数字逻辑ppt第二章-门电路.ppt

1、,第二章 门电路,2,几个概念,1 (逻辑)门电路：实现基本和常用逻辑运算的电子电路。,2 逻辑变量和两状态开关：,3 高、低电平和正、负逻辑： 高、低电平：是两种状态，两个截然不同的电压范围。 UH:高电平， UL：低电平 正、负逻辑： 正逻辑：用1表示高电平，用0表示低电平； 负逻辑：用0表示低电平，用1表示高电平；,4 分立元件门电路和集成门电路：,分立元件门电路：用分立的元器件和导线连接构成的门 电路。,3,集成门电路: 构成门电路的元器件和连线，都集成在半导体 芯片上。,5 数字集成电路的集成度： 集成度：把一块芯片上含有等效逻辑门的个数或元器件的 个数。,根据集成电路规模的大小，通

2、常将其分为： SSI 、MSI 、LSI 、VLSI,SSI(Small ScaleC Integration )小规模集成电路；,MSI(Medium Scale Integration )中规模集成电路；,LSI(Large Scale Integration )大规模集成电路；,VLSI(Very Large Scale Integration)超大规模集成电 路。,4,2.1 半导体二、三级和MOS管开关特性,一 理想开关的开关特性,1 静态特性： (1) 断开时：ROFF=,IOFF=0; (2) 闭合时：RON=0,UAK=0;,2 动态特性： (1) 开通时间：ton=0; (2

3、) 关断时间：toff=0;,5,二 半导体二极管的开关特性,(一) 静态特性,1 二极管的结构图、符号和伏安特性,(1) 结构图：,结构图,符号,6,(2) 伏安特性,伏安特性曲线： 反映加在二极管两端的电压UD和流过其中的电流ID 之间的关系的曲线叫伏安特性曲线。,ID,UD,正向导通区,反向 击穿 区,UBR,UBR:反向击穿电压,7,2 静态特性,二极管的静态特性是指二极管在导通和截止两种稳定 状态下的特性。,正向电压 UFUTH ：管子处于截止状态，电阻很大、正向 电流IF接近于0，二极管类似于开关的断开状态；,正向电压UF =UTH ：管子开始导通，正向电流 IF 上升；当正 向电

4、压UFUTH达到一定值(一般锗管为0.3V，硅管为 0.7V)时，管子处于充分导通状态，电阻变得很小， 正向电流IF 急剧增加，此时二极管类似于开关的接通 状态。,8,(二) 动态特性,二极管的电容效应 (1) 结电容（ CJ）： 二极管中的电荷量随外加电压的变化而变化。 (2) 扩散电容（CD） 在外加正向电压时，PN结中的电荷形成一定的浓度 梯度分布；并随外加电压的变化而变化。,2 二极管的开关时间： (1) 开通时间ton：二极管从反向截止到正向导通的时间; 由两部分组成：td+tr; td:导通延迟时间； tr :上升时间,9,(2) 关断时间toff：极管从正向导通到反向截止所需要的

5、时间; 由两部分组成：ts + tf ts ：存储电荷消散时间； tf ： CD放电时间和CJ充电时间 toff又叫反向恢复时间,uo,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。,Ui0.5V时，二极管截止，iD=0。,Ui0.5V时，二极管导通。,11,二 半导体三极管的开关特性,(一) 静态特性,半导体三级管的特点：具有放大作用,1 结构图及符号表示：,2 输入特性：,反映的是基极电流iB和基极-发射极UBE电压之间的关系曲线。,12,3 输出特性：,反映的是集电极电流i

6、C和集电极-发射极UCE之间的关系曲线。,*反映了iB对iC的控制作用。,iB,13,截止状态,饱和状态,iBIBS,ui=UIL0.5V,uo=+VCC,ui=UIH,uo=0.3V,14,ui=1V时，三极管导通，基极电流：,因为0iBIBS，三极管工作在放大状态。iC=iB=500.03=1.5mA，输出电压：,三极管临界饱和时的基极电流：,uo=uCE=VCC-iCRc=5-1.51=3.5V,15,ui3V时，三极管导通，基极电流：,而,因为iBIBS，三极管工作在饱和状态。输出电压：,uoUCES0.3V,ui=0.3V时，因为uBE0.5V，iB=0，三极管工作在截止状态，ic=

