數(shù)字電子技術之門電路

1、3V（1.8V以上）以上）0.3V（0.8V以下）以下）數(shù)字電路中，二極管、三極管工作在開關狀態(tài)：數(shù)字電路中，二極管、三極管工作在開關狀態(tài)： 正向導通時：導通電阻很小，兩端相當于短路；正向導通時：導通電阻很小，兩端相當于短路； 反向截止時：等效電阻很大，兩端相當于開路。反向截止時：等效電阻很大，兩端相當于開路。 當脈沖信號的頻率很高時，開關狀態(tài)的變化速度很快，當脈沖信號的頻率很高時，開關狀態(tài)的變化速度很快，每秒可達百萬次，這就要求器件的每秒可達百萬次，這就要求器件的開關轉換速度開關轉換速度要在微秒要在微秒甚至納秒內完成。甚至納秒內完成。 管子開關特性表現(xiàn)在正向導通和反向截止狀態(tài)之管子開關特性表

2、現(xiàn)在正向導通和反向截止狀態(tài)之 間的轉換過程（即動態(tài)特性）：間的轉換過程（即動態(tài)特性）： PN2.2.1二極管的開關特性：二極管的開關特性：高電平：高電平：VIH=VCC低電平：低電平：VIL=0 R導通導通截止截止S3V0VSRRD3V0V2.2.1二極管的開關特性：二極管的開關特性：2.2 .2 BJT的開關特性的開關特性1.三極管的基本開關電路三極管的基本開關電路只要參數(shù)合理：只要參數(shù)合理：VI=VIL時，時，T截止，截止，VO=VOH; VI=VIH時，時，T導通，導通，VO=VOL.3、三極管的開關等效電路、三極管的開關等效電路簡化等效電路簡化等效電路等效電路等效電路等效電路等效電路4

3、、動態(tài)開關特性、動態(tài)開關特性 從二極管已知，從二極管已知，PN結存在電容效應。結存在電容效應。在飽和與截止兩個狀在飽和與截止兩個狀態(tài)之間轉換時，態(tài)之間轉換時，iC的的變化將滯后于變化將滯后于VI，則，則VO的變化也滯后于的變化也滯后于VI。規(guī)定規(guī)定3V左右為左右為10V左右為左右為02.3.12.3.1二極管與門二極管與門設設VCC = 5V加到加到A,B的的 VIH=3V VIL=0V二極管導通時二極管導通時 VDF=0.7VABY=AB&2.3.2. 二極管或二極管或門門設設VCC = 5V加到加到A,B的的 VIH=3V VIL=0V二極管導通時二極管導通時 VDF=0.7V規(guī)定規(guī)定2.

4、3V2.3V以上為以上為1 10V左右為左右為0Y=A+BY=A+B A B 1 ABYVL VLVLVLVHVL1 11ABY1 00 10 00000ABY0 10 01 01 1111VL VHVH VLVH VH電平關系電平關系正邏輯正邏輯負邏輯負邏輯正與正與 = 負或負或正或正或 = 負與負與正與非正與非 = 負或非負或非正或非正或非 = 負與非負與非（與門）（與門）（或門）（或門）正邏輯正邏輯與與負邏輯負邏輯高電平高電平VH用邏輯用邏輯1表示，低電平表示，低電平VL用邏輯用邏輯0表示表示高電平高電平VH用邏輯用邏輯0表示，低電平表示，低電平VL用邏輯用邏輯1表示表示當輸入為當輸入為

5、邏輯邏輯0 0時時: : VCC Rc Y T Rb A 0 vcc1非邏輯真值表非邏輯真值表 012.3.3 三極管反相器三極管反相器當輸入為邏輯當輸入為邏輯1 1時時: : VCC Rc Y T Rb A 1 0.3v0非邏輯真值表非邏輯真值表 2.3.3 非門電路非門電路 三極管反相器三極管反相器01102.3.3、三極管反相器、三極管反相器 A 1 Y=A 非邏輯符號非邏輯符號只要電路參數(shù)合理只要電路參數(shù)合理，VI=VIL時，時，T截止，截止，VO=VOH。VI=VIH時，時，T飽和，飽和，VO=VOL雙極型三極管輸入雙極型三極管輸出的邏輯電路。雙極型三極管輸入雙極型三極管輸出的邏輯電

