第3章1门电路.ppt

1、2020/7/23,1,第3章门电路,2020/7/23,2,3.1 概述,一、门电路,实现基本逻辑运算和常用复合逻辑运算的电子电路,与,或,非,与 非,或 非,异或,与或非,2020/7/23,3,二、逻辑变量与两状态开关,二值逻辑:,所有逻辑变量只有两种取值(1 或 0)。,数字电路:,通过电子开关 S 的两种状态(开或关) 获得高、低电平，用来表示 1 或 0。,2020/7/23,4,互补电路功耗降低,2020/7/23,5,高低电平表示不同的逻辑状态， 而且高低电平都有一个允许范围,2020/7/23,6,3.2.1 二极管的开关特性,3.2 半导体二极管和三极管的开关特性,二极管开

2、关电路,2020/7/23,7,二极管的伏安特性,2020/7/23,8,二极管伏安特性的几种近似方法,2020/7/23,9,二极管的动态电流波形,ton 开通时间,toff 关断时间,2020/7/23,10,3.2.2 三极管的开关特性,1、 双极型三极管的两种类型 (a)NPN型 (b)PNP型,2020/7/23,11,2、 双极型三极管的特性曲线,(a)输入特性曲线,开启电压VON,2020/7/23,12,双极型三极管的特性曲线,(b)输出特性曲线,放大区：ic随ib成正比变化,饱和区：VCE0.3v,截止区：ICEO1UA,2020/7/23,13,3、 双极型三极管的基本开关

3、电路,VI为低电平时，截止， VO为高电平,2020/7/23,14,双极型三极管的基本开关电路,VI为高电平时，饱和区，VO为低电平,2020/7/23,15,用图解法确定VO(a)电路图 (b)作图方法,电路图中，MN处的伏安特性是确定的 左边可以用三极管的输出特性表示，右边可以用电阻的伏安特性表示,2020/7/23,16,双极型三极管的基本开关电路,VI为低电平时，截止， VO为高电平,VI为高电平时，饱和区，VO为低电平,2020/7/23,17,4、 双极型三极管的开关等效电路,(a)截止状态 (b) (c)饱和导通状态 VON 发射结的开启电压 VCE(sat)， RCE(sat

4、) 为饱和导通压降和饱和导通电阻,2020/7/23,18,5、 双极型三极管的动态开关特性,ton 开通时间,toff 关断时间,状态转换时，三极管内部电荷的建立和消散都需要一定的时间，导致VO滞后于Vi,2020/7/23,19,二、MOS管的开关特性,1、MOS管的结构和符号,MOS（Mental Oxide Semiconductor） 金属 氧化物 半导体场效应管,S：源极,D：漏极,G：栅极,B：衬底,2020/7/23,20,2、MOS管的输入特性和输出特性,输入特性：栅极和源极之间有二氧化硅绝缘层隔离，所以栅极和源极之间加上电压后，不会有电流,2020/7/23,21,MOS管

5、共源接法及其输出特性曲线 (a)共源接法 (b)输出特性曲线,截止区：VGSVGS(th),栅极和源极之间没有导电沟道，iD=0,2020/7/23,22,恒流区：VGSVGS(th),栅极和源极之间有导电沟道， iD的大小基本由VGS决定，VDS的变化对iD的影响很小,恒流区,2020/7/23,23,可变电阻区：VGSVGS(th),栅极和源极之间有导电沟道，当VGS一定时，iD与VDS之比近似地等于一个常数，类似于线性电阻的特性，等效电阻的大小和VGS的数值有关,可变电阻区,VGSVGS(th)时 R与VGS近似成反比,2020/7/23,24,MOS管的转移特性,VGSVGS(th),

6、 iD与VGS2成正比,2020/7/23,25,3、 MOS管的基本开关电路,VGSRD,VOH=VDD，相当于开关断开,2020/7/23,26,MOS管的基本开关电路,VGSVGS(th), 漏极和源极之间有导电沟道， iD与VGS2成正比,工作在放大状态，恒流区，VO随iD的升高而下降， 当VGSVGS(th), iD升高,VO下降, RON下降,进入可变电阻区 当RONRD时,VOL=0，相当于开关闭合,2020/7/23,27,4、 MOS管的开关等效电路 (a)截止状态 (b)导通状态,RON约在1K以内，而且与VGS的数值有关 C1为栅极的输入电容，约为几皮法,2020/7/2

