信号作用下的变化规律。
1．分析时序逻辑电路的一般步骤
相关知识
以某时序逻辑电路为例，其电路结构如下图所示。其中，JK触发器、、均为下降沿触发器，输入端悬空时相当于输入高电平。
相关知识
由上图可得出该时序逻辑电路的驱动方程，即
将上式代入JK触发器的特性方程中，可得出该时序逻辑电路的状态方程，即
由上图和以上状态方程可列出该时序逻辑电路的输出方程，即
相关知识
2．描述时序逻辑电路状态转换全过程的方法
时序逻辑电路的任何一组输入变量及电路初态的取值代入状态方程和输出方程，即可得到该时序逻辑电路初态和次态；以得到的次态作为新的初态，连同此时输入的取值一起代入状态方程和输出方程，则可得到新的次态。如此继续下去，将所有的计算结果以真值表的形式列出，即可得到该时序逻辑电路的状态转换表。
对于上图所示时序逻辑电路，由于其中无输入（注意：不要将CP当作输入，因为它只是控制JK触发器状态转换的操作信号），因此其次态和输出值只取决于初态。上图中的时序逻辑电路的状态转换表，如表7-16（详见教材）所示。
为了较为直观地体现时序逻辑电路状态转换的顺序，状态转换表还可以列成如表7-17（详见教材）所示的形式。从表7-17中可以看出，该时序逻辑电路每经过7个时钟脉冲，其状态循环变化1次，因此该时序逻辑电路具有计数功能。同时，由于每经过7个时钟脉冲，该时序逻辑电路的输出端就会输出1个脉冲（由0变1，再由1变0），因此这是1个七进制计数器，Y端的输出就是进位脉冲。
1）状态转换表
相关知识
为了更加形象、直观地描述时序逻辑电路的逻辑功能，可进一步将状态转换表的内容用状态转换图来表示。
如左图所示为时序逻辑电路的状态转换图。在该状态转换图中，圆圈表示电路的各个状态，箭头表示状态转换的方向。同时，在箭头旁注明状态转换前的输入变量取值和输出值，并用斜线分隔。通常将输入变量的取值标在斜线左侧（无输入变量时无须标注），输出值标在斜线右侧。
2）状态转换图
为了便于用实验观察的方法来检查时序逻辑电路的逻辑功能，还可以将状态转换表的内容用时间波形来表示。这种在输入信号和时钟脉冲信号作用下，时序逻辑电路的状态和输出值随时间变化的波形图称为时序图。
如右图所示为时序逻辑电路的时序图。
3）时序图
相关知识
7.2.2 时序逻辑电路的设计方法
在设计时序逻辑电路时，设计者应根据给定的逻辑功能要求，设计出能实现这些逻辑功能的时序逻辑电路。
设计的时序逻辑电路应力求简单。当选用小规模集成电路来设计时序逻辑电路时，其最简的标准是所用触发器和门电路的数目最少，而且触发器和门电路的输入端数目也最少。当选用中、大规模集成电路来设计时序逻辑电路时，其最简的标准则是使用集成电路的数目和种类都最少，而且各集成电路之间的连线也最少。
时序逻辑电路的设计方法一般如下。
相关知识
根据具体的逻辑功能要求建立时序逻辑电路的状态转换图或状态转换表，就是将要实现的时序逻辑功能用状态转换图或状态转换表等来表示，具体方法如下。
1．建立状态转换图或状态转换表
相关知识
相关知识
点拨
在分析逻辑功能要求时，时序逻辑电路的时钟脉冲信号一般不作为输入变量考虑。
有些时序逻辑电路在设计时会出现没有用到的无效状态，它们在通电后可能会陷入这些无效状态而不能退出。因此，在设计出时序逻辑电路的电路结构图后，应检查其是否能进入有效状态，即是否具有自启动功能。若不能自启动，可在该时序逻辑电路开始工作时，通过预置数将其状态置为有效状态循环中的一种，或者修改设计。
相关知识
7.2.3 时序逻辑电路的典型应用
寄存器主要用来暂时存放一组二进制代码，它由若干触发器组成。1个触发器可存放1位二进制代码，用n个触发器便可组成1个n位二进制寄存器。对于寄存器中的触发器，只要求它们具有置1、置0功能。无论是电平触发式触发器，还是边沿触发式触发器，都可以组成寄存器。寄存器可分为数码寄存器和移位寄存器两种，下面分别进行介绍。
1．寄存器
相关知识
如右图所示为4位数码寄存器的电路结构，该数码寄存器由4个D触发器组成。该数码寄存器的功能如下。
1）数码寄存器
相关知识
移位寄存器除了存放数码外，还具有移位的功能。所谓移位，就是寄存器里存储的代码能在移位脉冲的作用下向右或向左移动。
如下图所示为4位左移寄存器的电路结构。它由4个D触发器构成。其中，右侧触发器的Q端依次与左侧相邻触发器的D端相连。当待移位的数码从高位开始依次输入到触发器的D端时，在移位脉冲CP的作用下这些数码将依次从 ～ 向左移位。
2）移位寄存器
相关知识
4位左移寄存器的状态转换表如表7-18（详见教材）所示。
点拨
对于上述移位寄存器，若从4个触发器的Q端直接读取二进制代码，这种输出方式称为并行输出；若只从端读取二进制代码，则必须再输入4个时钟脉冲，使所存二进制代码从端由高位至低位依次输出，这种输出方式称为串行输出。
相关知识
计数器是一种累计输入脉冲个数的时序逻辑电路，它以具有记忆功能的触发器作为基本计数单元。根据计数规则的不同，计数器可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器；根据计数数制的不同，计数器可分为二进制计数器和十进制计数器等。
1）同步二进制计数器
将计数脉冲的输入端与各触发器的C端相连，在计数脉冲的触发下，所有能翻转的触发器同时动作，这种结构的计数器称为同步计数器。
2．计数器
相关知识
由4个T触发器作为基本计数单元，可构成1个4位同步二进制加法计数器，其电路结构如右图所示。
由右图可得该计数器的驱动方程，即
相关知识
将上式代入T触发器的特性方程，可得该计数器的状态方程，即
由此可建立4位同步二进制加法计数器的状态转换表，如表7-19（详见教材）所示。
相关知识
如下图所示为4位同步二进制加法计数器的状态转换图和时序图。
相关知识
相关知识
2）同步十进制加法计数器
如右图所示为同步十进制加法计数器的电路结构。它是在同步二进制加法计数器的基础上略加修改而成的。与同步二进制加法计数器相比，同步十进制加法计数器在第10个脉冲到来时输出将由1001恢复为0000，而不会变为1010。
由右图可列出该计数器的驱动方程，即
相关知识
将式上式代入T触发器的特性方程，可得该计数器的状态方程，即
由上式可得该计数器的状态转换图，如右图所示。
相关知识
同步十进制加法计数器的状态转换表如表7-20（详见教材）所示，其中有6个无效状态，这是因为4个触发器共有16个状态组合，除去10个有效状态后，剩下的无效状态依然可能在电路中出现。但当以无效状态作为初始状态时，经过几个计数脉冲后，触发器的状态会回归为有效状态。
学习成果评价
指导教师根据学生对本项目的实际学习成果对其进行评价，学生配合指导教师共同完成如下表所示的学习成果评价表。
班级 组号 日期
姓名 学号 指导教师
学习成果/项目名称 触发器与时序逻辑电路 评价项目 评价内容 评价方式 满分/分 评分/分
知识
40% 基本RS触发器 理论测试 4
同步RS触发器 4
JK触发器 4
D触发器和T触发器 4
时序逻辑电路的分析方法 6
时序逻辑电路的设计方法 6
寄存器 6
计数器 6
学习成果评价
评价项目 评价内容 评价方式 满分/分 评分/分
