Capítulo 1 Dispositivos semiconductores
1.1 Conceptos básicos de semiconductores 1
Dispositivos semiconductores Generalmente, estos materiales semiconductores son silicio, germanio o arseniuro de galio. utilizados como rectificadores, osciladores, emisores de luz, amplificadores, fotodetectores y otros dispositivos. Para distinguirlos de los circuitos integrados, a veces se les llama dispositivos discretos.
La estructura básica de la mayoría de los dispositivos de dos terminales (es decir, diodos de cristal) es una unión PN. Utilizando diferentes materiales semiconductores, diferentes procesos y estructuras geométricas, se han desarrollado una variedad de diodos de cristal con diferentes funciones, que pueden usarse para generar, controlar, recibir, transformar, amplificar señales y convertir energía. La cobertura de frecuencia de los diodos de cristal puede variar desde baja frecuencia, alta frecuencia, microondas, ondas milimétricas, infrarrojas hasta ondas de luz. Los dispositivos de tres terminales son generalmente dispositivos activos, típicamente representados por varios transistores (también llamados transistores). Los transistores se pueden dividir en transistores bipolares y transistores de efecto de campo. Según sus diferentes usos, los transistores se pueden dividir en transistores de potencia, transistores de microondas y transistores de bajo ruido. Además de los transistores de uso general utilizados para amplificación, oscilación y conmutación, también existen algunos transistores especializados, como fototransistores, transistores magnetosensibles, sensores de efecto de campo, etc. Estos dispositivos no sólo pueden convertir información sobre algunos factores ambientales en señales eléctricas, sino que también tienen el efecto de amplificación de los transistores generales para obtener señales de salida más grandes. Además, existen algunos dispositivos especiales, como transistores de unión simple que se pueden usar para generar ondas en dientes de sierra, tiristores que se pueden usar en varios circuitos de control de alta corriente y dispositivos de carga acoplada que se pueden usar como dispositivos de inyección o Dispositivos de almacenamiento de información. En equipos militares como comunicaciones y radares, las señales débiles se reciben principalmente mediante dispositivos receptores semiconductores con alta sensibilidad y bajo ruido. Con el rápido desarrollo de la tecnología de comunicación por microondas, los dispositivos semiconductores de microondas de bajo ruido se han desarrollado rápidamente, la frecuencia de funcionamiento continúa aumentando y el coeficiente de ruido continúa disminuyendo. Los dispositivos semiconductores de microondas se han utilizado ampliamente en defensa aérea y antimisiles, guerra electrónica, C(U3)I y otros sistemas debido a su excelente rendimiento, tamaño pequeño, peso ligero y bajo consumo de energía.
1.1.1 Semiconductor intrínseco 1
Semiconductor intrínseco
Un semiconductor puro que está completamente libre de impurezas y defectos de red se denomina semiconductor intrínseco. Los semiconductores reales no pueden ser absolutamente puros. Los semiconductores intrínsecos son generalmente semiconductores puros y su electricidad está determinada principalmente por la excitación intrínseca del material. De manera más general, un semiconductor completamente puro se denomina semiconductor intrínseco o semiconductor tipo I. El silicio y el germanio son elementos tetravalentes, con cuatro electrones de valencia en la capa más externa de sus núcleos. Todos ellos son "cristales individuales" compuestos por los mismos átomos y son semiconductores intrínsecos.
A la temperatura del cero absoluto, la banda de valencia del semiconductor está llena (ver teoría de bandas de energía). Después de que algunos electrones en la banda de valencia sean inyectados fotoeléctricamente o excitados por calor, cruzarán la banda prohibida/banda prohibida y entrarán en la banda vacía con mayor energía. Cuando hay electrones en la banda vacía, se convierte en la banda de conducción. Cuando falta un electrón en la banda de valencia, se forma una vacante cargada positivamente, que se llama hueco. Los electrones y huecos generados anteriormente pueden moverse libremente y convertirse en portadores libres. Producen movimiento direccional bajo la acción de un campo eléctrico externo para formar macrocorriente, que se denominan conducción de electrones y conducción de huecos, respectivamente. Esta conducción mixta debida a la generación de pares electrón-hueco se denomina conducción intrínseca. Los electrones de la banda de conducción caerán en huecos, lo que provocará que los pares electrón-hueco desaparezcan, lo que se denomina recombinación. La energía generada durante el proceso de recombinación se libera en forma de radiación electromagnética (emisión de fotones) o vibraciones térmicas reticulares (emisión de fonones). A una determinada temperatura, la generación y recombinación de pares electrón-hueco coexisten y alcanzan el equilibrio dinámico. En este momento, el semiconductor propio tiene una determinada concentración de portadores y, por tanto, una determinada conductividad. El calentamiento o la iluminación hacen que el semiconductor se excite térmica u ópticamente, produciendo más pares electrón-hueco. En este momento, aumenta la concentración de portador y aumenta la conductividad. Los dispositivos semiconductores, como los termistores y fotorresistores semiconductores, se fabrican según este principio. A temperatura ambiente, la conductividad de los semiconductores intrínsecos es pequeña y la concentración de portadores es sensible a los cambios de temperatura. Es difícil controlar las características del semiconductor, por lo que no se usa ampliamente en la práctica.
