第三章 邏輯門(mén)

1、1 1 第三章第三章 邏輯門(mén)電路邏輯門(mén)電路 2 2本章基本內(nèi)容本章基本內(nèi)容MOSMOS管的基本工作原理和開(kāi)關(guān)特性管的基本工作原理和開(kāi)關(guān)特性 CMOSCMOS門(mén)電路結(jié)構(gòu)、工作原理和電氣特性門(mén)電路結(jié)構(gòu)、工作原理和電氣特性雙極型三極管的工作原理和開(kāi)關(guān)特性雙極型三極管的工作原理和開(kāi)關(guān)特性 TTLTTL門(mén)電路的結(jié)構(gòu)、工作原理和電氣特性門(mén)電路的結(jié)構(gòu)、工作原理和電氣特性3 33. 1 MOS的管的開(kāi)關(guān)特性的管的開(kāi)關(guān)特性3.1.1 N3.1.1 N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSMOS管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)N溝道溝道MOS管結(jié)構(gòu)管結(jié)構(gòu)N溝道溝道MOS符號(hào)符號(hào)4 43.1.2 N3.1.2 N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)

2、型MOSMOS管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)管的開(kāi)關(guān)狀態(tài) 當(dāng)當(dāng)V VGSGS=0 =0 時(shí)，時(shí)，MOSMOS管管處于截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)處于截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)DSDS間斷開(kāi)。間斷開(kāi)。 當(dāng)當(dāng)V VGSGSVVT T 時(shí)，時(shí)，MOSMOS管管處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)DSDS間接通。間接通。導(dǎo)通電阻很小，幾十幾導(dǎo)通電阻很小，幾十幾百歐姆。百歐姆。截止時(shí)，截止時(shí)，DSDS間電阻很大，間電阻很大，一般在一般在10106 6以上以上。5 53.1.3 P3.1.3 P溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSMOS管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)P溝道溝道MOS管結(jié)構(gòu)管結(jié)構(gòu)P溝道溝道MOS管符號(hào)管符號(hào)6 63.1.4 P3.1.4 P溝道增

3、強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSMOS管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)管的開(kāi)關(guān)狀態(tài) 當(dāng)當(dāng)V VGSGS=0 =0 時(shí)，時(shí)，MOSMOS管管處于截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)處于截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)DSDS間斷開(kāi)。間斷開(kāi)。 當(dāng)當(dāng)| |V VGSGS| |VVT T 時(shí)，時(shí)，MOSMOS管處于導(dǎo)通狀態(tài)，相管處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)當(dāng)DSDS間接通。間接通。截止時(shí)，截止時(shí)，DSDS間電阻很大，間電阻很大，一般在一般在10106 6以上以上。導(dǎo)通電阻很小，幾十幾導(dǎo)通電阻很小，幾十幾百歐姆。百歐姆。7 73.1.5 3.1.5 耗盡型耗盡型MOSMOS管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)管的開(kāi)關(guān)狀態(tài) 耗盡型耗盡型 MOSMOS管在管在V VGSGS=0 =0 時(shí)，即存在導(dǎo)電溝道，在時(shí)，

4、即存在導(dǎo)電溝道，在標(biāo)準(zhǔn)畫(huà)法中是將源極、漏極以及襯底是相連的。簡(jiǎn)標(biāo)準(zhǔn)畫(huà)法中是將源極、漏極以及襯底是相連的。簡(jiǎn)化畫(huà)法中是將漏源間的連線加粗，以表示耗盡型?；?huà)法中是將漏源間的連線加粗，以表示耗盡型。N N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSMOS管的符號(hào)管的符號(hào)P P溝道耗盡型溝道耗盡型MOSMOS管的符號(hào)管的符號(hào)導(dǎo)電溝道消失需柵極施加的電壓稱(chēng)為夾斷電壓導(dǎo)電溝道消失需柵極施加的電壓稱(chēng)為夾斷電壓V VP P。8 83.2 CMOS3.2 CMOS門(mén)電路門(mén)電路3.2.1 CMOS3.2.1 CMOS反相器和傳輸門(mén)反相器和傳輸門(mén)1.CMOS反相器反相器9 9工作原理工作原理：“0”截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通“1”“0”截止

