内容提要

本书从较高的知识点起步，系统地介绍了九大类数十种功能电路和上百种单元电路的工作原理。

书中对每一类型的电路均详细讲解其典型应用电路、电路分析的思路和方法等。对于同一种电路功能，均给出了各种不同形式的实用电路。

本书可作为案前电路分析的手册典藏之用，适合立志成为电子工程师的各层次读者学习和参考。

第8章

数字系统电路

8.1

逻辑门电路

逻辑门电路是数字电路中最基本的单元电路，是构成各种逻辑功能电路的基本电路。逻辑是指思维的规律性，在电子电路上能够实现逻辑功能的电路就称为逻辑电路。在数字电路中，最基本的逻辑电路是按简单规律动作的电子开关电路，我们将这种电子开关电路称为逻辑门电路。

8.1.1

机械开关和电子开关

由于数字电路中最基本的元器件为电子开关，它只有两个状态：一是开关的开，二是开关的关，数字系统电路中的电子开关电路就是逻辑门电路。

逻辑门电路又叫逻辑电路。逻辑门电路的特点是只有一个输出端，而输入端可以只有一个，也可以有多个，且常常是输入端多于一个。

重要提示

逻辑门电路的输入端和输出端只有两种状态：

（1）输出高电平状态，此时用1表示；

（2）输出低电平状态，此时用0表示。

1.机械开关

机械开关我们都很熟悉，如家庭使用的电灯开关就是机械式开关，这种开关的开与关动作是通过机械触点完成的，在开关的开与关动作过程中有机械触点的转换。

机械开关的特点是开关断开时，两触点之间的断开电阻为无穷大；在开关接通时，两触点之间的电阻小到为零。但是，机械开关的动作频率不能很高，即这种开关在1s内的开关次数不能很多。

图8-1所示是机械式开关电路，电路中的U

i

是输入这一开关电路的输入电压，S1是机械开关，EL是灯泡，为负载。

图8-1 机械式开关电路示意图

当开关S1断开时，EL上因为没有工作电压而不亮；当开关S1合上时，由于开关S1的接触电阻小到为零，这样输入电压U

i

全部加到EL上，EL点亮。由于S1接通时的接触电阻为零，这样在开关S1上的电压降为零，输入电压U

i

全部加到负载EL上。

2.电子开关

电子开关是通过电子元器件来实现机械开关动作的，它具有机械开关的开与关功能，其特点是开关频率可以很高（比机械开关高得多），即开关速度快，这样可以适应数字系统电路工作频率高的要求。

但是，电子开关在开关接通时的接触电阻不能小到等于零的程度，开关断开时的断开电阻也不能大到无穷大的地步，只是能够做到开关断开与接通时的电阻相差很大，而数字系统电路中的开关电路并不要求像机械开关那样的接触电阻和断开电阻，电子开关的接触电阻和断开电阻特性已经能够满足数字系统电路的使用要求，所以数字系统电路中广泛使用电子开关，而无法使用机械开关。

电子开关可以用二极管、三极管等电子元器件构成。采用二极管构成电子开关时称为二极管开关电路，采用三极管构成电子开关时称为三极管开关电路。

3.二极管开关电路等效电路

二极管开关电路中要使用二极管，由于普通二极管的开关速度不够高，所以在这种开关电路中所使用的二极管为专门的开关二极管。图8-2所示是开关二极管的图形符号及等效电路。

图8-2（a）所示是开关二极管的图形符号，它与普通二极管的图形符号相同，所以只从图形符号上是无法分辨出开关二极管的。

图8-2（b）所示是开关二极管的等效电路，从图中可看出，开关二极管在等效成一只开关S1的同时，还有两只电阻。等效电路中的开关S1是一个理想的开关，即其接通电阻小到为零，其断开电阻大到为无穷大。

重要提示

开关二极管在实际电路中并不是一个理想的开关，这是因为等效电路中存在电阻R1和R2。电阻R1与S1串联，它是开关S1接通时的接通电阻，R1阻值小（远小于R2的阻值），这样当开关二极管导通时的接通电阻就是R1。