2第三章门电路.ppt

第三章门电路,3.1概述3.2半导体二极管和三极管的开关特性3.3最简单的门电路3.4TTL门电路3.5CMOS门电路3.6TTL与CMOS的接口,3.1概述,用电路实现基本逻辑运算，用电平来表示逻辑运算中的1和0,3.2半导体二极管和三极管的开关特性,开始,二级管的开关特性,开关特性,MOS管的开关特性,PN结,二级管,开关特性,三级管的结构,开关特性,三种工作状态,工作模式,工作波形,结构分类,工作模式,与三级管的区别,类比：桥,.1二级管的开关特性,二极管符号：,正极,负极,uD,Ui0.7V时，二极管导通。,uo,ui0V时，二极管截止，如同开关断开，uo0V。,ui5V时，二极管导通，如同0.7V的电压源，uo4.3V。,二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度。,单向导电性,.2三极管开关特性,结构:,NPN,PNP,三极管的特性曲线(a)输入特性曲线(b)输出特性曲线,当vi很小时，发射结不导通，ic近视为0，vo=0三机管截止；当vi很大时，发射结导通，ic很大，vo=，UCES=0.3V三极管饱和导通。当不大不小时，发射结正偏导通，集电结反偏，vo和vi形成比例关系，三极管处于放大状态。,三极管的开关等效电路(a)截止状态(b)饱和导通状态,三极管在开关工作状态时，要么处在截止状态，要么处在饱和状态，放大状态只是截止和饱和状态相互转换的中间过渡过程。这个过程越快，开关性能越好。,.3MOS管开关特性,MOS管的结构和符号,开启电压：当D与S间形成导电沟道的最小栅源电压。VGS(th),N沟道增强型MOSVGS(th)0,P沟道增强型MOSVGS(th)1k时，此输入端类似于悬空，即：相当于接入高电平。,4.驱动同类门,当一个TTL门的输出驱动（连接）多个同类门时将受到扇入扇出系数的限制。相关内容请参看教科书P66及例2.4.1,门电路允许的输入端数目，称为该门电路的扇入系数。一般门电路的扇入系数为1-5，最多不超过8。实际应用中若要求门电路的输入端数目小与它的扇入系数，可将多余的输入端接高电平或低电平，这取决于门电路的逻辑功能。一个门的输出端所能连接的下一级门输入端的个数称为该门电路的扇出系数。或称负载能力。TTL一般门电路的扇出系数为8，驱动门的扇出系数可达25。CMOS门的扇出系数更大一些。,ab,c,abc,理想情况：门电路没有延迟,5.传输延时,ab,c,abc,实际情况：门电路存在延迟,ab,c,abc,实际情况：门电路存在延迟前沿延迟与后沿延迟不相等,6.门电路符号,A,B,Y,A,B,Y,A,Y,A,Y,A,B,Y,A,B,Y,A,Y,1,A,B,Y,当C=0时Y=B。因此：,每个时刻仅有一个传输门时到通的,CMOS数字电路的特点及使用时的注意事项,（1）CMOS电路的工作速度比TTL电路的低。（2）CMOS带负载的能力比TTL电路强。（3）CMOS电路的电源电压允许范围较大，约在318V，抗干扰能力比TTL电路强。（4）CMOS电路的功耗比TTL电路小得多。门电路的功耗只有几个W，中规模集成电路的功耗也不会超过100W。（5）CMOS集成电路的集成度比TTL电路高。（6）CMOS电路适合于特殊环境下工作。（7）CMOS电路容易受静电感应而击穿，在使用和存放时应注意静电屏蔽，焊接时电烙铁应接地良好，尤其是CMOS电路多余不用的输入端不能悬空，应根据需要接地或接高电平。,CMOS数字电路的特点,使用集成电路时的注意事项,（1）对于各种集成电路，使用时一定要在推荐的工作条件范围内，否则将导致性能下降或损坏器件。（2）数字集成电路中多余的输入端在不改变逻辑关系的前提下可以并联起来使用，也可根据逻辑关系的要求接地或接高电平。TTL电路多余的输入端悬空表示输入为高电平；但CMOS电路，多余的输入端不允许悬空，否则电路将不能正常工作。（3）TTL电路和CMOS电路之间一般不能直接连接，而需利用接口电路进行电平转换或电流变换才可进行连接，使前级器件的输出电平及电流满足后级器件对输入电平及电流的要求，并不得对器件造成损害。,利用半导体器件的开关特性，可以构成与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等各种逻辑门电路，也可以构成在电路结构和特性两方面都别具特色的三态门、OC门、OD门和传输门。随着集成电路技术的飞速发展，分立元件的数字电路已被集成电路所取代。TTL电路的优点是开关速度较高，抗干扰能力较强，带负载的能力也比较强，缺点是功耗较大。CMOS电路具有制造工艺简单、功耗小、输入阻抗高、集成度高、电源电压范围宽等优点，其主要缺点是工作速度稍低，但随着集成工艺的不断改进，CMOS电路的工作速度已有了大幅度的提高。,本节小结,2.6TTL与CMOS的接口,可直接驱动HCT,加上拉电阻,开始,CMOS与TTL门的区别,驱动条件,TTL驱动CMOS