5、截止導(dǎo)通導(dǎo)通“1”)();(ioiovfivfv10傳輸特性：傳輸特性： 為了降低反相器的功率損耗，應(yīng)盡量避免輸入為了降低反相器的功率損耗，應(yīng)盡量避免輸入信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間停留在高、低電平之間。信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間停留在高、低電平之間。11112.CMOS傳輸門(mén)傳輸門(mén) 當(dāng)當(dāng)P=0VP=0V，N=VN=VDDDD時(shí)。兩個(gè)時(shí)。兩個(gè)MOSMOS管均導(dǎo)通，管均導(dǎo)通，A-BA-B相當(dāng)相當(dāng)接通，導(dǎo)通電阻在接通，導(dǎo)通電阻在1010以?xún)?nèi)。以?xún)?nèi)。 當(dāng)當(dāng)P=VP=VDDDD，N=0VN=0V時(shí)。兩個(gè)時(shí)。兩個(gè)MOSMOS管均截止，管均截止，A-BA-B相當(dāng)相當(dāng)斷開(kāi)。斷開(kāi)。P溝道溝道MOS管管N溝道溝道MOS管管表示符號(hào)表示符號(hào)121

6、23.2.2 CMOS3.2.2 CMOS與非門(mén)、或非門(mén)和異或門(mén)與非門(mén)、或非門(mén)和異或門(mén)與非門(mén)電路結(jié)構(gòu)和工作原理與非門(mén)電路結(jié)構(gòu)和工作原理邏輯符號(hào)邏輯符號(hào) T T1 1、T T2 2為為N N溝道溝道MOSMOS管，管，T T3 3、T T4 4為為P P溝道溝道MOSMOS管。管。00截止截止截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通1110)(ABY 1313或非門(mén)電路結(jié)構(gòu)和工作原理或非門(mén)電路結(jié)構(gòu)和工作原理邏輯符號(hào)邏輯符號(hào) T T1 1、T T2 2為為N N溝道溝道MOSMOS管，管，T T3 3、T T4 4為為P P溝道溝道MOSMOS管。管。1414異或門(mén)電路結(jié)構(gòu)和工作原理異或門(mén)電路結(jié)構(gòu)和工作原理邏輯符

7、號(hào)邏輯符號(hào)0101011100011000111011100BAY1515異或非（同或）門(mén)電路結(jié)構(gòu)和工作原理異或非（同或）門(mén)電路結(jié)構(gòu)和工作原理邏輯符號(hào)邏輯符號(hào))(BAY1616CMOS與門(mén)、或門(mén)和同相緩沖器與門(mén)、或門(mén)和同相緩沖器CMOS或門(mén)或門(mén)CMOS同相緩沖器同相緩沖器CMOS與門(mén)與門(mén)1717輸入、輸出端有反相器的或非門(mén)和與非門(mén)輸入、輸出端有反相器的或非門(mén)和與非門(mén)輸入端有反相器的輸入端有反相器的或非門(mén)或非門(mén)輸出端有反相器的輸出端有反相器的與非門(mén)與非門(mén)18183.2.3 3.2.3 三態(tài)輸出和漏極開(kāi)路輸出的三態(tài)輸出和漏極開(kāi)路輸出的CMOSCMOS門(mén)電路門(mén)電路1. 三態(tài)輸出的三態(tài)輸出的CMOS反

8、相器電路和工作原理反相器電路和工作原理001AAAEN=0 Y=AEN=1 高阻態(tài)高阻態(tài)AA111截止截止截止截止00邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)EN稱(chēng)為使能端稱(chēng)為使能端 低電平有效低電平有效1919用三態(tài)輸出門(mén)實(shí)現(xiàn)總線連接用三態(tài)輸出門(mén)實(shí)現(xiàn)總線連接 只要輪流地令只要輪流地令EN1、EN2、EN3為為1，就可以在，就可以在總線（總線（Bus)輪流傳輸輪流傳輸A、B、C三個(gè)數(shù)字信號(hào)。三個(gè)數(shù)字信號(hào)。2020 2. 漏極開(kāi)路輸出的與非門(mén)（漏極開(kāi)路輸出的與非門(mén)（OD門(mén)）門(mén)）邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)電路特點(diǎn)電路特點(diǎn) 它的特有功能是可以將它們的輸出端直接相連，它的特有功能是可以將它們的輸出端直接相連，實(shí)現(xiàn)輸出信

