相位鑒頻器電路設(shè)計(jì)與仿真

1、高頻電子線路論文課題：相位鑒頻器電路設(shè)計(jì)與仿真專業(yè)：電子信息工程 班級(jí)：電信14-1BF姓名：賀紅運(yùn) 學(xué)號(hào)日期：2016-06-12摘 要本文介紹作品采用Multisim14對(duì)四輸入或非門電路進(jìn)行繪制電路圖及仿真工作以及Altium Designer進(jìn)行繪制電路圖制作PCB 板。主要介紹了四輸入或非門電路的制作原理以及Multisim14和Altium Designer的一些基本的操作和用法。例如，原理圖sch的繪制，當(dāng)然其中也包括元件的制作；印刷電路板PCB的制作；對(duì)電路原理圖進(jìn)行仿真。電路分塊清晰，PCB板美觀、模塊清晰。經(jīng)仿真電路原理正確。達(dá)到任務(wù)要求。運(yùn)用PR

2、OTEL軟件繪制最小系統(tǒng)原理圖及部分外圍擴(kuò)展，在使用該軟件當(dāng)中，學(xué)會(huì)創(chuàng)建設(shè)計(jì)文檔管理庫，加載元件庫，繪制電路圖，放置電源部件，修改元件參數(shù)，生成網(wǎng)絡(luò)表文件，同時(shí)還要將自己設(shè)計(jì)的電路原理圖生成PCB電路板圖等方法。在此基礎(chǔ)之上將自己設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真，并對(duì)其波形及數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：Multisim，Altium Designer，或非門，PCBAbstractThis paper introduces the Multisim14 works to four input or circuit diagram and draw nor simulation work and draw a ci

3、rcuit diagram Altium Designer making PCB. Mainly introduced the four input or making principle and the longest-serving outfield circuit Multisim14, Altium Designer and some of the basic operation and usage. For example, drawing the principle diagram SCH, of course, including making of component; Pri

4、nted circuit board PCB production; The circuit principle diagram of simulation. Circuit block is clear, the PCB is beautiful, module is clear. The simulation circuit principle correct. Task to requirements.Use of PROTEL software rendering minimum system diagram and part of the peripheral expansion,

5、in the use of the software, learn to create design of document management library, loading element database, draw a circuit diagram, placed the power components, modify, generating network device parameters, and also list document will of their own design of the circuit principle diagram generation

6、PCB chart method. On the basis of their own design will circuit simulation, and the waveform and data analysis.Key words: Multisim, Altium Designer, or not gate, PCB目錄1 緒論12 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求22.1 設(shè)計(jì)目的及主要任務(wù)22.1.1 設(shè)計(jì)目的22.1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求22.2 設(shè)計(jì)思想23 晶體管簡介33.1 三極管簡介33.2 三極管工作原理43.3 二極管簡介64 電路設(shè)計(jì)原理84.1 設(shè)計(jì)原理圖84.2 基本放大電路的

7、原理及特點(diǎn)84.2.1 基本放大電路的原理84.2.2 三極管放大電路特點(diǎn)94.3 發(fā)射極耦合電路94.3.1 ECL門電路94.3.2 ECL門電路工作原理104.3.3 ECL門電路的主要特點(diǎn)114.4 ECL門電路的實(shí)用125 軟件仿真與硬件調(diào)試135.1 multisim10仿真135.1.1 仿真圖示135.1.2 仿真結(jié)果145.2 Protel繪制PCB版圖165.3 硬件調(diào)試186 設(shè)計(jì)總結(jié)197 參考文獻(xiàn)201 緒論晶體管（transistor）是一種固體半導(dǎo)體器件，可以用于檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制和許多其它功能。晶體管作為一種可變開關(guān)，基于輸入的電壓，控制流出

8、的電流，因此晶體管可做為電流的開關(guān)，和一般機(jī)械開關(guān)（如Relay、switch）不同處在于晶體管是利用電訊號(hào)來控制，而且開關(guān)速度可以非常之快，在實(shí)驗(yàn)室中的切換速度可達(dá)100GHz以上。嚴(yán)格意義上講，晶體管泛指一切以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的單一元件，包括各種半導(dǎo)體材料制成的二極管、三極管、場效應(yīng)管、可控硅等，不過從國內(nèi)的習(xí)慣上講，晶體管有時(shí)多指晶體三極管，中國脫離電子管的時(shí)代不長，在1970S后至1980S早期，當(dāng)時(shí)習(xí)慣以晶體管特指晶體三極管，語境的歧義就是那時(shí)留下的或非就是或的非的意思,也就是對(duì)或取反.或非的功能是將或功能的結(jié)果取反而得到的.所以如果或邏輯輸出為1,或非邏輯則變?yōu)?,或邏輯輸出為0,