7、0。因为ic=0，所以输出电压：,uo=VCC=5V,16,5 静态开关特性：,（1） 饱和导通条件和特点： 条件：基极电流大于临界饱和时的数值时。 特点： uBE0.7V uCE= UCES 0.3V,（2） 截止条件和特点： 条件：基极-发射极UBE小于死区电压U0(0.5V)。 特点：电流iB =0 电流iC =0,二 动态特性：,17,工作原理电路,转移特性曲线,输出特性曲线,二 MOS管的开关特性,18,截止状态,uiUT,uo=+VDD,导通状态,uiUT,uo0,19,2.2 分立元器件门电路,一 二极管与门和或门,1 二极管与门：,电路,符号,Y=AB,20,电压关系表,真值表

8、,21,2 二极管或门：,电路,符号,Y=A+B,22,电压关系表,真值表,23,（1）电路图和符号,（2）原理：,uA0V时,三极管截止,iB0,iC0，输出电压uYVCC5V. uA5V时，三极管导通。基极电流为:,三极管临界饱和时的基极电流为：,iBIBS，三极管工作在饱和状态。输出电压uYUCES0.3V。,二 三极管非门,24,(3) 真值表和逻辑表达式,25,三 MOS三极管非门,1 电路图和符号,2 原理：,当uA0V时，由于uGSuA0V，小于开启电压UT，所以 MOS管截止。输出电压为uYVDD10V。,当uA10V时，由于uGSuA10V，大于开启电压UT，所以 MOS管导

9、通，且工作在可变电阻区，导通电阻很小，只有 几百欧姆。输出电压为uY0V。,26,3 真值表,电压关系表,真值表,27,2.3 CMOS集成门电路,一 CMOS反相器,1 电路：,2 原理：,uA0V时，TN截止，TP导通。输出电压uYVDD10V。,uA10V时，TN导通，TP截止。输出电压uY0V。,28,二 CMOS与非门,A、B当中有一个或全为低电平时，TN1、TN2中有一个或全部截止，TP1、TP2中有一个或全部导通，输出Y为高电平。,只有当输入A、B全为高电平时，TN1和TN2才会都导通，TP1和TP2才会都截止，输出Y才会为低电平。,29,电压关系表：,真值表,30,二 CMOS

10、或非门,只要输入A、B当中有一个或全为高电 平，TP1、TP2中有一个或全部截止，TN1、 TN2中有一个或全部导通，输出为低电平,只有当A、B全为低电平时，TP1和TP2才会都导通，TN1和TN2才会都截止，输出Y才会为高电平。,电路图,分析：,31,电压关系表：,真值表,32,三 CMOS与门和或门,(一) 与门,(二) 或门,33,四 CMOS与或非门和异或门,(一) CMOS与或非门,34,(二) CMOS异或门,TP1、TP2 、TN1 、TN2 组成或非门， 输出P。,P,当P为0时， TP5导通， TN5截止 此时TP3、TP4 、TN3 、TN4 组成 与非门。 当P为1时，

11、TP5截止， TN5导通 输出为：0,综上分析：,35,也可以由与非门组成：,36,2.4 TTL集成门电路,一 TTL反相器,A=0时，T2、T3截止，T1、T4导通，Y=1。,A=1时，T2、 T3 、 T5导通，T4截止，Y=0。,37,二 TTL与非门和或非门,（1） A、B、C中只要有一个为低电平时： T2、T3截止，T4导通，Y=1 （2） A、B、 C都为高电平时： T2、T3导通，T4截止, Y=0,1 TTL与非门,38,74LS00内含4个2输入与非门，74LS20内含2个4输入与非门。,39,2 TTL或非门,(1) 电路组成：,(2) 分析： 当A、B由一个是高电平时，Y=0 当A=B=0时，Y=1,40,三 TTL与门、或门及与或非门,1 与门,2 或门,41,3 与或非门,42,四 TTL异或门,43,74：标准系列，前面介绍的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tpd10ns，平均功耗P10mW。,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tpd6ns，平均功耗P