Características intrínsecas del semiconductor: concentración de electrones = concentración de huecos
Desventajas: pocos portadores, mala conductividad y mala estabilidad de la temperatura.
1.1.2 Excitación intrínseca y dos portadores 2
1.1.3 Semiconductor de impurezas 2
Definición
En este artículo Dopaje algún rastro Los elementos en semiconductores como impurezas pueden cambiar significativamente la conductividad del semiconductor. Las impurezas dopadas son principalmente elementos trivalentes o pentavalentes. Los semiconductores intrínsecos dopados con impurezas se denominan semiconductores de impurezas.
Normalmente, los semiconductores de impurezas se dopan en semiconductores intrínsecos del orden de partes por millón.
Principio Básico
Las impurezas en los semiconductores tienen un gran impacto en la conductividad. Los semiconductores intrínsecos se dopan para formar semiconductores de impurezas, que generalmente se pueden dividir en semiconductores de tipo N y semiconductores de tipo P.
Cuando se dopa una pequeña cantidad de impurezas en un semiconductor, el campo potencial periódico cerca de los átomos de impureza se altera, formando estados ligados adicionales, lo que resulta en niveles adicionales de energía de impureza en la banda prohibida. Las impurezas que pueden proporcionar portadores de electrones se denominan impurezas donadoras, y el nivel de energía correspondiente se denomina nivel de energía donante, que se encuentra por encima de la banda prohibida y cerca de la parte inferior de la banda de conducción. Por ejemplo, cuando el elemento tetravalente germanio o cristal de silicio se dopa con el elemento pentavalente fósforo, arsénico, antimonio y otros átomos de impureza, como molécula en la red cristalina, cuatro de los electrones pentavalentes del átomo de impureza están relacionados con el germanio circundante ( o silicio) los átomos forman enlaces de valencia, y los electrones sobrantes se unen cerca de los átomos de impureza, produciendo un nivel de energía superficial similar al hidrógeno: un nivel de energía donante. La energía necesaria para que los electrones en el nivel de energía donante salten a la banda de conducción es mucho menor que la energía necesaria para excitarlos desde la banda de valencia a la banda de conducción, y se excitan fácilmente a la banda de conducción y se convierten en portadores de electrones. Por lo tanto, para un semiconductor dopado con impurezas del donante, los portadores conductores son principalmente electrones excitados a la banda de conducción, que pertenece al tipo de conductividad electrónica y se denomina semiconductor de tipo N. Debido a que en los semiconductores siempre hay pares electrón-hueco intrínsecamente excitados, en los semiconductores tipo N, los electrones son portadores mayoritarios y los huecos son portadores minoritarios.
En consecuencia, las impurezas que pueden proporcionar portadores de huecos se denominan impurezas aceptoras, y el nivel de energía correspondiente se denomina nivel de energía aceptor, que se encuentra debajo de la banda prohibida y cerca de la parte superior de la banda de valencia. Por ejemplo, cuando un cristal de germanio o silicio está dopado con trazas de átomos de impureza de elementos trivalentes como boro, aluminio y galio, el átomo de impureza carece de un electrón al formar un enlace de valencia con los cuatro átomos de germanio (o silicio) circundantes. , entonces hay una vacante. El estado de energía correspondiente es el nivel de energía del aceptor. Dado que el nivel de energía del aceptor está cerca de la parte superior de la banda de valencia, los electrones en la banda de valencia pueden excitarse fácilmente al nivel de energía del aceptor para llenar esta vacante, haciendo que el átomo de impureza del aceptor sea un centro negativo. Al mismo tiempo, debido a la ionización de los electrones, se dejan vacantes en la banda de valencia para formar portadores de huecos libres. La energía de ionización necesaria para este proceso es mucho menor que en el caso de los semiconductores intrínsecos. Por lo tanto, los huecos son los portadores mayoritarios en este momento, y el semiconductor de impurezas conduce principalmente electricidad a través de los huecos, es decir, el tipo de conductividad de huecos, llamado semiconductor tipo P. En los semiconductores tipo p, los huecos son portadores mayoritarios y los electrones son portadores minoritarios. Los operadores minoritarios suelen desempeñar un papel importante en diversos efectos de los dispositivos semiconductores.
