电工电子技术基础知识.ppt

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1、电工电子基础知识,第一章 电工基础知识 1.1 电路的基本概念 1.2 正弦交流电的基本知识,第二章 电子技术的基础知识 2.1 直流稳压电源的基础知识 2.2 基本逻辑器件的基础知识 2.3组合逻辑的基础知识 2.4模/数、数/模转换的基础知识。,1.1.1电路的基本组成,电路：由电气器件或设备，按一定方式连接起来，完成能量的传输、转换或信息的处理、传递。,组成：电源、负载和中间环节。,手电筒电路,电源是将其他形式的能量转化为电能的装置,负载是取用电能的装置，通常也称为用电器。,中间环节是传输、控制电能的装置。,二、电路的作用,实现电能的传输、分配和转换。,完成信号的处理和传递。,1.电力系

2、统中：,2. 电子技术中：,1. 1.2 电路的基本物理量,1 电流,2 电压,3 电动势 4 电功率,一、电流定义,带电粒子或电荷在电场力作用下的定向运动 形成电流。单位时间内流过导体截面的电荷量定义为电流强度。,二、电流的单位,A（安培）、mA(毫安）、A（微安),1 电流,三、电流的分类,1、直流：当电流的量值和方向都不随时间变化时, 称为直流电流, 简称直流。,三、电流的实际方向,正电荷运动的方向。(客观存在）,电流的方向可用箭头表示,也可用字母顺序表示( ),2、交流：量值和方向随着时间按周期性变化的电流, 称为交流电流,简称交流。,常用英文小写字母i表示。,直流电流常用英文大写字母

3、I表示。,2 电压,一、电压,电场力把单位正电荷从一点移到另一点所 做的功。,（二）单位：,（一）定义：,V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏）,（三）实际方向：,由高电位端指向低电位端,二、电位,（一）定义：把电路中任一点与参考点（规定电位能为零的点）之间的电压，称为该点的电位。也即该点对参考点所具有的电位能。,（电路中电位参考点：接地点，Vo= 0）,（二）单位：,V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏）,电路中两点之间的电压也可用两点间的电位差表示：,注意,电路中两点之间的电压是不变的，电位随参考点(零电位点)的选择不同而不同。,如果A、B的实际电位为：,UAB = 4 V,3 电动势,图

4、 手电筒电路原理图,一、定义：,电源力把单位正电荷从 “-” 极板经电源内部移到 “+” 极板所做的功。,二、单位：,V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏）,三、实际方向：,由低电位端指向高电位端,电动势的方向用+，- 号 表示，也可用箭头表示。,U = E,用字母e（E）表示。,电动势描述的是电源内部电源力克服电场力把正电荷从低电位推到高电位的正极所做的功，是其他形式能量转换为电能的过程。 电压描述的是电源外部的负载电路中（外电路）电场力推动正电荷从高电位移到低电位，同时克服负载中的阻力所做的功，是电能转换为其他形式能量的过程。,物理中对基本物理量规定的方向,例： 1 、一个电路的基本组成包

5、括（ ） 导线B、电源 C、开关D、负载 2. 不论电路如何复杂，总可归纳为由电源、_、中间环节三部分组成。 A电阻 B电容 C电感 D负载,1.2 正弦交流电的基本知识,1.2.1 正弦量的三要素,1 频率与周期,2 振幅和有效值,3 相位、初相、相位差,随时间按正弦规律变化的交流电压、电流称为正弦电压、电流。,正弦量：,正弦电压、电流等物理量统称为正弦量。,规定电流参考方向如图,引言,正半周： 电流实际方向与参考方向相同,负半周： 电流实际方向与参考方向相反,+,振幅,角频率,初相角,正弦量的三要素,1 频率与周期,描述正弦量变化快慢的参数：,周期(T): 变化一个循环所需要 的时间，单位

6、(s)。,频率( f ): 单位时间内的周期数 单位(Hz)。,角频率( ): 每秒钟变化的弧度数，单位(rad/s)。,三者间的关系示为：,f =1/ T,我国和大多数国家采用50Hz作为电力工业标准频率(简称工频)，少数国家采用60Hz。,瞬时值:正弦量任意瞬间的值 称为瞬时值，用小字母表示: i、u、e,振幅:正弦量在一个周期内的 最大值，用带有下标m的大写字母表示: Im、Um、Em,有效值：一个交流电流的做功能力相当于某一数值的直流电流的做功能力，这个直流电流的数值就叫该交流电流的有效值。用大写字母表示： I、U、E,2 振幅和有效值,描述正弦量数值大小的参数：,振幅 Im,用仪表测