技能
40% 测试触发器的逻辑功能 实践操作 20
制作同步十进制加法计数器 20
素养
20% 积极参加教学活动，主动学习、思考、讨论 综合评判 6
认真负责，按时完成学习、实践任务 4
团结协作，与组员之间密切配合 4
服从指挥，遵守课堂和实训室纪律 4
守正创新，自信自强 2
合计 100
自我评价 教师评价
谢 谢(共24张PPT)
电工电子技术基础与应用
目录
项目1 直流电路
项目2 正弦交流电路
项目3 变压器与三相异步电动机
项目4 二极管及其应用
项目5 三极管及其应用
项目6 逻辑门电路与组合逻辑电路
项目7 触发器与时序逻辑电路
触发器与时序逻辑电路
项目7
在数字电路中，对于许多复杂逻辑运算，通常需要在中途将数据保存下来，以便进一步分析和计算，此时存储电路就成为数字电路不可缺少的组成部分。时序逻辑电路在组合逻辑电路的基础上加入了存储电路，从而具有了记忆和存储的功能。其中，触发器是一种可以存储电路状态的电子器件，是组成时序逻辑电路的基本单元之一。
本项目主要介绍触发器的基本知识，时序逻辑电路的分析和设计方法，以及常用的时序逻辑功能器件。
项目导读
项目导读
学习目标
知识目标
能够正确测试触发器的逻辑功能
能够制作简单的时序逻辑电路
技能目标
培养勇于担当、积极进取的职业品质
激发心系国家建设，勇担时代使命的爱国情怀
素质目标
掌握RS触发器、JK触发器、D触发器和T触发器的逻辑功能
掌握时序逻辑电路的分析和设计方法
掌握寄存器、计数器的电路结构和逻辑功能
目录
任务7.1 认识触发器
任务7.2 掌握时序逻辑电 路的应用
任务7.1 认识触发器
任务引入
触发器是组成时序逻辑电路及复杂数字电路的基本单元之一，它不但可以存储二进制数，而且可以通过改变输入信号来更改所存储的二进制数，从而转换自身的状态。对于不同的触发器，由于状态转换规则和对输入信号的要求不同，因此它们的逻辑功能也有所不同。
请选择合适的工具和器材，对触发器的逻辑功能进行测试。本任务的知识与技能要求如下表所示。
任务内容 认识触发器 学习程度 识记 理解 应用
学习任务 RS触发器 ●
JK触发器 ●
D触发器 ●
T触发器 ●
实训任务 测试触发器的逻辑功能 ●
自我勉励 学习目标
任务工单
学生领取任务工单（详见教材），并完成工单内容。
1．知识准备
3．任务实施
2．工具和器材准备
4．任务评价
根据电路结构的不同，基本RS触发器可分为与非门和或非门两种类型。下面以与非门基本RS触发器为例，介绍基本RS触发器的相关知识。
1）电路结构
如下图所示，与非门基本RS触发器由两个与非门的输入端和输出端交叉连接而成。在与非门基本RS触发器的逻辑图形符号中， 和 分别为复位输入信号（低电平置0）和置位输入信号（低电平置1），对应的符号“ ”表示输入低电平有效；Q和 为输出信号，两者的逻辑状态相反。
7.1.1 RS触发器
相关知识
1．基本RS触发器
相关知识
2）工作原理
相关知识
相关知识
触发器的逻辑功能通常用特性表、特性方程或状态转换图表示。如下表所示为与非门基本RS触发器的特性表。
相关知识
基本RS触发器的状态是由输入信号直接控制的。而同步RS触发器则设置了一个时钟脉冲信号输入端，它可按照输入的时钟脉冲信号在某一指定时刻改变状态。
2．同步RS触发器
1）电路结构
如右图所示为同步RS触发器的电路结构。同步RS触发器在基本RS触发器的基础上增加了两个控制门。同步RS触发器的逻辑图形符号如右图所示。
相关知识
2）工作原理
同步RS触发器的特性表如表7-7（详见教材）所示。
相关知识
由表7-7可知，同步RS触发器的状态分别由R、S和CP控制。其中，R和S控制状态转换的方向，即控制同步RS触发器转换为何种次态；CP控制状态转换的时刻，即控制同步RS触发器的状态何时发生转换。
根据表6-7所示的逻辑关系，可列出同步RS触发器的逻辑式，即
在同步RS触发器的逻辑式中加入约束条件是为了使R和S不同时为1，这是因为当R和S同时为1时，同步RS触发器的次态是不确定的。利用约束条件将上式化简，可得到同步RS触发器的特性方程，即
相关知识
如下图所示为边沿JK触发器的电路结构及边沿JK触发器的逻辑图形符号。
7.1.2 JK触发器
1．电路结构
相关知识
在上图中，若C端无符号“ ° ”，则表示CP上升沿有效，该触发器称为上升沿JK触发器；若C端有符号“ ° ”，则表示CP下降沿有效，时钟脉冲信号相应地用 表示，该触发器称为下降沿JK触发器。
边沿JK触发器的逻辑功能如表7-8（详见教材）所示。如表7-9（详见教材）所示为边沿JK触发器的特性表，它用于描述边沿JK触发器在稳定状态下，J、K、 、 之间的逻辑关系。
2．逻辑功能
相关知识
相关知识
点拨
若将边沿JK触发器的J端和K端相连并输入高电平，则它的逻辑功能为：次态是初态的反数。此时的边沿JK触发器就可构成翻转触发器或T触发器。
相关知识
将下降沿JK触发器的J端和K端之间接入一个非门即可构成D触发器，其电路结构如下图所示。D触发器的逻辑图形符号如下图所示。
7.1.3 D触发器
相关知识
由上述分析可知，在某个时钟脉冲到达之后，输出Q的状态与时钟脉冲到来之前D的状态一致。因此，D触发器的特性方程为
相关知识
T触发器的逻辑功能为：当 时，每到达一个时钟脉冲，T触发器的状态就翻转一次；而当 时，时钟脉冲到达后其状态将保持不变。
T触发器通常由其他触发器转换而来，无单独的产品。T触发器的逻辑图形符号如下图所示，其特性表如表7-11（详见教材）所示。
7.1.4 T触发器
由表7-11可得出T触发器的特性方程，即
梁骏：为国立“芯”，开启“视”界精彩
一台电视机的“雪花点”不断变小直至消失，图像从暗淡到光鲜，梁骏在一块芯片的方寸之间，开启了新“视”界的精彩。
作为杭州国芯科技股份有限公司（以下简称国芯科技）的首席技术专家，梁骏专注集成电路二十多年，主持了卫星数字电视芯片设计，在关键领域和“卡脖子”环节攻坚克难，参与研发了国内第一颗卫星数字电视接收机芯片、第一颗有线数字电视接收机芯片，也见证了机顶盒从标清到高清的跨越。
……详见教材
砥节砺行(共30张PPT)
电工电子技术基础与应用
目录
项目1 直流电路
项目2 正弦交流电路
项目3 变压器与三相异步电动机
项目4 二极管及其应用
项目5 三极管及其应用
项目6 逻辑门电路与组合逻辑电路
项目7 触发器与时序逻辑电路
逻辑门电路与组合逻辑电路
项目6
数字电路是指用离散的电路状态（如低电平和高电平）代表信号，并将其按一定规则进行运算的电子电路。根据逻辑功能特点的不同，数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。其中，组合逻辑电路由基本的逻辑门电路组合而成，它在任何时刻的输出状态仅取决于该电路当时各输入变量的状态组合，而与电路过去的输入、输出状态无关。
本项目主要介绍逻辑代数和逻辑门电路的基本知识，组合逻辑电路的分析和设计方法，以及常用的组合逻辑器件。
项目导读
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学习目标
知识目标
