數(shù)字電路_復習資料

1、第三章 門電路 3.1 概述 實現(xiàn)基本和常用邏輯運算的電子電路，叫做邏輯門電路，稱為門電路。 基本邏輯門電路：與門、或門、非門 常用門電路：與非門、或非門、與或非門、異或、同或 門電路中以高、低電平表示邏輯狀態(tài)的1、0. 獲得高、低電平的基本方法：利用半導體開關(guān)元件的導通、截止（即開、關(guān)）兩種工作狀態(tài)。 在數(shù)字電路中，用在數(shù)字電路中，用1表示表示高電平，高電平，0表示低電平，這稱表示低電平，這稱為正邏輯賦值，簡稱為正邏輯賦值，簡稱正賦值正賦值。 如果用如果用0表示高電平，表示高電平， 1表示低電平，則稱為負邏輯賦表示低電平，則稱為負邏輯賦值，簡稱值，簡稱負賦值負賦值。輸入和輸出的高、低電平輸入

2、和輸出的高、低電平 正負邏輯正負邏輯 高電平和低電平是表示的兩種狀態(tài)，是兩個不同的可以截然高電平和低電平是表示的兩種狀態(tài)，是兩個不同的可以截然區(qū)別開來的區(qū)別開來的電壓范圍電壓范圍。 例如典型工作電壓為例如典型工作電壓為5V的的74HC系列系列CMOS邏輯電路，輸入邏輯電路，輸入電壓在電壓在3.55.0V范圍對應高電平邏輯范圍對應高電平邏輯1，01.5V范圍對應低電范圍對應低電平邏輯平邏輯0。用來獲得高、低輸出電平的基本開關(guān)電路：互補開關(guān)電路在數(shù)字集成電路中廣泛應用。 靜態(tài)特性 斷開時，IOFF=0 R= 閉合時，Uon=0 R=0 動態(tài)特性 開通時間ton=0 關(guān)斷時間toff=0 實際使用的

3、開關(guān)為晶體二極管、三極管及場效應管等電子器件。 這些電子器件作為開關(guān)使用時，也是從這兩個方面討論器開關(guān)特性。理想開關(guān)的特性3.2 半導體二極管門電路一、靜態(tài)特性伏安特性:單向?qū)щ娦栽跀?shù)字電路中，使用二極管的正向?qū)▍^(qū)（開關(guān)閉合）和反向截止區(qū)（開關(guān)斷開）二極管的開關(guān)特性正向?qū)ㄅc反向截止這樣兩種不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換速度很快（微秒或納秒量級）3.2.1 半導體二極管的開關(guān)特性二極管開關(guān)等效電路當輸入電壓的低電平UIL=-2V時：當輸入電壓的高電平UIH=3V時：二極管的靜態(tài)開關(guān)特性：導通條件與導通時的特點 當外加正向電壓大于0.7V時，二極管導通，此時可認為二極管兩端的電壓不變，如同一個具有值為死區(qū)

4、電壓值的閉合了的開關(guān)。截止條件與截至時的特點 當外加電壓小于0.7V時，二極管截止，此時就近似的認為電流為零，如同一個斷開了的開關(guān)。二、動態(tài)特性二極管的電容效應：Cj ，CD。二極管的開關(guān)時間3.2.2 二極管與門二極管與門3.2.3 二極管或門二極管或門3.3 CMOS門電路3.3.1MOS管的開關(guān)特性 一、MOS管的結(jié)構(gòu)和工作原理N溝道增強型場效應管的結(jié)構(gòu)二、N溝道增強型MOS管的輸入輸出特性曲線 (a)共源接法 (b)輸出特性曲線MOS管的轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性曲線： 它描述了柵、源之間電壓對漏極電流的控制作用。 三、MOS管的基本開關(guān)電路四、MOS管的開關(guān)等效電路 (a)截止狀態(tài) (b)導通

5、狀態(tài)靜態(tài)開關(guān)特性：1.當uGSUTN時，導通，此時如同一個阻值為RON的閉合了的開關(guān)。2.當uGS1時，這兩個時，這兩個PN結(jié)的輸入特性基本重合。結(jié)的輸入特性基本重合。 二、雙極型三極管的輸入特性和輸出特性(b)輸出特性曲線三、雙極型三極管的基本開關(guān)電路當輸入電壓的低電平UIL=0V時：當輸入電壓的高電平UIH=3V時：IBS=0.06mA , iB=1mAmA62k2V1cCESCCCM RVVI所以所以BJT工作在飽和區(qū)。工作在飽和區(qū)。四、雙極型三極管的開關(guān)等效電路 (a)截止狀態(tài) (b)飽和導通狀態(tài)靜態(tài)開關(guān)特性：a.截止條件與截至時的特點三極管的基極與射極電壓小于0.7V時，截止，此時如

6、同一個斷開了的開關(guān)。 b.導通條件與導通時的特點：三極管的基極電流大于其臨界飽和值IS時，飽和導通，此時如同一個閉合了的開關(guān)。五、三極管的動態(tài)開關(guān)特性六、三極管非門（反相器）3.5.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理一、電路結(jié)構(gòu)二、TTL反相器的電壓傳輸特性5V二、輸出特性1.高電平輸出特性2.低電平輸出特性三、TTL反相器輸入端負載特性3.5.4 TTL反相器的動態(tài)特性傳輸延遲時間3.5.5 其他類型的TTL門電路一、其他邏輯功能的門電路一、其他邏輯功能的門電路1.TTL與與非門非門2.TTL或非門電路或非門電路3.TTL與或非與或非門4.TTL異或異或門二、二、集電極開路的門電路（的門電