9、或非邏輯則變?yōu)?.這樣就得到了或非門.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求2.1 設(shè)計(jì)目的及主要任務(wù)2.1.1 設(shè)計(jì)目的提高電子電路的理論知識(shí)及較強(qiáng)的實(shí)踐能力；對(duì)電路器件的選型及電路形式的選擇有一定的了解；學(xué)習(xí)晶體管電路的基本設(shè)計(jì)能力及基本調(diào)試能力；能夠正確使用實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行電路的調(diào)試與檢測；使用適當(dāng)?shù)能浖M(jìn)行仿真和制作PCB板圖。2.1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求根據(jù)已知條件，完成通過基于晶體管的聲控?zé)舻脑O(shè)計(jì)、連接與仿真。須符合以下要求：1.采用晶體管設(shè)計(jì)電路完成一個(gè)簡易聲控?zé)舻脑O(shè)計(jì)；2.利用仿真軟件Pspice或Multisim仿真電路，并學(xué)習(xí)PROTEL軟件，并用其繪制電路的原理圖和PCB圖，要求圖紙繪制清晰，布線

10、合理，符合繪圖規(guī)范；3.完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告（應(yīng)包含電路圖，清單、調(diào)試及設(shè)計(jì)總結(jié)）。2.2 設(shè)計(jì)思想本次設(shè)計(jì)要求完成基于晶體管的或非門電路的設(shè)計(jì)、連接與仿真。而整個(gè)設(shè)計(jì)的核心部分就在采用了三極管等分立元件,通過電路中三極管發(fā)射極耦合實(shí)現(xiàn)或非門電路。的隨后運(yùn)用Multisim14中的仿真功能對(duì)其予以仿真，從仿真的結(jié)果中分析程序的正確性。然后運(yùn)用Altium Designer畫出電路圖待所有模塊的功能正確之后，然后制作相應(yīng)的PCB板。最后照著原理圖進(jìn)行整機(jī)電路的連接。3 晶體管簡介3.1 三極管簡介三極管的基本結(jié)構(gòu)是兩個(gè)反向連結(jié)的PN接面，如圖3.1所示，可有PNP和NPN 兩種組合。三個(gè)接出來的端點(diǎn)

11、依序稱為發(fā)射極（emitter, E）、基極（base, B）和集電極（collector, C），名稱來源和它們?cè)谌龢O管操作時(shí)的功能有關(guān)。圖3.1中也顯示出 NPN與PNP三極管的電路符號(hào)，發(fā)射極特別被標(biāo)出，箭號(hào)所指的極為N型半導(dǎo)體， 和二極體的符號(hào)一致。在沒接外加偏壓時(shí)，兩個(gè)PN接面都會(huì)形成耗盡區(qū)，將中性的P型區(qū)和N型區(qū)隔開。 圖3.1 三極管基本結(jié)構(gòu)三極管的電特性和兩個(gè)PN接面的偏壓有關(guān)，工作區(qū)間也依偏壓方式來分類，這里 我們先討論最常用的所謂”正向活性區(qū)”(forward active)，在此區(qū)EB極間的PN接 面維持在正向偏壓，而BC極間的PN接面則在反向偏壓，通常用作放大器的三極管

12、 都以此方式偏壓。圖3.1(a)為一PNP三極管在此偏壓區(qū)的示意圖。 EB接面的空乏 區(qū)由于在正向偏壓會(huì)變窄，載體看到的位障變小，射極的電洞會(huì)注入到基極，基極的電子也會(huì)注入到射極；而BC接面的耗盡區(qū)則會(huì)變寬，載體看到的位障變大， 故本身是不導(dǎo)通的。圖3.1(b)畫的是沒外加偏壓，和偏壓在正向活性區(qū)兩種情形下，電洞和電子的電位能的分布圖。 三極管和兩個(gè)反向相接的PN二極管有什么差別呢？其間最大的不同部分就在 于三極管的兩個(gè)接面相當(dāng)接近。以上述之偏壓在正向活性區(qū)之PNP三極管為例， 射極的電洞注入基極的N型中性區(qū)，馬上被多數(shù)載體電子包圍遮蔽，然后朝集電極 方向擴(kuò)散，同時(shí)也被電子復(fù)合。當(dāng)沒有被復(fù)合的