1.1.4 Cruce PN 4
Cruce PN. Utilizando diferentes procesos de dopaje, los semiconductores de tipo P y los semiconductores de tipo N se producen en el mismo sustrato semiconductor (generalmente silicio o germanio) mediante difusión, formando una región de carga espacial llamada unión PN en su interfaz. La unión PN tiene conductividad unidireccional. p es la abreviatura de carga positiva, n es la abreviatura de carga negativa, que indica las características de la carga positiva y el portador. Cuando una parte del semiconductor monocristal dopado con impurezas aceptoras es un semiconductor tipo P, y la otra parte dopada con impurezas donadoras es un semiconductor tipo N, la región de transición cerca de la interfaz entre el semiconductor tipo P y el semiconductor N- El tipo semiconductor se llama PN Knot. Hay dos tipos de uniones PN: homounión y heterounión. Una unión PN hecha del mismo material semiconductor se llama homounión, y una unión PN hecha de dos materiales semiconductores con diferentes bandas prohibidas se llama heterounión.
1.2 Diodo 7
Diodo, también conocido como diodo de cristal, es la abreviatura de diodo. Además, existieron los primeros diodos electrónicos de vacío. Es un dispositivo electrónico que conduce corriente en una dirección. Hay una unión PN y dos terminales de cable en un diodo semiconductor. Este tipo de dispositivo electrónico tiene una conductancia de corriente unidireccional dependiendo de la dirección del voltaje aplicado. En términos generales, los diodos de cristal son interfaces de unión pn sinterizadas a partir de semiconductores de tipo P y semiconductores de tipo N. A ambos lados de la interfaz se forman capas de carga espacial, formando un campo eléctrico autoconstruido. Cuando el voltaje aplicado es igual a cero, la corriente de difusión es igual a la corriente de deriva causada por el campo eléctrico autoconstruido causado por la diferencia de concentración de portadores en ambos lados de la unión pn, que también es una característica normal del diodo.
1.2.1 Varias estructuras comunes de diodos 7
1.2.2 Características voltios-amperios del diodo 7
1.2.3 Parámetros principales del diodo 8
p>
Un método simple para determinar la polaridad del 1.2.4 diodo 8
1.2.5 Circuito equivalente del diodo 9
* 1.3 Circuito de aplicación básica del diodo 9
1.3.1 Circuito rectificador de diodo 9
1.3.2 Circuito rectificador de puente 10
1.3.3 Circuito rectificador duplicador de voltaje 11
1.3.4 Circuito limitador 12
1.3.5 Circuito de puerta Y 12
*1.4 Regulador de voltaje 13
El diodo Zener (también llamado diodo Zener ) es un dispositivo semiconductor cuya resistencia permanece alta hasta que alcanza un voltaje de ruptura inverso crítico.
1.4.1 Estructura y curva característica del tubo regulador de voltaje 13
1.4.2 Principales parámetros del regulador de voltaje 14
1.5 Otros tipos de diodos 15
p>1.5.1 LED 15
Fotodiodo 16
1.6 Transistor 16
El triodo semiconductor también se llama "transistor" o "transistor". Se preparan dos uniones PN que interactúan en el monocristal semiconductor de germanio o silicio para formar una estructura PNP (o NPN). La región N media (o región P) se llama región base, y las regiones en ambos lados se llaman región emisora y región colectora. Cada una de estas tres partes tiene un cable de electrodo, llamado base B, emisor E y colector C respectivamente. Son dispositivos electrónicos semiconductores que pueden amplificar, oscilar o conmutar.
