電子電路基礎：第2章 基本運算電路

1、第二章 基本運算電路 2.1 基本邏輯門電路 2.4 集成運放運算電路 2.2 TTL邏輯門電路 2.3 CMOS邏輯門電路1 2.1基本邏輯門電路2.1.1 基本邏輯運算 2.1.4 DTL與非門2.1.2 二極管與門及或門電路2.1.3 非門電路2 2.1.1 基本邏輯運算數(shù)字電路：又稱開關電路，其電子器件工作在“導 通”和“截止”兩種狀態(tài)。在邏輯代數(shù)中以“0”和“1”表示。邏輯運算：按一定的邏輯規(guī)律進行運算?；具\算分為與、或、非三種。3 2.1.1 基本邏輯運算一、與運算決定某一事件的所有條件都具備時,該事件才發(fā)生滅斷斷亮合合滅斷合滅合斷燈 Y開關 B開關 A開關 A、B 都閉合時，燈

2、 Y 才亮。 4 2.1.1 基本邏輯運算11 1YA B00 000 101 0邏輯表達式有 0 出 0；全 1 出 1 邏輯符號Y = A B 或 Y = AB真值表5 2.1.1 基本邏輯運算二、或運算 決定某一事件的諸條件中，只要有一個或一個以上具備時，該事件就發(fā)生。滅斷斷亮合合亮斷合亮合斷燈 Y開關 B開關 A 開關 A 或 B 閉合或兩者都閉合時，燈 Y 才亮。6 2.1.1 基本邏輯運算邏輯表達式邏輯符號真值表Y = A + B 00 011 1YA B10 111 0有 1 出 1，全 0 出 0 7 2.1.1 基本邏輯運算三、非運算 決定某一事件的條件滿足時，事件不發(fā)生；反

3、之事件發(fā)生。 開關閉合時燈滅， 開關斷開時燈亮。 8 2.1.1 基本邏輯運算邏輯表達式邏輯符號真值表Y = A AY01109 2.1.2 二極管與門及或門電路一、二極管與門3KR+VCC(+5V)VD1VD2VD3ABC(a)電路圖ABCL&(b)邏輯符號L=A.B.C(c)邏輯表達式10 2.1.2 二極管與門及或門電路二、二極管或門ABCL1(b)邏輯符號(a)電路圖3KRVD1VD2VD3ABCLL=A+B+C(c)邏輯表達式11 2.1.3 非門電路(a)電路圖VTRCRBAL+VCCAL1(b)邏輯符號(c)邏輯表達式12 2.1.4 DTL與非門由二極管與門和三極管非門串聯(lián)而成

4、，稱為二極管三極管邏輯門（Diode-Transistor-Logic），簡稱為DTL與非門。VTRCLR1+VCC(+5V)VD1VD2VD3ABCR2VD4VD5PbABCL&L=A.B.C13 2.1.4 DTL與非門工作原理： 當A、B和C端都接高電平（+5V）時，VD1、VD2和VD3截止，而VD4、VD5和VT導通。選合理的R1、R2和三極管參數(shù)，使三極管工作在飽和區(qū)，則UL=UCES=0.3V，即為低電平。 當A、B和C端中有一為低電平（0.3V）時，對應的輸入二極管導通，P UTH，則與非門開通， 輸出低電平UOL；uI UGS(th)N +UGS(th)P且 UGS(th)N

5、 =UGS(th)P UGS(th)N增強型 NMOS 管開啟電壓AuIYuOVDDSGDDGSBVPVNB NMOS 管的襯底接電路最低電位，PMOS管的襯底接最高電位，從而保證襯底與漏源間的 PN 結始終反偏。.uGSN+-增強型 PMOS 管開啟電壓uGSP+-UGS(th)PuGSN UGS(th)N 時，增強型 NMOS 管導通uGSN UGS(th)N 時，增強型 NMOS 管截止OiDuGSUGS(th)N增強型 NMOS 管轉移特性uGSP UGS(th)P 時，增強型 PMOS 管截止OiDuGSUGS(th)P增強型 PMOS 管轉移特性AuIYuOVDDSGDDGSBVP

6、VNB（一）電路基本結構 UIL = 0 V，UIH = VDD35AuIYuOVDDSGDDGSVPVNUIL = 0VuGSN+-uGSP+-截止導通VN 截止， 輸入為低電平，UIL = 0V時，uGSN = 0V UGS(th)N，VP 導通,uGSP = uGP-uSP = 0V -VDD UGS(th)P 2.3 CMOS邏輯門電路（二）工作原理 uOVDD 為高電平。ROFFNRONPuO+VDDSDDS導通電阻 RON UGS(th)N，VN 導通，uGSP = VDD-VDD = 0V UGS(th)P，VP 截止， 輸入為高電平，UIH = VDD 時，截止導通 2.3 C

7、MOS邏輯門電路（二）工作原理 可見該電路構成 CMOS 非門，又稱 CMOS 反相器。 無論輸入高低，VN、VP 中總有一管截止，使靜態(tài)漏極電流 iD 0。因此 CMOS 反相器靜態(tài)功耗極微小。 uO0V 為低電平。RONNROFFPuO+VDDSDDS導通電阻 RON 截止電阻 ROFF37 2.3 CMOS邏輯門電路二、其它功能的 CMOS 門電路 （一）CMOS 與非門ABVDDVPBVPAVNAVNBY與非門結構特點：驅動管相串聯(lián)，負載管相并聯(lián)。 每個輸入端對應一對 NMOS 管和PMOS 管。NMOS 管為驅動管，PMOS 管為負載管。輸入端與它們的柵極相連。38ABVDDVPBV

