1、Unit1現(xiàn)在工業(yè)電子系統(tǒng)使用的是被稱為晶體管的裝置。每一類型的晶體管有區(qū)別于其他晶體管的不同特點(diǎn)和操作條件。在討論的第一部分，我們來(lái)關(guān)注雙極性晶體管。從結(jié)構(gòu)上看，這個(gè)晶體管被描述為雙極性的，是因?yàn)樗袃蓚€(gè)不同的電流載體極性。空穴是陽(yáng)極電流載體，而電子是陰極電流載體。這兩個(gè)不同性質(zhì)的半導(dǎo)體晶體通過(guò)一個(gè)公共部分連接在一起。這個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)類似于兩個(gè)二極管背靠背連接，其中一個(gè)晶體充當(dāng)另外兩個(gè)晶體的公共部分。中間的材料通常被做得比外面的兩片都要薄。圖1.1表示的是此晶體管的結(jié)構(gòu)，原件名稱，和不同雙極性晶體管的語(yǔ)義符號(hào)。一個(gè)雙極性晶體管主要被用做放大器來(lái)限制流經(jīng)它的電流。電流從電源流入發(fā)射極，經(jīng)過(guò)基極，

2、再流出集電極。集電極的電流量通常被定義為晶體管的輸出量。集電極電流由基極電流中的一小部分控制。這個(gè)關(guān)系被描述為電流增量或B。數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：電流增量=集電極電流十基極電流公式中希臘字母表示變化的值。它用來(lái)表示當(dāng)有交流輸入時(shí)晶體管的響應(yīng)。這種類型的狀態(tài)被稱為動(dòng)態(tài)特性。公式中的的省略部分表示直流或靜態(tài)工作條件。所有從發(fā)射極進(jìn)入晶體管的電流被定義為發(fā)射極電流。集電極電流Ic通常小于le。le和Ic的不同歸因于基極電流。從數(shù)學(xué)角度看，Ib=IeIc例1-1；確定一個(gè)雙極性晶體管的Ie為11mA,Ic為10.95mA;解；。（省略）圖1.2表示的是一個(gè)簡(jiǎn)單NPN型硅晶體管的電路連接圖。這個(gè)電路是以正向偏

3、置的發(fā)射極和反向偏置的集電極為基礎(chǔ)的。我們把直流電源的負(fù)極連接到發(fā)射極，把正極通過(guò)Rb連接到基極來(lái)達(dá)到發(fā)射極的正向偏置。我們把電源正極通過(guò)電阻Rl連接到集電極，形成集電極的反向偏置。我們通過(guò)發(fā)射極的正向電壓來(lái)控制流經(jīng)Rl的集電極電流。在一個(gè)簡(jiǎn)單的PN結(jié)中，正向偏置導(dǎo)致其導(dǎo)通，反向偏置導(dǎo)致其不導(dǎo)通。在晶體管中，這種規(guī)律不能直接應(yīng)用因?yàn)閮蓚€(gè)結(jié)都包含在里面。例如，當(dāng)發(fā)射極正向偏置時(shí)，會(huì)導(dǎo)致大量的Ie流入基極。集電極的反向偏置通常會(huì)限制這個(gè)電流。但是由于薄的基極結(jié)構(gòu)，當(dāng)le到達(dá)基極區(qū)時(shí)它會(huì)立刻流入集電極。最終，此電流流經(jīng)集電極以集電極電流的形式出現(xiàn)。發(fā)射極的正向偏置因此會(huì)改變或者減少在正常晶體管操作中

4、基極-集電極的反向偏置效果。一個(gè)晶體管主要被定義為電流控制裝置。這意味著只有當(dāng)發(fā)射極正向偏置并且產(chǎn)生基極電流時(shí)才會(huì)有輸出或者集電極電流Ic。當(dāng)基極電流停止時(shí)，集電極電流停止并且晶體管變?yōu)椴粚?dǎo)通。這個(gè)情況又被稱作是截?cái)啵绻鶚O出現(xiàn)超量電流時(shí)，晶體管被驅(qū)動(dòng)致飽和。當(dāng)這個(gè)情況發(fā)生時(shí)，lb的增加不會(huì)導(dǎo)致Ic相應(yīng)的變化。當(dāng)完成放大操作時(shí)，晶體管幾乎是工作在飽和區(qū)。圖1.3的晶體管放大器電路是一個(gè)先前NPN電路的PNP對(duì)立圖。此電路中的電源的反向連接是為了達(dá)到合適的偏置。其性能基本上和NPN電路一致。lc,lb,le由圖中箭頭標(biāo)出。此電路的發(fā)射極電流依然是最大的電流值。在此電路中Ic和lb之和依然等于l

