數(shù)字電子技術(shù)第二章門電路(課件)

第二章門電路第二章門電路門電路是用以實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系的電子電路。與我們所講過的基本邏輯關(guān)系相對應(yīng)，門電路主要有：與門、或門、非門、與非門、或非門、與或非門、異或門等。在數(shù)字電路中，一般用高電平代表1、低點(diǎn)平代表0，即所謂的正邏輯系統(tǒng)。高電平代表0、低電平代表1，即所謂的負(fù)邏輯系統(tǒng)。2.1概述門電路是用以實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系的電子電路。與我們所講過的基本邏輯關(guān)正邏輯：高電平表示1，低電平表示0

負(fù)邏輯：高電平表示0，低電平表示1

正邏輯：高電平表示1，低電平表示0

負(fù)邏輯：高電平表示0，低100VVcc只要能判斷高低電平即可K開------Vo=1,輸出高電平K合------Vo=0,輸出低電平可用三極管代替ViVoKVccR100VVcc只要能判斷高低電平即可K開------Vo=12.1半導(dǎo)體二極管門電路

半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和外特性

（Diode）二極管的結(jié)構(gòu)：

PN結(jié)+引線+封裝構(gòu)成PN2.1半導(dǎo)體二極管門電路

半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和外特性

（Di2.1.1二極管的開關(guān)特性：高電平：VIH=VCC低電平：VIL=0VI=VIH

D截止，VO=VOH=VCCVI=VIL

D導(dǎo)通，VO=VOL=0.7V2.1.1二極管的開關(guān)特性：高電平：VIH=VCCVI=VI2.二極管伏安特性的實(shí)用近似方法+VON-+-VON=0.7V(硅管)VON=0.2V(鍺管)2.二極管伏安特性的實(shí)用近似方法+VON-+-V3.2.2半導(dǎo)體三極管的開關(guān)特性VccRCRBvo-+vI-+iBiC1.三極管的基本開關(guān)電路

截止條件:

截止特點(diǎn):

導(dǎo)通特點(diǎn):

導(dǎo)通條件:

一.雙極型三極管的開關(guān)特性3.2.2半導(dǎo)體三極管的開關(guān)特性VccRCRBvo-+v2.三極管的開關(guān)等效電路bec截止?fàn)顟B(tài)cbe飽和導(dǎo)通狀態(tài)2.三極管的開關(guān)等效電路bec截止?fàn)顟B(tài)cbe飽和導(dǎo)通狀R1R2AF+uccuFt3.三極管的動(dòng)態(tài)開關(guān)特性：tuA+ucc0.3VR1R2AF+uccuFt3.三極管的動(dòng)態(tài)開關(guān)特性：tuA2.1.2二極管與門設(shè)VCC=5V加到A,B的VIH=3VVIL=0V二極管導(dǎo)通時(shí)VDF=0.7VABY0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7VABY000010100111規(guī)定3V以上為10.7V以下為02.1.2二極管與門設(shè)VCC=5VABY0V0V0.72.1.3二極管或門設(shè)VCC=5V加到A,B的VIH=3VVIL=0V二極管導(dǎo)通時(shí)VDF=0.7VABY0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3VABY000011101111規(guī)定2.3V以上為10V以下為02.1.3二極管或門設(shè)VCC=5VABY0V0V0V0二極管構(gòu)成的門電路的缺點(diǎn)電平有偏移帶負(fù)載能力差只用于IC內(nèi)部電路二極管構(gòu)成的門電路的缺點(diǎn)電平有偏移vEE為負(fù)電源

2.1.4三極管非門Rc(vo)R1AYVCCvEE(vi)R2vEE為負(fù)電源2.1.4三極管非門Rc(voR1DR2F+12V+3V三極管非門D1D2AB+12V二極管與門與非門R1DR2F+12V+3V三極管非門D1D2AB+12V二極1、體積大、工作不可靠。2、需要不同電源。3、各種門的輸入、輸出電平不匹配。1、體積大、工作不可靠。2、需要不同電源。3、各種門的輸入、2.3CMOS門電路