6、路。（Transister-Transister-Logic的縮寫）的縮寫）一、電路組成及工作原理一、電路組成及工作原理1. 1. 電路組成電路組成輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級AY (b) A 1 2.0.2V0.9V3.6V（1）當輸入為低電平）當輸入為低電平 vI低電平低電平(0.2V)T1導通導通T2截止截止T3截止截止T4導通導通vO高電平高電平（3.6V）當輸入為高電平（當輸入為高電平（vI = 3.6 V） 3.6V 2.1V 4.3V 1.4V 0.2V vI全為高電平全為高電平(3.6V)T1倒置放大倒置放大T2導通導通T3導通導通T4截止截止vO低電平低電平0.2V）

7、VT 時，管子導通，時，管子導通，導通電阻很小，相當于開導通電阻很小，相當于開關閉合關閉合 。當當VGSVT 時，管子截止，時，管子截止，相當于開關斷開；相當于開關斷開； 同樣，對同樣，對P P溝道增強型溝道增強型MOSMOS管來說：管來說：當當| |VGS| | | | |VT| |時，管子導通，導通電阻很小，相當于開關閉合。時，管子導通，導通電阻很小，相當于開關閉合。1. CMOS反相器的工作原理反相器的工作原理2. CMOS反相器的特點反相器的特點3. CMOS反相器的傳輸特性反相器的傳輸特性4. CMOS反相器的工作速度反相器的工作速度VVVDDTNTP()圖圖2.6.1P-93AY

8、(b) A 1 電路結構電路結構 邏輯符號邏輯符號當當vI=0V時時 OFFOFFONDDHORRRVV VGS = 0 VTNT2管管截止截止；|VGSP|=VDDVTP 電路中電流近似為零（忽略電路中電流近似為零（忽略TN的截的截止漏電流）止漏電流）,VDD主要降落在主要降落在TN上，輸出上，輸出為高電平為高電平VOH。T1管管導通導通。VDD1. CMOS反相器的工作原理反相器的工作原理 令管子的導通等效電阻為令管子的導通等效電阻為RON，截，截止等效電阻為止等效電阻為ROFF,則有則有：AY (b) A 1 當當vI =VOH= VDD時時 ONOFFONDDLORRRVV AY 1.

9、 CMOS反相器的工作原理反相器的工作原理VGS =VDD VTNT2管管導通導通；|VGSP|= 0 VTP T1管管截止截止。 此時，此時，VDD主要降在主要降在T1管上，管上，輸出為低電平輸出為低電平VOL :AY 因而因而CMOS反相器的靜態(tài)反相器的靜態(tài)功耗極?。ㄎ⑼邤?shù)量級）。功耗極?。ㄎ⑼邤?shù)量級）。 T1和和T2只有一個是工作的，只有一個是工作的，AYAY (b) A 1 DDODDIPTHGSDDINTHGSOLOPTHGSDDIDDOHONTHGSIVVVVTTTTVVVVBCVVTTVVVCDVVVTTVVAB2121,02121)()(12)(21)( 時，時，參數(shù)完全對稱，

10、參數(shù)完全對稱，若若同時導通同時導通段：段：截止截止導通，導通，段：段：截止截止導通，導通，段：段：DDODDIPTHGSDDINTHGSOLOPTHGSDDIDDOHONTHGSIVVVVTTTTVVVVBCVVTTVVVCDVVVTTVVAB2121,02121)()(12)(21)( 時，時，參數(shù)完全對稱，參數(shù)完全對稱，若若同時導通同時導通段：段：截止截止導通，導通，段：段：截止截止導通，導通，段：段：DDODDIPTHGSDDINTHGSOLOPTHGSDDIDDOHONTHGSIVVVVTTTTVVVVBCVVTTVVVCDVVVTTVVAB2121,02121)()(12)(21)(

11、 時，時，參數(shù)完全對稱，參數(shù)完全對稱，若若同時導通同時導通段：段：截止截止導通，導通，段：段：截止截止導通，導通，段：段：DDODDIPTHGSDDINTHGSOLOPTHGSDDIDDOHONTHGSIVVVVTTTTVVVVBCVVTTVVVCDVVVTTVVAB2121,02121)()(12)(21)( 時，時，參數(shù)完全對稱，參數(shù)完全對稱，若若同時導通同時導通段：段：截止截止導通，導通，段：段：截止截止導通，導通，段：段：DDODDIPTHGSDDINTHGSOLOPTHGSDDIDDOHONTHGSIVVVVTTTTVVVVBCVVTTVVVCDVVVTTVVAB2121,02121