能够正确分析数字集成电路的内部逻辑结构
能够正确测试TTL集成门电路的逻辑功能
能够制作简单的组合逻辑电路
技能目标
培养逻辑严谨、辩证统一的科学思维
树立科技成才、技能报国的人生理想
素质目标
掌握数制转换和编码的方法以及常用的逻辑运算方法
掌握逻辑函数的表示方法
掌握分立元件门电路和TTL集成门电路的电路结构和特性
掌握组合逻辑电路的分析和设计方法
熟悉常用的组合逻辑器件
目录
任务6.1 掌握逻辑代数的基本知识
任务6.2 认识逻辑门电路
任务6.3 掌握组合逻辑电路的应用
任务6.3 掌握组合逻辑电路的应用
任务引入
当由三人表决某项提案时，若两人及两人以上同意，则提案通过；否则，提案不能通过。为了实现这一逻辑功能，可设计一个三人表决器。由于采用分立元件门电路无法实现这类功能，因此该三人表决器需要采用如下图所示的组合逻辑电路。
请选择合适的工具和器材，制作三人表决器，并对其进行调试。
任务引入
本任务的知识与技能要求如下表所示。
任务内容 掌握组合逻辑电路的分析和设计 学习程度 识记 理解 应用
学习任务 组合逻辑电路的分析和设计 ●
常用组合逻辑器件 ●
实训任务 制作三人表决器 ●
自我勉励 学习目标
任务工单
学生领取任务工单（详见教材），并完成工单内容。
1．知识准备
3．任务实施
2．工具和器材准备
4．任务评价
分析组合逻辑电路就是就是对给定的组合逻辑电路进行逻辑分析，求出其相应的输入、输出逻辑关系表达式，确定其逻辑功能。
组合逻辑电路的分析方法一般是：首先从电路的输入信号到输出信号逐级列出逻辑式，最终得到表示输出信号与输入信号关系的逻辑式；然后将得到的逻辑式化简为最简式；最后分析电路的逻辑功能，此时需要将逻辑式的最简式转换为真值表，再根据真值表进行分析。
6.3.1 组合逻辑电路的分析方法
相关知识
相关知识
如右图所示为某组合逻辑电路，其分析方法如下。
（1）从输入信号到输出信号逐级列出逻辑式。设P为中间变量，则有
（2）化简逻辑式，得到逻辑式的最简式，即
（3）根据逻辑式的最简式列出真值表，如表6-29（详见教材）所示。
（4）分析逻辑功能。由表6-29可知，当A、B、C三个变量不一致时，输出为1；当A、B、C三个变量一致时，输出为0。
设计组合逻辑电路是分析组合逻辑电路的逆过程，即已知逻辑功能要求，据此设计出可实现该逻辑功能的组合逻辑电路。设计组合逻辑电路的一般步骤如下。
相关知识
组合逻辑电路的设计一般应以电路简单、所用器件最少为目标，并尽量减少所用芯片的种类。
6.3.2 组合逻辑电路的设计方法
在各种数字系统中，经常会大量地使用一些组合逻辑器件，如编码器、译码器、加法器、数据选择器、数值比较器等。为了方便使用，这些组合逻辑器件被制成了标准化集成电路器件。下面将分别介绍这些常用的组合逻辑器件。
6.3.3 常用组合逻辑器件
相关知识
能实现编码功能的组合逻辑器件称为编码器，编码器的输入信号为被编信号，输出信号为二进制代码。根据编码形式的不同，编码器可分为二进制编码器和BCD编码器两种；根据编码方式的不同，编码器可分为普通编码器和优先编码器两种；根据输出二进制代码位数的不同，编码器可分为4线-2线编码器、8线-3线编码器和16线-4线编码器等。下面主要介绍二进制编码器和优先编码器的相关知识。
1．编码器
相关知识
相关知识
相关知识
如下图所示为74LS148型优先编码器的逻辑图。
相关知识
能实现译码操作的组合逻辑器件称为译码器。二进制代码在编码时被赋予了特定的含意，即表示一个确定的信号或对象。译码器可以将输入代码的状态转换为相应的输出信号，以表示其原意。根据需要，输出信号可以是脉冲信号，也可以是高、低电平信号。
2．译码器
相关知识
如表6-32（详见教材）所示为2线-4线译码器的真值表，如下图所示为其逻辑图。
相关知识
相关知识
74LS138型译码器的逻辑图如下图所示。
相关知识
在数字电子计算机中，四则运算——加、减、乘、除都是分解成加法运算实现的，因此加法器便成了最基本的运算单元。加法器有半加器和全加器两种类型，它们是能完成1位二进制数相加的组合逻辑器件。
1）半加器
只考虑两个相加数本身，而不考虑低位进位的加法运算称为半加运算。能实现半加运算的逻辑电路称为半加器。半加器的真值表如表6-34（详见教材）所示。表中的A和B分别表示被加数和加数输入信号，S为和数输出信号，C为向相邻高位的进位输出信号。
3．加法器
相关知识
由表6-34可列出逻辑式，即
如下图所示为半加器的逻辑图。半加器由一个异或门和一个与门构成。
相关知识
2）全加器
在进行多位数加法运算时，以加数、被加数和低位进位数为输入信号，和数、进位为输出信号的逻辑电路称为全加器。全加器的真值表如下表所示。
相关知识
由上表可列出逻辑式，经化简可得
由上式绘制全加器的逻辑图，如下图所示。如下图所示为全加器的逻辑图形符号。
相关知识
数据选择器是从多路输入数字信号中选出一个，并将其送到输出端的组合逻辑器件。数据选择器的原理与如右图所示的单刀多掷开关相似。它通过切换开关，将输入信号中的一个输送到输出端。
4．数据选择器
具有 个输入信号和1个输出信号的多路数据选择器，通常有n个选择控制端（又称地址端）。常用的数据选择器有4选1、8选1、16选1等多种类型。下面主要介绍4选1数据选择器和8选1数据选择器的相关知识。
相关知识
学习成果评价
指导教师根据学生对本项目的实际学习成果对其进行评价，学生配合指导教师共同完成如下表所示的学习成果评价表。
班级 组号 日期
姓名 学号 指导教师
学习成果/项目名称 逻辑门电路与组合逻辑电路 评价项目 评价内容 评价方式 满分/分 评分/分
知识
40% 数制转换和编码 理论测试 6
逻辑运算 6
逻辑函数的表示方法 6
分立元件门电路 6
TTL集成门电路 4
组合逻辑电路的分析和设计 6
常用组合逻辑器件 6
学习成果评价
评价项目 评价内容 评价方式 满分/分 评分/分
技能
40% 分析数字集成电路的内部逻辑结构 实践操作 10
测试TTL集成门电路的逻辑功能 10
制作三人表决器 20
素养
20% 积极参加教学活动，主动学习、思考、讨论 综合评判 6
认真负责，按时完成学习、实践任务 4
团结协作，与组员之间密切配合 4
服从指挥，遵守课堂和实训室纪律 4
守正创新，自信自强 2
合计 100
自我评价 教师评价
谢 谢(共24张PPT)
电工电子技术基础与应用
目录
项目1 直流电路
项目2 正弦交流电路
项目3 变压器与三相异步电动机
项目4 二极管及其应用
项目5 三极管及其应用
项目6 逻辑门电路与组合逻辑电路
项目7 触发器与时序逻辑电路
逻辑门电路与组合逻辑电路
项目6
数字电路是指用离散的电路状态（如低电平和高电平）代表信号，并将其按一定规则进行运算的电子电路。根据逻辑功能特点的不同，数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。其中，组合逻辑电路由基本的逻辑门电路组合而成，它在任何时刻的输出状态仅取决于该电路当时各输入变量的状态组合，而与电路过去的输入、输出状态无关。
