數(shù)字電路講義-第三章w1

1、第三章第三章 門電路門電路 本章將著重討論：本章將著重討論： TTL、CMOS、及、及ECL等門電路的等門電路的基本結(jié)構(gòu)、基本結(jié)構(gòu)、工作原理、工作原理、外部特性外部特性及應(yīng)用知識及應(yīng)用知識第一節(jié)第一節(jié) 晶體管的開關(guān)特性及反相器晶體管的開關(guān)特性及反相器 一、半導(dǎo)體二極管開關(guān)及其特性一、半導(dǎo)體二極管開關(guān)及其特性1、晶體二極管特性曲線及等效電路、晶體二極管特性曲線及等效電路 一、半導(dǎo)體二極管開關(guān)及其特性一、半導(dǎo)體二極管開關(guān)及其特性2、二極管限幅電路、二極管限幅電路 a.限幅概念：限幅概念： 當(dāng)輸入電壓超出一定范圍時，輸出電壓保持不變。當(dāng)輸入電壓超出一定范圍時，輸出電壓保持不變。上限幅：輸入電壓高于限

2、幅電平時，輸出不變上限幅：輸入電壓高于限幅電平時，輸出不變 下限幅：輸入電壓低于限幅電平時，輸出不變下限幅：輸入電壓低于限幅電平時，輸出不變b.二極管限幅原理二極管限幅原理c.限幅電路的應(yīng)用限幅電路的應(yīng)用b. 二極管二極管限幅原理限幅原理導(dǎo)通時導(dǎo)通時下降時間下降時間上升時間上升時間一、半導(dǎo)體二極管開關(guān)及其特性一、半導(dǎo)體二極管開關(guān)及其特性3、二極管鉗位電路、二極管鉗位電路 將輸出波形底部或頂部固定在所需電平上將輸出波形底部或頂部固定在所需電平上一、半導(dǎo)體二極管開關(guān)及其特性一、半導(dǎo)體二極管開關(guān)及其特性4、二極管的開關(guān)特性、二極管的開關(guān)特性 一、半導(dǎo)體二極管開關(guān)及其特性一、半導(dǎo)體二極管開關(guān)及其特性4

3、、二極管的開關(guān)特性、二極管的開關(guān)特性 第一節(jié)第一節(jié) 晶體管的開關(guān)特性及反相器晶體管的開關(guān)特性及反相器 二二 、晶體管三極開關(guān)及其特性、晶體管三極開關(guān)及其特性 1、晶體三極管特性曲線的折線化和等效電路、晶體三極管特性曲線的折線化和等效電路 二二 、晶體管三極開關(guān)及其特性、晶體管三極開關(guān)及其特性1、晶體三極管特性曲線的折線化和等效電路、晶體三極管特性曲線的折線化和等效電路 飽和等效飽和等效 截止等效截止等效二二 、晶體管三極開關(guān)及其特性、晶體管三極開關(guān)及其特性2、分布電容對反相器的影響、分布電容對反相器的影響 BE結(jié)結(jié)鉗位鉗位二二 、晶體管三極開關(guān)及其特性、晶體管三極開關(guān)及其特性3、晶體管的開關(guān)特

4、性、晶體管的開關(guān)特性 Vb=？二二 、晶體管三極開關(guān)及其特性、晶體管三極開關(guān)及其特性3、晶體管的開關(guān)特性、晶體管的開關(guān)特性 第二節(jié)第二節(jié) 早期門電路早期門電路一、二極管門電路一、二極管門電路 二極管與門二極管與門第二節(jié)第二節(jié) 早期門電路早期門電路一、二極管門電路一、二極管門電路 二極管門電路特點，優(yōu)點：簡單、經(jīng)濟(jì)；二極管門電路特點，優(yōu)點：簡單、經(jīng)濟(jì)；二極管或門二極管或門第二節(jié)第二節(jié) 早期門電路早期門電路一、二極管門電路一、二極管門電路 ?不足：不足： 有電平位移現(xiàn)象有電平位移現(xiàn)象第二節(jié)第二節(jié) 早期門電路早期門電路二、三極管門電路二、三極管門電路 特點：輸出電平不會偏離特點：輸出電平不會偏離第二