12、)()(12)(21)( 時，時，參數(shù)完全對稱，參數(shù)完全對稱，若若同時導通同時導通段：段：截止截止導通，導通，段：段：截止截止導通，導通，段：段：DDODDIPTHGSDDINTHGSOLOPTHGSDDIDDOHONTHGSIVVVVTTTTVVVVBCVVTTVVVCDVVVTTVVAB2121,02121)()(12)(21)( 時時，參參數(shù)數(shù)完完全全對對稱稱，若若同同時時導導通通段段：截截止止導導通通，段段：截截止止導導通通，段段：DDODDIPTHGSDDINTHGSOLOPTHGSDDIDDOHONTHGSIVVVVTTTTVVVVBCVVTTVVVCDVVVTTVVAB2121,

13、02121)()(12)(21)( 時，時，參數(shù)完全對稱，參數(shù)完全對稱，若若同時導通同時導通段：段：截止截止導通，導通，段：段：截止截止導通，導通，段：段：DDODDIPTHGSDDINTHGSOLOPTHGSDDIDDOHONTHGSIVVVVTTTTVVVVBCVVTTVVVCDVVVTTVVAB2121,02121)()(12)(21)( 時，時，參數(shù)完全對稱，參數(shù)完全對稱，若若同時導通同時導通段：段：截止截止導通，導通，段：段：截止截止導通，導通，段：段：、電壓傳輸特性、電壓傳輸特性: vo=f(vi)電流傳輸特性：電流傳輸特性：iD=f(vi)4、輸入噪聲容限、輸入噪聲容限稱為輸入噪

14、聲容限稱為輸入噪聲容限，允許輸入的變化范圍，允許輸入的變化范圍在輸出變化允許范圍內在輸出變化允許范圍內基本不變；基本不變；的一定范圍內，的一定范圍內，和和偏離偏離在在OILIHIVVVV(max)(max)(min)(min)OLILNLIHOHNHVVVVVV 稱稱為為輸輸入入噪噪聲聲容容限限，允允許許輸輸入入的的變變化化范范圍圍在在輸輸出出變變化化允允許許范范圍圍內內基基本本不不變變；的的一一定定范范圍圍內內，和和偏偏離離在在OILIHIVVVV(max)(max)(min)(min)OLILNLIHOHNHVVVVVV 圖圖33.16 (a) 74HC系列輸入保護電路與輸入特性系列輸入保

15、護電路與輸入特性1、輸入特性、輸入特性0viVDD+0.7VVi0 當當vi = vih 或或vi = vhL時時，iI只只有很小漏電流。有很小漏電流。 OLGSOLOLOLVVIIfV下下，同同樣樣的的低低電電平平輸輸出出特特性性)().1(越越少少下下，同同樣樣的的高高電電平平輸輸出出特特性性 OHGSOHOHOHVVIIfV)(.21 1、 組成組成2、工作原理A B0 00 11 01 1 T3 T1 T2 T4Y功能功能特點：特點：1110通通通通通通通通止止止止止止止止T T1 1T T3 3+VDDYT T2 2T T4 4ABY=AB一、一、CMOS與非門與非門2.6.4 其他

16、類型的其他類型的CMOS門電路門電路3、輸出邏輯表達式、輸出邏輯表達式（以二輸入為例）（以二輸入為例）兩兩TN管在下，管在下，串聯(lián)串聯(lián)；兩兩TP管在上，管在上，并聯(lián)并聯(lián)；輸輸0出出1，全，全1出出0（以二輸入為例）（以二輸入為例）3 3、輸出邏輯表達式：、輸出邏輯表達式：1 1、 組成組成2 2、工作原理、工作原理輸輸1出出0，全，全0出出1.功能功能特點：特點：A B0 00 11 01 1T3 T1 T2 T4Y通止通止通通止止止止通通止通止通1000BAT T3 3T1T2T4VDDY二、二、 CMOS或非門或非門BAY 值值不不同同對對應應的的達達到到開開啟啟電電壓壓時時，的的、使使也

17、也更更高高越越高高，輸輸入入端端越越多多，端端數(shù)數(shù)目目的的影影響響輸輸出出的的高高低低電電平平受受輸輸入入則則則則則則則則受受輸輸入入狀狀態(tài)態(tài)影影響響輸輸出出電電阻阻存存在在的的缺缺點點：IGSOHOLONONOONONOONONONOONONONOOVVTTVVRRRBARRRBARRRRBARRRRBAR42313142)3()2(0,11,021/0,021,1:)1( 值值不不同同對對應應的的達達到到開開啟啟電電壓壓時時，的的、使使也也更更高高越越高高，輸輸入入端端越越多多，端端數(shù)數(shù)目目的的影影響響輸輸出出的的高高低低電電平平受受輸輸入入則則則則則則則則受受輸輸入入狀狀態(tài)態(tài)影影響響輸輸

