數(shù)字電路的特點(diǎn)及分析方法9-2晶體管的開(kāi)關(guān)特性

1、 課題9.1數(shù)字電路的特點(diǎn)及分析方法9.2晶體管的開(kāi)關(guān)特性課型新課授課班級(jí)授課時(shí)數(shù)2教學(xué)目標(biāo)1了解數(shù)字電路的基本概念。2掌握晶體管的開(kāi)關(guān)特性。教學(xué)重點(diǎn)晶體管的開(kāi)關(guān)特性。教學(xué)難點(diǎn)晶體管的開(kāi)關(guān)特性。學(xué)情分析教學(xué)效果教后記新課A引入數(shù)字電路是近代電子技術(shù)的重要基礎(chǔ)。數(shù)字技術(shù)在近十年來(lái)獲得空前飛速的發(fā)展。隨著數(shù)字集成工藝的完善，數(shù)字技術(shù)已滲透國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活的各個(gè)領(lǐng)域。B新授課9.1數(shù)字電路的特點(diǎn)及分析方法1數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)電路中的數(shù)字信號(hào)在數(shù)值上是不連續(xù)的，它不隨時(shí)間連續(xù)變化，即為離散的電信號(hào)。2數(shù)字電路的特點(diǎn)數(shù)字電路的基本工作信號(hào)是二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)，即“0”和“1”，對(duì)應(yīng)在電路上為低電平和高電平。

2、所以電路簡(jiǎn)單，易于集成化。3數(shù)字電路的分析方法數(shù)字電路主要是研究邏輯關(guān)系。通常，數(shù)字電路用邏輯代數(shù)、真值表、邏輯圖等方法進(jìn)行分析。9.2晶體管的開(kāi)關(guān)特性二極管的開(kāi)關(guān)特性（1）實(shí)驗(yàn)電路 開(kāi)關(guān)S置A端，VD導(dǎo)通，它呈現(xiàn)的正向壓降很小，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的接通狀態(tài)。 開(kāi)關(guān)S置B端，VD截止，它呈現(xiàn)的反向電阻很大，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)狀態(tài)。（2）結(jié)論：當(dāng)二極管的正向電阻和反相電阻有很大差別時(shí)，二極管即可作為開(kāi)關(guān)使用。二極管開(kāi)關(guān)的應(yīng)用1限幅電路限幅電路又稱削波電路。削波就是指將輸入波形中不需要的部分去掉。（1）串聯(lián)型上限幅電路 電路電路及限幅波形如圖所示。R：泄放電阻，為電路中可能接入的電容提供放電回路。 工作過(guò)程

3、0VD截止0VD導(dǎo)通限幅電平：把開(kāi)始起限幅作用的電平稱為限幅電平。電路全稱為“限幅電平為零的串聯(lián)型上限幅電路”。（2）并聯(lián)型下限幅電路 電路電路及限幅波形如圖所示。 工作過(guò)程VD截止 VD導(dǎo)通它是限幅電平為的下限幅度電路，又因二極管與負(fù)載電阻并聯(lián)，所以電路全稱為“限幅電平為的并聯(lián)型下限幅電路”。（3）結(jié)論串聯(lián)型限幅電路是利用二極管截止起限幅作用；而并聯(lián)限幅電路是利用二極管導(dǎo)通起限幅作用。2鉗位電路（1）電路組成把輸入信號(hào)的底部或頂部鉗制在規(guī)定電平上的電路稱為鉗位電路。頂部電位在零電平的鉗位電路如圖所示。二極管兩端與負(fù)載并聯(lián)。（2）電路功能鉗位效應(yīng)，把輸入信號(hào)的頂部鉗制在0電平上。（3）電路原理

4、電容C與二極管VD和電阻R組成的并聯(lián)電路相串聯(lián)，在輸入脈沖信號(hào)作用下，形成對(duì)電容C的充放電過(guò)程。如果信號(hào)及電路參數(shù)滿足有關(guān)條件，由于二極管的鉗位效應(yīng)，在二極管兩端將獲得把輸入信號(hào)的頂部鉗制在0電平的與輸入脈沖信號(hào)反向的脈沖輸出。9.2.3三極管的開(kāi)關(guān)特性1飽和導(dǎo)通條件及其特點(diǎn)（1）三極管的飽和條件條件：基極電流足夠大，即。為臨界飽和基極電流。也可表示為：（2）特點(diǎn)三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的接通狀態(tài)。2截止條件及其特點(diǎn)（1）三極管的截止條件為0（2）特點(diǎn)三極管的截止?fàn)顟B(tài)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)狀態(tài)。三極管相當(dāng)于一個(gè)由基極電流控制通斷的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。3三極管開(kāi)關(guān)時(shí)間開(kāi)通時(shí)間：三極管由截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換為飽