13、電洞到達(dá)BC接面的耗盡區(qū)時(shí),會(huì)被此區(qū)內(nèi)的電場加速掃入集電極，電洞在集電極中為多數(shù)載體，很快藉由漂移電流 到達(dá)連結(jié)外部的歐姆接點(diǎn)，形成集電極電流IC。 IC的大小和BC間反向偏壓的大小 關(guān)系不大?；鶚O外部僅需提供與注入電洞復(fù)合部分的電子流IBrec，與由基極注入 射極的電子流InBE（這部分是三極管作用不需要的部分）。 InB E在射極與與電 洞復(fù)合，即InB E=IErec。射極注入基極的電洞流大小是由EB接面間的正向偏壓大小來控制，和二極體的情形類似，在啟動(dòng)電壓附近，微小的偏壓變化，即可造成很大的注入電流變化。更精確的說，三極管是利用VEB（或VBE）的變化來控制IC，而且提供之IB遠(yuǎn)比IC

14、小。NPN三極管的操作原理和PNP三極管是一樣的，只是偏壓方向，電流方 向均相反，電子和電洞的角色互易。PNP三極管是利用VEB控制由射極經(jīng)基極,入射到集電極的電洞，而NPN三極管則是利用VBE控制由射極經(jīng)基極、入射到集電極的電子。三極管在數(shù)字電路中的用途其實(shí)就是開關(guān)，利用電信號(hào)使三極管在正向活性區(qū)（或飽和區(qū)）與截止區(qū)間切換，就開關(guān)而言，對(duì)應(yīng)開與關(guān)的狀態(tài)，就數(shù)字電路而言則代表0與1（或1與0）兩個(gè)二進(jìn)位數(shù)字。若三極管一直維持偏壓在正向活性區(qū)，在射極與基極間微小的電信號(hào)（可以是電壓或電流）變化，會(huì)造成射極與集電極間電流相對(duì)上很大的變化，故可用作信號(hào)放大器。3.2 三極管工作原理晶體三極管（以下簡

15、稱三極管）按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)形式，但使用最多的是硅NPN和鍺PNP兩種三極管，（其中，N表示在高純度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在電壓刺激下產(chǎn)生自由電子導(dǎo)電，而p是加入硼取代硅，產(chǎn)生大量空穴利于導(dǎo)電）。兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。 對(duì)于NPN管，它是由2塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體所組成，發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié),而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結(jié)稱為集電結(jié),三條引線分別稱為發(fā)射極e、基極b和集電極c。 當(dāng)b點(diǎn)電位高于e點(diǎn)電位零點(diǎn)幾伏時(shí)，發(fā)射結(jié)處于正偏狀態(tài)，而C點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位幾

16、伏時(shí)，集電結(jié)處于反偏狀態(tài)，集電極電源Ec要高于基極電源Ebo。 在制造三極管時(shí)，有意識(shí)地使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子濃度大于基區(qū)的，同時(shí)基區(qū)做得很薄，而且，要嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量，這樣，一旦接通電源后，由于發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（電子）及基區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）很容易地越過發(fā)射結(jié)互相向?qū)Ψ綌U(kuò)散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過發(fā)射結(jié)的電流基本上是電子流，這股電子流稱為發(fā)射極電流了。 由于基區(qū)很薄,加上集電結(jié)的反偏，注入基區(qū)的電子大部分越過集電結(jié)進(jìn)入集電區(qū)而形成集電集電流Ic，只剩下很少（1-10%）的電子在基區(qū)的空穴進(jìn)行復(fù)合，被復(fù)合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補(bǔ)給，從而形成了基極電流Ibo.根