1.6.1 Estructura y tipo de triodo 16
1.6.2 Amplificación de corriente del triodo 17
1.6.3 * *Curva característica de emisión del triodo 19
1.6.4 Parámetros principales del triodo 21
1.7 Transistor de efecto de campo 23
El transistor de efecto de campo (FET) es la abreviatura de transistor de efecto de campo. La conducción de portadores mayoritarios también se conoce como transistor unipolar. Es un dispositivo semiconductor controlado por voltaje. Tiene las ventajas de una alta resistencia de entrada (108 ~ 109ω), bajo ruido, bajo consumo de energía, amplio rango dinámico, fácil integración, sin fallas secundarias y una amplia área de operación segura, lo que lo convierte en un fuerte competidor de los transistores bipolares y los transistores de potencia.
1.7.1 Tipos y estructuras de transistores de efecto de campo de unión 23
1.7.2 Tipos y estructuras de transistores de efecto de campo de puerta aislada 26
1.7.3 Principales parámetros de FET 30
Resumen de este capítulo 31
Ejercicio 31
Capítulo 2 Circuito de amplificación básico 34
2.1 ***Transmisión Circuito amplificador extremo 34
2.1.1 Composición del circuito 34
2.1.2 Ruta CC y ruta CA del circuito amplificador 35
2.1.3 *** Método de análisis gráfico del circuito emisor 35
2.1.4 Método de análisis del circuito equivalente ligeramente variable 39
2.2 Análisis del circuito de amplificación 44
2.2.1 Operación estable La necesidad de punto 44
2.2.2 Circuito típico con punto de funcionamiento estable 44
2.2.3 Circuito amplificador de válvulas compuestas 47
2.3 ***Colección Amplificador de voltaje de electrodo 48
2.4 ***Amplificador de tensión base 50
2.5 Amplificador multietapa 51
2.5.1 Amplificador de tensión de acoplamiento resistencia-condensador 52
* 2.5.2 * *Emisor-* *Amplificador base 53
2.5.3 Amplificador de tensión de acoplamiento directo 55
2.6 Amplificador diferencial 57
2.6. 1 Composición del circuito 57
Análisis estático 59
Análisis dinámico 59
2.6.4 Cuatro configuraciones de entrada y salida del amplificador diferencial 61
p>2.7 Características de respuesta de frecuencia del amplificador 64
2.7.1 Modelo equivalente de alta frecuencia de triodo 64
2.7.2 Respuesta de frecuencia del factor de amplificación de corriente del transistor 66
2.7.3 Tubo único* * * Características de respuesta de frecuencia del circuito amplificador del transmisor 68
2.8 Circuito de amplificación básico FET 74
2.8.1 Composición del circuito 74
2.8.2 Comparación de transistores de efecto de campo y transistores 77
2.9 Circuito amplificador de potencia 77
2.9.1 Descripción general 77
2.9.2 Clase de potencia Clase A circuito amplificador 78
2.9.3 Circuito amplificador de potencia de tipo pull analógico 79
Resumen del capítulo 81
Ejercicio 82
Capítulo Capítulo 3 Amplificador operacional integrado 89
3.1 Descripción general 89
El amplificador operacional integrado, denominado amplificador operacional integrado, es un circuito integrado analógico de alta ganancia compuesto por circuitos amplificadores de acoplamiento directo de múltiples etapas. . Tiene alta ganancia (hasta 60~180dB), alta resistencia de entrada (decenas de kiloohmios a millones de megaohmios), baja resistencia de salida (decenas de ohmios), alta relación de rechazo de modo (60~170dB), compensación y tiene las características de pequeña deriva y el voltaje de salida es cero cuando el voltaje de entrada es cero, y es adecuado para voltajes positivos.
Los circuitos integrados analógicos generalmente están hechos de una oblea de silicio tipo P con un espesor de aproximadamente 0,2 ~ 0,25 mm, que es el sustrato del circuito integrado. Se puede fabricar sobre un sustrato un circuito que contenga docenas o más de BJT o FET, resistencias y cables de conexión.
El amplificador operacional tiene terminales de entrada + y - y terminales de salida, así como terminales de fuente de alimentación + y -, terminales de circuito de compensación externo, terminales de ajuste de cero, terminales de compensación de fase, terminales de tierra común * * * y otras terminales adicionales. Su amplificación de circuito cerrado se basa en resistencias de retroalimentación externas, lo que aporta una gran comodidad de uso.
