《数字电子技术》教案第二章逻辑门电路

课程章节课程章节第2章逻辑代数基础课时分配4教学目标2.熟悉二极管、三极管的开关特性及其门电路。教学重2.分立元件门电路点、难点3.TTL系列集成电路及主要参数4.CMOS反相器授课方式课堂讲授，板书2.分立元件门电路CMOS逻辑门电路概述称TTL电路)及射极耦合逻辑电路(简称ECL电路)。TTL是应用最L2.1.2单极型集成电路CMOS是数字逻辑电路的主流工艺技术，但CMOS技术却不宜性)工艺与CMOS工艺优势的电子器件，它具有双极工艺高跨导、强S2.2分立元件门电路二极管的开关特性表现在正向导通与反向截止这样两种不同状态之间的转换过程中。二极管从反向截止到正向导通与从正向导通到态之间的转换过程中。二极管从反向截止到正向导通与从正向导通到反向截止相比所需的时间很短，一般可以忽略不计，如图反向截止相比所需的时间很短，一般可以忽略不计，如图F(1)在tt内，正向电流减小。F002rr(3)当反向电流由峰值i减小到其10%时，二极管截止。(a)伏安特性曲线(b)开关电路图2-2典型二极管的伏安特性曲线及其开关电路iD(2)当u>0.5V时，二极管导通。i路门电路(逻辑电路)是数字集成电路的基本单元，是对数字逻辑(1)门电路主要包括分立元件门电路和集成门电路两大类。(2)分立元件门电路主要是二极管门电路和三极管门电路(3)集成元件门电路主要有TTL型和CMOS型两大类。ABDD均处于反12(2)当输入端A，B都为低电平0时，二极管D，D均处于正向2(3)当输入端一端为高电平、另一端为低电平时，如A端为5V，2215三极管非门的电路结构三极管的导通电压为u=0.7V，u=0.3V，电流分配系数为BECEi=(VCCuCE)=(50.3)V≈0.1567mABSR1k30CABCYCC(2)u=5V时，三极管导通，可得基极电流为Ai=ABE==1mAi=ABE==1mAb此时i>i，三极管工作在饱和状态，输出电压u=u=0.3V。BBSYCELTTL与非门(1)输入级由多发射极晶体管T1和基极电阻R1组成，可以实现T2-7T的等效电路结构12)工作状态分析在TTL与非门电路中，当输入信号不全为高电平时，输出Y是OC开路与非门电路(OpenCollector)，是一种可以实现线与功能的门电路，它的输出端是三极管集电极悬空(a)电路结构(b)逻辑符号2)OC门的应用(1)实现线与逻辑，即将多个输出端直接互连就可以实现“与”(2)实现电平转换，多作为接口电路。(3)实现总线传输。1)三态输出门的电路结构与工作原理(a)电路结构(b)逻辑符号2)三态输出门的应用(1)实现多路信号的分时传递。(2)利用三态输出门电路实现数据的双向传输。TTL电路及主要参数(1)74(标准系列)是最基本的TTL集成电路，前文介绍的TTL门电路都属于74系列，其典型电路与非门的平均传输时间t=10ns，d(2)74H(高速系列)是在74系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间t=6ns，平均功耗P=22mW。(3)74S(肖特基系列)是在74H系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间t=3ns，平均功耗P=19mW。(1)输出高电平U：指TTL与非门的一个或几个输入为低电平OHSH最大输出电流，超过此值会使输出高电平下降，反映电路的拉电流负(3)输出低电平U：指TTL与非门的输入全为高电平时的输出OLSLOOO(6)最大工作频率f：指电路正常工作时的最大频率，超过此。(7)输入开门电平U：指在额定负载下使与非门的输出电平达到(8)输入关门电平U：指使与非门的输出电平达到标准高电平(9)高电平输入电流I：指输入为高电平时的输入电流，即当前IHIL(11)平均传输时间t：指信号通过与非门时所需的平均延迟时间。在工作频率较高的数字电路中，信号经过多级传输后会造成时间(12)空载功耗：指与非门空载时，电源总电流ICC与电源电压VCC2.4CMOS逻辑门电路2.4.1CMOS反相器MOS管可以分为增强型NMOS管(即N沟道增强型MOS管)和增(a)NMOS管(b)PMOS管(a)电路结构(b)TN截止、TP导通(c)TN导通、TP截止(1)当u=0V时，T截止、T导通，输出电压u=V=10V。ANPYDD(2)当u=10V时，T导通、T截止，输出电压u=0VANPY(2)由于CMOS反相器的阈值电平近似为0.5VDD，输入信号变化时，过渡变化陡峭，所以低电平噪声容限和高电平噪声容限近似相OHDDDD化而变化，所以允许V有较宽的变化范围，一般为+3~+18V，因此(4)CMOS反相器的输入阻抗高，带负载能力强。(a)CMOS与非门(b)CMOS或非门N1N2PP2(2)当输入A，B全为高电平时，T和T才会都导通，T和TN1N2P1P23．漏极开路的CMOS门(OD门)(a)电路结构(b)逻辑符号4．CMOS传输门(TG门)(a)电路结构(b)逻辑符号DDNP(2)C=1时，即C端为高电平(+V)、端为低电平(0V)时，DDT和T都具备了导通条件，输入和输出之间相当于开关接通一样，即NPv=v。OICMOS集成电路的特点(1)CMOS电路的工作速度比TTL电路低。(2)CMOS电路的带负载的能力比TTL电路强。(3)CMOS电路的电源电压允许范围较大，为3~18V，抗干扰(5)CMOS电路的集成度比TTL电路高。(6)CMOS电路可在特