7、路（OC門）門）OC門輸出接法三、三態(tài)輸出門電路 （a）控制端高電平有效 （b）控制端低電平有效 是表征門電路的是表征門電路的開關(guān)速度開關(guān)速度的的參數(shù)，即門電路在輸入脈沖波形參數(shù)，即門電路在輸入脈沖波形的作用下，其的作用下，其輸出波形相對于輸輸出波形相對于輸入波形延遲了多長時間入波形延遲了多長時間。tPLH：低電平轉(zhuǎn)換到高電平；：低電平轉(zhuǎn)換到高電平； 即即VI的上升沿的中點（幅值的的上升沿的中點（幅值的50）到）到VO下降沿的中點。下降沿的中點。tPHL：高電平轉(zhuǎn)換到低電平。高電平轉(zhuǎn)換到低電平。 即即VI的下降沿的中點到的下降沿的中點到VO上升沿的中點。上升沿的中點。2tPHLPLHPdtt平

8、均傳輸延遲時間：2 傳輸延遲時間傳輸延遲時間上升時間上升時間tr：低電平：低電平10%轉(zhuǎn)換到高電平轉(zhuǎn)換到高電平90%；下降時間下降時間tf：高電平高電平90%轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換到低電平到低電平10%。3 功耗功耗靜態(tài)功耗：靜態(tài)功耗：電路中沒有狀態(tài)轉(zhuǎn)換時的功耗；即門電路空載時電電路中沒有狀態(tài)轉(zhuǎn)換時的功耗；即門電路空載時電源總電流源總電流ICC與電源電壓與電源電壓VCC的乘積。的乘積?？蛰d導通功耗空載導通功耗PON：輸出為低電平時的功耗。輸出為低電平時的功耗。截止功耗截止功耗POFF:輸出為高電平時的功耗。輸出為高電平時的功耗。動態(tài)功耗：動態(tài)功耗：發(fā)生在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間或有電容性負載時。發(fā)生在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間或有電

9、容性負載時。4 噪聲容限噪聲容限 表示門電路的表示門電路的抗干擾能力抗干擾能力。二值數(shù)字邏輯電路的。二值數(shù)字邏輯電路的優(yōu)點在于它優(yōu)點在于它的的輸入信號允許一定的容差輸入信號允許一定的容差。在數(shù)字系統(tǒng)中，各邏輯電路之間的。在數(shù)字系統(tǒng)中，各邏輯電路之間的連線可能會受到各種噪聲的干擾。噪聲疊加在工作信號上，只要連線可能會受到各種噪聲的干擾。噪聲疊加在工作信號上，只要奇幅度不超過邏輯電平允許的最小值或最大值，則輸出邏輯狀態(tài)奇幅度不超過邏輯電平允許的最小值或最大值，則輸出邏輯狀態(tài)可不受影響，通常將最大噪聲幅度稱為可不受影響，通常將最大噪聲幅度稱為噪聲容限噪聲容限。電路的噪聲容。電路的噪聲容限越大，抗干擾

10、能力越強。限越大，抗干擾能力越強。 數(shù)字電路一般由多級門電路組成，前一級驅(qū)動門電路的輸出，數(shù)字電路一般由多級門電路組成，前一級驅(qū)動門電路的輸出，是后一級負載門電路的輸入，是后一級負載門電路的輸入，當前一級輸出高電平的最小值仍能當前一級輸出高電平的最小值仍能滿足后級高電平輸入的最小值時滿足后級高電平輸入的最小值時，輸入高電平的噪聲容限為：，輸入高電平的噪聲容限為：高電平噪聲容限高電平噪聲容限VNH : VNH =VOH(min) VIH(min)同理得到低電平的噪聲容限為：同理得到低電平的噪聲容限為：低電平噪聲容限低電平噪聲容限VNL： VNL =VIL(max) VOL(max)拉電流負載拉電

11、流負載（負載電流從與非門流向外電路）：（負載電流從與非門流向外電路）： 驅(qū)動門輸出為高電平驅(qū)動門輸出為高電平:IIH由驅(qū)動門出而流至負載門，負載門由驅(qū)動門出而流至負載門，負載門的輸入電流為的輸入電流為IIH；當負載門的個數(shù)增加，總拉電流增加，；當負載門的個數(shù)增加，總拉電流增加，VOH要要降低；而門電路有標準輸出高電壓降低；而門電路有標準輸出高電壓VOH;從而限制了負載門的個數(shù)。從而限制了負載門的個數(shù)。（負載門）（驅(qū)動門）IHOHOHIIN灌電流負載灌電流負載（負載電流從外電路流入與非門）：（負載電流從外電路流入與非門）： 驅(qū)動門輸出為低電平；負載電流驅(qū)動門輸出為低電平；負載電流IOL流入驅(qū)動門，當負載門流入驅(qū)動門，當負載門個數(shù)增加，總灌電流個數(shù)增加，總灌電流IOL將增加，將增加，VOL也也要升高；而門電路有標要升高；而門電路有標準輸出低電壓準輸出低電壓VOL;從而限制了負載門的個數(shù)。從而限制了負載門的個數(shù)。（負載門）（驅(qū)動門）ILOLOLIIN5 扇入與扇出數(shù)扇入與扇