5、和狀態(tài)所需要經(jīng)歷的一段時(shí)間，用表示。關(guān)閉時(shí)間：三極管由飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)換為截止?fàn)顟B(tài)所需要經(jīng)歷的一段時(shí)間，用表示。開(kāi)關(guān)時(shí)間：和總稱為三極管的開(kāi)關(guān)時(shí)間。9.2.4晶體管反相器（1）電路組成V（2）工作原理 輸入為低電位時(shí)，即時(shí)，三極管V截止，輸出為高電位， 輸入為高電位時(shí)，即時(shí)，三極管V飽和導(dǎo)通，輸出為低電位，。（3）波形圖9.2.5加速電容器在電路的輸入電阻的兩端并聯(lián)一個(gè)適量的電容器，就可達(dá)到提高開(kāi)關(guān)速度的效果，電容稱為加速電容。（介紹）（分析工作原理）（講解）（分析工作原理）（講解）（講解）（引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材）（講解電路）（分析工作原理）（講解）練習(xí)二極管和三極管為什么能作為開(kāi)關(guān)使用？它們和普通觸點(diǎn)

6、開(kāi)關(guān)有何不同？小結(jié)1三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的接通狀態(tài)，三極管的截止?fàn)顟B(tài)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)狀態(tài)。三極管相當(dāng)于一個(gè)由基極電流控制通斷的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。2晶體管反相器：晶體管的輸出狀態(tài)決定于輸入信號(hào)狀態(tài)，而且輸出信號(hào)與輸入信號(hào)反相，故稱反相器。布置作業(yè)P173習(xí)題九9-1，9-2，9-3。課題9.3邏輯門電路課型新課授課班級(jí)授課時(shí)數(shù)2教學(xué)目標(biāo)熟練掌握與門、或門、非門三種基本邏輯門電路的基本概念、真值表、邏輯函數(shù)式和邏輯符號(hào)，并能由輸入波形畫(huà)出輸出波形。教學(xué)重點(diǎn)邏輯功能。教學(xué)難點(diǎn)邏輯功能的應(yīng)用。學(xué)情分析教學(xué)效果教后記新課A引入邏輯是指一定的因果關(guān)系。通常用符號(hào)“0”和“1”表示某一事件的對(duì)立狀態(tài)，

7、稱邏輯0和邏輯1。假定用1表示高電平，用0.表示低電平，為正邏輯。若1表示低電平，0表示高電平，則稱負(fù)邏輯。B復(fù)習(xí)數(shù)字電路的特點(diǎn)C新授課9.3邏輯門電路9.3.1與門電路1與邏輯關(guān)系當(dāng)決定一件事情的幾個(gè)條件完全具備之后，這件事情才能發(fā)生，否則不發(fā)生。2與門電路能實(shí)現(xiàn)與邏輯功能的電路稱為與門電路。（1）分析工作原理當(dāng)A、B兩輸入端均為高電平時(shí)，二極管、導(dǎo)通，Y為高電平（3 V）。當(dāng)A、B兩輸入端均為低電平，或有一個(gè)輸入端為低電平時(shí)，與低電平相連接的二極管導(dǎo)通，Y為低電平（0 V）。（2）邏輯功能：全1出1 有0出0（3）邏輯函數(shù)數(shù)式：Y = AB（4）真值表：表明邏輯門電路輸入端狀態(tài)和輸出端狀態(tài)

8、邏輯對(duì)應(yīng)關(guān)系的表格。與邏輯關(guān)系真值表如下。輸入輸出ABY001101010001（5）符號(hào)：9.3.2或門電路1或邏輯關(guān)系：當(dāng)決定一件事情的幾個(gè)條件中，只要有一個(gè)條件得到滿足，這件事情就會(huì)發(fā)生。2或門電路 （1）分析工作原理當(dāng)A、B兩輸入端均為低電平時(shí)，二極管、截止，Y為低電平（0 V）。當(dāng)A、B兩輸入端有一個(gè)輸入端為高電平，或全為高電平時(shí)，與高電平相連接的二極管導(dǎo)通，Y就高電平（3 V）。（2）邏輯功能：有1出1 全0出0（3）邏輯函數(shù)數(shù)式：Y = A + B（4）真值表：輸入輸出ABY001101010111（5）符號(hào)9.3.3非門電路1非邏輯關(guān)系：事情（輸出信號(hào)）和條件（輸入信號(hào)）總是呈