5、節(jié)第二節(jié) 早期門電路早期門電路三、電阻晶體管邏輯門（三、電阻晶體管邏輯門（RTL） Resistor-Transistor Logic 功能？功能？第二節(jié)第二節(jié) 早期門電路早期門電路三、電阻晶體管邏輯門（三、電阻晶體管邏輯門（RTL）特點：高電平輸出時，特點：高電平輸出時， 負(fù)載能力差負(fù)載能力差第二節(jié)第二節(jié) 早期門電路早期門電路三、二極管晶體管邏輯門（三、二極管晶體管邏輯門（DTL） Diode-Transistor Logic二極管與門二極管與門與邏輯與邏輯電平電平移位移位倒相倒相第二節(jié)第二節(jié) 早期門電路早期門電路三、二極管晶體管邏輯門（三、二極管晶體管邏輯門（DTL）特點：輸出低電平時特點

6、：輸出低電平時 負(fù)載能力差負(fù)載能力差問題：問題：為什么為什么RTL低電平負(fù)載能力不差？低電平負(fù)載能力不差？為什么為什么DTL高電平負(fù)載能力不差？高電平負(fù)載能力不差？第二節(jié)第二節(jié) 早期門電路早期門電路四、邏輯約定及邏輯符號四、邏輯約定及邏輯符號 邏輯狀態(tài)：二進(jìn)制兩個變量的狀態(tài)邏輯狀態(tài)：二進(jìn)制兩個變量的狀態(tài)“1”、“0”，可用不同確，可用不同確定定 范圍的電平范圍的電平 相對較高邏輯高電平相對較高邏輯高電平H；相對較低邏輯低電平；相對較低邏輯低電平L正邏輯：較高電平對應(yīng)邏輯正邏輯：較高電平對應(yīng)邏輯1；較低電平對應(yīng)邏輯；較低電平對應(yīng)邏輯0負(fù)邏輯：較高電平對應(yīng)邏輯負(fù)邏輯：較高電平對應(yīng)邏輯0；較低電平對

7、應(yīng)邏輯；較低電平對應(yīng)邏輯1正邏輯正邏輯=負(fù)邏輯的對偶負(fù)邏輯的對偶負(fù)邏輯的用途：負(fù)邏輯的用途：中斷申請中斷申請第三節(jié)第三節(jié) 晶體管晶體管邏輯門（晶體管晶體管邏輯門（TTL）TTL（Transistor- Transistor-Logic）一、概述一、概述二、二、TTL基本門基本門 (一一)工作原理工作原理TTL與非門工作原理與非門工作原理二、二、TTL與非門與非門（一）工作原理（一）工作原理（二）電壓傳輸特性（二）電壓傳輸特性（三）噪聲容限（三）噪聲容限（四）輸入輸出特性（四）輸入輸出特性（五）動態(tài)特性（五）動態(tài)特性（六）（六）TTL與非門電路的改進(jìn)與非門電路的改進(jìn)電壓傳輸特性電壓傳輸特性VO

8、HminVO Lmax電壓傳輸特性電壓傳輸特性VOHminVOLmax電壓傳輸特性電壓傳輸特性VOHminVOLmax噪聲容限噪聲容限噪聲容限噪聲容限VOHminVOLmax噪聲容限噪聲容限VOHminVOLmax噪聲容限噪聲容限（四）輸入輸出特性（四）輸入輸出特性1、輸入特性、輸入特性: 輸入端的電流輸入端的電流iI隨輸入電壓隨輸入電壓VI的變化關(guān)系。的變化關(guān)系。（四）輸入輸出特性（四）輸入輸出特性2、輸入負(fù)載特性：、輸入負(fù)載特性： 輸入電壓與輸入負(fù)載的特性曲線輸入電壓與輸入負(fù)載的特性曲線VOHminVOLmax（四）輸入輸出特性（四）輸入輸出特性3、輸出特性、輸出特性（四）輸入輸出特性（四