18、出出電電阻阻存存在在的的缺缺點點：IGSOHOLONONOONONOONONONOONONONOOVVTTVVRRRBARRRBARRRRBARRRRBAR42313142)3()2(0,11,021/0,021,1:)1( 值值不不同同對對應應的的達達到到開開啟啟電電壓壓時時，的的、使使也也更更高高越越高高，輸輸入入端端越越多多，端端數(shù)數(shù)目目的的影影響響輸輸出出的的高高低低電電平平受受輸輸入入則則則則則則則則受受輸輸入入狀狀態(tài)態(tài)影影響響輸輸出出電電阻阻存存在在的的缺缺點點：IGSOHOLONONOONONOONONONOONONONOOVVTTVVRRRBARRRBARRRRBARRRRBA

19、R42313142)3()2(0,11,021/0,021,1:)1( 值值不不同同對對應應的的達達到到開開啟啟電電壓壓時時，的的、使使也也更更高高越越高高，輸輸入入端端越越多多，端端數(shù)數(shù)目目的的影影響響輸輸出出的的高高低低電電平平受受輸輸入入則則則則則則則則受受輸輸入入狀狀態(tài)態(tài)影影響響輸輸出出電電阻阻存存在在的的缺缺點點：IGSOHOLONONOONONOONONONOONONONOOVVTTVVRRRBARRRBARRRRBARRRRBAR42313142)3()2(0,11,021/0,021,1:)1( 值值不不同同對對應應的的達達到到開開啟啟電電壓壓時時，的的、使使也也更更高高越越高

20、高，輸輸入入端端越越多多，端端數(shù)數(shù)目目的的影影響響輸輸出出的的高高低低電電平平受受輸輸入入則則則則則則則則受受輸輸入入狀狀態(tài)態(tài)影影響響輸輸出出電電阻阻存存在在的的缺缺點點：IGSOHOLONONOONONOONONONOONONONOOVVTTVVRRRBARRRBARRRRBARRRRBAR42313142)3()2(0, 11,021/0,021, 1:)1( 值值不不同同的的達達到到開開啟啟電電壓壓時時，對對應應的的、使使也也更更高高越越高高，輸輸入入端端越越多多，端端數(shù)數(shù)目目的的影影響響輸輸出出的的高高低低電電平平受受輸輸入入則則則則則則則則受受輸輸入入狀狀態(tài)態(tài)影影響響輸輸出出電電阻阻

21、存存在在的的缺缺點點：IGSOHOLONONOONONOONONONOONONONOOVVTTVVRRRBARRRBARRRRBARRRRBAR42313142)3(:)2(0, 11, 021/0, 021, 1:)1( 值值不不同同的的達達到到開開啟啟電電壓壓時時，對對應應的的、使使也也更更高高越越高高，輸輸入入端端越越多多，端端數(shù)數(shù)目目的的影影響響輸輸出出的的高高低低電電平平受受輸輸入入則則則則則則則則受受輸輸入入狀狀態(tài)態(tài)影影響響輸輸出出電電阻阻存存在在的的缺缺點點：IGSOHOLONONOONONOONONONOONONONOOVVTTVVRRRBARRRBARRRRBARRRRBAR

22、42313142)3()2(0, 11, 021/0, 021, 1: ) 1 ( .:)3()2(0, 11, 021/0, 021, 1:)1(42313142值不同值不同的的達到開啟電壓時，對應達到開啟電壓時，對應的的、使使也更高也更高越高，越高，輸入端越多，輸入端越多，端數(shù)目的影響端數(shù)目的影響輸出的高低電平受輸入輸出的高低電平受輸入則則則則則則則則受輸入狀態(tài)影響受輸入狀態(tài)影響輸出電阻輸出電阻存在的缺點：存在的缺點：IGSOHOLONONOONONOONONONOONONONOOVVTTVVRRRBARRRBARRRRBARRRRBAR 與非門與非門緩沖器緩沖器或非門或非門 2.解決方法

23、解決方法圖圖2.6.20 帶緩沖級的帶緩沖級的CMOS與非門電路與非門電路 P-105圖2.6.22 P-106OD與非門符號與非門符號ABY)(,. 2. 1DDDDDDLVVVR可可以以不不等等于于使使用用時時允允許許外外接接器器或或用用作作電電平平轉轉換換、驅驅動動現(xiàn)現(xiàn)“線線與與”可可將將輸輸出出并并聯(lián)聯(lián)使使用用，實實)(,. 2. 1DDDDDDLVVVR可可以以不不等等于于使使用用時時允允許許外外接接器器或或用用作作電電平平轉轉換換、驅驅動動現(xiàn)現(xiàn)“線線與與”可可將將輸輸出出并并聯(lián)聯(lián)使使用用，實實 這個電阻叫這個電阻叫上拉電阻上拉電阻,取值取值需計算。需計算。1.1.CMOS傳輸門（傳