2.3.1MOS管的開關(guān)特性一、MOS管的結(jié)構(gòu)S(Source)：源極G(Gate)：柵極D(Drain)：漏極B(Substrate):襯底金屬層氧化物層半導(dǎo)體層PN結(jié)2.3CMOS門電路

2.3.1MOS管的開關(guān)特性一、MO二、等效電路OFF，截止?fàn)顟B(tài)

ON，導(dǎo)通狀態(tài)二、等效電路OFF，截止?fàn)顟B(tài)ON，導(dǎo)2.3.2CMOS反相器工作原理Complementary-SymmeteryMetal-Oxide-SemiconductorNMOS管PMOS管CMOS電路2.3.2CMOS反相器工作原理NMOS管PMOS管CMUCCST2DT1uiuoui=0截止ugs2=UCC導(dǎo)通u０=“１”工作原理：

低電平輸入U(xiǎn)CCST2DT1uiuoui=0截止ugs2=UCC導(dǎo)通UCCST2DT1uiuoui=１導(dǎo)通截止u０=“０”工作原理：高電平輸入U(xiǎn)CCST2DT1uiuoui=１導(dǎo)通截止u０=“０”工作原CMOS反相器PMOSNMOS

襯底與漏源間的PN結(jié)始終處于反偏，NMOS管的襯底總是接到電路的最低電位，PMOS管的襯底總是接到電路的最高電位。柵極相連作輸入端漏極相連作輸出端工作原理：1.輸入為低電平VIL=0V時(shí)，VGS1＜VT1T1管截止；|VGS2|＞VT2

電路中電流近似為零（忽略T1的截止漏電流）,VDD主要降落在T1上，輸出為高電平VOH≈VDD。T2導(dǎo)通。2.輸入為高電平VIH=VDD時(shí)，T1通T2止，VDD主要降在T2上，輸出為低電平VOL≈0V。實(shí)現(xiàn)邏輯“非”功能CMOS反相器工作原理CMOS反相器PMOSNMOS襯底與漏源間的PCMOS門的VT=0.5VDD，TTL門的VT一般在1.0～1.4V。CMOS門輸出：高電平為VOH=VDD，低電平為VOL=0V。TTL門輸出：高電平為VOH=3.6V，低電平為VOL=0.3V。二、CMOS門電路和TTL門電路比較對CC4000系列門電路，通常輸入高電平的值不能低于0.7VDD，即VIH(min)0.7VDD輸入低電平的值不能大于0.3VDD，即VIL(max)0.3VDDCMOS傳輸特性矩型性比TTL好，且隨VDD按比例變化。CMOS門的VT=0.5VDD，TTL門的VT一般在1.2.3.3其他類型的CMOS門電路一、其他邏輯功能的門電路1.與非門2.或非門

2.3.3其他類型的CMOS門電路一、其他邏輯功能的門電路3帶緩沖極的CMOS門與非門3帶緩沖極的CMOS門與非門解決方法解決方法數(shù)字電子技術(shù)第二章門電路(課件)二漏極開路的門電路（OD門）二漏極開路的門電路（OD門）數(shù)字電子技術(shù)第二章門電路(課件)三、CMOS傳輸門及雙向模擬開關(guān)1.傳輸門三、CMOS傳輸門及雙向模擬開關(guān)1.傳輸門2.雙向模擬開關(guān)2.雙向模擬開關(guān)四、三態(tài)輸出門四、三態(tài)輸出門三態(tài)門的用途三態(tài)門的用途雙極型三極管的開關(guān)特性 （BJT,BipolarJunctionTransistor）2.2TTL門電路

2.2.1半導(dǎo)體三極管的開關(guān)特性雙極型三極管的開關(guān)特性2.2TTL門電路

2.2.1一、雙極型三極管的結(jié)構(gòu)管芯+三個(gè)引出電極+外殼一、雙極型三極管的結(jié)構(gòu)二特性曲線分三個(gè)部分放大區(qū)：條件VCE>0.7V,iB>0,iC隨iB成正比變化，ΔiC=βΔiB。飽和區(qū)：條件VCE<0.7V,iB>0,VCE很低，ΔiC