5、e。Unit21 一個(gè)運(yùn)算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，常常包含大量的分立元件。一個(gè)運(yùn)算放大器的使用者通常不需要關(guān)心它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。然而，對(duì)于如何理解內(nèi)部電子線路的完成卻是有所幫助的。這就允許使用者來(lái)觀察設(shè)備是如何工作的，以及表明它作為一個(gè)功能單元的一些局限性。2 一個(gè)運(yùn)算放大器的內(nèi)部電子線路可以被分為三個(gè)功能單元。圖1.7即是一個(gè)運(yùn)算放大器內(nèi)部功能的簡(jiǎn)圖。注意每一個(gè)功能都被附在一個(gè)三角形內(nèi)。電子圖表中用三角形來(lái)表示放大功能。這個(gè)簡(jiǎn)圖顯示了運(yùn)算放大器有三個(gè)基本的放大功能。這些功能一般叫作放大級(jí)。一個(gè)放大級(jí)包含一或更多有源器件，所有相聯(lián)元件需實(shí)現(xiàn)放大。3 第一階段或一個(gè)運(yùn)算放大器的輸入常常是一個(gè)差動(dòng)放

6、大器。這個(gè)放大器有兩個(gè)輸入，標(biāo)記為V1和V2。它提供供應(yīng)兩個(gè)輸入信號(hào)的差模信號(hào)高增益，同時(shí)提供應(yīng)用于兩個(gè)輸入的共模信號(hào)低增益。對(duì)于任何的輸入信號(hào)，輸入阻抗是很大的。放大器的輸出一般是兩個(gè)等幅反向的信號(hào)。這可以描述為推挽式的輸入和輸出。4 放大器一個(gè)或多個(gè)中間階段都跟隨著差動(dòng)放大器。圖1.7即是一個(gè)有一個(gè)中間階段的運(yùn)算放大器。功能上講，設(shè)計(jì)這個(gè)放大器用來(lái)改變工作點(diǎn)，使輸出為0，有較高的電流電壓增益能力。增益可以驅(qū)動(dòng)輸出級(jí)而不用給輸入級(jí)加以重負(fù)。中間階段一般有兩個(gè)輸入和一個(gè)單端輸出。5 運(yùn)算放大器的輸出有一個(gè)相當(dāng)?shù)偷妮敵鲎杩梗虼丝梢员３忠恍┍仨毜碾娏鱽?lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載。它的輸入阻抗必須足夠大以至于不必給

7、中間放大器的輸出加以重負(fù)。輸出階段是可能是一個(gè)射級(jí)跟隨放大器或者在互補(bǔ)對(duì)稱組態(tài)中連接的兩個(gè)晶體管。在這個(gè)階段，電壓增益相當(dāng)?shù)停娏髟鲆鏄O大。6 差動(dòng)放大器是運(yùn)算放大器的關(guān)鍵或者運(yùn)放的基礎(chǔ)。這個(gè)放大器最貼切的描述是有共享一個(gè)單端射級(jí)電阻的雙平衡晶體管。每一個(gè)晶體管有一個(gè)輸入和輸出。圖1.8即是簡(jiǎn)化的差動(dòng)放大器的簡(jiǎn)圖。通過(guò)一個(gè)雙極性的電源供給這個(gè)電路才能通電。電源端標(biāo)記為+Vcc和-Vcc，從一個(gè)公共接地端測(cè)量得出。7 差動(dòng)放大器的工作基于應(yīng)用于基極的輸入信號(hào)的響應(yīng)。一個(gè)基級(jí)接地，另一個(gè)基極加輸入信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)輸出信號(hào)。這些信號(hào)有相通的增幅但反向180度。這種類型的輸入在差動(dòng)環(huán)節(jié)放大器的響應(yīng)。8

8、 當(dāng)兩個(gè)有相同幅值和極性的信號(hào)同時(shí)加在基極上，最終輸出即為0.這種類型的輸入引起一個(gè)響應(yīng)，通過(guò)共同連接的射級(jí)電阻產(chǎn)生一個(gè)抵消電壓。在某種意義上，這種差動(dòng)放大器相當(dāng)于一個(gè)有相同輸入信號(hào)的平衡橋。當(dāng)電路平衡的時(shí)候沒(méi)有輸出，不平衡時(shí)有輸出。這被稱為共模工作條件。設(shè)計(jì)差動(dòng)放大器可以抑制相同的輸入信號(hào)。術(shù)語(yǔ)共模抑制比就用來(lái)描述放大器的這種情況。共模抑制比是差動(dòng)放大器的特性。在這種工作條件下，不想要的噪音，干擾或交流噪聲都可以被排除。圖1.9表示的是一個(gè)被連接到不同工作模式的差動(dòng)放大器的簡(jiǎn)化示意圖。在這個(gè)圖中輸入信號(hào)進(jìn)入Q1的基極，Q2為開(kāi)路或者被懸空。這種情況導(dǎo)致信號(hào)在輸出端和發(fā)射極電阻上形成。發(fā)射極信

9、號(hào)，正如所表示的，和輸入信號(hào)同相。這兩個(gè)輸出信號(hào)相互反相，并且有相當(dāng)程度的放大。輸出Vo1與輸入反相，與Vo2同相。僅當(dāng)有一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)，差動(dòng)放大器才會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)輸出信號(hào)。通過(guò)發(fā)射極電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)來(lái)自Q1和Q2的輸入信號(hào)的耦合。輸入信號(hào)的積極交替，例如會(huì)Q1正向偏置的增加。這會(huì)增強(qiáng)Q1導(dǎo)電性。如果有更多的le,那么在發(fā)射極電阻上會(huì)產(chǎn)生更大的電壓。這樣反過(guò)來(lái)會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)發(fā)射極更顯負(fù)極性。而這個(gè)電壓對(duì)Q1的導(dǎo)電性的影響不大是因?yàn)橛型獠啃盘?hào)進(jìn)入其輸入端。然而，流向發(fā)射極的負(fù)極性電壓的減小會(huì)直接影響Q2。這會(huì)導(dǎo)致Q2的導(dǎo)電性降低。流經(jīng)Q2的電流的減少會(huì)在Rl2上產(chǎn)生更少的電壓降,并且會(huì)使集電極的電壓倒向正極性