9、號(hào)之間的邏輯與運(yùn)算（實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)之間的邏輯與運(yùn)算（“線與線與”）。）。2121漏極開(kāi)路輸出門(mén)的漏極開(kāi)路輸出門(mén)的“線與線與”連接連接21)()()(CDABCDABYYY 在使用這種門(mén)電路時(shí)必需外接一個(gè)上拉電阻在使用這種門(mén)電路時(shí)必需外接一個(gè)上拉電阻RP，其值應(yīng)遠(yuǎn)小于其值應(yīng)遠(yuǎn)小于T1或或T2的截止電阻的截止電阻ROFF，而又遠(yuǎn)大于，而又遠(yuǎn)大于T1和和T2的導(dǎo)通電阻的導(dǎo)通電阻RON，以保證輸出的高低電平分，以保證輸出的高低電平分別為別為VOH=VDD、VOL=0。2222RP 阻值的計(jì)算方法阻值的計(jì)算方法 當(dāng)輸出為高電平當(dāng)輸出為高電平VOH ，所有所有OD門(mén)輸出端的門(mén)輸出端的MOS管全處于截止?fàn)顟B(tài)。

10、管全處于截止?fàn)顟B(tài)。 為保證輸出為高電平，為保證輸出為高電平，RP上的壓降不能太大，即上的壓降不能太大，即RP 阻阻值不能太大。值不能太大。OHpLOHDDVRInIV|(max)|)|/()(pLOHOHDDpRInIVVR2323 當(dāng)輸出為低電平當(dāng)輸出為低電平VOL時(shí)，只要有一個(gè)時(shí)，只要有一個(gè)OD門(mén)輸門(mén)輸出管導(dǎo)通時(shí)出管導(dǎo)通時(shí) ，負(fù)載電流，負(fù)載電流IL和流過(guò)和流過(guò) RP 的電流全部的電流全部流過(guò)這個(gè)流過(guò)這個(gè)MOS管。管。 為保證輸出為低電平，為保證輸出為低電平，IL不不能太大，即能太大，即RP 阻值不能太小。阻值不能太小。(max)/ )(OLpOLDDLIRVVI(min)(max)/()(

11、pLOLOLDDpRIIVVR2424例例計(jì)算電路中計(jì)算電路中OD門(mén)上拉電阻門(mén)上拉電阻RP 的取值范圍。的取值范圍。 已知已知VDD=5V，OD門(mén)門(mén)G1G3輸出端輸出端MOS管截止時(shí)漏電流管截止時(shí)漏電流IOH=5uA，導(dǎo)通時(shí)允許輸入最大負(fù)載電流，導(dǎo)通時(shí)允許輸入最大負(fù)載電流 IOL(max) =4mA。負(fù)載。負(fù)載G4G7是四個(gè)反相器，它們的高電平輸入電流是四個(gè)反相器，它們的高電平輸入電流IIH=1uA,低電平低電平輸入電流輸入電流IIL=-1uA,(從輸出端流出）。要求輸出高、低電平滿(mǎn)足從輸出端流出）。要求輸出高、低電平滿(mǎn)足VOH4.4V，VOL0.2V。解解|)|/()(max)LOHOHDD

12、PInIVVR661041053/()4 . 45(k1 .36)/()(max)0(min)LLOLDDPIIVVR)104104/()2 . 05(63k2 . 1RP的取值范圍為的取值范圍為1.2k 36.1k。2525利用漏極開(kāi)路輸出門(mén)接成總線結(jié)構(gòu)利用漏極開(kāi)路輸出門(mén)接成總線結(jié)構(gòu) 將三個(gè)漏極開(kāi)路的與非門(mén)接到同一條總線上。只要將三個(gè)漏極開(kāi)路的與非門(mén)接到同一條總線上。只要任何時(shí)候任何時(shí)候C C1 1、C2C2、C C3 3，當(dāng)中只有一個(gè)為，當(dāng)中只有一個(gè)為1 1，就可以在同，就可以在同一條總線上分時(shí)傳送一條總線上分時(shí)傳送A A1 1、A A2 2、A A3 3信號(hào)。信號(hào)。漏極開(kāi)路的輸出門(mén)換可以