7、得的交流电压、电流值，就是被 测物理量的有效值。标准电压220V，也是 指供电电压的有效值。,交流设备名牌标注的电压、电流均为有效值,注意,1.2.2 三相电源,1 三相交流发电机,2 三相电源,三相交流发电机主要组成部分：,磁极,三相绕组,n,单相绕组,（是转动的，亦称转子）,三相绕组的三相电动势幅值相等, 频率相同, 彼此之间相位相差120。,+,+,+,铁心,绕组,1 三相交流发电机,电枢（是固定的，亦称定子）：定子铁心内圆周表面 有槽，放入三相电枢绕组。,2 三相电源,三相电源是由三相发电机产生的频率相同、幅值相等、相位互差120的三相对称正弦电压。,也可用相量表示：,120,120,

8、120,三相电压相量图,对称正弦量特点为：,频率相同、幅值相等、相位互差120的三相电压称为对称正弦电压。,三相交流电压出现正幅值（或相应零值)的顺序称为 相序。 在此相序为1-2-3-1称为顺相序。 在电力系统中一般用黄、绿、红区别1、2、3三相。,相序的实际意义：对三相电动机，如果相序反了，就会反转。,2.1 直流稳压电源的基本知识,交流 电源,负 载,220 V,单向脉动直流电压,合适的 交流电压,滤波,稳压,1、直流稳压电源的组成框图,功能：把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压。,例题： 判断： 1、只要示波器或晶体管图示仪正常，电源电压也正常，则通电后可立即投入使用。 ( ),2

9、.2 基本逻辑器件的基本知识,2.2.1 数制与编码 2.2.2 逻辑代数及应用 2.2.3 基本逻辑门电路,1 数制,2 编码,1 数制：,（1）十进制（Decimal number）- 逢十进一,数码：0 9,位权：,10 i,(123.45)10= (123.45)D,（2）二进制（Binary number） - 逢二进一,数码：0 ，1,位权：,2 i,二进制数转换为十进制数：,整数的转换-连除法,26,2,13,余数,2,0,6,2,1,3,2,0,2,1,1,0,1,除基数 得余数 作系数 从低位 到高位,十进制数转换为二进制数：,（4）十六进制（Hexadecimal numb

10、er） - 逢十六进一,数码：0 9,A,B,C,D,E,F,位权：,任意（N）进制数展开式的普遍形式：,第i位的系数,第i位的权,十进制数转换为二进制数：,先将十进制转换成二进制，再由二进制转换成十六进制数。每一个十六进制数码都可以用4位二进制数来表示。可将二进制数从低位开始，每4位为一组写出其值，从高位到低位读写，就是十六进制数。,二、十、十六进制的数码比较：,0,000,0,1,001,1,2,010,2,3,011,3,4,100,4,5,101,5,6,110,6,7,111,7,8,1000,8,1010,10,9,1001,9,A,11,1011,B,12,1100,C,13,1

11、101,D,14,1110,E,15,1111,F,2 编码：,编码：,用二进制数表示文字、符号等信息的过程。,几种常见的BCD代码：,8421码,2421码,5421码,0000 0001 0010 0011 0100,0 1 2 3 4,8421码与十进制码的对应关系：,十进制数码：,8421码：,十进制数码：,8421码：,5 6 7 8 9,0101 0110 0111 1000 1001,二十进制编码，或BCD码：,用二进制数表示十进制数的编码方法,1 逻辑代数及基本运算,2 逻辑代数的运算法则,1 逻辑代数及基本运算,一、逻辑代数（布尔代数Boole Algebra）用来描述数字电