本项目主要介绍逻辑代数和逻辑门电路的基本知识，组合逻辑电路的分析和设计方法，以及常用的组合逻辑器件。
项目导读
项目导读
学习目标
知识目标
能够正确分析数字集成电路的内部逻辑结构
能够正确测试TTL集成门电路的逻辑功能
能够制作简单的组合逻辑电路
技能目标
培养逻辑严谨、辩证统一的科学思维
树立科技成才、技能报国的人生理想
素质目标
掌握数制转换和编码的方法以及常用的逻辑运算方法
掌握逻辑函数的表示方法
掌握分立元件门电路和TTL集成门电路的电路结构和特性
掌握组合逻辑电路的分析和设计方法
熟悉常用的组合逻辑器件
目录
任务6.1 掌握逻辑代数的基本知识
任务6.2 认识逻辑门电路
任务6.3 掌握组合逻辑电路的应用
任务6.2 认识逻辑门电路
任务引入
逻辑门电路是数字电路的基本逻辑单元。如果把一个数字电路看作一个城市的道路交通网络，那么逻辑门电路就相当于各路口的交通信号灯。有了逻辑门电路，数字电路就可以对数字信号进行各种逻辑运算，从而实现相应的逻辑功能。
请选择合适的工具和器材，对TTL集成门电路的逻辑功能进行测试。本任务的知识与技能要求如下表所示。
任务引入
任务内容 认识逻辑门电路 学习程度 识记 理解 应用
学习任务 分立元件的开关特性 ●
与门、或门和非门电路 ●
TTL集成门电路的电路结构和电压传输特性 ●
TTL集成门电路的主要参数 ●
实训任务 测试TTL集成门电路的逻辑功能 ●
自我勉励 学习目标
任务工单
学生领取任务工单（详见教材），并完成工单内容。
1．知识准备
3．任务实施
2．工具和器材准备
4．任务评价
相关知识
6.2.1 分立元件门电路
1．分立元件的开关特性
1）二极管的开关特性
逻辑代数中的各个逻辑变量和逻辑函数的取值只能是“0”或“1”，这里的“0”和“1”表示的是两种不同的逻辑状态，如真和假、开和关、导通和截止、高电平和低电平等。
获得高、低电平的电路结构如下图所示。其中，输入电压可以控制开关S的断开与闭合。当开关S断开时，输出电压为高电平，表示一种逻辑状态；当开关S闭合时，输出电压为低电平，表示另外一种逻辑状态。
相关知识
利用二极管的单向导通性，可用二极管代替如上图所示的开关S。一般情况下，当加在二极管两端的正向电压大于等于0.7 V时，二极管处于导通状态，此时的二极管相当于一个具有0.7 V电压降的闭合开关；当加在二极管两端的正向电压小于0.7 V，或者在二极管两端加的是反向电压时，二极管处于截止状态，此时的二极管相当于处于开路状态的开关。
2）三极管的开关特性
在数字电路中，三极管的偏置电路应尽量使三极管处于非放大状态，即要求三极管工作在饱和导通状态或截止状态。一般情况下，当三极管发射结电压大于等于0.7 V时，三极管处于饱和导通状态，此时的发射结相当于具有0.7 V电压降的闭合开关，而集电结相当于具有0.3 V电压降的闭合开关。当三极管发射结电压小于0.7 V时，三极管处于截止状态，此时三极管各极之间是断开的。
相关知识
2．与门电路
如右图所示为二极管与门电路。其中，A、B为输入变量，Y为输出变量。设 ，A、B的高、低电平分别为3 V和0 V，二极管正向导通时的电压降为0.7 V。
相关知识
上述分析结果可以以表格的形式列出，如下表所示。其中，若规定3 V及以上为高电平，用逻辑1表示；0.7 V及以下为低电平，用逻辑0表示。
则由该表可得二极管与门电路的真值表，如下表所示。
A/V B/V Y/V
0 0 0.7
0 3 0.7
3 0 0.7
3 3 3.7
A B Y
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
由商标可列出与门电路的逻辑式，即
若在二极管与门电路中增加一个输入端和一个二极管，则该电路可变成三个输入端的与门电路。按此方法可构成更多输入端的与门电路。
相关知识
3．或门电路
如下图所示为二极管或门电路，其输入、输出电平如下表所示。
二极管或门电路真值表如右表所示。由该表可列出或门电路的逻辑式，即
A/V B/V Y/V
0 0 0
0 3 2.3
3 0 2.3
3 3 2.3
A B Y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
相关知识
4．非门电路
如右图所示为三极管非门电路，基于该电路制得的电子器件称为反相器。
相关知识
三极管非门电路的输入、输出电平
三极管非门电路的真值表
A/V Y/V
0 5
5 0.3
A Y
0 1
1 0
由上述分析可得三极管非门电路的输入、输出电平和真值表，如下表所示。
由商标可列出非门电路的逻辑式，即
相关知识
6.2.2 TTL集成门电路
如果把由分立元件构成的逻辑门电路中的所有元件，如二极管、三极管、电阻及导线等都制作在一块半导体芯片上，再把它们封装在一个管壳内，则可制得集成门电路。与分立元件构成的逻辑门电路相比，集成门电路具有体积小、可靠性高等优点，应用非常广泛。
根据内部有源器件类型的不同，集成门电路可以分为双极型集成门电路和单极型集成门电路两大类。其中，最为常见的双极型集成门电路为晶体管-晶体管逻辑（Transistor-Transistor Logic）集成门电路，简称TTL集成门电路。下面以TTL与非门电路为例，介绍TTL集成门电路的相关知识。
输入级是一个多发射极三极管，它的等效电路如下图所示，它的作用同二极管与门电路的作用相似
中间级的作用同三极管非门电路的作用相同；
输出级的作用是提高输出端的带负载能力和抗干扰能力。
相关知识
1．电路结构
如右图所示为TTL与非门电路的电路结构。
相关知识
2．电压传输特性
在TTL集成门电路中，输出电压随输入电压变化的特性称为电压传输特性。描述输出电压与输入电压关系的曲线称为电压传输特性曲线。如下图所示为TTL与非门电路的测试电路及电压传输特性曲线。
相关知识
相关知识
4．主要参数
相关知识
与时代互动，点亮成就彼此的光
近年来，中国科技事业取得举世瞩目的成就，从“上九天揽月”到“下五洋捉鳖”，一大批重大科技创新成果竞相涌现，让海内外中华儿女都为之振奋自豪。然而，中国科技在快速发展的过程中仍然存在许多短板，其中之一就是很多关键核心技术没有掌握在自己手中，包括高端芯片制造在内的诸多领域面临着被“卡脖子”的问题。
小小一枚芯片，展示着一个国家的科技实力；小小一枚芯片，也凝聚着几代人的不懈追求。
……详见教材
砥节砺行(共24张PPT)
电工电子技术基础与应用
目录
项目1 直流电路
项目2 正弦交流电路
项目3 变压器与三相异步电动机
项目4 二极管及其应用
项目5 三极管及其应用
项目6 逻辑门电路与组合逻辑电路
项目7 触发器与时序逻辑电路
逻辑门电路与组合逻辑电路
项目6
数字电路是指用离散的电路状态（如低电平和高电平）代表信号，并将其按一定规则进行运算的电子电路。根据逻辑功能特点的不同，数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。其中，组合逻辑电路由基本的逻辑门电路组合而成，它在任何时刻的输出状态仅取决于该电路当时各输入变量的状态组合，而与电路过去的输入、输出状态无关。