17、據(jù)電流連續(xù)性原理得： Ie=Ib+Ic 這就是說，在基極補(bǔ)充一個(gè)很小的Ib，就可以在集電極上得到一個(gè)較大的Ic，這就是所謂電流放大作用，Ic與Ib是維持一定的比例關(guān)系，即： 1=Ic/Ib 式中：1-稱為直流放大倍數(shù)， 集電極電流的變化量Ic與基極電流的變化量Ib之比為： = Ic/Ib 式中-稱為交流電流放大倍數(shù)，由于低頻時(shí)1和的數(shù)值相差不大，所以有時(shí)為了方便起見，對(duì)兩者不作嚴(yán)格區(qū)分，值約為幾十至一百多。 三極管是一種電流放大器件，但在實(shí)際使用中常常利用三極管的電流放大作用，通過電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷悍糯笞饔谩?三極管放大時(shí)管子內(nèi)部的工作原理 1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子 電源Ub經(jīng)過電阻Rb加在發(fā)射結(jié)

18、上，發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子(自由電子）不斷地越過發(fā)射結(jié)進(jìn)入基區(qū)，形成發(fā)射極電流Ie。同時(shí)基區(qū)多數(shù)載流子也向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散，但由于多數(shù)載流子濃度遠(yuǎn)低于發(fā)射區(qū)載流子濃度，可以不考慮這個(gè)電流，因此可以認(rèn)為發(fā)射結(jié)主要是電子流。 2、基區(qū)中電子的擴(kuò)散與復(fù)合 電子進(jìn)入基區(qū)后，先在靠近發(fā)射結(jié)的附近密集，漸漸形成電子濃度差，在濃度差的作用下，促使電子流在基區(qū)中向集電結(jié)擴(kuò)散，被集電結(jié)電場拉入集電區(qū)形成集電極電流Ic。也有很小一部分電子（因?yàn)榛鶇^(qū)很?。┡c基區(qū)的空穴復(fù)合，擴(kuò)散的電子流與復(fù)合電子流之比例決定了三極管的放大能力。 3、集電區(qū)收集電子 由于集電結(jié)外加反向電壓很大，這個(gè)反向電壓產(chǎn)生的電場力將阻止集電區(qū)電

19、子向基區(qū)擴(kuò)散，同時(shí)將擴(kuò)散到集電結(jié)附近的電子拉入集電區(qū)從而形成集電極主電流Icn。另外集電區(qū)的少數(shù)載流子（空穴）也會(huì)產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)，流向基區(qū)形成反向飽和電流，用Icbo來表示，其數(shù)值很小，但對(duì)溫度卻異常敏感。3.3 二極管簡介二極管又稱晶體二極管,簡稱二極管(diode);它只往一個(gè)方向傳送電流的電子零件。它是一種具有1個(gè)零件號(hào)接合的2個(gè)端子的器件，具有按照外加電壓的方向，使電流流動(dòng)或不流動(dòng)的性質(zhì)。晶體二極管為一個(gè)由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體形成的P-N結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于P-N 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電

20、平衡狀態(tài)。與PN結(jié)一樣，二極管具有單向?qū)щ娦?。硅二極管典型伏安特性曲線如圖3.2所示。在二極管加有正向電壓，當(dāng)電壓值較小時(shí)，電流極??；當(dāng)電壓超過0.6V時(shí)，電流開始按指數(shù)規(guī)律增大，通常稱此為二極管的開啟電壓；當(dāng)電壓達(dá)到約0.7V時(shí)，二極管處于完全導(dǎo)通狀態(tài)，通常稱此電壓為二極管的導(dǎo)通電壓，用符號(hào)UD表示。 圖3.2 硅二極管典型伏安特性曲線在二極管加有反向電壓，當(dāng)電壓值較小時(shí)，電流極小，其電流值為反向飽和電流IS。當(dāng)反向電壓超過某個(gè)值時(shí)，電流開始急劇增大，稱之為反向擊穿，稱此電壓為二極管的反向擊穿電壓，用符號(hào)UBR表示。不同型號(hào)的二極管的擊穿電壓UBR值差別很大，從幾十伏到幾千伏。當(dāng)外界有正向電