9、相反狀態(tài)。2非門電路 （1）分析工作原理輸出信號(hào)與輸入信號(hào)存在“反相”關(guān)系。即輸入低電平，輸出為高電平；輸入高電平，輸出為低電平。（2）邏輯功能：有0出1 有1出0（3）邏輯函數(shù)數(shù)式：Y =（4）真值表：輸入輸出AY0110（5）符號(hào)9.3.4與非門1與非門將一個(gè)與門和一個(gè)非門聯(lián)結(jié)起來(lái)，就構(gòu)成了一個(gè)與非門。2邏輯函數(shù)數(shù)式Y(jié) =3邏輯符號(hào)4真值表：ABABY =00110101000111105邏輯功能：全1出0 有0出19.3.5或非門1或非門在或門后面接一個(gè)非門，就構(gòu)成或非門。2邏輯函數(shù)數(shù)式Y(jié) =3邏輯符號(hào)4真值表：ABABY =00110101011110005邏輯功能：全0出1 有1出0

10、9.3.6與或非門1與或非門與或非門是由多個(gè)基本門組合在一起所構(gòu)成的復(fù)合邏輯門，一般由兩個(gè)或多個(gè)與門和一個(gè)或門，再和一個(gè)非門串聯(lián)而成。2邏輯函數(shù)數(shù)式：Y =3邏輯符號(hào)4真值表：如圖表所示。ABCDY000000001111111100001111000011110011001100110011010101010101010111101110111000005邏輯功能：一組全1出0； 各組有0出1。9.3.7異或門1邏輯符號(hào)2邏輯函數(shù)數(shù)式：Y =或3真值表：如圖表所示。輸入輸出ABY0011010101104邏輯功能：同出0，異出19.3.8同或門1邏輯函數(shù)數(shù)式：Y =或AB2真值表：如圖表所示

11、。輸入輸出ABY0011010110013邏輯功能：同出1 異出0（引導(dǎo)）（分析工作原理）（講解）（引導(dǎo)）（引導(dǎo)學(xué)生分析）（講解）（分析工作原理）（講解）（講解）（講解）（引導(dǎo)學(xué)生討論）（學(xué)生討論完成）（學(xué)生討論完成）練習(xí)1在邏輯電路中，假定用1表示高電平，用0表示低電平，稱為_(kāi)邏輯。若1表示低電平，0表示高電平稱為_(kāi)邏輯?；具壿嬮T電路有_，_和_。小結(jié)常見(jiàn)邏輯門電路有：與門、或門、非門、與非門、或非門和與或非門等。布置作業(yè)P174習(xí)題九9-4，9-5，9-6，9-7。課題9.4TTL集成邏輯門9.5COMS集成邏輯門課型新課授課班級(jí)授課時(shí)數(shù)2教學(xué)目標(biāo)1了解TTL集成電路應(yīng)用常識(shí)。2了解CO

12、MS集成電路應(yīng)用常識(shí)教學(xué)重點(diǎn)數(shù)字集成電路。教學(xué)難點(diǎn)數(shù)字集成電路。學(xué)情分析教學(xué)效果教后記新課A引入邏輯門電路在應(yīng)用時(shí)大多是組合門電路形式，實(shí)際計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用的是更為復(fù)雜的組合邏輯門，為了使用方便，大多做成集成電路產(chǎn)品。新課B復(fù)習(xí) 默寫(xiě)各邏輯門電路的邏輯符號(hào)、函數(shù)表達(dá)或邏輯功能。C新授課9.4TTL集成邏輯門9.4.1TTL集成電路的產(chǎn)品系列和外形封裝常用的主要系列如表所示。系列子系列名 稱國(guó)際型號(hào)部標(biāo)型號(hào)TTLTTLHTTLSTTLLSTTLALSTTL基本型中速TTL高 速TTL超 高 速TTL低 功 耗TTL先進(jìn)低功耗TTLCT54/74CT54/74HCT54/74SCT54/74LSCT

13、54/74ALST1000T2000T3000T4000TTL集成電路大都采用雙列直插式外形封裝。引線的編號(hào)判斷方法：把標(biāo)志置于左端，逆時(shí)針轉(zhuǎn)向自下而上順序讀出序號(hào)。9.4.2TTL集成門電路主要參數(shù)1輸出高電平和輸出低電平輸出高電平時(shí)，要求輸出電壓足夠高，輸出低電平時(shí)，要求輸出電壓足夠低。2輸入高電平和輸入低電平指輸入高電平的最低值，指輸入低電平的最高值。把這兩個(gè)值的中間值稱為輸入的閾值電壓。3輸出高電平電流IOH和輸出低電平電流IOLIOH為輸出為高電平時(shí)流出電流的極限值。IOL為輸出為低電平時(shí)流入電流的極限值。4傳輸延遲時(shí)間和：入上50出下50時(shí)間間隔。：入下50 出上50 時(shí)間間隔。傳