本项目主要介绍逻辑代数和逻辑门电路的基本知识，组合逻辑电路的分析和设计方法，以及常用的组合逻辑器件。
项目导读
项目导读
学习目标
知识目标
能够正确分析数字集成电路的内部逻辑结构
能够正确测试TTL集成门电路的逻辑功能
能够制作简单的组合逻辑电路
技能目标
培养逻辑严谨、辩证统一的科学思维
树立科技成才、技能报国的人生理想
素质目标
掌握数制转换和编码的方法以及常用的逻辑运算方法
掌握逻辑函数的表示方法
掌握分立元件门电路和TTL集成门电路的电路结构和特性
掌握组合逻辑电路的分析和设计方法
熟悉常用的组合逻辑器件
目录
任务6.1 掌握逻辑代数的基本知识
任务6.2 认识逻辑门电路
任务6.3 掌握组合逻辑电路的应用
任务6.1 掌握逻辑代数的基本知识
任务引入
逻辑代数是一种用于描述客观事物逻辑关系的数学方法，它是分析和设计数字电路的基本工具和理论基础。在逻辑代数中，根据与、或、非三种最基本的逻辑运算规则，可以得到一些基本公式和基本定理，它们是化简逻辑函数表达式（以下简称逻辑式）的主要依据。数字集成电路是基于一定的逻辑运算规则，将相关元器件集成到同一片半导体芯片上而制成的。常见的数字集成电路有74LS00型、74LS20型、74LS08型、74LS02型和74LS32型等。
请选择合适的器材，识别常见的数字集成电路，分析它们的内部逻辑结构。本任务的知识与技能要求如下表所示。
任务引入
任务内容 掌握逻辑代数的基本知识 学习程度 识记 理解 应用
学习任务 数制转换 ●
编码 ●
逻辑运算 ●
逻辑函数的表示方法 ●
实训任务 分析数字集成电路的内部逻辑结构 ●
自我勉励 学习目标
任务工单
学生领取任务工单（详见教材），并完成工单内容。
1．知识准备
3．任务实施
2．工具和器材准备
4．任务评价
电子电路中的信号分为模拟信号和数字信号两大类。模拟信号在时间上或振幅上是连续的，数字信号在时间上和振幅上都是不连续的，如下图所示。
相关知识
处理模拟信号的电路称为模拟电路，模拟电路主要研究输出信号与输入信号之间的大小和相位关系。处理数字信号的电路称为数字电路，数字电路主要研究输出信号与输入信号之间的逻辑关系，它是以逻辑代数为数学基础，使用二进制数字信号进行算术运算和逻辑运算的。下面首先介绍逻辑代数的基本知识。
6.1.1 数制转换
相关知识
1．将二进制数、八进制数和十六进制数转换为十进制数
将二进制数、八进制数和十六进制数转换为十进制数，只需要按如下方式展开，然后将各展开项相加即可。
相关知识
2．将十进制数转换为二进制数、八进制数和十六进制数
1）将十进制整数转换为二进制数、八进制数和十六进制数
将十进制整数转换为二进制数、八进制数和十六进制数常用的方法为：除基数取余，直到商为0。例如，将十进制数46转换为二进制数，其计算过程如下。
由此可得： 。
相关知识
2）将十进制小数转换为二进制数、八进制数、十六进制数
将十进制小数转换为二进制数、八进制数、十六进制数常用的方法为：乘基数取整，直至小数部分为0或达到规定的精度为止。例如，将十进制数0.562转换为二进制数的计算过程如下。
当一个数既有整数部分又有小数部分时，则可用上述的“除基数取余”和“乘基数取整”方法分别对整数部分和小数部分进行转换，然后合并起来即可。
相关知识
3．二进制数与十六进制数之间的相互转换
由于十六进制数的基数为16， ，因此4位二进制数就相当于1位十六进制数。二进制数转换为十六进制数的方法为：将二进制数整数部分从低位到高位每4位分为一组，最后不满4位者在前面加0，每组以等值的十六进制数代替；同时将二进制数小数部分从高位到低位每4位分为一组，最后不满4位者在后面加0，每组以等值的十六进制数代替。
同理，若要将十六进制数转换为二进制数，只需要将每位十六进制数以等值的4位二进制数代替即可。
4．二进制数与八进制数之间的相互转换
二进制数与八进制数之间的转换同二进制数与十六进制数之间的转换方法相似，即将3位二进制数分为一组进行转换即可。
相关知识
6.1.2 编码
将若干位二进制数按一定的方式组合起来，用于表示数和字符等信息的过程称为编码，这些特定的二进制数则称为代码。将代码还原成所表示的数和字符等信息的过程称为译码。十进制代码的编码方式较多，下面主要介绍BCD码和格雷码。
1．BCD码
若用4位二进制数来表示1位十进制数中的0～9这十个数码，则这些二进制数称为二-十进制码，简称BCD码（binary coded decimal）。
相关知识
点拨
BCD码用4位二进制数码表示的只是十进制数的一位。如果要表示一个多位十进制数，则应先将其每一位用BCD码表示，然后把它们组合起来。
由于4位二进制数有16种不同的组合方式，因此BCD码有16种代码，而从中选取10种代码来分别与十进制数中的0～9相对应，这会有多种方案，其中常用的有8421码、2421码、5421码和余3码等，如表6-4（详见教材）所示。
相关知识
2．格雷码
格雷码是一种常见的无权码。如表6-5（详见教材）所示为4位格雷码与十进制数的对照表，其中任意两个相邻4位格雷码只有1位二进制数不同，且最大数与最小数之间也仅有1位二进制数不同，即“首尾相连”，因此格雷码又称循环码。格雷码在相邻代码之间转换时，只有一位二进制数码产生变化，这与其他编码同时改变两位或多位的情况相比不容易出错，因此格雷码具有较好的可靠性。
6.1.3 逻辑运算
相关知识
逻辑代数的基本运算有与、或、非三种。为了便于理解它们的含义，下面以指示灯的三种控制电路为例，分别对其进行介绍。
如下图所示为指示灯的三种控制电路，设A、B分别表示两个开关的状态，并以1表示开关闭合，0表示开关断开；Y表示指示灯的状态，并以1表示指示灯亮，0表示指示灯不亮。
相关知识
1．基本逻辑运算
相关知识
2．复合逻辑运算
实际的逻辑运算往往要比与、或、非运算复杂得多，但是任何复杂的逻辑运算都可以由这三种基本逻辑运算组合而成。在实际应用中，为了减少逻辑门的数目，使数字电路的设计更方便，还常常使用以下几种复合逻辑运算。
相关知识
3．逻辑运算的基本公式和基本定理
6.1.4 逻辑函数的表示方法
相关知识
以逻辑变量为输入信号，以运算结果为输出信号，表述输入信号与输出信号之间逻辑关系的函数称为逻辑函数。逻辑函数常用的表示方法有真值表、逻辑函数表达式（简称逻辑式或函数式）、逻辑图、波形图、卡诺图等。下面先介绍前三种表示方法。
相关知识(共22张PPT)
电工电子技术基础与应用
目录
项目1 直流电路
项目2 正弦交流电路
项目3 变压器与三相异步电动机
项目4 二极管及其应用
项目5 三极管及其应用
项目6 逻辑门电路与组合逻辑电路
项目7 触发器与时序逻辑电路
二极管及其应用
项目4
自二十世纪初真空二极管、真空三极管问世以来，电子学作为一门新兴学科得到了迅速发展。1950年，第一支“PN结型晶体管”问世，开辟了电子元器件的新纪元，引起了一场电子技术革命。
二极管具有体积小、质量小、使用寿命长、耗电量小、可靠性强等优点，应用非常广泛。利用二极管的伏安特性，将二极管和电阻、电容、电感等元件进行合理的连接，可以组成不同功能的电路。
本项目主要介绍二极管的基本知识，以及整流电路、滤波电路和稳压电路等二极管的应用电路。
