《數(shù)字電路課件》--第二章門電路

1、第二章第二章 門電路門電路n概述概述n分立元件門電路分立元件門電路nTTLTTL門電路門電路nMOSMOS門電路門電路nTTLTTL門電路與門電路與CMOSCMOS門電路門電路n小結(jié)小結(jié)2.1 概述n門電路門電路實(shí)現(xiàn)基本邏輯關(guān)系的電子電路實(shí)現(xiàn)基本邏輯關(guān)系的電子電路n主要構(gòu)成主要構(gòu)成 n邏輯門電路的性能和特點(diǎn)邏輯門電路的性能和特點(diǎn)邏輯特性、電氣特性邏輯特性、電氣特性n本章討論：本章討論：內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、外部特性內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、外部特性雙極性邏輯門電路雙極性邏輯門電路DTLDTL二極管、三極管邏輯門電路二極管、三極管邏輯門電路TTLTTL晶體管、晶體管邏輯門電路晶體管、晶體管邏輯門電路EC

2、LECL發(fā)射極耦合邏輯門電路發(fā)射極耦合邏輯門電路HTLHTL高閾值邏輯門電路高閾值邏輯門電路I I2 2L L高集成度邏輯門電路高集成度邏輯門電路單極性邏輯門電路單極性邏輯門電路（場(chǎng)效應(yīng)管）（場(chǎng)效應(yīng)管）NMOSNMOSPMOSPMOSCMOSCMOS互補(bǔ)對(duì)稱型互補(bǔ)對(duì)稱型返回2.2 分立元件門電路n分立元件的開關(guān)特性：分立元件的開關(guān)特性：理想開關(guān)特性理想開關(guān)特性: : 開關(guān)開關(guān)K K斷開時(shí)，開關(guān)兩端的電壓為外部電壓，斷開時(shí)，開關(guān)兩端的電壓為外部電壓，通過開關(guān)的電流為通過開關(guān)的電流為0 0，開關(guān)等效電阻為，開關(guān)等效電阻為。開關(guān)閉合時(shí)，開。開關(guān)閉合時(shí)，開關(guān)兩端電壓為關(guān)兩端電壓為0 0，開關(guān)等效電阻為

3、，開關(guān)等效電阻為0 0二極管開關(guān)特性二極管開關(guān)特性三極管開關(guān)特性三極管開關(guān)特性MOSMOS管開關(guān)特性管開關(guān)特性正負(fù)邏輯及其它正負(fù)邏輯及其它n分立元件門電路分立元件門電路 二極管與門二極管與門 二極管或門二極管或門 三極管反相器三極管反相器 DTLDTL門電路門電路返回二極管開關(guān)特性二極管開關(guān)特性n二極管符號(hào)二極管符號(hào)n二極管加正向電壓二極管加正向電壓 如如圖圖a a所示：若所示：若V VE EV V0,0,二極管導(dǎo)通二極管導(dǎo)通, ,二極管導(dǎo)通電壓二極管導(dǎo)通電壓V VD D=0.7V =0.7V 硅管硅管 （V VD D=0.2V =0.2V 鍺管）鍺管）n二極管加反向電壓二極管加反向電壓如如圖

4、圖b b所示：若所示：若V VE E0 0V V 二極管截止二極管截止 I=0I=0n結(jié)論結(jié)論二極管具有單向?qū)щ娦远O管具有單向?qū)щ娦訰VVIDE返回三極管開關(guān)特性n三極管符號(hào)三極管符號(hào)n三極管的工作狀態(tài)三極管的工作狀態(tài) 三極管有三個(gè)工作狀態(tài)：三極管有三個(gè)工作狀態(tài)：截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài)、放大狀態(tài)放大狀態(tài)和和飽和狀態(tài)飽和狀態(tài) 分析分析n結(jié)論結(jié)論在數(shù)字電路中三極管作為開關(guān)元件主要工作在在數(shù)字電路中三極管作為開關(guān)元件主要工作在飽飽和狀態(tài)和狀態(tài)（“開開”態(tài)）和態(tài)）和截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài)（“關(guān)關(guān)”態(tài)）態(tài)） 當(dāng)當(dāng)V Vi i= = V ViLiL（ V VBEBE）時(shí)，）時(shí)，T T截止截止 V VO O = =

5、E EC C 當(dāng)當(dāng)V Vi i= = V ViHiH時(shí)（且時(shí)（且i iB B i iBSBS），），T T飽和導(dǎo)通飽和導(dǎo)通 V VO O = = V VCESCES0.20.2V V返回三極管工作狀態(tài)分析n三極管的工作狀態(tài)三極管的工作狀態(tài)n截止?fàn)顟B(tài)：截止?fàn)顟B(tài)：當(dāng)輸入電壓當(dāng)輸入電壓V Vi i較小時(shí)，較小時(shí)，V VBEBE0 0， i iB B 、i iE E、i iC C00，R RC C上無壓降。輸出電壓上無壓降。輸出電壓V VCECE等于等于V VCCCCn放大狀態(tài)：放大狀態(tài)：當(dāng)輸入電壓當(dāng)輸入電壓V Vi i上升（上升（0.70.7V V），），三極管導(dǎo)通，有三極管導(dǎo)通，有i iC C=