10、。實(shí)際上,流入Q1基極的輸入信號(hào)減少了Q2的Ve電壓，而這種情況反過(guò)來(lái)又增加了輸出電壓Vo2的值，因此通過(guò)公共連接的發(fā)射極電阻，使一個(gè)輸入信號(hào)和Q2耦合。輸入信號(hào)的負(fù)極性交替導(dǎo)致了剛才所描述動(dòng)作的翻轉(zhuǎn)。例如,Q1的導(dǎo)電性降低,而Q2的導(dǎo)電性將會(huì)增加。這種行為導(dǎo)致了流經(jīng)Q1的lc的減少,并且加劇了Vo1的不穩(wěn)定。Q2導(dǎo)電性的增加相應(yīng)的導(dǎo)致了Vo2的減少。這兩個(gè)輸出信號(hào)繼續(xù)保持180°的反相。事實(shí)上兩個(gè)輸入信號(hào)的交替出現(xiàn)在輸出端。被連接到不同工作模式的差動(dòng)放大器將會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)對(duì)整個(gè)輸入信號(hào)反應(yīng)的輸出信號(hào)。當(dāng)輸入反相時(shí),差動(dòng)放大器的幾乎是以一樣的方式產(chǎn)生響應(yīng)。在這個(gè)事例中,在Q1的基極開(kāi)路或

11、者懸空時(shí),輸入信號(hào)流入Q2基極。Vo2與輸入反相而與Vo1同相。這個(gè)放大器放大輸出信號(hào)的水平取決于兩個(gè)輸入信號(hào)的差異。一次只有一個(gè)信號(hào)流經(jīng)輸入端,這個(gè)放大器會(huì)見(jiàn)證一個(gè)區(qū)別很大的輸入并且會(huì)產(chǎn)生可觀的輸出電壓。現(xiàn)在在運(yùn)算放大器中幾乎用的都是圖1.9中的差動(dòng)放大器。一般說(shuō)來(lái)，需要很大阻值的Re來(lái)產(chǎn)生很好的耦合和共模抑制比率。在IC結(jié)構(gòu)中大的電阻很難制造。可以用一個(gè)晶體管代替Re。這種晶體管和與其相連的組件被稱作為恒流源。Unit3如今，幾乎所有的電子數(shù)字系統(tǒng)使用的是二進(jìn)制。這種系統(tǒng)是以2作為基數(shù)的。能被這個(gè)系統(tǒng)的特定的某一位表示的最大數(shù)值是1。這意味著二進(jìn)制系統(tǒng)只有數(shù)字0和1。電子學(xué)中，用0表示低電

12、壓或沒(méi)有電壓。數(shù)字1表示比0大得多的電壓或比0更有意義。二進(jìn)制系統(tǒng)使用這種電壓分配方式叫作正邏輯。相比較而言負(fù)邏輯就是把零電壓和沒(méi)有電壓用數(shù)字1表示。在下面的討論中，僅使用正邏輯。一個(gè)二進(jìn)制系統(tǒng)的兩種工作狀態(tài)，0和1，可以比作實(shí)際電路。當(dāng)電路斷開(kāi)或沒(méi)有電壓輸入時(shí)，就可認(rèn)為是處于關(guān)斷或0狀態(tài)。電路有輸入電壓或運(yùn)行時(shí)，就處于工作或1狀態(tài)。一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字要么是1要么是0。術(shù)語(yǔ)位就是用來(lái)描述這種狀況的。位是單詞二進(jìn)制數(shù)字的縮寫形式。十進(jìn)制計(jì)數(shù)的基本規(guī)則通常都是應(yīng)用二進(jìn)制數(shù)字。比如二進(jìn)制系統(tǒng)的級(jí)數(shù)是2。這就是說(shuō)只能用0和1來(lái)表示某一個(gè)特定的位置。從點(diǎn)號(hào)開(kāi)始往左第一位，也就是二進(jìn)制點(diǎn)號(hào)，代表單元或1的位置

13、。剩下的詞往左都是2的次冪。二進(jìn)制點(diǎn)號(hào)往左的數(shù)值是2的0次等于1，2的1次等于2，2的2次等于4，2的3次等于8，2的4次等于16，2的5次等于32，2的6次等于64，2的7次等于128等等。般地講，當(dāng)在一個(gè)討論中用到多種計(jì)數(shù)體系時(shí)，必須加一個(gè)下標(biāo)數(shù)值來(lái)表示它的進(jìn)制。數(shù)值110).2就是這種形式的一個(gè)典型代表。它表示的是1-1-0而不是十進(jìn)制的一百和十。二進(jìn)制的110代表十進(jìn)制的6。從二進(jìn)制點(diǎn)號(hào)往左的第一位開(kāi)始，這個(gè)數(shù)字可以表示為0乘以2的0次+1乘以2的1次+1乘以2的2次或0+(2).10+(4).10=(6).10。二進(jìn)制數(shù)字到相等的十進(jìn)制數(shù)字的轉(zhuǎn)換步驟如圖1.14所示。二十進(jìn)制間簡(jiǎn)單的