项目导读
项目导读
学习目标
知识目标
能够正确测试二极管的伏安特性
能够正确调试整流滤波电路
能够正确测试集成直流稳压电源
技能目标
树立新时代社会主义青年的历史使命感和社会责任感
坚定实现中华民族伟大复兴的中国梦的理想信念
素质目标
掌握本征半导体、杂质半导体和PN结的知识
掌握二极管的结构、伏安特性和主要参数
掌握整流电路、滤波电路、稳压管稳压电路的结构和工作原理
熟悉三端集成稳压器的基本知识
目录
任务4.1 认识二极管
任务4.2 认识整流滤波电路
任务4.3 认识稳压电路
任务4.3 认识稳压电路
任务引入
虽然交流电经整流和滤波后能够得到较为平稳的直流电，但是这种直流电会随电网电压的波动和负载的变化而变化，稳定性较差。因此，需要一种稳压电路，使输出电压在电网电压波动或负载变化时基本稳定在某一数值。
如下图所示为集成直流稳压电源测试电路。请选择合适的工具和器材，对该集成直流稳压电源进行测试。
任务引入
本任务的知识与技能要求如下表所示。
任务内容 认识稳压电路 学习程度 识记 理解 应用
学习任务 稳压管稳压电路 ●
三端集成稳压器 ●
实训任务 测试集成直流稳压电源 ●
自我勉励 学习目标
任务工单
学生领取任务工单（详见教材），并完成工单内容。
1．知识准备
3．任务实施
2．工具和器材准备
4．任务评价
4.3.1 稳压管稳压电路
相关知识
稳压管稳压电路是最简单的直流稳压电路，它由稳压管和限流电阻构成，如下图所示。稳压管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管，它在正常工作时处于反向击穿状态，但其反向击穿后的伏安特性曲线很陡，几乎平行于纵轴，如下图所示为稳压管的伏安特性曲线。
相关知识
1）工作原理
相关知识
同理，如果负载电阻减小，则稳压过程相反。
由此可知，稳压管稳压电路利用稳压管对电流进行调节，通过限流电阻R上电压的变化对输出电压进行补偿，以达到稳压的目的。
2）元件的选择
（1）稳压管一般按下式选取。
（2）限流电阻的大小受其他参数因素的影响，一般按下式选取。
稳压管稳压电路结构简单，只适用于输出电压不需要调节、负载电流小且要求不高的情况。
相关知识
4.3.2 三端集成稳压器
集成稳压器因体积小、可靠性高、价格低廉等优点而得到了广泛的应用。集成稳压器的种类繁多，其中应用较为广泛的是三端式集成稳压器，它因有3个引脚而得名。
根据性能的不同，三端集成稳压器可分为三端固定式集成稳压器和三端可调式集成稳压器两种。前者的输出电压为固定值，不能调节；后者可通过外接电路对其输出电压进行连续调节。
下面以CW7800（固定输出正压）系列、CW7900（固定输出负压）系列和CW317（可调输出正压）系列、CW337（可调输出负压）系列为例，分别介绍三端固定式集成稳压器和三端可调式集成稳压器的相关知识。
相关知识
1．三端固定式集成稳压器
1）外形和图形符号
CW7800系列和CW7900系列三端固定式集成稳压器的外形和图形符号如下图所示，这两种三端固定式集成稳压器均有输入端、输出端和公共地端三个引脚。
相关知识
2）型号的组成及含义
三端固定式集成稳压器型号的组成及含义如下图所示。
CW7800和CW7900系列三端固定式集成稳压器的输出电压主要有七种，最大输出电流主要有0.1 A、0.5 A、1 A、1.5 A等四种。CW7815型三端固定式集成稳压器的主要参数表4-12（详见教材）所示。
相关知识
2．三端可调式集成稳压器
1）外形和图形符号
CW317系列和CW337系列三端可调式集成稳压器的外形和图形符号如下图所示，它们均有输入端、输出端和调整端三个引脚。
相关知识
2）型号的组成及含义
三端可调式集成稳压器型号的组成及含义如下图所示。
王守武：中国半导体事业的拓荒者
半导体器件物理学家、中科院院士王守武，被誉为中国半导体研究的“拓荒者”，在研究与开拓中国半导体材料、半导体器件、光电子器件及大规模集成电路等方面做出了重要贡献。
1950年，已经在美国取得教职的王守武带着妻女毅然返回祖国，在中科院应用物理研究所扎下根来。王守武回国前并未联系国内的工作单位，从事机电专业研究的他按照国家的需要转向了半导体研究，“当时只想为祖国做点贡献，哪里需要就到哪里去。
……详见教材
（资料来源：http://stdaily.com/zhuanti/ysrdxs/2021-12/04/content_1236416.shtml，有改动）
砥节砺行
学习成果评价
指导教师根据学生对本项目的实际学习成果对其进行评价，学生配合指导教师共同完成如下表所示的学习成果评价表。
班级 组号 日期
姓名 学号 指导教师
学习成果/项目名称 二极管及其应用 评价项目 评价内容 评价方式 满分/分 评分/分
知识
40% 半导体的基本特性、分类和PN结 理论测试 6
二极管的结构、伏安特性和主要参数 6
单相半波整流电路和单相桥式整流电路 6
电容滤波电路和电感滤波电路 6
稳压管稳压电路 6
三端固定式集成稳压器 5
三端可调式集成稳压器 5
学习成果评价
评价项目 评价内容 评价方式 满分/分 评分/分
技能
40% 测试二极管的伏安特性 实践操作 12
调试整流滤波电路 14
测试集成直流稳压电源 14
素养
20% 积极参加教学活动，主动学习、思考、讨论 综合评判 6
认真负责，按时完成学习、实践任务 4
团结协作，与组员之间密切配合 4
服从指挥，遵守课堂和实训室纪律 4
守正创新，自信自强 2
合计 100
自我评价 教师评价
谢 谢(共28张PPT)
电工电子技术基础与应用
目录
项目1 直流电路
项目2 正弦交流电路
项目3 变压器与三相异步电动机
项目4 二极管及其应用
项目5 三极管及其应用
项目6 逻辑门电路与组合逻辑电路
项目7 触发器与时序逻辑电路
二极管及其应用
项目4
自二十世纪初真空二极管、真空三极管问世以来，电子学作为一门新兴学科得到了迅速发展。1950年，第一支“PN结型晶体管”问世，开辟了电子元器件的新纪元，引起了一场电子技术革命。
二极管具有体积小、质量小、使用寿命长、耗电量小、可靠性强等优点，应用非常广泛。利用二极管的伏安特性，将二极管和电阻、电容、电感等元件进行合理的连接，可以组成不同功能的电路。
本项目主要介绍二极管的基本知识，以及整流电路、滤波电路和稳压电路等二极管的应用电路。
项目导读
项目导读
学习目标
知识目标
能够正确测试二极管的伏安特性
能够正确调试整流滤波电路
能够正确测试集成直流稳压电源
技能目标
树立新时代社会主义青年的历史使命感和社会责任感
坚定实现中华民族伟大复兴的中国梦的理想信念
素质目标
掌握本征半导体、杂质半导体和PN结的知识
掌握二极管的结构、伏安特性和主要参数
掌握整流电路、滤波电路、稳压管稳压电路的结构和工作原理
熟悉三端集成稳压器的基本知识
目录
任务4.1 认识二极管
任务4.2 认识整流滤波电路
任务4.3 认识稳压电路
任务4.2 认识整流滤波电路
任务引入
整流滤波电路是直流稳压电源的重要组成部分，它利用半导体器件的单向导电性，将经电源变压器降压后的低压交流电转换为单方向脉动的直流电，并通过电感、电容、电阻等元件来减小直流电压中的脉动成分使其平稳输出，以作为电子电路的工作电源。