13、很方便的實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)移。漏極開(kāi)路的輸出門(mén)換可以很方便的實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)移。2626普通的普通的CMOS門(mén)電路絕對(duì)不允許門(mén)電路絕對(duì)不允許”線與線與”連接。連接。 如圖所示，當(dāng)如圖所示，當(dāng)V VILIL輸入為輸入為0 0，V VIHIH輸入輸入為為1 1時(shí)時(shí) ，則，則T T3 3、T T4 4、T T5 5、T T6 6將導(dǎo)通，此將導(dǎo)通，此時(shí)，負(fù)載電流時(shí)，負(fù)載電流I IL L將將很大，門(mén)電路將被很大，門(mén)電路將被燒毀。燒毀。27273.2.4 CMOS3.2.4 CMOS電路的靜電防護(hù)和鎖定效應(yīng)電路的靜電防護(hù)和鎖定效應(yīng) 由于由于 MOSMOS管管 的的SiOSiO2 2層極?。s層極?。s4040100nm

14、100nm范范圍），所以當(dāng)柵極上積累一定數(shù)量的電荷后，將圍），所以當(dāng)柵極上積累一定數(shù)量的電荷后，將形成很強(qiáng)的電場(chǎng)將氧化層擊穿，造成器件損壞。形成很強(qiáng)的電場(chǎng)將氧化層擊穿，造成器件損壞。為此，為此，CMOSCMOS集成電路都設(shè)置了輸入保護(hù)電路。集成電路都設(shè)置了輸入保護(hù)電路。2828 當(dāng)當(dāng)CMOS電路的輸入或輸出端出現(xiàn)瞬時(shí)高壓（高于電源電路的輸入或輸出端出現(xiàn)瞬時(shí)高壓（高于電源電壓電壓VDD）時(shí)，有可能使電路進(jìn)入這樣一種狀態(tài)，）時(shí)，有可能使電路進(jìn)入這樣一種狀態(tài)， 即電源至即電源至公共端之間有很大的電流流過(guò)，使輸入端失去控制作用。公共端之間有很大的電流流過(guò)，使輸入端失去控制作用。 目前在高速目前在高速C

15、MOS集成電路中，通過(guò)改進(jìn)工藝盡量避集成電路中，通過(guò)改進(jìn)工藝盡量避免鎖定效應(yīng)，但還是不能全部避免。免鎖定效應(yīng)，但還是不能全部避免。鎖定效應(yīng)鎖定效應(yīng)29293.2.5 CMOS3.2.5 CMOS門(mén)電路電氣特性和參數(shù)門(mén)電路電氣特性和參數(shù)1. 直流電氣特性和參數(shù)直流電氣特性和參數(shù) 輸入高電平輸入高電平V VIH IH 和輸入低電平和輸入低電平V VILIL 在保證輸出電平在保證輸出電平基本不變的情況下，基本不變的情況下，允許輸入高、低電平允許輸入高、低電平有一定范圍變化。一有一定范圍變化。一般都給出輸入高電平般都給出輸入高電平的最小值的最小值V VIL(min)IL(min)和輸和輸入低電平的最大

16、值入低電平的最大值V VIH(max)IH(max)。3030 輸出高電平輸出高電平V VOH OH 和輸出低電平和輸出低電平V VOLOL V VOH OH 和和V VOLOL同樣也各有一個(gè)允許的數(shù)值范圍，同樣同樣也各有一個(gè)允許的數(shù)值范圍，同樣也給出輸出高電平的最小值也給出輸出高電平的最小值V VOH(min) 和輸出低電平和輸出低電平的最大值的最大值VOL(max) 。噪聲噪聲容限容限VNH和和VNL 將兩個(gè)門(mén)電路互相連接使用時(shí)，前一個(gè)門(mén)的輸出將兩個(gè)門(mén)電路互相連接使用時(shí)，前一個(gè)門(mén)的輸出即為下一個(gè)門(mén)的輸入，由于即為下一個(gè)門(mén)的輸入，由于G1輸出高、低電平有輸出高、低電平有一定的允許范圍，一定的

