1.1 數字電路概述

1.1.1 數字電路與模擬電路

電子電路根據其處理的信號不同可以分為模擬電子電路和數字電子電路。

1.模擬信號（analog signals）和模擬電路（Analog Circuit）

在時間和數值上都是連續變化的信號，稱為模擬信號，如音頻信號、視頻信號、溫度信號等。模擬信號電壓波形如圖1-1a所示。

處理模擬信號的電子電路稱為模擬電路，如各類放大器、穩壓電路等。

2.數字信號（digital signals）和數字電路（Digital Circuit）

在時間上和數值上都是離散（變化不連續）的信號，稱為數字信號，如脈沖方波、計算機和手機中的信號等。數字信號電壓波形如圖1-1b所示。

處理數字信號的電子電路稱為數字電路。如各類門電路、觸發器、寄存器等。

3.數字電路的特點

①數字電路內部的晶體管（包括單、雙極型）主要工作在飽和導通或截止狀態；模擬電路內部的晶體管主要工作在放大狀態。

②數字電路的信號只有兩種狀態：高電平和低電平，分別對應于（或代表）二進制數中的1和0，表示信號的有或無，便于數據處理。

③數字電路結構相對簡單，功耗較低，便于集成。

④數字電路抗干擾能力強。其原因是利用脈沖信號的有無傳遞1和0的數字信息，高低電平間容差較大，幅度較小的干擾不足以改變信號的有無狀態。

⑤數字電路不僅能完成數值運算，還能進行邏輯運算和比較判斷，從而在計算機系統中得到廣泛應用。

4.數字電路的分類

①按電路的組成結構可分為分立元件電路和集成電路。目前分立元件組成的數字電路已徹底淘汰，本書只分析研究集成數字電路。

②按數字電路集成度可分為小規模（SSI）、中規模（MSI）、大規模（LSI）和超大規模（VLSI）集成電路。

③按集成電路內部器件可分為雙極型和單極型。雙極型數字集成電路有TTL、ECL、I2L、HTL等；單極型數字集成電路有NMOS、CMOS、HCMOS等。

④按電路的邏輯功能可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路。

5.數字電路應用概述

數字電路已十分廣泛地應用于數字通信、自動控制、家用電器、儀器儀表、計算機等各個領域，如手機、計算機、數字視聽設備、數碼相機等。數字電路的發展標志著電子技術發展進入了一個新的階段，當今電子技術的飛速發展是以數字化作為主要標志的。當然這并不是說數字化可以代替一切，信號的放大、轉換和功能的執行等都離不開模擬電路，模擬電路是電子技術的基礎，兩者互為依存，互相促進，缺一不可。

1.1.2 脈沖波形參數

數字電路信號中，研究的對象是一些不連續的突變的電信號，作用時間很短，所以也稱為脈沖信號。

脈沖信號波形形狀很多，主要有方波、矩形波、三角波、鋸齒波等，現以圖1-2矩形波為例，說明其波形參數。

①脈沖幅度U_m。脈沖電壓變化的最大值，即脈沖波從波底至波頂之間的電壓。

②上升時間t_r。脈沖波前沿從0.1U_m上升到0.9U_m所需的時間。

③下降時間t_f。脈沖波后沿從0.9U_m下降到0.1U_m所需的時間。

④脈沖寬度t_w。脈沖波從上升沿的0.5U_m至下降沿0.5U_m所需的時間。

⑤脈沖周期T。在周期性脈沖信號中，任意兩個相鄰脈沖上升沿（或下降沿）之間的時間間隔。

⑥重復頻率f（單位：Hz）。每秒脈沖信號出現的次數，即脈沖周期的倒數：f=1/T。

⑦占空比q。脈沖寬度與脈沖周期的比值，q=t_w/T。

【復習思考題】

1.1 什么叫模擬信號？什么叫數字信號？

1.2 數字電路內部的晶體管主要工作在何種工作狀態？這種工作狀態有何特點？

1.3 為什么數字電路抗干擾能力強？

1.4 與模擬電路相比，數字電路主要有什么特點？