如右图所示为整流滤波电路，它主要有半波整流滤波电路和桥式整流滤波电路两种形式。请选择合适的工具和器材，对这两种整流滤波电路进行调试。
任务引入
本任务的知识与技能要求如下表所示。
任务内容 认识整流滤波电路 学习程度 识记 理解 应用
学习任务 单相半波整流电路 ●
单相桥式整流电路 ●
电容滤波电路 ●
电感滤波电路 ●
实训任务 调试整流滤波电路 ●
自我勉励 学习目标
任务工单
学生领取任务工单（详见教材），并完成工单内容。
1．知识准备
3．任务实施
2．工具和器材准备
4．任务评价
整流电路是指将交流电变换为直流电的电路，它利用半导体器件的单向导电性，使交流电周期性地导通和截止，从而使负载得到单方向脉动的直流电。
根据交流电源相数的不同，整流电路可分为单相整流电路和三相整流电路两种，其中最为常用的是功率较小的单相整流电路。根据整流电压波形的不同，单相整流电路可分为单相半波整流电路和单相全波整流电路两种，下面分别对其进行介绍。
4.2.1 整流电路
相关知识
1）工作原理
单相半波整流电路如右图所示，它主要由电源变压器T、整流二极管VD和负载 构成。其中，电源变压器一次电压为 ，二次电压为 ，这两个电压均为正弦交流电压。
相关知识
1．单相半波整流电路
设 ，当 在正半周时，VD正向导通，此时有电流 流过负载 ，若忽略VD的电压降，则 两端的电压等于电源变压器二次电压，即 ，两者的电压波形相同；当 在负半周时，VD反向截止， 上无电流流过，输出电压 ，此时 全部加在VD的两端。
单相半波整流电路的电压波形如下图所示，其中 为单方向的脉动电压，且 仅获得正弦波的正半部分。
相关知识
相关知识
2）性能参数
单相半波整流电路的主要性能参数为负载上的直流电压和直流电流。
负载上的直流电压是指一个周期内输出电压的平均值，即
负载上的直流电流为
相关知识
3）整流二极管的选择
整流二极管的型号一般应根据最大整流电流和最大反向工作电压来选择。
在单相半波整流电路中，整流二极管的最大整流电流与流过负载的直流电流相等，即
整流二极管截止时所承受的最大反向工作电压与电源变压器二次电压的最大值相等，即
相关知识
点拨
一般情况下，电网电压允许在其额定值 的范围内波动，因此在选择整流二极管时，其最大整流电流 和最大反向工作电压 应留有至少10%的裕量，以保证整流二极管安全工作。
单相半波整流电路的结构简单、元件较少，但效率较低，输出电压较低且脉动较大，因此只适用于整流电流较小，对电压脉动要求不高的情况。
相关知识
2．单相桥式整流电路
单相桥式整流电路是直流稳压电源中最常用的一种单相全波整流电路，它由四个整流二极管构成，如右图所示。其中，四个整流二极管接成了桥式；四个顶点中，相同极性接在一起的一对顶点接向直流负载 ，不同极性接在一起的一对顶点接向交流电源。
相关知识
下图所示为单相桥式整流电路的简化画法。
1）工作原理
在单相桥式整流电路中，当电压 在正半周时，A点电位高于B点电位，整流二极管 、 正向导通，整流二极管 、 反向截止，电流的路径为A→ → → →B。当电压在负半周时，B点电位高于A点电位，整流二极管 、 正向导通，整流二极管 、 反向截止，电流的路径为B→
→ → →A。
相关知识
由于两对整流二极管交替正向导通，因此负载在 的整个周期内都有电流流过，而且方向不变。单相桥式整流电路的输出波形如下图所示。
相关知识
2）性能参数
与单相半波整流电路一样，单相桥式整流电路的主要性能参数也是负载上的直流电压和直流电流。
负载上的直流电压为
负载上的直流电流为
相关知识
3）整流二极管的选择
单相桥式整流电路的整流二极管可根据最大整流电流和最大反向工作电压来选择。
在单相桥式整流电路中，两对整流二极管交替导通，两者仅在电压的半个周期内流过电流，因此每个整流二极管的最大整流电流为负载上直流电流的一半，即
每个整流二极管的最大反向工作电压为
与单相半波整流电路相比，单相桥式整流电路的效率较高，输出电压较高且脉动较小。
4.2.2 滤波电路
相关知识
利用整流电路虽然可以把交流电转换为单一方向的直流电，但该直流电含有较大的脉动成分，不能保证电子设备正常工作。因此，在整流电路中，还需要利用由储能元件构成的滤波电路来过滤直流电中的脉动成分，使输出的电压更加平稳。
常用的滤波电路有电容滤波电路、电感滤波电路和复式滤波电路三种。
相关知识
1．电容滤波电路
电容滤波电路是最常见、最简单的滤波电路，它由滤波电容与负载并联而成，可利用滤波电容的充放电来过滤输出电压的脉动成分。如右图所示为单相桥式整流电容滤波电路。
相关知识
1）工作原理
在单相桥式整流电容滤波电路中，当 在正半周且 （电容两端电压）时， 、 正向导通，此时， 给 供电的同时对C充电，当充到最大电压（即 ）时， 和 都开始减小， 按正弦规律减小；当 时， 、 因承受反向电压而截止，C对 放电， 按指数规律减小。
在负半周时的情况与在正半周时的相似，只是当 时， 、 正向导通，经滤波后的 脉动显著减小，其输出波形如下图所示。
相关知识
相关知识
2）负载上电压的计算
采用电容滤波时，输出电压的平均值一般用以下公式估算，即
（桥式、全波）
（半波）
3）滤波电容的选择
滤波电容的放电时间常数（ ）越大，则放电过程越慢，输出电压越高、脉动越小，即滤波效果越好。一般要求
（桥式、全波）
（半波）
式中：
T——交流电源电压的周期。
电容滤波电路适用于要求输出电压较高、负载电流较小，并且负载较为稳定的电路中。
相关知识
2．电感滤波电路
电感滤波电路由电感和负载串联而成，它利用电感对交流电压阻抗大的特点来过滤输出电压的脉动成分，从而得到平稳的电压。如下图所示为单相桥式整流电感滤波电路。
相关知识
电感的工作频率越高、电感越大，滤波效果越好。当忽略电感的电阻时，负载上的直流电压 。
经电感滤波后，流过负载的电流和负载上电压的脉动不但会减小，而且在电感电压的作用下，整流二极管的冲击电流会减小，从而延长整流二极管的寿命。电感滤波电路的缺点是体积大，易产生电磁干扰。电感滤波电路一般适用于低电压、大电流的情况。(共23张PPT)
电工电子技术基础与应用
目录
项目1 直流电路
项目2 正弦交流电路
项目3 变压器与三相异步电动机
项目4 二极管及其应用
项目5 三极管及其应用
项目6 逻辑门电路与组合逻辑电路
项目7 触发器与时序逻辑电路
二极管及其应用
项目4
自二十世纪初真空二极管、真空三极管问世以来，电子学作为一门新兴学科得到了迅速发展。1950年，第一支“PN结型晶体管”问世，开辟了电子元器件的新纪元，引起了一场电子技术革命。
二极管具有体积小、质量小、使用寿命长、耗电量小、可靠性强等优点，应用非常广泛。利用二极管的伏安特性，将二极管和电阻、电容、电感等元件进行合理的连接，可以组成不同功能的电路。
本项目主要介绍二极管的基本知识，以及整流电路、滤波电路和稳压电路等二极管的应用电路。
项目导读
项目导读
学习目标
知识目标
能够正确测试二极管的伏安特性
能够正确调试整流滤波电路
能够正确测试集成直流稳压电源