14、轉(zhuǎn)換步驟如圖1.14所示。使用這種轉(zhuǎn)換方法時(shí)先得寫出二進(jìn)制。從二進(jìn)制點(diǎn)號(hào)開(kāi)始，當(dāng)某一位為1時(shí)，標(biāo)示出與2的次方數(shù)等價(jià)的十進(jìn)制數(shù)。對(duì)于二進(jìn)制中的每一個(gè)0，留一個(gè)空位或表示0。把所有位置上的數(shù)加起來(lái)就得到對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。在多個(gè)二進(jìn)制數(shù)中使用這種方法直到能熟練掌握這種轉(zhuǎn)換過(guò)程。十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)時(shí)可以通過(guò)除以2完成。當(dāng)商沒(méi)有余數(shù)時(shí)，記為0。當(dāng)商有余數(shù)時(shí)，記為1。十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的步驟如圖1.15所示。這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程可以通過(guò)寫下十進(jìn)制數(shù)字35完成。把這個(gè)數(shù)字劃分成體系的基數(shù)或2。記下商數(shù)和余數(shù)。把第一步的商移到第二位并重復(fù)這個(gè)過(guò)程，直到商數(shù)為0。把余數(shù)的值按照從后往前的順序讀取就是等價(jià)的二進(jìn)制數(shù)。

15、用這種方法多試幾個(gè)數(shù)以增加熟練程度。當(dāng)用二進(jìn)制計(jì)數(shù)大量數(shù)值時(shí)，使用起來(lái)會(huì)很困難。因此，就出現(xiàn)了二?十進(jìn)制碼。這種系統(tǒng)形式是用四個(gè)二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)十進(jìn)制數(shù)的。為了說(shuō)明這個(gè)過(guò)程，我們選擇了將十進(jìn)制的392轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制碼或BCD碼。直接轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)時(shí)，(392).10=(101001001).2為了應(yīng)用BCD轉(zhuǎn)換過(guò)程，基數(shù)10首先根據(jù)放置的數(shù)值被分成散裂的數(shù)字。數(shù)值(392).10等于數(shù)字3-9-2。把每個(gè)數(shù)字都轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)就可得到所需的數(shù)為0011-1001-0010.BCD。用這種方法只需12個(gè)二進(jìn)制數(shù)字就可將直到999的十進(jìn)制數(shù)都迅速的表示出來(lái)。當(dāng)用BCD碼表示時(shí)，每組中的破折號(hào)是非常重

16、要的。在BCD碼中每一位能被表示的最大數(shù)字是9。也就是說(shuō)一個(gè)由六個(gè)數(shù)字組成的數(shù)在這個(gè)系統(tǒng)中是完全沒(méi)有辦法適用的。因此八進(jìn)制和十六進(jìn)制就出現(xiàn)了。數(shù)字系統(tǒng)中仍然使用二進(jìn)制形式但是通常用BCD，八進(jìn)制或十六進(jìn)制表示。Unit4觸發(fā)器通常用于產(chǎn)生信號(hào)，形狀波，實(shí)現(xiàn)分工。除了這些功能外，觸發(fā)器也被用作儲(chǔ)存設(shè)備，在這方面的能力，即使輸入完全被改變，它的輸入也保持先前的狀態(tài)，當(dāng)輸入僅僅適當(dāng)?shù)母淖兊臅r(shí)候，它也可以改變它的輸入圖1.22的RS觸發(fā)器是一個(gè)典型的數(shù)字系統(tǒng)控制器，觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)化，邏輯電路圖和真值表都在圖表中體現(xiàn)，這一種器件的真值表比普通的邏輯門電路要稍微更復(fù)雜一點(diǎn)，例如：它必須在輸入脈沖發(fā)生之前表

17、示不同的狀態(tài)，然后表示出它的狀態(tài)時(shí)怎樣改變的當(dāng)輸入脈沖到達(dá)時(shí)，記錄兩種操作狀態(tài)條件下產(chǎn)生的一種不能預(yù)測(cè)的輸出，在這種操作狀態(tài)下，第一個(gè)到來(lái)的脈沖在符合條件下就會(huì)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)妮敵鲈谠S多數(shù)字系統(tǒng)應(yīng)用中，觸發(fā)器在特別時(shí)刻被設(shè)置和裝配，用于操作其他的電路，這種典型的操作可以通過(guò)觸發(fā)器的和時(shí)鐘脈沖的同步操作來(lái)實(shí)現(xiàn)完成。在這種情況下，為了產(chǎn)生狀態(tài)的改變，RS端的正確輸入和時(shí)鐘脈沖必須同時(shí)出現(xiàn)。這種裝置叫做RS觸發(fā)器或者簡(jiǎn)單的RST觸發(fā)器這種RST觸發(fā)器的真值表和圖表1.22的RS觸發(fā)器基本一致，當(dāng)輸入脈沖從T端輸入時(shí)，它開(kāi)始一個(gè)狀態(tài)的改變，一個(gè)雙輸入的AND門被加在設(shè)置和再設(shè)置上僅僅是去實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)操作，圖表1