隨ΔiB增加變緩，趨于“飽和”。截止區(qū)：條件VBE=0V,iB=0,iC=0,c—e間“斷開”。二特性曲線分三個(gè)部分三、雙極型三極管的基本開關(guān)電路只要參數(shù)合理：VI=VIL時(shí)，T截止，VO=VOHVI=VIH時(shí)，T導(dǎo)通，VO=VOL三、雙極型三極管的基本開關(guān)電路只要參數(shù)合理：四、三極管的開關(guān)等效電路截止?fàn)顟B(tài)飽和導(dǎo)通狀態(tài)四、三極管的開關(guān)等效電路截止?fàn)顟B(tài)飽和導(dǎo)通狀態(tài)五、動(dòng)態(tài)開關(guān)特性從二極管已知，PN結(jié)存在電容效應(yīng)。在飽和與截止兩個(gè)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時(shí)，iC的變化將滯后于VI，則VO的變化也滯后于VI。五、動(dòng)態(tài)開關(guān)特性從二極管已知，PN結(jié)存在電容效應(yīng)。2.2.2TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理一、電路結(jié)構(gòu)設(shè)

PNN2.2.2TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理PNNu0(V)ui(V)123UOH(3.4V)UOL(0.2V)傳輸特性曲線u0(V)ui(V)123UOH“1”UOL(0.2V)閾值UT=1.4V理想的傳輸特性輸出高電平輸出低點(diǎn)平二、電壓傳輸特性u0(V)ui(V)123UOH(3.4V)UOL(0.2V數(shù)字電子技術(shù)第二章門電路(課件)二、電壓傳輸特性二、電壓傳輸特性二、電壓傳輸特性二、電壓傳輸特性需要說明的幾個(gè)問題：

需要說明的幾個(gè)問題：1、輸出高電平UOH、輸出低電平UOL

UOH2.4VUOL

0.4V便認(rèn)為合格。

典型值UOH=3.4VUOL

0.3V。2、閾值電壓UTui<UT時(shí)，認(rèn)為ui是低電平。ui>UT時(shí)，認(rèn)為ui是高電平。UT=1.4V1、輸出高電平UOH、輸出低電平UOLUOH2.4V三、輸入噪聲容限三、輸入噪聲容限2.2.3TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性１１一、輸入特性僅考慮輸入信號(hào)是高電平和和低電平而不是某一個(gè)中間值，輸入端的等效電路可畫成上圖。當(dāng)VCC=5V，

VI=VIL=0.2V時(shí)，輸入低電平電流為2.2.3TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性１１一、

VI=VIH=3.4V時(shí)，T1管處于倒置狀態(tài)，所以高電平輸入電流IIH很小。７４系列門電路每個(gè)輸入端的IIH值在４０A以下。輸入特性曲線VI=VIH=3.4V時(shí)，T1管處于倒置狀態(tài)，所以高二、輸入端負(fù)載特性“1”,“0”？+5VYvCCR4R2R1４kT2R5R3T4T1T5b1c1A1.6k1301kD2D1(vI)Rui二、輸入端負(fù)載特性“1”,“0”？+5VYvCCR4R2R1輸入端接一電阻R接地Rui“1”,“0”？+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1輸入端接一電阻R接地Rui“1”,“0”？+5VFR4R2RR較小時(shí)ui<UTT2不導(dǎo)通，輸出高電平。Rui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1R較小時(shí)ui<UTT2不導(dǎo)通，輸出高電平。RuiR增大Ruiui=UT時(shí)，輸出低電平。R臨界=1.45KRui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1R增大Ruiui=UT時(shí)，輸出低電平。R臨界=1.4

VI隨RP變化的規(guī)律：當(dāng)VI上升到1.4V以后，T2和T５導(dǎo)通，VB1鉗在了2.1V左右,所以RP再增大，VI不會(huì)再升高了，趨近于1.4V。VI隨RP變化的規(guī)律：當(dāng)VI上升到1.4V以后，T2和T1、懸空的輸入端相當(dāng)于接高電平。2、為了防止干擾，可將懸空的輸入端接高電平。說明1、懸空的輸入端相當(dāng)于接高電平。2、為了防止干擾，可將懸空的+5VR4R2R5T3T4R1T1+5V三、輸出特性前級(jí)后級(jí)反偏流出前級(jí)電流IOH（拉電流）１.高電平輸出特性+5VR4R2R5T3T4R1T1+5V三、輸出特性前級(jí)后級(jí)