7、3,28,（1） N沟道增强型MOS管,5、 MOS管的四种类型,VGS=0,漏极和源极之间没有导电沟道， VGS(th)为正,使用正电源工作 VGSVGS(th)时，导通,2020/7/23,29,（2） P沟道增强型MOS管,VGS=0,漏极和源极之间没有导电沟道， VGS(th)为负,使用负电源工作 VGSVGS(th)时，导通,2020/7/23,30,用P沟道增强型MOS管接成的开关电路,VGS=0,栅极和源极之间没有导电沟道， VOL= VDD VGSVGS(th)时，导通， VOH= 0,2020/7/23,31,（3） N沟道耗尽型MOS管的符号,VGS=0,漏极和源极之间有导

8、电沟道， VGS为正时，导电沟道变宽， VGS为负时，导电沟道变窄； 当VGS小于某一个负电压值VGS(off)时， 导电沟道消失，MOS管截止,2020/7/23,32,（4） P沟道耗尽型MOS管的符号,VGS=0,漏极和源极之间有导电沟道， VGS为负时，导电沟道变宽， VGS为正时，导电沟道变窄； 当VGS大于某一个正电压值VGS(off)时， 导电沟道消失，MOS管截止,2020/7/23,33,门电路的概念： 实现基本和常用逻辑运算的电子电路，叫逻辑门电路。实现与运算的叫与门，实现或运算的叫或门，实现非运算的叫非门，也叫做反相器，等等。,分立元件门电路和集成门电路: 分立元件门电路

9、：用分立的元件和导线连接起 来构成的门电路。简单、经济、功耗低，负载差。 集成门电路：把构成门电路的元器件和连线都 制作在一块半导体芯片上，再封装起来，便构成了集成门电路。现在使用最多的是CMOS和TTL集成门电路。,3.3 基本逻辑门电路,2020/7/23,34,3.3.1 二极管与门电路,1. 电路,2. 工作原理,A、B为输入信号 （+3V或0V） Y 为输出信号 VCC+5V,表3-1电路输入与输出电压的关系,2020/7/23,35,用逻辑1表示高电平（此例为+3V） 用逻辑0表示低电平（此例为0.7V）,3. 逻辑赋值并规定高低电平,4. 真值表,可见实现了与逻辑,2020/7/

10、23,36,5. 逻辑符号 6. 逻辑表达式FA B,二极管与门 （a）电路 （b）逻辑符号,2020/7/23,37,2.3.2 二极管或门电路,1. 电路,2. 工作原理,A、B为输入信号（+3V或0V） F为输出信号,2020/7/23,38,4. 真值表,可见实现了或逻辑,3. 逻辑赋值并规定高低电平,用逻辑1表示高电平（此例为+2.3V） 用逻辑0表示低电平（此例为0V）,2020/7/23,39,二极管或门 （a）电路 （b）逻辑符号,5. 逻辑符号 6. 逻辑表达式FA+ B,2020/7/23,40,3.3.3 非门（反相器）,非门 (a) 电路 （b）逻辑符号,1. 电路,2. 工作原理,A为输入信号 （+3.6V或0.3V） F为输出信号,2020/7/23,41,3. 逻辑赋值并规定高低电平,用逻辑1表示高电平（此例为+3.6V） 用逻辑0表示低电平（此例为0.3V）,4. 真值表,2020/7/23,42,改进的非门电路,R2，VEE保证输入稍微大于0，三极管依然截止,三极管饱和导通条件,2020/7/23,43,例3.5.1反相器电路， VCC=5V， VEE= -8V ，RC= 1K ， R1= 3.3K， R2= 10K，=20， VCE（sat）= 0.1V, RCE（sat）= 20 , VIH=5V， VIL=0V，试计算输出的高