技能目标
树立新时代社会主义青年的历史使命感和社会责任感
坚定实现中华民族伟大复兴的中国梦的理想信念
素质目标
掌握本征半导体、杂质半导体和PN结的知识
掌握二极管的结构、伏安特性和主要参数
掌握整流电路、滤波电路、稳压管稳压电路的结构和工作原理
熟悉三端集成稳压器的基本知识
目录
任务4.1 认识二极管
任务4.2 认识整流滤波电路
任务4.3 认识稳压电路
任务4.1 认识二极管
任务引入
二极管如下图所示，它由管体和两个引脚构成，其中两个引脚分别为二极管的阳极和阴极。二极管具有单向导电性，二极管的导通和截止相当于开关的接通和断开，它同三极管、电阻、电容和电感等一起，构成了形形色色的电子电路。
任务引入
请选择合适的工具和器材，对二极管进行测试，判断二极管引脚的极性，并通过逐点法绘制二极管的伏安特性曲线。本任务的知识与技能要求如下表所示。
任务内容 认识二极管 学习程度 识记 理解 应用
学习任务 本征半导体和杂质半导体 ●
PN结的形成和单向导电性 ●
二极管的结构 ●
二极管的伏安特性和主要参数 ●
实训任务 测试二极管的伏安特性 ●
自我勉励 学习目标
任务工单
学生领取任务工单（详见教材），并完成工单内容。
1．知识准备
3．任务实施
2．工具和器材准备
4．任务评价
4.1.1 半导体概述
相关知识
1．本征半导体
本征半导体是指完全纯净的、具有晶体结构的半导体。在半导体元器件中，用得最多的本征半导体是硅和锗。硅和锗都是四价元素，每一个硅（锗）原子与相邻的四个原子之间通过成对的价电子形成了共价键。
当本征半导体在温度升高或受到光照时，这些价电子中的一部分会从外界获得一定能量，从而挣脱共价键的束缚而成为自由电子，同时共价键中将会留下一个空位，这个空位称为空穴。
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由于空穴的出现，附近共价键中的价电子很容易在获取能量后去填补空穴，而在原共价键中产生新的空穴，其他的价电子又可能来填补新的空穴，因此共价键中就产生了电荷的移动。受共价键束缚的价电子参与导电的机理与自由电子有所不同，为了区分这两种电子的运动，通常用空穴的运动来代替共价键中价电子的运动，将空穴看成是带正电荷的粒子，它所带的电荷与电子所带的电荷大小相等、极性相反。
在外加电场的作用下，自由电子和空穴都是能够承载定向电流的带电粒子，它们统称为载流子。
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2．杂质半导体
在本征半导体中人为地掺入其他微量元素（称为杂质），可以使其导电性能发生显著的变化，而掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。根据掺入杂质的元素不同，杂质半导体可分为P型半导体和N型半导体两种。
1）PN结的形成
在P型（或N型）半导体的局部再掺入浓度较高的五价元素磷（或三价元素硼），可在相应的区域形成N区（或P区）。由于P区的空穴多于自由电子，N区的自由电子多于空穴，因此在P区和N区的交界面附近将产生多子（即占多数的载流子）的扩散运动和少子（即占少数的载流子）的漂移运动。
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3．PN结
点拨
扩散是指载流子由浓度高的一侧向浓度低的一侧运动；漂移是指载流子在电场的作用下做定向移动，空穴的漂移方向与内电场的方向相同，自由电子的漂移方向与内电场的方向相反。
相关知识
如右图所示，P区的空穴向N区扩散，与N区的自由电子复合；N区的自由电子向P区扩散，与P区的空穴复合。
这种扩散运动使N区失掉自由电子产生正离子，P区得到自由电子产生负离子，结果在P区和N区交界面的两侧，形成了由等量正、负离子相互作用的空间电荷区，如右图所示。空间电荷区的内电场由N区指向P区，它对多子的扩散运动起阻碍作用。
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空间电荷区的出现有助于内电场中少子的漂移运动。因此，在内电场作用下，N区的空穴向P区漂移，P区的自由电子向N区漂移，最终使空间电荷区变窄，内电场被削弱。
扩散运动与漂移运动是相互联系又相互对立的，当两者的运动达到动态平衡时，空间电荷区的宽度便基本稳定下来了，这种具有稳定宽度的空间电荷区称为PN结。
2）PN结的单向导电性
当PN结无外加电压时，扩散运动和漂移运动处于动态平衡，通过PN结的电流为零。当PN结有外加电压时，PN结会因外加电压极性的不同而处于两种状态，从而表现出两种截然不同的导电性，即呈现出单向导电性。
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如左图所示，当外加电压的正极接PN结的P区、负极接PN结的N区时，该外加电压称为正向偏置电压，此时的PN结处于正向偏置状态，简称正偏。
如右图所示，当外加电压的正极接PN结的N区、负极接PN结的P区时，该外加电压称为反向偏置电压，此时的PN结处于反向偏置状态，简称反偏。
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综上所述，PN结具有单向导电性，即处于正偏时，PN结的电阻很小，呈导通状态；处于反偏时，PN结的电阻很大，呈截止状态。
中国第一支晶体管
1956年11月，在北京中国科学院应用物理研究所的半导体器件实验室里，中国第一支锗合金结型晶体管诞生了。中国第一支晶体管研制成功，开创了我国在多领域以半导体器件代替电子管，以及以半导体器件开创新的科学领域的事业，吹响了“向科学进军”的号角。
近年来，中国半导体事业飞速发展，这与当年那批献身中国半导体事业的前辈们的努力是分不开的。可以说，正是他们的拼搏奉献，才为中国现代半导体技术的迅猛发展打下了坚实的基础。
（资料来源：https://scei./images/zhuanti/dqxdfh/gs07.html，有改动）
砥节砺行
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二极管可看作是PN结物化的器件，PN结上具有的特性均可在二极管上反映出来。二极管的结构可分为点接触型、面接触型和平面型三种。从二极管的P区引出的引脚称为阳极，从N区引出的引脚称为阴极。
4.1.2 二极管
1．二极管的结构
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虽然二极管的本质是一个PN结，但由于受到制作工艺的影响，因此二极管的实际特性与PN结的理论特性略有差别。
二极管的伏安特性曲线如右图所示。根据外加电压极性的不同，其伏安特性曲线可分为正向特性和反向特性两部分。
2．二极管的伏安特性
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3．二极管的主要参数

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