《数字电路讲义》--门电路

1、数字电路讲义-门电路 第二章第二章 门电路门电路 n概述概述 n分立元件门电路分立元件门电路 nTTLTTL nMOSMOS nTTLCMOSTTLCMOS n小结小结 数字电路讲义-门电路 2.1 概述 n门电路门电路实现基本逻辑关系的电子电路实现基本逻辑关系的电子电路 n主要构成主要构成 n逻辑门电路的性能和特点逻辑门电路的性能和特点逻辑特性、电气特性逻辑特性、电气特性 n本章讨论：内部结构、工作原理、外部特性本章讨论：内部结构、工作原理、外部特性 双极性逻辑门电路双极性逻辑门电路 DTLDTL二极管、三极管逻辑门电路二极管、三极管逻辑门电路 TTLTTL晶体管、晶体管逻辑门电路晶体管、晶

2、体管逻辑门电路 ECLECL发射极耦合逻辑门电路发射极耦合逻辑门电路 HTLHTL高阈值逻辑门电路高阈值逻辑门电路 I I2 2L L高集成度逻辑门电路高集成度逻辑门电路 单极性逻辑门电路单极性逻辑门电路 （场效应管）（场效应管） NMOSNMOS PMOSPMOS CMOSCMOS互补对称型互补对称型 返回 数字电路讲义-门电路 2.2 分立元件门电路 n分立元件的开关特性：分立元件的开关特性： 理想开关特性理想开关特性: : 开关开关K K断开时，开关两端的电压为外部电压，断开时，开关两端的电压为外部电压， 通过开关的电流为通过开关的电流为0 0，开关等效电阻为，开关等效电阻为。开关闭合时

3、，开。开关闭合时，开 关两端电压为关两端电压为0 0，开关等效电阻为，开关等效电阻为0 0 二极管开关特性二极管开关特性 三极管开关特性三极管开关特性 MOSMOS管开关特性管开关特性 正负逻辑及其它正负逻辑及其它 n分立元件门电路分立元件门电路 二极管与门二极管与门 二极管或门二极管或门 三极管反相器三极管反相器 DTL DTL门电路门电路 返回 数字电路讲义-门电路 二极管开关特性二极管开关特性 n二极管符号二极管符号 n二极管加正向电压二极管加正向电压 如图如图a a所示：若所示：若V VE EV V0, 0,二极管导通 二极管导通, ,二极管导通电压二极管导通电压 V VD D=0.7

4、V =0.7V 硅管硅管 （V VD D=0.2V =0.2V 锗管）锗管） n二极管加反向电压二极管加反向电压 如图如图b b所示：若所示：若V VE E0 0V V 二极管截止二极管截止 I=0I=0 n结论结论二极管具有单向导电性二极管具有单向导电性 R VV I DE 返回 数字电路讲义-门电路 三极管开关特性 n三极管符号三极管符号 n三极管的工作状态三极管的工作状态 三极管有三个工作状态：截止状态、放大状态和饱和状态三极管有三个工作状态：截止状态、放大状态和饱和状态 分析分析 n结论结论在数字电路中三极管作为开关元件主要工作在饱在数字电路中三极管作为开关元件主要工作在饱 和状态（和

5、状态（“开开”态）和截止状态（态）和截止状态（“关关”态）态） 当当V Vi i= = V ViL iL（ （ V VBE BE）时， ）时，T T截止截止 V VO O = = E EC C 当当V Vi i= = V ViH iH时（且 时（且i iB B i iBS BS）， ），T T饱和导通饱和导通 V VO O = = V VCES CES0.2 0.2V V 返回 数字电路讲义-门电路 三极管工作状态分析 n三极管的工作状态三极管的工作状态 n截止状态：当输入电压截止状态：当输入电压V Vi i较小时，较小时，V VBE BE 0 0， i iB B 、i iE E、i iC C

6、00， R RC C上无压降。输出电压上无压降。输出电压V VCE CE等于 等于V VCC CC n放大状态：当输入电压放大状态：当输入电压V Vi i上升（上升（0.70.7V V），），三极管导通，有三极管导通，有 i iC C= = i iB B 、 i iE E = = i iC C + + i iB B ，在放大状态下（在放大状态下（ i iB B i iBS BS）， ），输输 出电压出电压V VCE CE = = V VCC CC - - i iC C R RC C n饱和状态：随着输入电压饱和状态：随着输入电压V Vi i继续上升继续上升， i iB B 、i iE E、i

7、iC C增加，增加， V VCE CE = = V VCC CC - - i iC C R RC C减小，三极管集电极正偏。 减小，三极管集电极正偏。 i iB B i iBS BS，输出电压 ，输出电压 V VCE CE = = V VCES CES （ （ 0.3V 0.3V 硅管）硅管） 返回 数字电路讲义-门电路 MOS管开关特性管开关特性 nMOSMOS管结构图及逻辑符号管结构图及逻辑符号 nNMOSNMOS管工作原理分析管工作原理分析 MOSMOS管工作在截止与导通状态管工作在截止与导通状态 n结论结论: : V VGS GS V VTH TH时， 时，NMOSNMOS管截止，管截

8、止，V V0 0=V=VDD DD （ （R R很大）很大） V VGS GS V VTH TH 时， 时，NMOSNMOS管导通管导通，V V0 00V 0V （R R较小）较小） （ （ V VTH TH 开启电压或阈值电压） 开启电压或阈值电压） 返回 数字电路讲义-门电路 NMOS管工作原理 nMOSMOS管的工作原理管的工作原理 n分析分析 1.1.在栅在栅_ _源极间加正向电压源极间加正向电压V VGS GS , ,衬底感应出电子 衬底感应出电子, ,当当V VGS GS较小时 较小时, ,感感 应的电子被衬底空穴中和应的电子被衬底空穴中和, , i iDS DS =0( i =0

9、( iDS DS : :漏漏_ _源极电流源极电流) )。 称高阻区称高阻区( (截止区截止区) ) 2.2.当当V VGS GS 电子 电子 ，产生电子层，产生电子层N N沟道沟道. .当当V VGS GS V VTHTH, ,在外电场 在外电场V VDS DS作用下 作用下, , i iDS DS0 0。称电阻区。称电阻区。NMOSNMOS为导通状态。为导通状态。 3.3.由于由于i iDS DS, ,沿沟道 沿沟道D SD S有压降有压降, ,当当V VDS DS V VGDGD ，使，使V VGD GD VIH 的驱动条件的驱动条件) 2.驱动方法驱动方法: *接入上拉电阻接入上拉电阻,提高提高TTL电路输出的高电平电路输出的高电平 *用带电平偏移的门电路实现电平变换用带电平偏移的门电路实现电平变换 *改造改造CMOS电路的输入高电平下限电路的输入高电平下限(如如:74HCT系系 列高速列高速CMOS_ VIH=2V),使使TTL可直接驱动可直接驱动 CMOS 返回 数字电路讲义-门电路 CMOS 驱动TTL 1.CMOS输出高低电平均能满足输出高低电平均能满足TTL输入高低电平的输入高低电平的 需要。需要。