24、輸門（TG）組成和邏輯符號組成和邏輯符號當當C=0時，時，C=1時時，當當C=1，時，時C=0時，時，T1、T2總有一個導電，傳輸門導通?？傆幸粋€導電，傳輸門導通。工作時，要求工作時，要求UI在在0 VDD之間變化。之間變化。CMOS傳輸門是雙向輸入和輸出器件，兩端可以互易使用。傳輸門是雙向輸入和輸出器件，兩端可以互易使用。CT2T1VDDVI/VOVO/VICTGCVI/VOVO/VICT1、T2截止，傳輸門截止。截止，傳輸門截止。四四. CMOS傳輸門傳輸門2.2. CMOS傳輸門應用舉例傳輸門應用舉例利用CMOS傳輸門和CMOS非門可以組成各種復雜的邏輯電路。當當C=0時，時，SW截止；

25、截止；CMOS雙向模擬開關的組成和符號：雙向模擬開關的組成和符號：例如做例如做模擬開關，模擬開關，用來傳輸模擬信號，用來傳輸模擬信號，這是一般的邏輯門無法實現(xiàn)的。這是一般的邏輯門無法實現(xiàn)的。TGCVI/VOVO/VI1SWCVI/VOVO/VI當當C=1時，時，SW導通。導通。2、工作原理、工作原理輸出邏輯表達式和圖形符號：Y =A高阻高阻 0 01 01 1 T1 T1 T2 T2 1 0高阻高阻YEN A通止通止止通止通通通止止通通止止（EN=0 時）（EN=1時）0 1五五、CMOS三態(tài)輸出門（三態(tài)輸出門（TS門）門）1、 電路結構電路結構CMOS門電路的性能比較門電路的性能比較課堂練習

26、題課堂練習題1. 三態(tài)門輸出高阻狀態(tài)時，三態(tài)門輸出高阻狀態(tài)時， 是正確的說法。是正確的說法。 A.測不出電壓數(shù)值測不出電壓數(shù)值 B.測得電壓較低測得電壓較低 C.測得電壓較高測得電壓較高 D.測得電阻很大測得電阻很大2. 以下電路中不可以實現(xiàn)輸出端并聯(lián)的有以下電路中不可以實現(xiàn)輸出端并聯(lián)的有 。 A.普通門電路普通門電路 B.三態(tài)門三態(tài)門 C.OC門門 D.OD門門3TTL門電路在正邏輯系統(tǒng)中，以下各種輸入端的接法門電路在正邏輯系統(tǒng)中，以下各種輸入端的接法 相當于相當于 輸輸 入邏輯入邏輯“1”的是的是 。 A.懸空懸空 B.通過電阻通過電阻10k接到接到VCC C.通過電阻通過電阻10k接地接

27、地 D.通過電阻通過電阻100接地接地DA4.指出下列門電路的輸出：指出下列門電路的輸出：A、B、CA15CMOS數(shù)字集成電路與數(shù)字集成電路與TTL數(shù)字集成電路相比數(shù)字集成電路相比 的優(yōu)點是的優(yōu)點是 。 A.微功耗微功耗 B.高速度高速度 C.高抗干擾能力高抗干擾能力 D.電源范圍寬電源范圍寬6CMOS電路在正邏輯系統(tǒng)中，以下各種輸入中電路在正邏輯系統(tǒng)中，以下各種輸入中 相相 當于當于 輸輸 入邏輯入邏輯“1”。 A.懸空懸空 B.通過電阻通過電阻2.7k接電源接電源 C.通過電阻通過電阻2.7k接地接地 D.通過電阻通過電阻510接地接地A、C、DB7. TTL系列的門電路系列的門電路,當當VI為多少時為多少時,VO發(fā)生跳變？此值與直發(fā)生跳變？此值與直流電源有關嗎？流電源有關嗎？8.CMOS系列的門電路系列的門電路,當當VI為多少時為多少時,VO發(fā)生跳變？此值與發(fā)生跳變？此值與直流電源有關嗎？直流電源有關嗎？ (1)(1)TTL的的 電源電壓應滿足在標準值電源電壓應