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2.4简单的实用电路


简单的实用电路
1、 TTL 型和 CMOS 型集成电路在电气特性方面的差别 数字集成电路有 TTL 与 CMOS 两种类型,例如集成与、或、非门也有 TTL 与 CMOS 两种类型,TTL 主要由 NPN 型晶体管构成,CMOS 主要由场效应管构成,由 于使用器件不同, 决定了这两种集成电路的结构和电气性能有很大不同, 使用时, 理解它们的特性非常重要。 由于 TTL 型和 CMOS 型集成电路的最大额定电源电压、逻辑电平、延迟时间 等参数都有较大的差别,所以 TTL 型和 CMOS 型集成电路不能混合使用。 比较项目 逻辑 0 电平(输出时) 逻辑 0 电平(输入时) 逻辑 1 电平(输出时) 逻辑 1 电平(输入时) 逻辑摆幅 输入阻抗 工作电压 平均传输延迟时间 功耗 阈值电压 扇出系数 集成度 抗辐射能力 TTL 门电路 0.3~0.4V 0.3~0.8V 2.4~3.6V 2~3.6V 小 低(约几 KΩ ) 5V 快(约十几 ns) 大(约十几 mW) 约 1.5V 8 低 弱 CMOS 门电路 0~0.4V 0~1.5V 3.5~Vd(电源电压) 3.5~Vd(电源电压) 大 高(108Ω 以上) 3~18V 慢(约几十 ns) 低(约几个 uW) 约 2.5V(电源电压为 5V 时) 约 50 高 强

虽然 TTL 型和 CMOS 型集成电路在电气特性方面有较大差别,但相同功能电 路的逻辑关系是相同的,不影响对电路的逻辑分析。 2、 用数字集成电路安装简单的实用电路 用数字集成电路构成简单实用电路,是数字集成电路应用和构成较复杂组 合数字电路的基础。学生通过电路安装,可以认识和熟悉电子元器件,初步掌握 焊接、 安装技巧, 体验成功的快乐, 培养对电子技术的兴趣。 在教学时可选用与、 或、 非、 与非、 或非等集成门构成多谐振荡电路, 利用多谐振荡器搭接电子门铃、 报警器等简单、有趣电路,有兴趣的学生除了学会安装多谐振荡器外,还可了解 多谐振荡器频率的计算方法,以便调节频率、改变音调。 产生脉冲信号是数字集成电路的典型应用之一,脉冲信号既可作为数字系 统的时钟脉冲, 也可构成有趣的声响电路。在教学时可选用集成门电路构成多谐 振荡电路,利用多谐振荡器搭接电子门铃等简单、有趣电路,有兴趣的学生除了 学会安装多谐振荡器外,还可了解多谐振荡器频率的计算方法,以便调节频率、 改变门铃声音。 多谐振荡器是一种自激振荡器,通电后能自动产生连续的矩形波脉冲,由于 矩形波中除基波频率外, 还含有丰富的高次谐波分量,所以矩形波振荡器又加多

谐振荡器。用不同方法构成多谐振荡器,目的是使学生掌握多种设计方案,以便 试验、比较、选择。 例2 CMOS 门电路构成非对称式多谐振荡器试验 用多谐振荡器构成天亮叫醒电路如图 9.7 所示 (1)元器件作用:IC 采用 CD4011 型 CMOS 四 2 输入与非门,与非门 U1 的输 出与输入之间接有反馈电阻 R1,它工作在电压传输特性的转折区,把它的输出电 压直接接到 U2 的输入端作为 U2 的静态偏置电压,就能使 U2 也工作在电压传输 特性的转折区,其输出经电容 C1 反馈到 U1 的输入端构成正反馈回路,B 是蜂鸣 器,RG 选用硫化镉光敏电阻 MG41—23,其暗电阻≥5MΩ 、亮电阻≤5KΩ 。 (2)工作原理: 天黑时,因 RG≥5MΩ ,Uk=“0” ,振荡器不起振,蜂鸣器 B 不叫; 天亮时,因 RG≤5KΩ ,Uk=“1” ,如果有一点小的干扰,就会在 U1 与 U2 之间引起自激振荡,使电路在两个暂稳态中转换,于是电路不停地振荡。由理论 推导可知,电路的振荡周期为:T≈1.4R1C1(适用 TTL 电路) 。 (3)试验: ① 可调节 W 的电阻值,调节叫醒信号报警时的天亮程度; ② 可改变 R1、C1 的值,改变振荡频率,改变蜂鸣器的声音。
+5V

RG
Uk

W 82K

例3

图 9.7 非对称式多谐振荡器天亮报警电路 CMOS 门电路构成对称式多谐振荡器试验

图 9.8 对称式多谐振荡器电路 对称式多谐振荡器电路如图 9.8 所示,它由两个与非门和—对 RC 定时元件 组成,其中 R1=R2=R,C1=C2=C,B 是蜂鸣器,S 是控制端。当 S 接 5V 电源时, 振荡器振荡;S 接地时,振荡器停振。 接通电源后,与非门 U1 和 U2 因输出与输入之间接有反馈电阻 R1 和 R2,工 作在电压传输特性的转折区,U1、C1、U2、C2 构成正反馈回路,如果有一点小 的干扰, 就会引起自激振荡, 使电路在两个暂稳态中转换, 于是电路不停地振荡。 由理论推导可知,电路的振荡周期为:T≈1.4RC(适用 TTL 电路) 。 在作试验时, C 可选用不同的值进行试验, R、 用示波器观察输出波形的变化, 听蜂鸣器发出不同的声音。 5、数字电路简单的组合设计和制作试验 数字电路的组合设计要建立在简单数字集成电路安装的基础之上, 是对简单 数字集成电路的组合应用。 可将两个不同频率的多谐振荡器进行组合,用较高频 信号对较低频信号进行调制, 合成一个新的信号,并由此制作一个发出变调声音 的报警器,这就是常见的数字电路组合设计。 例4 可变调的天亮叫醒电路 将例 2 和例 3 电路进行组合设计,将例 2 电路 U2 的输出直接接到例 3 电路 的控制端 S, 电路如图 9.9 所示。U1 和 U2 组成第一级振荡器产生较低频率,U3 和 U4 组成第 二级振荡器产生较高频率,让 U1、U2 产生的较低频率振荡控制 U3、U4 振荡器的 工作,这样合成一个新的信号,就是较高频率信号对较低频率信号的调制。 工作原理: (1)天黑时,因 RG≥5MΩ ,Uk=“0” ,U1、U2 振荡器不起振,控制端 S 为 低电平,振荡器 U3、U4 也不工作; (2)天亮时,因 RG≤5KΩ ,Uk=“1” ,如果有一点小的干扰,U1、U2 产生 自激振荡:从 S 端输出周期性脉冲信号: ① 输出脉冲信号高电平时:S=“1” ,U3、U4 振荡器起振,输出较高频率信 号; ② 输出脉冲信号低电平时:S=“0” ,U3、U4 振荡器暂停工作,无信号输出。 其输出信号 V0 的波形如图 9.10 所示,T1 为 U1、 振荡器产生的振荡周期, U2 T2 为 U3、U4 振荡器产生的振荡周期。
+ 5V R

V Wk
82 K

G

图 9.9 可变调天亮报警电路
V 0 t

图 9.10 组合电路输出调制信号


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