17、允許范圍，G2輸入高、低電平也有一定的輸入高、低電平也有一定的允許范圍，他們的差值即為噪聲容限。允許范圍，他們的差值即為噪聲容限。3131高電平噪聲容限高電平噪聲容限低電平噪聲容限低電平噪聲容限(min)(min)IHOHNHVVV(max)(max)OLILNLVVV如圖可求出：如圖可求出： VNH=4.4-3.5=0.9V VNL=1.5-0.33=1.17V3232 高電平輸入電流高電平輸入電流 和低電平輸入電流和低電平輸入電流V VOLOL 無(wú)論輸入電壓無(wú)論輸入電壓是高電平是高電平(V(VDDDD) )還還是低電（是低電（0V0V），），保護(hù)二極管都不保護(hù)二極管都不導(dǎo)通，因此輸入導(dǎo)通，

18、因此輸入電流很小，一般電流很小，一般都在都在1 1A A以下。以下。 當(dāng)輸入當(dāng)輸入ViVi高于高于V VDDDD+0.7V+0.7V或低于或低于-0.7V-0.7V時(shí)，二極管時(shí)，二極管將導(dǎo)通，電流會(huì)很大，為此，輸入端必需串接保護(hù)將導(dǎo)通，電流會(huì)很大，為此，輸入端必需串接保護(hù)電阻。電阻。 輸入端懸空狀態(tài)下，柵極上會(huì)造成電荷積累，使柵輸入端懸空狀態(tài)下，柵極上會(huì)造成電荷積累，使柵極擊穿，為此，多余的柵極應(yīng)正確處理。極擊穿，為此，多余的柵極應(yīng)正確處理。3333 高電平輸出電流高電平輸出電流 和低電平輸出電流和低電平輸出電流 空載時(shí)，空載時(shí)，CMOSCMOS門(mén)電路輸出的高電平接近于門(mén)電路輸出的高電平接近于

19、V VDDDD，輸出的低電平接近于輸出的低電平接近于0 0。當(dāng)帶負(fù)載時(shí)，情況如下：當(dāng)帶負(fù)載時(shí)，情況如下：輸出高電平時(shí)：輸出高電平時(shí)：輸出低電平時(shí)：輸出低電平時(shí)：(min)OHOHVV(min)OLOLVV34342. 開(kāi)關(guān)電氣特性和參數(shù)開(kāi)關(guān)電氣特性和參數(shù) 傳輸延遲時(shí)間傳輸延遲時(shí)間2PLHPHLpdttt平均傳輸時(shí)間平均傳輸時(shí)間3535 動(dòng)態(tài)功耗動(dòng)態(tài)功耗靜態(tài)功耗可以忽靜態(tài)功耗可以忽略不計(jì)。略不計(jì)。 當(dāng)當(dāng)V VO O由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，電源經(jīng)由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，電源經(jīng)T T2 2向向C CL L充電，充電，充電電流產(chǎn)生功率損耗。當(dāng)充電電流產(chǎn)生功率損耗。當(dāng)V VO O由高電平變?yōu)榈碗娖接筛唠娖阶?/p>

20、為低電平時(shí)，時(shí)，C CL L經(jīng)經(jīng)T T1 1放電，放電電流也產(chǎn)生功率損耗。放電，放電電流也產(chǎn)生功率損耗。T2T1由于由于C CL L充放電產(chǎn)生的功耗充放電產(chǎn)生的功耗P PL L可由下式計(jì)算：可由下式計(jì)算：fVCPDDLL2f 為為輸出電壓變化的頻率為為輸出電壓變化的頻率3636 電路在輸出電平轉(zhuǎn)換過(guò)程中，必定在一個(gè)短暫電路在輸出電平轉(zhuǎn)換過(guò)程中，必定在一個(gè)短暫的瞬時(shí)的瞬時(shí)T T1 1和和T T2 2同時(shí)導(dǎo)通，產(chǎn)生一個(gè)尖峰電流，于同時(shí)導(dǎo)通，產(chǎn)生一個(gè)尖峰電流，于是有一個(gè)瞬變功耗是有一個(gè)瞬變功耗P PT T。fVCPDDpdT2Cpd Cpd 稱(chēng)為功耗電容，手冊(cè)中查出。稱(chēng)為功耗電容，手冊(cè)中查出。 輸入