9、）輸入輸出特性3、輸出特性、輸出特性（四）輸入輸出特性（四）輸入輸出特性3、輸出特性、輸出特性（四）輸入輸出特性（四）輸入輸出特性3、輸出特性、輸出特性（五）動態(tài)特性（五）動態(tài)特性VOHminVOLmax（五）動態(tài)特性（五）動態(tài)特性電源出現(xiàn)尖峰，措施：電源出現(xiàn)尖峰，措施： 串電感，并電容串電感，并電容（五）動態(tài)特性（五）動態(tài)特性（六）（六）TTL與非門電路的改進(jìn)與非門電路的改進(jìn)1、快速型（、快速型（H-TTL）和低功耗型（）和低功耗型（L-TTL）（六）（六）TTL與非門電路的改進(jìn)與非門電路的改進(jìn)1、快速型（、快速型（H-TTL）和低功耗型（）和低功耗型（L-TTL）快速快速快速措施：快速措施

10、：（六）（六）TTL與非門電路的改進(jìn)與非門電路的改進(jìn)1、快速型（、快速型（H-TTL）和低功耗型（）和低功耗型（L-TTL）低功耗措施：加大電阻低功耗措施：加大電阻 R1=40K ，R2=20K ，R3=500 ，R4=12K （六）（六）TTL與非門電路的改進(jìn)與非門電路的改進(jìn)2、肖特基、肖特基 TTL（S-TTL）措施：措施：（六）（六）TTL與非門電路的改進(jìn)與非門電路的改進(jìn)3、低功耗肖特基、低功耗肖特基 TTL（LS-TTL）3、低功耗肖特基、低功耗肖特基 TTL（LS-TTL）4、高速型、高速型 TTL（F-TTL）第三節(jié)第三節(jié) 晶體管晶體管邏輯門（晶體管晶體管邏輯門（TTL）一、概述一

11、、概述二、二、TTL與門與門三、其他邏輯功能的三、其他邏輯功能的TTL門電路門電路 三、其他邏輯功能的三、其他邏輯功能的TTL門電路門電路 （一）（一）1. 與或非門與或非門F1F2F3三、其他邏輯功能的三、其他邏輯功能的TTL門電路門電路 （一）（一）2. 異或門異或門三、其他邏輯功能的三、其他邏輯功能的TTL門電路門電路 （二）集電極開路與非門（二）集電極開路與非門（OC門）門）三、其他邏輯功能的三、其他邏輯功能的TTL門電路門電路 （二）集電極開路與非門（二）集電極開路與非門（OC門）門）三、其他邏輯功能的三、其他邏輯功能的TTL門電路門電路 （二）集電極開路與非門（二）集電極開路與非門

12、（OC門）門）三、其他邏輯功能的三、其他邏輯功能的TTL門電路門電路 （二）集電極開路與非門（二）集電極開路與非門（OC門）門）見新符號P14-16三、其他邏輯功能的三、其他邏輯功能的TTL門電路門電路 （二）集電極開路與非門（二）集電極開路與非門（OC門）門）mn（二）集電極開路與非門（二）集電極開路與非門（OC門）門） OC門輸出全高時門輸出全高時 RL值的確定值的確定mn（二）集電極開路與非門（二）集電極開路與非門（OC門）門）OC門輸出只有門輸出只有1個為低時個為低時RL值的確定值的確定mnIOL（二）集電極開路與非門（二）集電極開路與非門（OC門）門）OC應(yīng)用應(yīng)用（二）集電極開路與非

13、門（二）集電極開路與非門（OC門）門）OC應(yīng)用應(yīng)用（二）集電極開路與非門（二）集電極開路與非門（OC門）門）OC應(yīng)用應(yīng)用（二）集電極開路與非門（二）集電極開路與非門（OC門）門）OC應(yīng)用應(yīng)用三、其他邏輯功能的三、其他邏輯功能的TTL門電路門電路 （三）三態(tài)門（三）三態(tài)門（TS門）門）（三）三態(tài)門（三）三態(tài)門（TS門）門）（三）三態(tài)門（三）三態(tài)門（TS門）門）-0.6VVIH=-0.9VVIL=-1.75V-1.3V第四節(jié)第四節(jié) 射極耦合邏輯門（射極耦合邏輯門（ECL）一、工作原理一、工作原理 -1.75-1.75-2.55-2.1-0.87-1.75-0.9-0.6VVIH=-0.9VVIL=