8、PAVNAVNBY 2.3 CMOS邏輯門電路 CMOS 與非門工作原理導通導通截止截止110 當輸入均為高電平時：驅動管均導通，負載管均截止，輸出為低電平。39 2.3 CMOS邏輯門電路 CMOS 與非門工作原理 當輸入中有低電平時：ABVDDVPBVPAVNAVNBY截止導通01因此 Y = AB低電平輸入端相對應的驅動管截止，負載管導通，輸出為高電平。40 在反相器基礎上串接了 PMOS 管 VP2 和 NMOS 管 VN2，它們的柵極分別受 EN 和 EN 控制。（二）CMOS 三態(tài)輸出門 AENVDDYVP2VP1VN1VN2低電平使能的 CMOS 三態(tài)輸出門工作原理001導通導通

9、Y=A110截止截止Z EN = 1 時，VP2、VN2 均截止，輸出端 Y 呈現(xiàn)高阻態(tài)。 因此構成使能端低電平有效的三態(tài)門。 EN = 0 時，VP2 和 VN2 導通，呈現(xiàn)低電阻，不影響 CMOS 反相器工作。 Y=A 2.3 CMOS邏輯門電路41 2.4 集成運放運算電路 由于運放的開環(huán)放大倍數(shù)很大，輸入電阻高，輸出電阻小，在分析時常將其理想化，稱其所謂的理想運放。理想運放的條件虛短路放大倍數(shù)與負載無關。分析多個運放級聯(lián)組合的線性電路時可以分別對每個運放進行。虛斷路運放工作在線性區(qū)的特點在分析信號運算電路時對運放的處理42 2.4 集成運放運算電路一、比例運算電路作用：將信號按比例放大

10、。類型：同相比例放大和反相比例放大。43為提高精度，一般?。?）反相比例運算電路利用虛短和虛斷得輸出與輸入反相 2.4 集成運放運算電路44 2.4 集成運放運算電路（2）同相比例運算電路利用虛短和虛斷得輸出與輸入同相電壓跟隨器45 2.4 集成運放運算電路二、加減運算電路由虛短、虛斷得：若則有（加法運算）輸出再接一級反相電路可得（1）加法運算電路46 2.4 集成運放運算電路（2）減法運算電路第一級反相比例第二級反相加法1、利用反相信號求和以實現(xiàn)減法運算即當 時得（減法運算）47 2.4 集成運放運算電路 從結構上看，它是反相輸入和同相輸入相結合的放大電路。2、利用差分式電路以實現(xiàn)減法運算當

11、則若繼續(xù)有則 根據(jù)虛短、虛斷和N、P點的KCL得：48 2.4 集成運放運算電路3、由三個集成運放構成的高性能放大電路儀器放大器uo2+AARRRWui1ui2uo1ab+R1R1AR2R2uo+-49 2.4 集成運放運算電路uo2+AARRRWui1ui2uo1ab+-虛短路：虛斷路：50 2.4 集成運放運算電路uo2R1R1AR2R2uo+uo1三運放電路是差動放大器，放大倍數(shù)可變。由于輸入均在同相端，此電路的輸入電阻高。51式中，負號表示vO與vS在相位上是相反的。根據(jù)“虛短”，得根據(jù)“虛斷”，得即因此電容器被充電，其充電電流為設電容器C的初始電壓為零，則（積分運算）積分電路 2.4

12、 集成運放運算電路三、積分與微分電路（1）積分電路5210K5000PF 2.4 集成運放運算電路例 設右圖的積分電路中，vs的初始電壓為零。當輸入波形如右圖時，試畫出輸出電壓v0的波形，并標出幅值。vs/Vt/st1t24012005-10v0/Vt/st1t24012008解：當0t40 s當40t120 s53 2.4 集成運放運算電路(2) 微分電路 同樣可根據(jù)“虛短”、“虛斷”，以及電容兩端電壓和電流的關系可得： 當輸入階躍波時，輸出則為脈沖波。54 2.4 集成運放運算電路四、對數(shù)與指數(shù)電路（1）對數(shù)電路其中，IES 是發(fā)射結反向飽和電流，vO是vS的對數(shù)運算。-利用PN結的指數(shù)特

13、性實現(xiàn)BJT的發(fā)射結有注意：vS必須大于零，電路的輸出電壓小于0.7伏利用虛短和虛斷，電路有當 時，55 2.4 集成運放運算電路vO是vS的反對數(shù)運算（指數(shù)運算）利用虛短和虛斷，電路有要求以上兩個電路溫漂很嚴重，實際電路都有溫度補償電路（2）指數(shù)電路-利用PN結的指數(shù)特性實現(xiàn)56電子技術第二章 結束模擬電路部分57例1 圖中，已知運放的最大輸出電壓Uom=14V，t=0時刻電容C兩端電壓uC=0V，試求開關S閉合時電壓uO1、uO2的表達式。 解： 該電路由兩級電路構成，第一級為電壓跟隨器，第二級為積分電路，所以當開關S閉合時，可得第一級uo1=1V，第二級輸出為但uO2不能超過運放的最大輸出值14V，故uO2的表達式為58例2 如圖,穩(wěn)壓管已穩(wěn)壓工作,已知穩(wěn)壓值UZ6V,R1R230k，R3為30k電位器,試求輸出電壓所能達到的最大值和最小值。解：當滑動變阻器動點移到最下端時， 電路成為反相比例運算電路，輸入信號即穩(wěn)壓管兩端的電