3.1.1 Características del circuito amplificador operacional integrado 89
3.1.2 Diagrama de bloques del circuito amplificador operacional integrado 89
3.2 Circuito fuente de corriente 90
3.2.1 Circuito fuente de corriente básico 91
*3.2.2 Fuente de corriente como amplificador de carga activa 92
3.3 Principio del circuito del amplificador operacional integrado y parámetros ideales del amplificador operacional 92
3.3.1 Análisis del circuito principal del amplificador operacional integrado 92
3.3.2 Parámetros principales del amplificador operacional integrado 93
3.4 Parámetros y sumas del amplificador operacional integrado ideal Espacio de trabajo 94
3.4.1 Indicadores de rendimiento del amplificador operacional ideal 95
3.4.2 Características del amplificador operacional ideal en diferentes espacios de trabajo 95
3.5 Operaciones básicas Circuito 96
3.5.1 Circuito de operación proporcional 97
3.5.2 Circuito de suma y resta 100
3.5.3 Circuito de operación integral y diferencial 103
3.5.4 Circuito de operación logarítmica y exponencial (logarítmica) 104
Resumen del capítulo 105
Ejercicio 106
Capítulo 4 Circuito oscilador de onda sinusoidal 111
4.1 Descripción general 111
4.2 Principios básicos del circuito de oscilación de onda sinusoidal 111
4.2.1 Circuito de oscilación de onda sinusoidal 111 Condiciones de oscilación
4.2 .2 Método básico de composición, clasificación y análisis del circuito de oscilación 113
4.3 Circuito oscilador LC 113
4.3.1 Circuito de oscilación de acoplamiento de inductancia mutua 114
4.3. 2 Circuito oscilador de tres puntos 114
4.4 Circuito oscilador RC 116
4.4.1 Circuito oscilador de cambio de fase RC 116
4.4.2 Circuito oscilador puente Venturi 117
4.5 Circuito oscilador de cristal sensible 118
Resumen del capítulo 120
Ejercicio 121
Siguiente sección numérica
p>Capítulo 5 Conceptos básicos de la lógica digital 122
Los circuitos que utilizan señales digitales para realizar operaciones aritméticas y lógicas en cantidades digitales se denominan circuitos digitales o sistemas digitales. Debido a que tiene las funciones de operaciones lógicas y procesamiento lógico, también se le llama circuito lógico digital. Los circuitos digitales modernos se componen de varios dispositivos digitales integrados fabricados con tecnología de semiconductores. Las puertas lógicas son las unidades básicas de los circuitos lógicos digitales. La memoria es un circuito digital que se utiliza para almacenar datos binarios. En términos generales, los circuitos digitales se pueden dividir en circuitos lógicos combinacionales y circuitos lógicos secuenciales.
5.1 Sistema numérico y código BCD 122
5.1.1 Sistema numérico 122
5.1.2 Varios códigos simples 125
5.2 Conceptos básicos de Álgebra Lógica 126
Las operaciones lógicas, también llamadas operaciones booleanas, utilizan métodos matemáticos para estudiar problemas lógicos y establecer con éxito el cálculo lógico. Expresó juicios en términos de ecuaciones y consideró el razonamiento como transformaciones de ecuaciones. La eficacia de esta transformación no depende de la interpretación que las personas hagan de los símbolos, sino sólo de las reglas de combinación de los símbolos. Esta teoría de la lógica a menudo se denomina álgebra de Boole. En la década de 1930, el álgebra lógica se aplicó a los sistemas de circuitos. Posteriormente, debido al desarrollo de la tecnología electrónica y las computadoras, aparecieron varios sistemas grandes y complejos, y sus leyes de transformación también siguieron las leyes booleanas. Los operadores lógicos se utilizan comúnmente para probar valores verdaderos y falsos. La operación lógica más común es el procesamiento de bucle, que se utiliza para determinar si se debe abandonar el bucle o continuar ejecutando las instrucciones del bucle.