74系列門電路的運(yùn)用條件規(guī)定，輸出為高電平時(shí)，最大負(fù)載電流不能超過0.4mA。74系列門電路的運(yùn)用條件規(guī)定，輸出為高電平時(shí)，最大負(fù)載電+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1R1T1+5V前級(jí)后級(jí)流入前級(jí)的電流IOL約1.4mA(灌電流)２.低電平輸出特性+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1R1T1+5V前級(jí)為了保證反相器的低電平，負(fù)載電流應(yīng)小于一定值。為了保證反相器的低電平，負(fù)載電流應(yīng)小于一定值。扇出系數(shù):與門電路輸出驅(qū)動(dòng)同類門的個(gè)數(shù)+5VR4R2R5T3T4T1前級(jí)T1T1IiH1IiH3IiH2IOH前級(jí)輸出為高電平時(shí)后級(jí)扇出系數(shù):與門電路輸出驅(qū)動(dòng)同類門的個(gè)數(shù)+5VR4R2R5T3+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前級(jí)IOLIiL1IiL2IiL3前級(jí)輸出為低電平時(shí)后級(jí)+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前級(jí)IOLIiL1輸出低電平時(shí)，流入前級(jí)的電流（灌電流）：輸出高電平時(shí)，流出前級(jí)的電流（拉電流）：與非門的扇出系數(shù)一般是10。輸出低電平時(shí)，流入前級(jí)的電流（灌電流）：輸出高電平時(shí)，流出前關(guān)于電流的技術(shù)參數(shù)關(guān)于電流的技術(shù)參數(shù)數(shù)字電子技術(shù)第二章門電路(課件)數(shù)字電子技術(shù)第二章門電路(課件)2.2.4TTL反相器的動(dòng)態(tài)特性一、傳輸延遲時(shí)間1、現(xiàn)象2.2.4TTL反相器的動(dòng)態(tài)特性一、傳輸延遲時(shí)間二.交流噪聲容限三.電源的動(dòng)態(tài)尖峰電流二.交流噪聲容限三.電源的動(dòng)態(tài)尖峰電流2.2.5其他類型的TTL門電路一、其他邏輯功能的門電路1.與非門2.2.5其他類型的TTL門電路一、其他邏輯功能的門電路2.或非門3.與或非門2.或非門3.與或非門4.異或門4.異或門二、集電極開路的門電路1、推拉式輸出電路結(jié)構(gòu)的局限性①輸出電平不可調(diào)②負(fù)載能力不強(qiáng)，尤其是高電平輸出③輸出端不能并聯(lián)使用

OC門二、集電極開路的門電路1、推拉式輸出電路結(jié)構(gòu)的局限性

集電極開路的與非門（OC門）設(shè)計(jì)考慮+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC集電極懸空T3無T3,T4集電極開路的與非門（OC門）+5VFR2R13kT2R3T+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC應(yīng)用時(shí)輸出端要接一上拉負(fù)載電阻RLRLUCC+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC應(yīng)用時(shí)輸出

集電極開路與非門的電路和圖形符號(hào)

工作時(shí)需外接電阻和電源集電極開路與非門的電路和圖形符號(hào)工作時(shí)需外接電阻和電源1、OC門可以實(shí)現(xiàn)“線與”功能&&&UCCF1F2F3FF=F1F2F3RL輸出級(jí)UCCRLT5T5T51、OC門可以實(shí)現(xiàn)“線與”功能&&&UCCF1F2F3FF=F=F1F2F3?UCCRLF1F2F3F任一導(dǎo)通F=0F=F1F2F3?UCCRLF1F2F3F任一導(dǎo)通F=0UCCRLF1F2F3F全部截止F=1F=F1F2F3?所以：F=F1F2F3!UCCRLF1F2F3F全部截止F=1F=F1F2F3?所以O(shè)C門實(shí)現(xiàn)的線與OC門實(shí)現(xiàn)的線與3、外接負(fù)載電阻RL的計(jì)算3、外接負(fù)載電阻RL的計(jì)算3、外接負(fù)載電阻RL的計(jì)算3、外接負(fù)載電阻RL的計(jì)算3、外接負(fù)載電阻RL的計(jì)算3、外接負(fù)載電阻RL的計(jì)算三、三態(tài)輸出門（ThreestateOutputGate,TS）三、三態(tài)輸出門（ThreestateOutputGatEN=1:功能同與非門EN=0:高阻控制端高電平有效功能表EN=1:功能同與非門控制端高電平有效功能表三態(tài)門的用途三態(tài)門的用途一、高速系列74H/54H（High-SpeedTTL）電路的改進(jìn)(1)輸出級(jí)采用復(fù)合管（減小輸出電阻Ro）(2)減少各電阻值2.性能特點(diǎn)速度提高的同時(shí)功耗也增加