21、壓偏置時(shí)，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場和自建電場進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流I0。當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，P-N結(jié)空間電荷層中的電場強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。P-N結(jié)的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。4 電路設(shè)計(jì)原理4.1 設(shè)計(jì)原理圖圖4.1 四輸入或非門原理圖4.2 基本放大電路的原理及特點(diǎn)4.2.1 基本放大電路的原理基本放大電路的組成要素有哪些？如圖4.2所示，第一，要有放大器件，放

22、大電路的“心臟”是三極管，他是實(shí)現(xiàn)放大的核心部件；第二，要有合適的外偏置，為保證放大不失真，三極管需要合適的直流偏置，發(fā)射結(jié)正偏，集電極反偏，保證三極管工作在放大狀態(tài)，保證三極管的安全工作的偏置，在發(fā)射結(jié)回路有合適的偏置電阻，不加偏置電阻三極管將燒壞；第三，要有電流轉(zhuǎn)化電壓電路，由于三極管是一個(gè)電流控制器件，三極管輸出控制量是電流，為了將電流轉(zhuǎn)化成輸出電壓，添加集電極電阻Rc；第四，要保證交流信號(hào)能順暢的輸入輸出回路；第五，要有直流電源Vcc，為放大電路提供工作電源，給三極管放大信號(hào)提供能量。圖4.2 基本放大電路如圖4.2所示為共射基本放大電路，在該電路中，輸入信號(hào)加在基極和發(fā)射極之間，耦合

23、電容器C1和C2視為對(duì)交流信號(hào)短路。輸出信號(hào)從集電極對(duì)地取出，經(jīng)耦合電容C2將直流量隔除，僅將交流信號(hào)加到負(fù)載電阻RL之上。4.2.2 三極管放大電路特點(diǎn)綜上所述三極管放大電路具有以下兩個(gè)顯著特點(diǎn)：交直流共存。直流偏置是使放大電路有合適的工作狀態(tài)，是保證其不失真放大的基礎(chǔ)或前提條件；而交流分量則是放大的對(duì)象和放大的結(jié)果。在分析放大電路時(shí)，應(yīng)先分析其靜態(tài)工作情況，然后再分析其動(dòng)態(tài)工作情況。非線性電路和近似分析方法。由于放大電路使用的三極管是非線性元件，從而使電路成為非線性電路；由于三極管的特性方程屬于超越方程，在分析計(jì)算時(shí)它可通過與回路方程聯(lián)立求解，得到其精確的靜態(tài)工作點(diǎn)和動(dòng)態(tài)工作參數(shù)；但由于元

24、器件參數(shù)的分散性，精確求解比較麻煩且沒有必要，所以在工程應(yīng)用中，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析常采用近似分析方法，尋求其近似解。如靜態(tài)分析常用估算法和圖解法，動(dòng)態(tài)分析常采用圖解法和小信號(hào)模型分析法。4.3 發(fā)射極耦合電路4.3.1 ECL門電路邏輯門電路是數(shù)字電路中最基本的邏輯元件，邏輯門可以組合使用實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的邏輯運(yùn)算。常見的邏輯門有TTL邏輯門電路、COMS邏輯門電路和TTl邏輯門電路。ECL(Emitter Coupled Logic)即發(fā)射極耦合邏輯電路，也稱電流開關(guān)型邏輯電路。它以多個(gè)晶體管的發(fā)射極相互耦合加上射極跟隨器組成的電路,簡稱ECL電路。其基本單元電路由提供“或”、“或非”邏輯功能的電流

25、開關(guān)和完成電平位移與級(jí)聯(lián)的射極跟隨器兩部分組成。邏輯功能的靈活性。使用ECL電路的互補(bǔ)輸入輸出,同相集電極的“點(diǎn)與”,跟隨器輸出的“線或”，以及多層邏輯門的“串聯(lián)與”等，可以擴(kuò)充電路的邏輯功能，節(jié)省電路功耗和元件數(shù)，為電路的邏輯設(shè)計(jì)和邏輯運(yùn)用帶來靈活性和方便性。ECL 電路的缺點(diǎn)是電路功耗大、電平閾值電壓隨溫度而漂移等。4.3.2 ECL門電路工作原理ECL門的基本電路如圖4.1所示，硅晶體管T1、T2、T3、T4、T5組成發(fā)射極耦合電路，T6基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生多電路，T7、T8組成輸出電路。電路的基本工作原理為，當(dāng)電路輸入端全為低電平輸入（規(guī)定為-1.7V左右）時(shí)，T1T4全部截止，可以計(jì)算出電路