5.2.1 y operación 126
5.2.2 u operación 127
5.2.3 No operación 128
5.2.4 Operación compuesta 129
5.2.5 Lógica positiva y lógica negativa 130
5.3 Relaciones básicas y fórmulas comunes del álgebra lógica 131
5.3.1 Relaciones básicas del álgebra lógica álgebra 131
Método básico 132
5.3.3 Fórmulas comunes 133
Teoría básica 134
5.4 Representación de funciones lógicas 135
5.4.1 Método de representación de función lógica 135
5.4.2 Representación de tabla de verdad de función lógica 135
5.4.3 Fórmula de función lógica 136
Diagrama lógico 138
5.4.5 Diagrama de forma de onda de trabajo 138
5.5 Simplificación de la fórmula de la función lógica 139
5.5.1 Método de simplificación de la fórmula 139
5.5.2 Simplificación del mapa de Karnaugh de funciones lógicas 140
5.5.3 Simplificación de funciones lógicas utilizando términos irrelevantes 145
5.6 Investigación sobre dos tipos de problemas de funciones lógicas 146
5.6.1 Función de análisis de circuito dada 146
5.6.2 Diseñar un circuito para un problema lógico dado 148
Resumen de este capítulo 150
Ejercicio 151
Capítulo 6 Circuito de compuerta 154
6.1 Descripción general 154
Las compuertas lógicas son los componentes básicos de los circuitos integrados. Se pueden hacer puertas lógicas simples a partir de transistores. La combinación de estos transistores puede producir una señal de alto o bajo nivel después de que las señales de alto y bajo nivel que representan dos señales pasan a través de ellos. Los niveles alto y bajo pueden representar respectivamente "verdadero" y "falso" lógico o 1 y 0 en binario, realizando así operaciones lógicas. Las puertas lógicas comunes incluyen la puerta AND, la puerta OR, la puerta NOT, la puerta XOR (también llamada XOR), etc. Las puertas lógicas se pueden combinar para implementar operaciones lógicas más complejas.
6.2 Circuito de puerta de componente discreto 155
Circuito de puerta de suma de diodos 155
Circuito de puerta O de diodo 156
6.2.3 Transistor NO puerta Circuito 156
6.3 Circuito de puerta integrada TTL 158
6.3.1 Puerta TTL NOT 158
6.3.2 Circuito de puerta TTL NAND y puerta NOR 161
6.3.3 Colector abierto 163
6. Circuito de puerta de tres estados 165
6.4 Circuito de puerta CMOS 168
6.4.1 CMOS La composición y principio de funcionamiento del circuito inversor 168
6. 4. 2 Composición y principio de funcionamiento del circuito de puerta CMOS NAND 169
6. 4. 3 Circuito de puerta CMOS NOR 169 Composición y principio de funcionamiento del circuito de puerta de transmisión CMOS 171
6. 4. 4 Composición y principio de funcionamiento del circuito de puerta de transmisión CMOS 171
6.5 Introducción al conocimiento del uso de circuitos integrados 172
6.5.1 Denominación del modelo de circuito integrado doméstico 172
6.5.2 Principales indicadores técnicos del circuito integrado de puerta 172
6.5.3 Tratamiento de pines de entrada redundantes 173
6 5 . 4 Circuito de interfaz entre TTL y CMOS 173
Resumen de este capítulo 175
Ejercicio 175
Capítulo 7 Circuito lógico combinacional. 178
7.1 Descripción general 178
Un circuito lógico combinacional significa que, en cualquier momento, el estado de salida solo depende de la combinación de estados de entrada simultáneos, independientemente del estado anterior del circuito y el Estado en otros momentos. Su función lógica es la siguiente:
Li = f(A1, A2, A3…An) (I = 1, 2, 3…m)
Donde se ingresan A1~An variables, Li es la variable de salida.
Las características de los circuitos lógicos combinacionales se pueden resumir de la siguiente manera:
①No hay un canal de retardo de retroalimentación entre la entrada y la salida;
②No hay una unidad de almacenamiento en el circuito.
Para la primera fórmula de expresión lógica o circuito lógico, su tabla de verdad puede ser única, pero su circuito lógico o expresión lógica correspondiente puede tener múltiples formas de implementación. Por tanto, la tabla de verdad correspondiente a un problema lógico concreto es única, pero los circuitos lógicos que la implementan son diversos. En el trabajo de diseño real, si ciertos circuitos de compuerta no se pueden obtener por alguna razón, el circuito se puede cambiar transformando la expresión lógica, reemplazando así el dispositivo con otros dispositivos. Al mismo tiempo, para que el diseño de circuitos lógicos sea más conciso, es necesario simplificar las expresiones lógicas mediante varios métodos. Los circuitos combinacionales se pueden describir mediante un conjunto de expresiones lógicas. Diseñar circuitos combinacionales consiste en realizar expresiones lógicas. Se requiere hacer que el circuito sea simple, económico y confiable sobre la base del cumplimiento de las funciones lógicas y los requisitos técnicos. Las funciones lógicas combinacionales se pueden implementar de varias maneras, ya sea mediante el uso de circuitos de compuerta básicos o mediante el uso de mediana y gran escala. circuitos integrados. Los pasos generales de diseño son los siguientes:
① Analizar los requisitos de diseño y enumerar la tabla de verdad
② Realizar conversiones lógicas y necesarias; Obtenga la expresión lógica más simple requerida;
③Dibuje un diagrama lógico.