14、-1.75V-1.3V第四節(jié)第四節(jié) 射極耦合邏輯門（射極耦合邏輯門（ECL）一、工作原理一、工作原理 -0.9-1.7-2.1-0.98-1.75-0.9第四節(jié)第四節(jié) 射極耦合邏輯門（射極耦合邏輯門（ECL） 第四節(jié)第四節(jié) 射極耦合邏輯門（射極耦合邏輯門（ECL） 圖圖 (a)所示是所示是H型開路輸出限定型開路輸出限定符號，表示該輸出內(nèi)部為符號，表示該輸出內(nèi)部為“1”時時(輸輸出晶體管導(dǎo)通時出晶體管導(dǎo)通時)，外部輸出，外部輸出H電平；電平；該輸出內(nèi)部為該輸出內(nèi)部為“0”時，外部處于高時，外部處于高阻抗?fàn)顟B(tài)長用阻抗?fàn)顟B(tài)長用 Z 表示表示)。 圖圖 (b)所示是所示是L型開路輸出限定符型開路輸出限

15、定符號，表示該輸出內(nèi)部為號，表示該輸出內(nèi)部為“0”時時(輸出輸出晶體管導(dǎo)通時晶體管導(dǎo)通時)，外部輸出，外部輸出L電平；電平；該輸出內(nèi)部為該輸出內(nèi)部為“1”時，外部處于高時，外部處于高阻抗?fàn)顟B(tài)阻抗?fàn)顟B(tài)。第四節(jié)第四節(jié) 射極耦合邏輯門（射極耦合邏輯門（ECL） 應(yīng)該注意，開路輸出限定符號雖然標(biāo)注在符應(yīng)該注意，開路輸出限定符號雖然標(biāo)注在符號框內(nèi)，但它表示的是輸出外部的狀態(tài)。當(dāng)開路號框內(nèi)，但它表示的是輸出外部的狀態(tài)。當(dāng)開路輸出符號給定時，例如輸出符號給定時，例如 則不論輸出端有否邏則不論輸出端有否邏輯非或極性指示符號，其外部狀態(tài)只有兩種：輯非或極性指示符號，其外部狀態(tài)只有兩種：處處于高阻抗或者輸出于高阻

16、抗或者輸出 H 電平電平。此時，只是外部狀。此時，只是外部狀態(tài)所對應(yīng)的內(nèi)部邏輯狀態(tài)有所不同。態(tài)所對應(yīng)的內(nèi)部邏輯狀態(tài)有所不同。 從圖從圖3-4(a)可知，當(dāng)輸出端有邏輯非或極性指可知，當(dāng)輸出端有邏輯非或極性指示符號時，輸出外部狀態(tài)所對應(yīng)的內(nèi)部邏輯狀態(tài)示符號時，輸出外部狀態(tài)所對應(yīng)的內(nèi)部邏輯狀態(tài)與圖與圖3-3(a)正好相反，這里與外部處于高阻抗正好相反，這里與外部處于高阻抗?fàn)顟B(tài)對應(yīng)的內(nèi)部邏輯狀態(tài)是狀態(tài)對應(yīng)的內(nèi)部邏輯狀態(tài)是“1”，而內(nèi)部邏輯，而內(nèi)部邏輯狀態(tài)為狀態(tài)為“0”時，外部輸出時，外部輸出H電平。開路輸出符號電平。開路輸出符號是時，是時，不論輸出端有否邏輯非或極性指示符號，不論輸出端有否邏輯非或極