26、的輸出端電壓為，由于VBE1VBE4=ViL-VE5=-1.75+1.985=0.285V，保證T1T4截止，所以或非門輸出端的輸出電壓低于-0.7V。當(dāng)輸入中有一個(gè)是高電平（規(guī)定為-0.9V左右）時(shí)，如T4的輸入為高電平，T1T3輸入低電平，根據(jù)電路給定的參數(shù)可以計(jì)算出電路的輸出電壓為（1） T4輸入高電平，T4導(dǎo)通，。（2） 流經(jīng)T5管發(fā)射極外接電阻的電流為。（3） 臨界飽和狀態(tài)時(shí)T4集電極電位為，則T4管集電極外接電阻的臨界飽和電流為，這一臨界飽和電流大于高電平輸入情況下，以及基準(zhǔn)電壓作用下T5發(fā)射極外接電阻流過的最大電流，所以輸出T4進(jìn)不了飽和，T5處于截止?fàn)顟B(tài)，忽略IB8的影響，可以

27、得到,電路的輸出電壓，即發(fā)射極輸出電壓為-0.7V以下。（4） 或非輸出端的輸出電壓，即就是發(fā)射極輸出電壓為。當(dāng)全部輸入端輸入高電平時(shí)，由于的電位被三極管輸入端的導(dǎo)通電壓“鉗位”而保持恒定，所以輸出電壓與一端輸入高電平情況一樣?？梢?，電路的空載輸出高電平為-0.7V，有負(fù)載連接時(shí)，應(yīng)考慮基極電流的影響，輸出高電平約等于-0.9V；低電平輸出電位約為-1.71V，所以電路的高電平與低電平的電壓偏差不大（約為1V），這些有利于工作速度的提高。這主要是因?yàn)榧姌O外接電阻阻值較小所致，也是ECL門的特點(diǎn)之一。圖4.1所示電路的邏輯功能有兩種情況，從發(fā)射極輸出的為或非門電路，從發(fā)射極輸出的為或非門電路。

28、4.3.3 ECL門電路的主要特點(diǎn)（1）速度快。ECL 門電路工作速度快的主要原因：開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)工作在非飽和狀態(tài)，消除了存儲(chǔ)電荷的影響；邏輯擺幅小，僅為 0.8V。同時(shí)集電極負(fù)載電阻也很小，因而縮短了寄生電容的充放電時(shí)間。（2）帶負(fù)載能力強(qiáng)。由于 ECL 門電路的射極耦合電阻較集電極電阻大得多，因而輸入阻抗高；輸出電路是工作在放大狀態(tài)的射極跟隨器，其輸出阻抗很低，因而 ECL 門電路帶負(fù)載能力強(qiáng)。（3）邏輯功能強(qiáng)。ECL 門電路具有互補(bǔ)輸出的特點(diǎn)，它能同時(shí)實(shí)現(xiàn)或/或非功能，因而使用靈活。（4）功耗大。ECL 門電路的功耗包括電流開關(guān)、參考電源和射極跟隨器輸出三部分，因此功耗較大。（5）抗干擾能

29、力差。因?yàn)?ECL 門電路的邏輯擺幅小，噪聲容限低（約 0.3V），所以抗干擾能力較低。ECL 門電路屬于雙極型數(shù)字集成電路。TTL 門電路中，三極管工作于飽和、截止?fàn)顟B(tài)。三極管導(dǎo)通時(shí)工作在飽和狀態(tài)，管內(nèi)的存儲(chǔ)電荷限制了電路的工作速度，盡管采取了一系列改進(jìn)措施，但都不是提高工作速度的根本辦法。ECL 門電路就是為了滿足更高的速度要求而發(fā)展起來的一種高速邏輯電路。它采用了高速電流開關(guān)型電路，內(nèi)部三極管工作在放大區(qū)或截止區(qū)，這就從根本上克服了因飽和而產(chǎn)生的存儲(chǔ)電荷對(duì)速度的影響。ECL門電路的平均傳輸延遲時(shí)間可達(dá)2ns以下，是目前各類數(shù)字集成電路中速度最快的電路。它廣泛用于高速大型電子計(jì)算機(jī)、數(shù)字通