6、= i iB B 、 i iE E = = i iC C + + i iB B ，在放大狀態(tài)下（在放大狀態(tài)下（ i iB B i iBSBS），），輸輸出電壓出電壓V VCECE = = V VCC CC - - i iC C R RC Cn飽和狀態(tài)：飽和狀態(tài)：隨著輸入電壓隨著輸入電壓V Vi i繼續(xù)上升繼續(xù)上升， i iB B 、i iE E、i iC C增加，增加， V VCECE = = V VCC CC - - i iC C R RC C減小，三極管集電極正偏。減小，三極管集電極正偏。 i iB B i iBSBS，輸出電壓，輸出電壓V VCECE = = V VCES CES （ 0

7、.3V 0.3V 硅管）硅管）返回MOS管開關(guān)特性管開關(guān)特性nMOSMOS管結(jié)構(gòu)圖及邏輯符號(hào)管結(jié)構(gòu)圖及邏輯符號(hào)nNMOSNMOS管工作原理分析管工作原理分析 MOSMOS管工作在管工作在截止截止與與導(dǎo)通導(dǎo)通狀態(tài)狀態(tài) n結(jié)論結(jié)論: : V VGSGS V VTHTH時(shí)，時(shí)，NMOSNMOS管截止，管截止，V V0 0=V=VDD DD （R R很大）很大） V VGS GS V VTH TH 時(shí)，時(shí)，NMOSNMOS管導(dǎo)通管導(dǎo)通，V V0 00V 0V （R R較?。┹^?。?（ V VTH TH 開啟電壓或閾值電壓）開啟電壓或閾值電壓）返回NMOS管工作原理nMOSMOS管的工作原理管的工作原理

8、 n分析分析 1.1.在柵在柵_(tái) _源極間加正向電壓源極間加正向電壓V VGSGS , ,襯底感應(yīng)出電子襯底感應(yīng)出電子, ,當(dāng)當(dāng)V VGSGS較小時(shí)較小時(shí), ,感感應(yīng)的電子被襯底空穴中和應(yīng)的電子被襯底空穴中和, , i iDSDS =0( =0( i iDSDS : :漏漏_ _源極電流源極電流) )。 稱高阻區(qū)稱高阻區(qū)( (截止區(qū)截止區(qū)) )2.2.當(dāng)當(dāng)V VGSGS 電子電子 ，產(chǎn)生電子層，產(chǎn)生電子層N N溝道溝道. .當(dāng)當(dāng)V VGSGS V VTHTH, ,在外電場(chǎng)在外電場(chǎng)V VDSDS作用下作用下, , i iDSDS00。稱電阻區(qū)稱電阻區(qū)。NMOSNMOS為導(dǎo)通狀態(tài)。為導(dǎo)通狀態(tài)。3.

9、3.由于由于i iDSDS, ,沿溝道沿溝道D SD S有壓降有壓降, ,當(dāng)當(dāng)V VDS DS V VGDGD ，使，使V VGDGD VIH 的驅(qū)動(dòng)條件的驅(qū)動(dòng)條件)2.驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)方法:*接入上拉電阻接入上拉電阻,提高提高TTL電路輸出的高電平電路輸出的高電平*用帶電平偏移的門電路實(shí)現(xiàn)電平變換用帶電平偏移的門電路實(shí)現(xiàn)電平變換*改造改造CMOS電路的輸入高電平下限電路的輸入高電平下限(如如:74HCT系系列高速列高速CMOS_ VIH=2V),使使TTL可直接驅(qū)動(dòng)可直接驅(qū)動(dòng)CMOS 返回CMOS 驅(qū)動(dòng)TTL1.CMOS輸出高低電平均能滿足輸出高低電平均能滿足TTL輸入高低電平的輸入高低電平的需

10、要。需要。IOLIIL （不滿足灌電流驅(qū)動(dòng)能力的要求）不滿足灌電流驅(qū)動(dòng)能力的要求）2.驅(qū)動(dòng)方法：驅(qū)動(dòng)方法：同邏輯門電路輸出端并接使用同邏輯門電路輸出端并接使用 加大輸出驅(qū)動(dòng)電流。加大輸出驅(qū)動(dòng)電流。選用選用OD門。門。合理選用合理選用T放大器，加大其輸出的電流驅(qū)動(dòng)能力。放大器，加大其輸出的電流驅(qū)動(dòng)能力。返回小結(jié)小結(jié)n集成邏輯門的分類集成邏輯門的分類 兩大類：兩大類：TTLTTL、CMOSCMOS （各種功能的門電路：與、或、非、與非、或非等）（各種功能的門電路：與、或、非、與非、或非等）n特殊的門電路特殊的門電路 三態(tài)門、三態(tài)門、OCOC門、傳輸門門、傳輸門n電氣特性電氣特性（輸入（輸入/ /輸出輸出 電壓電壓/ /電流）電流）及主要參數(shù)及主要參數(shù) 電壓傳輸特性、輸入特性、輸入負(fù)載特性、