17、性指示符號，輸出外部都只能處于高阻抗?fàn)顟B(tài)或輸出輸出外部都只能處于高阻抗?fàn)顟B(tài)或輸出 L 電平電平，見圖見圖3-3(b)和圖和圖3-4(b)。第四節(jié)第四節(jié) 射極耦合邏輯門（射極耦合邏輯門（ECL）二、特點二、特點第四節(jié)第四節(jié) 射極耦合邏輯門（射極耦合邏輯門（ECL）二、特點二、特點 1.由于工作非飽和狀態(tài)，電阻取值較小由于工作非飽和狀態(tài)，電阻取值較小 ，邏輯擺幅小，工作邏輯擺幅小，工作速度高；速度高； 2.互補輸出，使用方便；互補輸出，使用方便； 3.采用射極跟隨器輸出，輸出阻抗低，負(fù)載能力強；采用射極跟隨器輸出，輸出阻抗低，負(fù)載能力強； 4.開關(guān)狀態(tài)下電流基本不變，所以開關(guān)噪聲低。開關(guān)狀態(tài)下電流

18、基本不變，所以開關(guān)噪聲低。 5. VOH與與VEE無關(guān)，與無關(guān)，與VCC及射隨器的射結(jié)電壓有關(guān)及射隨器的射結(jié)電壓有關(guān)缺點：缺點： 1.噪聲容限低噪聲容限低 2.功耗大，不利于集成，主要用于高速系統(tǒng)。功耗大，不利于集成，主要用于高速系統(tǒng)。第四節(jié)第四節(jié) 射極耦合邏輯門（射極耦合邏輯門（ECL）二、特點二、特點 1.由于工作非飽和狀態(tài)，電阻取值較小由于工作非飽和狀態(tài)，電阻取值較小 ，邏輯擺幅小，工作邏輯擺幅小，工作速度高；速度高； 2.互補輸出，使用方便；互補輸出，使用方便； 3.采用射極跟隨器輸出，輸出阻抗低，負(fù)載能力強；采用射極跟隨器輸出，輸出阻抗低，負(fù)載能力強； 4.開關(guān)狀態(tài)下電流基本不變，所

19、以開關(guān)噪聲低。開關(guān)狀態(tài)下電流基本不變，所以開關(guān)噪聲低。 5. VOH與與VEE無關(guān)，與無關(guān)，與VCC及射隨器的射結(jié)電壓有關(guān)及射隨器的射結(jié)電壓有關(guān)缺點：缺點： 1.噪聲容限低噪聲容限低 2.功耗大，不利于集成，主要用于高速系統(tǒng)。功耗大，不利于集成，主要用于高速系統(tǒng)。第四節(jié)第四節(jié) 射極耦合邏輯門（射極耦合邏輯門（ECL） 第四節(jié)第四節(jié) 射極耦合邏輯門（射極耦合邏輯門（ECL） 第五節(jié)金屬第五節(jié)金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體邏輯門半導(dǎo)體邏輯門(MOSL) MOS：Metal-Oxide-Semiconductor Logic一、一、NMOS門門源極源極柵極柵極漏極漏極襯底襯底特點：特點：Ri=Ro=第五

20、節(jié)金屬第五節(jié)金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體邏輯門半導(dǎo)體邏輯門(MOSL) MOS：Metal Oxide Semiconductor一、一、NMOS門門第五節(jié)金屬第五節(jié)金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體邏輯門半導(dǎo)體邏輯門(MOSL) 二、二、CMOS門（門（Comlementary MOS） 1.非門非門NMOSPMOS第五節(jié)金屬第五節(jié)金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體邏輯門半導(dǎo)體邏輯門(MOSL) 二、二、CMOS門（門（Comlementary MOS） 1.非門非門第五節(jié)金屬第五節(jié)金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體邏輯門半導(dǎo)體邏輯門(MOSL) 二、二、CMOS門門二、二、CMOS門門2.或非門和與非門或非門和與非門二、二、CMOS門門2.或非門和與非門或非門和與非門二、二、CMOS門門3. CMOS傳輸門傳輸門二、二、CMOS門門3. CMOS