18、.23表示了RST觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)化，相應(yīng)的ANS邏輯圖和真值表另一種經(jīng)常在數(shù)字系統(tǒng)中用到的重要器件是JK觸發(fā)器，這種裝置有一定的特殊性在于它沒(méi)有意想不到的輸出狀態(tài)，它可以在J端輸入1而且在K端也輸入1,1信號(hào)同時(shí)用于JK的輸入，同時(shí)引起輸出狀態(tài)的改變或者封鎖，而當(dāng)輸入同時(shí)為0狀態(tài)時(shí)，不會(huì)引起輸出狀態(tài)的改變，JK觸發(fā)器的輸入直接由輸入的時(shí)鐘脈沖給予控制圖表1.24表示了JK觸發(fā)器邏輯電路圖，邏輯符號(hào)和真值表，注意這種裝置沒(méi)有意想不到的狀態(tài)。許多種類的基本觸發(fā)器以及它們的改裝在今天被廣泛用到，它們包括了裝置輸入的預(yù)置和預(yù)判以及在精確時(shí)刻來(lái)解釋連續(xù)操作，觸發(fā)器通常被用作計(jì)數(shù)操作，寄存器和連續(xù)轉(zhuǎn)換中最

19、基本的邏輯部分計(jì)數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)中最通用且重要的邏輯器件之一，常規(guī)情況下，該器件用來(lái)對(duì)大量不同數(shù)字系統(tǒng)應(yīng)用中的對(duì)象進(jìn)行大范圍的計(jì)算，而這種裝置或許被用作一種事物最后的計(jì)算。它實(shí)質(zhì)上記錄著電子脈沖的數(shù)目。一些脈沖可能是機(jī)械，電子機(jī)械，電信，音響或者其它過(guò)程的。可是，完全獨(dú)立的產(chǎn)生脈沖是計(jì)算器的最基本功能用二進(jìn)制的形式記錄大量的信息是數(shù)字計(jì)算器通常會(huì)用到的一個(gè)作用，這種典型的信號(hào)裝置需要許多觸發(fā)器相連然后第一個(gè)裝置的Q輸出端驅(qū)動(dòng)觸發(fā)器或者作為下一個(gè)裝置的輸入脈沖，因此，每一個(gè)觸發(fā)器都擁有2中功能圖1.25展示了由JK觸發(fā)器聯(lián)接而成的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。圖1.25（A）中所示的計(jì)數(shù)器通常被稱作二進(jìn)制脈動(dòng)計(jì)數(shù)

20、器。電路中的每一個(gè)脈沖都會(huì)使J、K計(jì)數(shù)器的輸入到達(dá)邏輯1。作用在FF1的輸入端上的每一個(gè)時(shí)鐘脈沖都會(huì)引起FF1的狀態(tài)的改變。觸發(fā)器旨在時(shí)鐘脈沖的下降沿被觸發(fā)。FF1的輸出將隨著脈沖變化在0與1之間交替變化。每?jī)蓚€(gè)脈沖將會(huì)在FF1的Q端出現(xiàn)一個(gè)邏輯1。這就是說(shuō)每一個(gè)觸發(fā)器都有二分頻功能。在這類觸發(fā)器中5個(gè)觸發(fā)器的級(jí)聯(lián)將產(chǎn)生計(jì)數(shù)值為25或者32的計(jì)數(shù)器。當(dāng)所有計(jì)數(shù)器都置1時(shí)，這一部分所能表示的最大二進(jìn)制數(shù)為1111，十進(jìn)制數(shù)為31。下一個(gè)可用計(jì)數(shù)脈沖清楚計(jì)數(shù)使Q的輸出全為0。把三個(gè)觸發(fā)器結(jié)合起來(lái)歸為一組，就可以構(gòu)造出一個(gè)二八進(jìn)制的單元或二八計(jì)數(shù)器。因此，（111）.2可以表示計(jì)數(shù)7或八進(jìn)制計(jì)數(shù)器的

21、7個(gè)單元。用這種方式把三個(gè)觸發(fā)器歸為兩組產(chǎn)生的最大數(shù)為（111-111）.2表示（77）.8或（63）.10。把四個(gè)觸發(fā)器結(jié)合起來(lái)歸為一組，就可以構(gòu)造出一個(gè)二十六進(jìn)制的單元或二十六計(jì)數(shù)器。因此，（1111）.2可以表示（F）.16或（15）.10。把四個(gè)觸發(fā)器歸為兩組產(chǎn)生的最大計(jì)數(shù)為（1111-1111）.2,表示（FF）.16或（225）.10。每四個(gè)觸發(fā)器成功的進(jìn)行歸組都能提高技術(shù)能力到接近于16.。包含有四個(gè)相互連接的觸發(fā)器的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器通常建立在集成電路芯片上。圖1.26即為有四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的邏輯連接。當(dāng)用作四位計(jì)數(shù)器時(shí)，（FF）.A可產(chǎn)生的最大計(jì)數(shù)為（1111）.2或（15）.10