21、電容輸入電容 C1 輸入電容輸入電容C C1 1包括輸入級(jí)一對(duì)包括輸入級(jí)一對(duì)MOSMOS管的柵極電容以管的柵極電容以及輸入保護(hù)電路的接線電容。及輸入保護(hù)電路的接線電容。37第三章作業(yè)第三章作業(yè)第六次作業(yè)第六次作業(yè) 3.1 3.2 3.3 3.438383.3 3.3 雙極型半導(dǎo)體二極管和三極管的開(kāi)關(guān)特性雙極型半導(dǎo)體二極管和三極管的開(kāi)關(guān)特性 靜態(tài)特性靜態(tài)特性1. 外加正向電壓外加正向電壓( (正偏正偏) )二極管導(dǎo)通二極管導(dǎo)通( (相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合) )V D7 . 0V2. 外加反向電壓外加反向電壓( (反偏反偏) )V 5 . 0DV二極管截止二極管截止( (相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)相當(dāng)于

22、開(kāi)關(guān)斷開(kāi)) ) 0D I陰極陰極A陽(yáng)極陽(yáng)極KPN結(jié)結(jié)- -AK+ +DVDIP區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū)+- - - - -正向正向?qū)▍^(qū)導(dǎo)通區(qū)反向反向截止區(qū)截止區(qū)反向反向擊穿區(qū)擊穿區(qū)0.5 0.7/ /mADI/ /V0(BR)VDV3. 3. 1 3. 3. 1 半導(dǎo)體二極管的開(kāi)關(guān)特性半導(dǎo)體二極管的開(kāi)關(guān)特性3939vYvAvBR0D2D1+VCC+10V3. 3. 2 二極管與門(mén)和或門(mén)二極管與門(mén)和或門(mén)一、一、二極管與門(mén)二極管與門(mén)3V0V符號(hào)符號(hào):與門(mén)與門(mén)（AND gate)ABY&0 V0 VVD = 0.7 V0 V3 V3 V0 V3 V3 V真值表真值表A BY0 00 11 01 1000

23、1Y = AB電壓關(guān)系表電壓關(guān)系表vA/VvB/VvY/VD1 D20 00 33 03 3導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通0.7導(dǎo)通導(dǎo)通 截止截止0.7截止截止 導(dǎo)通導(dǎo)通0.7導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通3.74040二、二、二極管或門(mén)二極管或門(mén)vY/V3V0V符號(hào)符號(hào):或門(mén)或門(mén)（OR gate)ABY10 V0 VVD = 0.7 V0 V3 V3 V0 V3 V3 VvYvAvBROD2D1-VSS-10V真值表真值表A BY0 00 11 01 10111電壓關(guān)系表電壓關(guān)系表vA/VvB/VD1 D20 00 33 03 3導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通 0.7截止截止 導(dǎo)通導(dǎo)通2.3導(dǎo)通導(dǎo)通 截止截止2.3導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)

24、通導(dǎo)通2.3Y = A + BABY4141NPN3. 3. 3 半導(dǎo)體三極管的開(kāi)關(guān)特性半導(dǎo)體三極管的開(kāi)關(guān)特性發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)發(fā)射極發(fā)射極emitter基極基極base集電極集電極collectorbiBiCec1. 結(jié)構(gòu)、符號(hào)和輸入、輸出特性結(jié)構(gòu)、符號(hào)和輸入、輸出特性( (2) ) 符號(hào)符號(hào)NNP( (Transistor) )( (1) ) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) (以以NPN管為例）管為例）4242( (3) ) 輸入特性輸入特性CE)(BEBvvfi (4) 輸出特性輸出特性B)(CECivfi iC / mAvCE /V50 A40A30 A20 A10 AiB = 00 2 4 6 8