7.1.1 Características de los circuitos lógicos combinacionales 5438+078
7.1.2 Métodos de análisis y diseño de circuitos lógicos combinacionales 178
7.2 Circuitos lógicos combinacionales de uso común 179
7.2.1 Codificador 179
Un codificador es un método que compila una señal (como un flujo de bits) o datos y los convierte en una forma de señal que puede usarse para Equipos de comunicación, transmisión y almacenamiento. El codificador convierte el desplazamiento angular o el desplazamiento lineal en una señal eléctrica. El primero se llama rueda de código y el segundo se llama rueda de código. Según el método de lectura, el codificador se puede dividir en tipo de contacto y tipo sin contacto; según el principio de funcionamiento, el codificador se puede dividir en tipo incremental y tipo absoluto. Un codificador incremental convierte el desplazamiento en una señal eléctrica periódica y luego convierte esta señal eléctrica en pulsos de conteo. El número de pulsos representa el desplazamiento. Cada posición del codificador absoluto corresponde a un determinado código digital, por lo que su valor indicado sólo está relacionado con las posiciones inicial y final de la medición, y no tiene nada que ver con el proceso intermedio de la medición.
Los codificadores se pueden clasificar de las siguientes formas.
1. Según diferentes clasificaciones de ruedas de códigos.
(1) Incremental: es decir, por cada unidad de ángulo de rotación, se envía una señal de pulso (también se envían señales de seno y coseno,
y luego se subdivide y se corta en mayores frecuencias de pulso), generalmente emitidas por la fase A, la fase B y la fase z. La fase A y la fase B son salidas de pulso retrasadas 1/4 de ciclo entre sí. Según la relación de retardo, se pueden distinguir hacia adelante y hacia atrás. Tomando el flanco ascendente y descendente de la fase A y la fase B, la frecuencia se puede multiplicar dos o cuatro veces. La fase Z es un pulso de un solo ciclo, es decir, uno; El pulso se transmite en cada ciclo.
(2) Tipo de valor absoluto: corresponde a un círculo, y cada ángulo de referencia emite un valor binario único correspondiente al ángulo. Se pueden registrar y medir múltiples posiciones a través de un dispositivo de registro de círculo externo.
2. Según el tipo de salida de señal, se puede dividir en salida de voltaje, salida de colector abierto, salida complementaria push-pull y salida de accionamiento de línea larga.
3. Clasificación según la forma de instalación mecánica del codificador
(1) Tipo axial: el tipo axial se puede dividir en tipo de brida de sujeción, tipo de brida síncrona y tipo de instalación servo. .
(2) Tipo de carcasa: el tipo de carcasa se puede dividir en tipo semivacío, tipo completamente vacío y tipo de gran diámetro.
4. Según el principio de funcionamiento del codificador, se puede dividir en tipo fotoeléctrico, tipo magnetoeléctrico y tipo de cepillo de contacto.
7.2.2 Codificador de prioridad 181
Decodificador 185
El decodificador es un componente importante del circuito lógico combinacional y se puede dividir en decodificación variable y decodificación de visualización. . La decodificación variable es generalmente un dispositivo con menos entradas y más salidas, y generalmente se divide en decodificación 2n y decodificación 8421BCD. La decodificación de pantalla resuelve principalmente la función de conversión de mostrar números binarios a números decimales o hexadecimales correspondientes. Generalmente se divide en dos categorías: LED de conducción y LCD de conducción.
La decodificación es el proceso inverso a la codificación. Al codificar, a cada código binario se le da un significado específico, es decir, representa una determinada señal u objeto. El proceso de "traducir" el significado específico del estado del código se llama decodificación, y el circuito que implementa la operación de decodificación se llama decodificador. En otras palabras, un decodificador es un circuito que puede convertir el estado de un código binario de entrada en una señal de salida que expresa su significado original.
La señal de salida puede ser de pulso, nivel alto o nivel bajo según sea necesario.