22、。（FF）.A與（FF）.B不連接，從（FF）.B輸入時(shí)鐘信號(hào)，就得到3位或二八計(jì)數(shù)器。觸發(fā)器（FF）.A到（FF）.B的輸出分別記為A,B,C,D。Unit5濾波電路在很多應(yīng)用中，需要不含交流脈動(dòng)的平穩(wěn)的直流電壓輸出。在經(jīng)過(guò)整流的直流量中去除交流成分的電路叫做濾波電路。圖表1.30表示的是整流器的輸出中包含直流量與交流脈動(dòng)成分。為了表示出輸出交流變量的相對(duì)指標(biāo)系數(shù)，整流器輸出波形的脈動(dòng)系數(shù)可以表示為：（省略書上的公式）其中r表示脈動(dòng)系數(shù)Vr表示交流成分Vdc表示整流所得直流電壓的平均值另一個(gè)用來(lái)表示整流器輸出交流變量值的指標(biāo)是脈動(dòng)百分比。脈動(dòng)百分比可以表示為：（省略公式）全波整流器的輸出電壓

23、中包含的脈動(dòng)百分比比半波整流器輸出的要低，當(dāng)需要直流電源中輸出的脈動(dòng)較低時(shí)，就需要使用全波整流器。電容濾波器一個(gè)簡(jiǎn)單的電容濾波器可以平緩整流器輸出的交流脈動(dòng)成分。圖表1.31表示的是在一個(gè)60Hz、單相、全橋整流器的輸出添加電容濾波器（的電路圖）。圖表1.31（c）添加電容濾波器后的輸出波形。理想的經(jīng)過(guò)整流后的直流電壓不包含交流脈動(dòng)成分，并且其值與整流器輸出電壓的峰值相等。圖表1.31（c）中記錄的Vdc的值與Vmax的值想接近。將其值的大小與圖表1.31（b）中的值相比較。兩次的時(shí)間間隔在圖表1.31（c）中也標(biāo)注出來(lái)了。在t1期間二極管導(dǎo)通，在t2期間電容通過(guò)負(fù)載RL放電。濾波電容值的不同

24、會(huì)導(dǎo)致放電時(shí)間上的差異。如果電容放電一小部分，Vdc的值會(huì)更加接近Vmax（我也沒(méi)看明白）。在小負(fù)載（高阻抗）情況下，電容濾波器會(huì)輸出低脈系數(shù)的高電壓。然而，在大負(fù)載（低阻抗）接入情況下，直流輸出電壓會(huì)下降，脈動(dòng)系數(shù)增大。脈動(dòng)系數(shù)增加是由于電容濾波器放電回路的低阻抗引起的。電容濾波器由于大負(fù)載帶來(lái)的影響在圖表1.31（D）中表示。通過(guò)在圖表1.31中標(biāo)注出來(lái)的值，我們可以將Vdc與Vrms表示為：（公式省略）我們也可以將在60Hz、全波電容整流器、小負(fù)載情況下工作的輸出脈動(dòng)系數(shù)表示為：（省略公式again）直流電壓的平均值可以表示為：（省略公式andagain）同樣的，以上平均值是在60Hz、

25、小負(fù)載、全波電容整流器工作的情況下得出的。在大負(fù)載（低電阻）接入情況整流電路情況下，會(huì)引發(fā)電流（Ide）的上升。在Ide上升時(shí)Vdc便下降。然而，如果濾波電容的值很大，Vdc的值就變得與Vmax接近。在60Hz、全波整流情況下，電容C的值可以由公式算得（省略公式andagain）然而，應(yīng)當(dāng)指出的是，在電容C增大的同時(shí)，流經(jīng)二極管的電流峰值會(huì)跟著增大。因而，電容C的值應(yīng)當(dāng)根據(jù)前面所述的公式關(guān)于實(shí)際的限制。電容濾波器在小負(fù)載時(shí)輸出包含脈動(dòng)成分較小的高值電壓。然而，它主要的缺點(diǎn)在于在大負(fù)載時(shí)輸出電壓較小且脈動(dòng)成分較大，電壓調(diào)節(jié)上的缺陷以及流經(jīng)二極管的高峰值電流。RC濾波器可以通過(guò)使用RC濾波器來(lái)改善

26、上述濾波器性能。圖表1.32表示的就是RC濾波器。這種濾波器相比于電容濾波器其脈動(dòng)較小，但是由于經(jīng)過(guò)R1產(chǎn)生壓降，它的電壓輸出相比較小。R1與C2的作用是增加另一個(gè)濾波網(wǎng)絡(luò)，其可以進(jìn)一步減小脈動(dòng)。這種電流在小負(fù)載時(shí)工作更好。也可以使用多級(jí)濾波器來(lái)減小脈動(dòng)系數(shù)。n型濾波器哥認(rèn)為，由于RC濾波器中的R1減小了輸出電壓，所以在RC濾波器中R1的作用很是讓人不爽。為了補(bǔ)償直流電壓的損失，可以使用n型濾波器。圖表1.33展示的就是n型濾波器。代替RC濾波器中R1的電感L1的優(yōu)勢(shì)在于它的直流阻抗較小。但是其交流阻抗那是相當(dāng)?shù)拇蟮摹Ｒ蚨梢允钦骱蟮碾妷旱闹绷鞒煞滞ㄟ^(guò)，阻止交流成分。可以利用多個(gè)這種類型的