12、路和数字系统的结构和特性。,逻辑函数: 输出逻辑变量和输入逻辑变量的关系,逻辑变量取值：0 1 分别代表两种对立的状态,一种状态,另一状态,高电平,低电平,真,假,是,非,有,无,1,0,0,1,正逻辑,负逻辑,二、三种基本逻辑运算,（与、或、非）,（1）与逻辑（逻辑乘）,决定一事件的所有条件都具备时事件才发生的逻辑关系,真值表,A,B,F,0,0,0,1,1,0,1,1,0,0,0,1,逻辑函数式,F=AB,（2）或逻辑（逻辑加）,决定一事件结果的诸条件中，只要有一个或一个以上具备时，事件就会发生的逻辑关系。,A,B,F,0 0,0 1,1 0,1 1,0,1,1,1,逻辑函数式,真值表,（

13、3）非逻辑（逻辑反）,只要条件具备了，事件便不会发生；条件不具备，事件一定发生的逻辑关系。,真值表,A,F,0,1,1,0,逻辑函数式,1、 常量之间的关系（常量：0和1）,加：,0+0=0,0+1=1,1+1=1,乘：,0 0=0,0 1=0,1 1=1,非：,2、变量和常量的关系（变量：A、B、C）,加：,A+0=A,A+1=1,A+A=A,乘:,A 0=0,A 1=A,A A=A,非：,3、与普通代数相似的定理,交换律,14.2.2 逻辑代数的运算法则,4、吸收律,5、摩根定律(反演律),结合律,分配律,2.2.3 基本逻辑门电路,1 二极管门电路,2 三极管门电路,1 二极管门电路,1

14、、 二极管与门,在输入A、B 中，只要有一个（或一个以上）为低电平，则输出F 为低电平；只 有输入A、B 全为高电平时，输出F 才为高电平。可见输入与输出呈现与逻辑关系：,与逻辑关系表达式 F = AB,A,B,F,0 0,0 1,1 0,1 1,0,0,0,1,与逻辑关系真值表：,与逻辑关系逻辑符号：,2、 二极管或门,只要输入A、B中一个为高电平，则输出F 为高电平；只有输入A、B同时为低电平时，输出F才为低电平。可见输入与输出呈现或逻辑关系。,或逻辑关系式: F = A+B,或逻辑关系逻辑符号：,A,B,F,0 0,0 1,1 0,0,1,1,或逻辑关系真值表：,1 1,1,2 三极管门

15、电路,1、 晶体管非门,当A为低电平时，输出 端为高电平。当A为高电 平时，输出端为低电平， 实现非运算。,逻辑关系式,逻辑符号,2、 三极管与非门,与非逻辑式：,逻辑符号：,与非逻辑真值表：,3、 三极管或非门,或非逻辑式：,逻辑符号：,或非逻辑真值表：,2.3 组合逻辑的基本知识,译码器（Decoder）,译码：编码的逆过程，将二进制代码翻译为原来的含义，完成这种功能的电路为译码器,分为通用译码器和显示译码器两大类,1. 译码的含义,2. 译码器的种类,（1）通用译码器,通用译码器包括变量译码器和变换译码器,(a)变量译码器,变量译码器是n线2n线译码器,3 线 8 线译码器 74LS13

16、8,4 线 16 线译码器 74LS154,(b)变换译码器,代码变换译码器是4线10线译码器。,这种译码器驱动能力弱。如:CT5442 CC54HC42,(2) 显示译码器,与几种显示器配套使用的译码器，分为共阴、共阳、CMOS显示器三种。,(a)TTL共阴显示译码器，以TTL标准的高电平点燃 共阴显示器，常用的型号有：74LS48 CT54LS48。,(b)TTL共阳显示译码器，以TTL标准的低电平点燃 共阳显示器，使用时外接400欧左右的限流电阻，常用的型号有：CT5449 CT54461 CT54V。,(c)CMOS显示译码器(无共阴、阳之分），常用的有 CC4055 C306 CC1

17、4543 CC14544等。,（2）中规模通用译码器,3 位二进制3线- 8线译码器,工作原理：,A0,A1,A2,Y7,Y7,输入选通控制端：,芯片禁止工作,芯片正常工作,译码器的功能表（真值表）略,利用74LS138实现三变量或者二变量的逻辑函数。,已知逻辑函数,试用译码器74LS138实现。,4. BCD 七段显示译码器,功能：将机器中运行的二-十进制BCD码直接译成能 显示十进制数的代码，并通过显示器显示出来。,0 0 0 0 0 0 1,1 0 0 1 1 1 1,0 0 1 0 0 1 0,0 0 0 0 1 1 0,1 0 0 1 1 0 0,0 1 0 0 1 0 0,0 1