7.2.4 Display decodificador 189
7.2.5 Selector de datos 191
Sumador 195
7.2.7 Instrumento de comparación numérica 198
7.3 Fenómeno de riesgo de competencia en circuitos lógicos combinacionales 199
7.3.1 Fenómeno de riesgo de competencia 199
7.3.2 Juicio del fenómeno de riesgo de competencia Método 200
Resumen de este capítulo 201
Ejercicio 202
Capítulo 8 Flip-Flops y circuitos lógicos secuenciales 205
8.1 Descripción general 205
p>8.2 Estructura del circuito y principio de funcionamiento del flip-flop 205
Banda RS básica 205
8.2.2 Estructura del circuito y principio de funcionamiento del flip-flop RS síncrono flop 208
p>
8.2.3 Estructura del circuito y principio de funcionamiento del flip-flop RS maestro-esclavo 209
8.2.4 Flip-flop de borde compuesto por una puerta de transmisión CMOS 213
8.3 Flip-flop Método de descripción de funciones lógicas 214
8.3.1 Flip-flop RS 214
8.3.2 Flip-flop JK 215
8.3.3 D flip-flop 216
p>Flip-flop 216
8.3.5 Conversión de función lógica del flip-flop 217
8.4 Método de análisis y método de diseño de circuito lógico secuencial 219
8.4.1 Método de análisis de circuito secuencial síncrono 219
8.4.2 Método de análisis y ejemplos de circuito lógico secuencial asíncrono 223
8.4.3 Método de diseño de circuito secuencial síncrono 224
8.5 Circuitos lógicos secuenciales comunes 228
8.5.1 Registro y registro de desplazamiento 228
8.5.2 Contador síncrono 231
8.5.3 Contador de tipo de registro de desplazamiento 244
8.6 Ejemplo completo de análisis y diseño de circuitos lógicos secuenciales 246
Resumen del capítulo 248
Ejercicio 249
Capítulo Capítulo 9 Generación de impulsos y circuito de conformación 253
9.1 Descripción general 253
9.2 Aplicación del temporizador 555 253
9.2.1 Estructura del circuito del temporizador 555 253
9.2.2 El disparador Schmitt 255 está compuesto por el temporizador 555.
9. 2. 3 El temporizador 555 se utiliza para formar el circuito monoestable 256.
9.2.4 El Multivibrador 258 consta de un temporizador 555.
9. 2. 5 Circuito de aplicación del temporizador 555 260
9.3 Multivibrador de cristal sensible al tiempo 262
9.4 Oscilador controlado por voltaje 263
p>Resumen del capítulo 264
Ejercicio 264
Capítulo 10 Convertidores digital/analógico y analógico/digital 266
10.1 Descripción general 266
10.2 Convertidor digital a analógico 266
10.2.1 Convertidor digital a analógico de red de resistencia ponderada 266
10.2.2 Convertidor digital a analógico de red de resistencia en forma de T invertida 268
10.3 Convertidor analógico a digital 269
10.3.1 Componentes básicos del convertidor A/D 269
10.3.2 Directo analógico a digital convertidor 271
10.3.3 Convertidor analógico a digital indirecto 275
10.4 Parámetros de uso de A/D y D/A 276
10.4.1 Analógico Precisión de conversión de digital a digital y de digital a analógico 276
10.4.2 Velocidad de conversión A/D y D/A 277
Resumen del capítulo 277
Ejercicio 277
Capítulo 11 Memorias semiconductoras y dispositivos lógicos programables 279
11.1 Memorias semiconductoras 279
11.1.1 ROM 279
11.1. 2 Extensiones y aplicaciones de ROM+0.865438
p>11.1.3 Varias ROM de uso común 283
11.2 Dispositivo lógico programable 284
11.2.1 Método de conexión PLD y representación PLD del circuito de puerta básico 285
11.2.2 Lógica de matriz programable 286
11.2.3 Estructura básica del dispositivo lógico de matriz universal programable
11.2.4 Dispositivo lógico programable en el sistema 290
Programación de dispositivos lógicos programables 296
11.3.1 Sistema de desarrollo PLD 36646. 86666666667
11.3.2 Pasos generales del PLD programación 297
11.4 Introducción a CPLD y FPGA 297
11.4.1 Estructura básica de CPLD y FPGA, 26637.6666666666667
Proceso de diseño de FPGA/CPLD 300
Descripción general de este capítulo 302
Ejercicio 302
Apéndice A, modelos y pines comunes de circuitos integrados digitales 306