27、整流電路來(lái)進(jìn)一步削弱交流脈動(dòng)成分。Unit6在工業(yè)化的今天出現(xiàn)的另一個(gè)非常重要的數(shù)字應(yīng)用系統(tǒng)是數(shù)字控制或NC。在這個(gè)應(yīng)用中，用一系列的數(shù)碼指令自動(dòng)控制機(jī)器的運(yùn)行。通過(guò)這個(gè)過(guò)程可以產(chǎn)生相同的部件，或可以自動(dòng)執(zhí)行特定的匯編操作。制造工藝一致性是這個(gè)工程中機(jī)械控制的一個(gè)最主要優(yōu)勢(shì)。術(shù)語(yǔ)數(shù)字控制實(shí)指相互關(guān)聯(lián)的兩個(gè)不同功能。術(shù)語(yǔ)數(shù)字的特指應(yīng)用于機(jī)器的指令信息。這個(gè)通常表示打入磁盤或卡片的能使系統(tǒng)的輸入部分讀取的數(shù)字信息。兩種工作狀態(tài)如紙帶上有洞或沒(méi)洞是用來(lái)控制機(jī)器的。數(shù)字控制臺(tái)通常就是用來(lái)控制機(jī)器運(yùn)行的。一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的控制作用指機(jī)器接到指令后發(fā)生的物理變化。計(jì)時(shí)，排序，定位，引導(dǎo)，定向，變速，嵌位是典型

28、的機(jī)械控制操作。機(jī)電的，液壓的和氣壓的操作可用來(lái)單獨(dú)完成這項(xiàng)功能或三者結(jié)合起來(lái)一起完成。操作控制臺(tái)位于機(jī)器的右邊。這個(gè)單元使用一個(gè)紙帶驅(qū)動(dòng)單元和數(shù)字邏輯器件控制不同的機(jī)器操作。電子分離開(kāi)關(guān)，控制轉(zhuǎn)換器，主軸變速控制和輔助操作功能都是這個(gè)系統(tǒng)的控制臺(tái)控制的。一個(gè)NC系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)發(fā)生的物理變化是電力的，氣壓的或液壓傳動(dòng)完成的。通常用直流步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)上各軸。用同步電動(dòng)機(jī)來(lái)監(jiān)視工作臺(tái)的位置，把準(zhǔn)確的位置信息傳回到主控制臺(tái)以達(dá)到精確修正。工作臺(tái)的垂直定位，工具選擇，冷循環(huán)，進(jìn)軸量和轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)是典型的液壓和氣壓控制操作。這種類型的控制可由電力或液壓，氣壓傳動(dòng)機(jī)械裝置來(lái)提供能量。NC機(jī)械控

29、制可通過(guò)將其放置在一個(gè)基本的系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)中得以簡(jiǎn)化。圖1.38所示即為兩種典型的NC控制系統(tǒng)。開(kāi)換系統(tǒng)是最簡(jiǎn)單的形式僅需要一個(gè)邏輯處理器和放大器來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)完成特定的控制操作。這種系統(tǒng)操作的理論前提是步進(jìn)電機(jī)能夠足夠可靠的無(wú)誤的執(zhí)行命令。這種形式的系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)比起來(lái)，價(jià)格低廉，易于維修和操作。這種類型系統(tǒng)的關(guān)鍵是步進(jìn)電機(jī)要可靠。大部分的銑床和車床就是這種系統(tǒng)控制的。通常NC控制系統(tǒng)都是閉環(huán)的。輸入指令經(jīng)處理后加到傳動(dòng)裝置上。傳動(dòng)裝置上產(chǎn)生的反饋信號(hào)返回到處理器中用于比較。輸入和反饋信號(hào)進(jìn)行比較，一個(gè)正確的信號(hào)就用于修正控制過(guò)程。和開(kāi)環(huán)系統(tǒng)比起來(lái)這種系統(tǒng)就顯得非常復(fù)雜。NC系統(tǒng)的工作方式通常

30、決定了是使用開(kāi)環(huán)還是閉環(huán)控制。NC系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，必須從輸入端接收數(shù)字信息。編碼的數(shù)字指令通常提前準(zhǔn)備好放置在打孔的紙帶，卡片或磁盤上。如今，打孔的紙帶已成為NC系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)輸入信息。紙帶上的指令打在順著紙帶長(zhǎng)度方向滾動(dòng)的8個(gè)水平槽道上。打在不同槽道位置上的洞與預(yù)先設(shè)置的代碼是一致的。圖1.39所示為EIA244A和ASCII所代表的編碼。電子工業(yè)協(xié)會(huì)提出了EIA代碼。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換研究所提出了ASCII代碼。通常將EIA碼描述為奇校驗(yàn)碼。這指的是每一個(gè)字符在紙帶上產(chǎn)生奇數(shù)個(gè)孔。3槽和4槽之間的小的鏈輪齒驅(qū)動(dòng)孔不算。EIA244碼是由EIA最初提出的代碼。如今這種代碼已被新的RS358代替。通常