18、0 0 0 0 0,0 0 0 1 1 1 1,0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 1 0 0,2.4 时序逻辑的基础知识,1 触发器 2 计数器 3 寄存器 4 定时器,电路的输出状态不仅取决于当时的输入信号，而且与电路原来的状态有关，当输入信号消失后，电路状态仍维持不变。这种具有存贮记忆功能的电路称为时序逻辑电路。,时序逻辑电路的特点：,门电路是组合逻辑电路的基本单元，时序逻辑电路的基本单元则是我们本章要重点介绍的触发器。触发器具有记忆功能，可用来保存二进制信息。,触发器是可以记忆1位二值信号的逻辑电路部件。根据逻辑功能的不同，触发器可以分为RS触发器、JK触发器、D触发器。,基本

19、RS触发器是任何结构复杂的触发器必须包含的一个最基础的组成单元，它可以由两个与非门或两个或非门交叉连接构成。例如由两个与非门构成的RS触发器：,1.1 基本RS触发器,基本 RS 触发器状态表,逻辑符号,在数字电路中，凡根据输入信号R、S情况的不 同，具有置0、置1和保持功能的电路，都称为RS 触发器。常用的集成RS触发器芯片有74LS279和 CC4044等。下图为它们的管脚排列图：,可控RS状态表,C高电平时触发器状态由R、S确定,显然，可控的RS触发器只有在时钟脉冲CP=1期间才能触发而使状态发生改变。可控RS触发器的电路图符号如下图所示：,可控RS触发器存在“空翻”问题。为确保数字系统

20、的可靠工作，要求触发器在一个CP脉冲期间至多翻转一次，即不允许空翻现象的出现。为此，人们研制出了边沿触发方式的主从型JK触发器和维持阻塞型的D触发器等等。这些触发器由于只在时钟脉冲边沿到来时发生翻转，从而有效地抑制了空翻现象。,小圆圈表示 低电平有效,S、R两输入端无小圆圈说明 高电平有效,1.2 JK触发器的逻辑功能,Qn,1,0 0,1 1,1 0,0,0 1,(保持功能),(置“0”功能),(置“1”功能),(计数功能),C下降沿触发翻转,上升沿触 发翻转,C上升沿前接收信号，上升沿时触发器翻转，（其Q的状态与D状态一致；但Q的状态总比D的状态变化晚一步，即Qn+1 =Dn；上升沿后输入

21、D不再起作用，触发器状态保持。即(不会空翻),结论：,1.3 D触发器的逻辑功能,2 十进制计数器,十进制计数器： 计数规律：“逢十进一”。它是用四位二进制数表示对应的十进制数，所以又称为二-十进制计数器。,四位二进制可以表示十六种状态，为了表示十进制数的十个状态，需要去掉六种状态，具体去掉哪六种状态，有不同的安排，这里仅介绍广泛使用 8421编码的十进制计数器。,3 寄存器,寄存器是数字系统常用的逻辑部件，它用来存放数码或指令等。它由触发器和门电路组成。一个触发器只能存放一位二进制数，存放 n 位二进制时，要 n个触发器。,十进制加法计数器状态表,4. 555定时器及其应用,555定时器是一

22、种将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。用它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。 555定时器在工业控制、定时、检测、报警等方面有广泛应用。,21.4.1 555定时器的结构及工作原理,1.分压器：由三个等值电阻构成,2.比较器：由电压比较器C1和C2构成,3.R-S触发器,4.放电开关管T,VA,VB,输出端,电压控制端,高电平触发端,低电平触发端,放电端,复位端,UCC,分压器,比较器,R-S触发器,放电管,地,2.5 模/数、数/模转换的基础知识。,1 DAC 2 ADC,概 述,为了能用数字技术来处理模拟信号，必须把模拟信号转换成数字信号，才能送入数字系统进行