30、信系統(tǒng)和高精度測試設(shè)備等方面。4.4 ECL門電路的實(shí)用ECL電路主要用于構(gòu)成超高速集成電路，如高速、大型、巨型計(jì)算機(jī)等。電路中,晶體管工作于非飽和區(qū)，Tb在共基極組態(tài)下工作。電路差動(dòng)式結(jié)構(gòu)的加速作用，使共發(fā)射極的輸入管實(shí)際工作在準(zhǔn)共基極狀態(tài)下。小的邏輯幅度等條件保證了電路的高速度。電流開關(guān)在60年代即已用于計(jì)算機(jī)，使計(jì)算機(jī)的性能大大提高。發(fā)射極耦合邏輯是建立在一個(gè)多輸入差分放大器來放大并結(jié)合數(shù)字信號(hào)，并發(fā)射追隨者調(diào)節(jié)直流電壓等級(jí)為基礎(chǔ)。因此，晶體管的柵極在沒有進(jìn)入過飽和度，也沒有得到過完全關(guān)閉。晶體管留在他們的積極經(jīng)營區(qū)域完全在任何時(shí)候。作為一個(gè)結(jié)果，沒有一個(gè)晶體管的電荷存儲(chǔ)時(shí)間抗衡，并能更

31、迅速地改變狀態(tài)。因此，這種邏輯門的主要優(yōu)點(diǎn)是非常高的速度。在此類型的電路中，電壓這一變化很小，并且為V取決于上的BE時(shí)，涉及他們的晶體管。更重要的電路的工作是通過各種晶體管的電流流動(dòng)量的，而不是涉及的精確電壓。因此，發(fā)射極耦合邏輯也被稱為電流模式邏輯（CML）。這是不是唯一的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)以任何方式慢性粒細(xì)胞白血病，但它確實(shí)說明，一般到秋天。在任何情況下，這導(dǎo)致我們對(duì)這一門式的主要缺點(diǎn)：它描繪了一個(gè)從電源電流很大，因此往往浪費(fèi)了大量的熱量。為了減少這種問題，例如頻率計(jì)數(shù)器使用某些設(shè)備在十年的ECL電路輸入端的柜臺(tái)，由TTL或高速CMOS計(jì)數(shù)器其次為后來的數(shù)字位置。這使得快速，昂貴的IC在那里是絕對(duì)

32、必要的，并允許我們使用更便宜的地點(diǎn)集成電路其中信號(hào)不會(huì)在那么高的頻率。5 軟件仿真與硬件調(diào)試5.1 multisim14仿真5.1.1 仿真圖示打開multisim14，文件-新建-原理圖，在按照?qǐng)D5.1所示連接電路圖。將T1T4輸入端分別連接到電源上。通過控制所接到的電源的幅值，來控制輸入端的高低電平。-0.9左右為高電平，-1.7左右為低電平。圖5.1 仿真原理圖5.1.2 仿真結(jié)果將T1T4輸入低電平，即為-1.7V左右時(shí)，測試兩個(gè)輸出端口的電壓值圖5.1 輸入全為低電平時(shí)或端口輸出圖5.2 輸入全為低電平時(shí)或非端口輸出將T1T4輸入高電平，即為-1.7V左右時(shí)，測試兩個(gè)輸出端口的電壓值圖5.3 輸入全為高電平時(shí)或端口輸出圖5.4 輸入全為高電平時(shí)或非端口輸出T1T4輸入中有一個(gè)高電平時(shí)，測試輛輸出端口電壓值圖5.5 輸入中有一個(gè)高電平時(shí)或端口輸出圖5.6 輸入中有一個(gè)高電平時(shí)或非端口輸出通過對(duì)比理論計(jì)算所得的值與仿真所測得的實(shí)際值可以看出所設(shè)計(jì)的電路功能基本達(dá)到了預(yù)期要求。5.2 Altium Designer繪制PCB版圖打開Altium Designer，新建一個(gè)設(shè)計(jì)，輸入名稱*.ddb，然后點(diǎn)擊文件，新建一個(gè)Schematic Document文件，然后利用畫圖元件按照?qǐng)D4.1連接，連接完成，如圖5.7所示。然后分別填寫各個(gè)元件的封裝號(hào)。圖5.7 prot