31、，大部分的NC系統(tǒng)都可以不加任何修改的同時(shí)接受這兩種EIA代碼。圖1.39所示的ASCII是偶校驗(yàn)碼。每一個(gè)打在紙帶上的字符產(chǎn)生偶數(shù)個(gè)孔。由于奇校驗(yàn)和偶校驗(yàn)之間的不同，在NC系統(tǒng)輸入中EIA和ASCII不能交互使用。穿孔帶由一個(gè)特殊的電子打字機(jī)來(lái)完成。這個(gè)打字機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)的電子打字機(jī)很相似。除了標(biāo)準(zhǔn)的托盤和鍵盤外，這個(gè)打字機(jī)還配備有紙帶穿孔器和紙帶閱讀器。一個(gè)特殊的NC系統(tǒng)要同時(shí)具備打孔紙帶和打入磁盤。磁盤的讀功能允許已經(jīng)準(zhǔn)備好的磁盤讀取并作為打字機(jī)的輸出，使其易于讀取。打字機(jī)準(zhǔn)備好的打孔紙帶是為NC輸入磁盤的讀取作準(zhǔn)備。Unit77.1PhaseControl改變“門級(jí)-陰極”交流電壓相對(duì)于“陽(yáng)

32、極-陰極”的交流電壓的相位能夠用于控制一個(gè)整流電路的導(dǎo)通。在相位控制的應(yīng)用中，門級(jí)電壓的波形和幅值保持不變，而其相位則隨著時(shí)間發(fā)生改變。電容和電感通常被用來(lái)實(shí)現(xiàn)這種控制。一個(gè)正弦波的相移通常包含一個(gè)LR或LC的器件組合。這些器件用于改變電路中電流和電壓的關(guān)系。在一個(gè)RC組合中，電感的自感會(huì)使得電流滯后于電壓90°。改變這個(gè)組合中電阻器件的阻值將引起整個(gè)電路阻抗的變化，這反過(guò)來(lái)又將引起相位的改變。相比而言，一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)則能夠使得電流超前于電壓90°。調(diào)整這種類型的電路中R的值會(huì)改變整個(gè)電路的阻抗，這反過(guò)來(lái)又將引起相位的改變。用來(lái)表述電流與電壓相位關(guān)系的一個(gè)常用的方法是用叫做“

33、移相器”的直線來(lái)描述這些值。移相器直線的長(zhǎng)度用來(lái)表示它的值，而直線的方向則用來(lái)表述其相位關(guān)系。LRPhaseShifters圖1.44(A)中給出了一個(gè)LR相移網(wǎng)絡(luò)。直流電源電壓V和電感和電阻器件上的電壓分別被標(biāo)記為VL和VR。這個(gè)電路中電阻的只是可變的，并且可以用來(lái)改變電路電壓的值。當(dāng)調(diào)整電阻R的值使得VL=VR時(shí)，相位電流圖如圖1.44(B)所示。在這幅圖中VR和VL長(zhǎng)度相同，同時(shí)I和VR同相。如圖所示，電路中的感性元件使得電壓超前于電流90°。相對(duì)于V，VR滯后45°，而VL超前45°。當(dāng)改變R的阻值使得VR小于VL時(shí)，相位圖如圖1.44(C)所示。在這種情

34、況下，就像R移相器延伸部分表示的，VL仍然比VR超前90°。這時(shí)候VR長(zhǎng)度變得比VL短得多。此時(shí)V與VR之間的相位為60°，而V與VL間的相角僅為30°。電流I保持與VR同相，而滯后于VL90°。當(dāng)將R的值調(diào)整為任意小于XL的值時(shí)，VR相對(duì)于V的相角將在45°到90°之間。調(diào)整R的值，使它大于XL,將使得相位圖如圖1.44(D)所示。在這種情況下，VR移相器的長(zhǎng)度比VL長(zhǎng)得多。如圖所示，相對(duì)于V，VR滯后30°，VL超前60°。串聯(lián)電流I保持與VR同相，但卻仍然滯后于VL90°當(dāng)把R的值調(diào)整為大于XL的任意值時(shí)，VR的相位將于I同步，或稱為0°相角。并且VR相對(duì)于V滯后45°。RCPhaseShifters圖1.45(A)是一個(gè)連接到一個(gè)交流電源的RC移相網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的電阻器件是可變的，可以調(diào)整為一系列不同的阻值。電阻和電容兩端的阻值分別被標(biāo)記為VR和VC。當(dāng)將電阻R調(diào)整為不同值時(shí)，將會(huì)再V和VC間產(chǎn)生一個(gè)0。到90。的相角。當(dāng)調(diào)整R的值使得VR=VC時(shí)，相位圖如圖1.45(B)所示。在這種情況下，VR和VC長(zhǎng)度相等，同時(shí)電流與VR同相。VR的一條延長(zhǎng)線用來(lái)表示電流I的相位關(guān)系。在每一幅相位圖中電壓VC都表示為滯后于電流I90