25、4321放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)飽飽和和區(qū)區(qū)0CEvV1CE u0vBE /ViB / A發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏放大放大i C= iB集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏飽和飽和 i C iB兩個(gè)結(jié)正偏兩個(gè)結(jié)正偏I(xiàn) CS= IBS臨界臨界截止截止iB 0, iC 0兩個(gè)結(jié)反偏兩個(gè)結(jié)反偏電流關(guān)系電流關(guān)系狀態(tài)狀態(tài) 條條 件件43432. 開(kāi)關(guān)應(yīng)用舉例開(kāi)關(guān)應(yīng)用舉例V 2 ) 1 (L IIVvV 3 )2(H IIVv發(fā)射結(jié)反偏發(fā)射結(jié)反偏 T 截止截止0 0CB iiV 12CCOVv發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏 T 導(dǎo)通導(dǎo)通+ RcRb+VCC (12V)+vo iBiCTvI3V-2V2 k 100 2.3 k 放大還是

26、放大還是飽和？飽和？4444bBEIBRvvicCESCCCSBSRVVIIBSB Ii 飽飽和和 T飽和導(dǎo)通條件：飽和導(dǎo)通條件：cCCBSB RVIi + RcRb+VCC +12V+vo iBiCTvI3V-2V2 k 100 2.3 k mA 1mA3 . 27 . 03 mA 06. 0mA210012 cCC RV V) 7 . 0(BEvV 3 . 0CESOVv因?yàn)橐驗(yàn)樗运?5453.4 TTL3.4 TTL門(mén)電路門(mén)電路3.4.1 TTL3.4.1 TTL反相器反相器1.1.電路結(jié)構(gòu)和工作原理電路結(jié)構(gòu)和工作原理電路組成：輸入級(jí)、倒相級(jí)、輸出級(jí)三部分組成。電路組成：輸入級(jí)、倒相

27、級(jí)、輸出級(jí)三部分組成。4646工作原理：工作原理： 輸入低電平輸入低電平VIL=0.2V0.2V0.9V3.6V截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止222DBERCCOHVvvVVVVOH6 . 37 . 07 . 05輸出高電平為：輸出高電平為：忽略忽略R2上的壓降，可得：上的壓降，可得：深飽和深飽和0.3V4747 輸入高電平輸入高電平VIH=3.6V輸出低電平為：輸出低電平為：VVOL2 . 0導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止倒置倒置3.6V0.2V2.1V1.4V0.7V1V)(iovfv 48TTL反相器的電壓傳輸特性反相器的電壓傳輸特性閾值電壓閾值電壓V VTHTH： 電壓傳輸特性轉(zhuǎn)折區(qū)中點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸

28、入電壓。電壓傳輸特性轉(zhuǎn)折區(qū)中點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸入電壓。大約為：大約為：VTH=1.4V。49492.2.輸入特性輸入特性 TTL TTL門(mén)電路與門(mén)電路與MOSMOS門(mén)電路不同，無(wú)論輸入高電平還門(mén)電路不同，無(wú)論輸入高電平還是低電平都需要輸入電流，而是低電平都需要輸入電流，而MOSMOS門(mén)則不需要輸入門(mén)則不需要輸入電流。如圖所示。電流。如圖所示。 輸入低電平輸入低電平輸入高電平輸入高電平5050 當(dāng)輸入端經(jīng)過(guò)接一電阻當(dāng)輸入端經(jīng)過(guò)接一電阻RP時(shí)，輸入電位將不等于時(shí)，輸入電位將不等于0，而，而是隨電阻是隨電阻RP的增大而升高。的增大而升高。ppBEcciRRRvVv11)( 當(dāng)當(dāng)Vi升高到升高到1.4V以后