14、輸延時(shí)：和的平均值稱為平均傳輸延遲時(shí)間。5扇出系數(shù)與非門輸出端能驅(qū)動(dòng)同類門的數(shù)目。9.4.3TTL與非門應(yīng)用舉例用一只CT74LS00四2輸入與非門，可以組成一個(gè)簡(jiǎn)易的電源電壓監(jiān)視器。電路如圖所示。原理：接通電源，A點(diǎn)電壓約5 V左右，綠色保持常亮。在電源正常時(shí)，調(diào)節(jié)電位器，使B點(diǎn)電位剛好處于與非門的門檻電壓，此時(shí)黃色和紅色均不亮。當(dāng)電源電壓偏低時(shí)，B點(diǎn)電位低于門檻電壓，則門1輸入為低電平，輸出為高電平，故E點(diǎn)為高電平，F(xiàn)點(diǎn)為低電平，黃色導(dǎo)通而發(fā)光，而紅色截止，不發(fā)光。當(dāng)電源電壓偏高時(shí)，B點(diǎn)電位上升，E點(diǎn)電位下降，F(xiàn)點(diǎn)電位上升，因而紅色導(dǎo)通而發(fā)光，黃色因截止而不發(fā)光。9.5CMOS集成邏輯門9

15、.5.1CMOS反相器1電路結(jié)構(gòu)CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)。2工作原理（1）當(dāng)時(shí)，截止；，飽和，與極間相當(dāng)于短路，所以。（2）當(dāng)時(shí)，的，飽和導(dǎo)通，因而截止，與極間相當(dāng)于開(kāi)路，與相當(dāng)于短路。所以。當(dāng)輸入低電平時(shí)，輸出為高電平；當(dāng)輸入為高電平時(shí)，輸出為低電平，實(shí)現(xiàn)了邏輯反相功能。3特點(diǎn)（1）功耗低CMOS反相器不論是輸出高電平還是低電平，都只有一個(gè)管子導(dǎo)通，因此電源電流均是極小的漏電流，功耗極低。（2）開(kāi)關(guān)速度高由于管子導(dǎo)通時(shí)電阻都很小，這就大大縮短了負(fù)載端雜散電容的充放電時(shí)間，提高了開(kāi)關(guān)速度。（3）抗干擾能力強(qiáng)由于CMOS反相器的電壓傳輸特性比較理想，特性曲線的轉(zhuǎn)折區(qū)比TTL陡直，故抗干擾能力更強(qiáng)

16、。（4）輸出幅度大CMOS反相器輸出高電平，輸出低電平，故輸出電壓幅度大，電源利用率高。9.5.2CMOS與非門1電路結(jié)構(gòu)2工作原理當(dāng)A、B端同時(shí)為高電平1時(shí)，、均導(dǎo)通，、均截止，輸出端Y為低電平0，即“全1出0”。當(dāng)A、B端有一個(gè)或兩個(gè)為低電平時(shí)，串聯(lián)的、有一個(gè)或兩個(gè)截止，并聯(lián)的、有一個(gè)或兩個(gè)導(dǎo)通，輸出端Y為高電平1，即“有0出1”。3真值表：輸入輸出ABY0011010111109.5.3CMOS或非門1電路結(jié)構(gòu)2工作原理當(dāng)A、B端有高電平1時(shí)，驅(qū)動(dòng)管或?qū)ǎ敵龆薡為低電平“0”，即“有1出0”；當(dāng)A、B端都為低電平0時(shí)，驅(qū)動(dòng)管或兩個(gè)都截止，負(fù)載管、同時(shí)導(dǎo)通，輸出Y為高電平1，即“全0出

17、1”。3真值表：輸入輸出ABY0011010110009.5.4COMS傳輸門1電路結(jié)構(gòu)COMS傳輸門的電路結(jié)構(gòu)與邏輯符號(hào)如圖所示。2工作原理（1）當(dāng)控制端C加高電平，若輸入信號(hào)在0 之間變化，則和中至少有一個(gè)管子導(dǎo)通，傳輸門的輸入和輸出之間程低阻狀態(tài)，傳輸門導(dǎo)通，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)接通。（2）當(dāng)控制端C加低電平，只要在0 之間變化，則、兩個(gè)管子均截止，即傳輸門截止，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。3功能傳輸門是一種傳輸信號(hào)的可控開(kāi)關(guān)電路，由于MOS管結(jié)構(gòu)對(duì)稱，其源極與漏極可對(duì)調(diào)使用，因此，傳輸門具有雙向性，也稱雙向開(kāi)關(guān)。9.5.5CMOS電路的應(yīng)用1產(chǎn)品系列和外形封裝CMOS集成電路的產(chǎn)品系列可參考表。系列子系列名稱國(guó)標(biāo)符號(hào)部標(biāo)符號(hào)MOSCMOS互補(bǔ)場(chǎng)效晶體管型CC4000C00HCMOS高速CMOSCT54/74HCHCMOST與TTL兼容的高速CMOSCT54/74HCT2CMOS電路使用注意事項(xiàng)（1）輸入端不能懸空。（2）電源不能接反，也不能超壓