23、处理。同时，往往还需把处理后的数字信号转换成模拟信号，作为最后的输出。我们把前一种从模拟信号到数字信号的转换称为模数转换，或称为A/D（Analog to Digital）转换，把后一种从数字信号到模拟信号的转换称为D/A（Digital to Analog）转换。同时，把实现A/D转换的电路称为A/D转换器（Analog Digital Converter）；把实现D/A转换的电路称为D/A转换器（Digital Analog Converter）。,在目前常见的D/A转换器中，有权电阻网络D/A转换器，倒梯形电阻网络D/A转换器等。A/D转换器的类型也有多种，可以分为直接A/D转换器和间接

24、A/D转换器两大类。在直接A/D转换器中，输入的模拟信号直接被转换成相应的数字信号；而在间接A/D转换器中，输入的模拟信号先被转换成某种中间变量（如时间、 频率等），然后再将中间变量转换为最后的数字量。,图 8 - 1A/D、D/A转换器在数字系统中的应用,1 八位集成DAC0832,图 10-6 集成DAC0832框图与引脚图,它由一个八位输入寄存器、一个八位DAC寄存器和一个八位D/A转换器三大部分组成，D/A转换器采用了倒T型R-2R电阻网络。由于DAC0832有两个可以分别控制的数据寄存器，所以，在使用时有较大的灵活性， 可根据需要接成不同的工作方式。DAC0832中无运算放大器，且是

25、电流输出，使用时须外接运算放大器。芯片中已设置了Rfb，只要将 9 脚接到运算放大器的输出端即可。若运算放大器增益不够， 还须外加反馈电阻。,器件上各引脚的名称和功能如下： ILE： 输入锁存允许信号， 输入高电平有效。 CS： 片选信号， 输入低电平有效。 WR1： 输入数据选通信号， 输入低电平有效。 WR2： 数据传送选通信号， 输入低电平有效。 XFER： 数据传送选通信号， 输入低电平有效。 D7D0： 八位输入数据信号。 UREF： 参考电压输入。 一般此端外接一个精确、 稳定的电压基准源。UREF可在-10V至+10 V范围内选择。 Rfb： 反馈电阻（内已含一个反馈电阻）接线端

26、。,IOUT1：DAC输出电流 1。此输出信号一般作为运算放大器的一个差分输入信号。当DAC寄存器中的各位为 1 时，电流最大；为全 0 时，电流为 0。 IOUT2：DAC输出电流2。它作为运算放大器的另一个差分输入信号（一般接地）。IOUT1和IOUT2满足如下关系： IOUT1+IOUT2=常数 UCC： 电源输入端（一般取+5V）。 DGND： 数字地。 AGND： 模拟地。,从DAC0832的内部控制逻辑分析可知，当ILE、CS和WR1同时有效时，LE1为高电平。在此期间，输入数据D7D0进入输入寄存器。当WR2和XFER同时有效时，LE2为高电平。在此期间，输入寄存器的数据进入DA

27、C寄存器。八位D/A转换电路随时将DAC寄存器的数据转换为模拟信号（IOUT1+IOUT2）输出。 DAC0832 的使用有双缓冲器型、单缓冲器型和直通型等三种工作方式。,2 A/D转换器(ADC),A/D转换器的基本工作原理 A/D转换是将模拟信号转换为数字信号，转换过程通过取样、保持、量化和编码四个步骤完成。,1. 取样和保持,取样（也称采样）是将时间上连续变化的信号转换为时间上离散的信号，即将时间上连续变化的模拟量转换为一系列等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量。其过程如图 10-8 所示。图中Ui(t)为输入模拟信号，S(t)为采样脉冲， 为取样后的输出信号。,八位集成ADC0809,图 10-17 ADC0809电原理和引脚图 (a) 电原理框图； (b) 引脚图,（ 1） 八路模拟开关及地址的锁存和译码 ADC0809通过IN0IN7可输入八路单端模拟电压。ALE将三位地址线ADDC、ADDB和ADDA进行锁存，然后由译码电路选通八路模拟输入中的某一路进行A/D转换，地址译码与选通输入的关系如表 10-3所示。,表 10-3 地址译码选通表,（2） 八位D/A转换器 ADC0809内部由树状开关和256R电阻网络构成八位D/A转换器，其输入为逐次近似寄存器SAR的八位二进制数据，输出为UST，变换器的参考电压为UR(+)和UR(-)。,