29、，以后，T1的的bc結(jié)和結(jié)和T2、T4的的be結(jié)同結(jié)同時(shí)導(dǎo)通，輸入電壓時(shí)導(dǎo)通，輸入電壓Vi也不也不會(huì)再增高。由此可知當(dāng)會(huì)再增高。由此可知當(dāng)RP過(guò)大或輸入端懸空時(shí)，輸過(guò)大或輸入端懸空時(shí)，輸出必為低電平。出必為低電平。因此，輸入端接高電平和輸入因此，輸入端接高電平和輸入端懸空是等效的。端懸空是等效的。 對(duì)于對(duì)于CMOS電路中，輸入端接一電阻接地時(shí)，由于沒(méi)有電流電路中，輸入端接一電阻接地時(shí)，由于沒(méi)有電流流過(guò)，故輸入始終為零。流過(guò)，故輸入始終為零。51513.3.輸出特性輸出特性 輸出為高電平輸出為高電平時(shí)的等效電路時(shí)的等效電路此時(shí)，對(duì)于輸出驅(qū)動(dòng)門(mén)所帶此時(shí)，對(duì)于輸出驅(qū)動(dòng)門(mén)所帶的負(fù)載為拉電流負(fù)載。的負(fù)載

30、為拉電流負(fù)載。 輸出為低電平輸出為低電平時(shí)的等效電路時(shí)的等效電路此時(shí)，對(duì)于輸出驅(qū)動(dòng)門(mén)所帶此時(shí)，對(duì)于輸出驅(qū)動(dòng)門(mén)所帶的負(fù)載為灌電流負(fù)載。的負(fù)載為灌電流負(fù)載。52523.4.2 TTL3.4.2 TTL與非門(mén)、或非門(mén)、與或非門(mén)和異或門(mén)與非門(mén)、或非門(mén)、與或非門(mén)和異或門(mén)1.1.與非門(mén)與非門(mén)+5V)(ABY 53532.2.或非門(mén)或非門(mén))(BAY54543.3.與或非門(mén)與或非門(mén))(CDABY5555BAY 用真值表可求用真值表可求出輸出出輸出Y Y與輸入與輸入A A、B B 之間的邏之間的邏輯關(guān)系，例如：輯關(guān)系，例如：4.4.異或門(mén)異或門(mén)00飽和飽和飽和飽和飽和飽和0截止截止截止截止截止截止截止截止飽和飽

31、和飽和飽和 改變改變A A、B B變量變量的取值的取值 ，列出，列出真值表真值表 ，即可，即可求出輸出求出輸出Y Y與輸與輸入入A A、B B 之間的之間的邏輯關(guān)系。邏輯關(guān)系。56563.4.3 3.4.3 三態(tài)輸出和集電極開(kāi)路輸出的三態(tài)輸出和集電極開(kāi)路輸出的TTLTTL門(mén)電路門(mén)電路1.1.三態(tài)輸出的門(mén)電路三態(tài)輸出的門(mén)電路0截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通0截止截止11截止截止邏輯符號(hào)邏輯符號(hào) EN=1 Y=高阻態(tài)高阻態(tài)EN=0 Y=A截止截止057572.2.集電極開(kāi)路輸出的門(mén)電路集電極開(kāi)路輸出的門(mén)電路12邏輯符號(hào)邏輯符號(hào) 它與它與MOS門(mén)電路中的門(mén)電路中的 漏極開(kāi)路門(mén)電路相同，同漏極開(kāi)路門(mén)電路相同，同樣，

32、該電路可以實(shí)現(xiàn)樣，該電路可以實(shí)現(xiàn)“線與線與”的邏輯關(guān)系。的邏輯關(guān)系。5858 由于由于TTLTTL門(mén)電路的高電平輸入電流和低電平的輸入門(mén)電路的高電平輸入電流和低電平的輸入電流不等，故電流不等，故OCOC門(mén)的輸出帶有門(mén)的輸出帶有TTLTTL門(mén)作為負(fù)載時(shí)，其門(mén)作為負(fù)載時(shí)，其計(jì)算上拉電阻要復(fù)雜一些。計(jì)算上拉電阻要復(fù)雜一些。例例如圖電路，三個(gè)如圖電路，三個(gè)OCOC門(mén)接成門(mén)接成“線與線與”形式，驅(qū)形式，驅(qū)動(dòng)三個(gè)動(dòng)三個(gè)TTLTTL與非門(mén)電路。與非門(mén)電路。 已知已知OCOC門(mén)輸出端三極管截止時(shí)的漏電流門(mén)輸出端三極管截止時(shí)的漏電流I IOHOH=0.1mA=0.1mA，導(dǎo)通時(shí)允許流過(guò)的最大電流導(dǎo)通時(shí)允許流過(guò)的最大電流I IOL(ma