2.2.6TTL電路的改進(jìn)系列（改進(jìn)指標(biāo))一、高速系列74H/54H（High-SpeedTT二、肖特基系列74S/54S（SchottkyTTL）電路改進(jìn)采用抗飽和三極管用有源泄放電路代替74H系列中的R3減小電阻值2.性能特點(diǎn)速度進(jìn)一步提高，電壓傳輸特性沒有線性區(qū)，功耗增大二、肖特基系列74S/54S（SchottkyTTL）電路三、低功耗肖特基系列

74LS/54LS（Low-PowerSchottkyTTL）四、74AS,74ALS（AdvancedLow-PowerSchottkyTTL）···2.5其他類型的雙極型數(shù)字集成電路*DTL：輸入為二極管門電路，速度低，已經(jīng)不用HTL：電源電壓高，Vth高，抗干擾性好，已被CMOS替代ECL：非飽和邏輯，速度快，用于高速系統(tǒng)I2L：屬飽和邏輯，電路簡單，用于LSI內(nèi)部電路···三、低功耗肖特基系列如：TTL門電路芯片（四2輸入與非門，型號(hào)74LS00)地GNDTTL門電路芯片簡介外形&&&1413121110981234567&管腳電源VCC（+5V）如：TTL門電路芯片（四2輸入與非門，型號(hào)74LS00)地4、常用TTL邏輯門電路名稱國際常用系列型號(hào)國產(chǎn)部標(biāo)型號(hào)說明四2輸入與非門74LS00T1000四2輸入或門四2異或門四2輸入或非門四2輸入與門雙4輸入與非門雙4輸入與門六反相器8輸入與非門74LS3274LS0274LS0874LS8674LS2174LS2074LS3074LS04T186T1008T1086T1021T1002一個(gè)組件內(nèi)部有四個(gè)門，每個(gè)門有兩個(gè)輸入端一個(gè)輸出端。一個(gè)組件內(nèi)有兩個(gè)門，每個(gè)門有4個(gè)輸入端。只一個(gè)門，8個(gè)輸入端。有6個(gè)反相器。4、常用TTL邏輯門電路名稱國際常用系列型號(hào)國產(chǎn)部標(biāo)型號(hào)說明TTL門電路的主要技術(shù)參數(shù)1)輸出高電平、低電平高電平:3.4V--4V以上低電平:0.3V--0.4V以下2)閾值電壓：

UTH=1.4VVIVO高電平低電平1VOVIUTH=1.4VTTL門電路的主要技術(shù)參數(shù)1)輸出高電平、低電平高電平:3)扇出系數(shù):N<=10&&&≥1TTL門電路的主要參數(shù)扇出系數(shù)—

輸出端允許驅(qū)動(dòng)的門電路的最大數(shù)目。3)扇出系數(shù):N<=10&&&≥1TTL門電路的主要參輸入A、B波形如圖所示,請畫出與非門的輸出（Y）波形。ABYY=AB課堂練習(xí):&ABYABY001011101110真值表輸入A、B波形如圖所示,請畫出與非門的輸出（Y）波形。AB第二章門電路第二章門電路門電路是用以實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系的電子電路。與我們所講過的基本邏輯關(guān)系相對應(yīng)，門電路主要有：與門、或門、非門、與非門、或非門、與或非門、異或門等。在數(shù)字電路中，一般用高電平代表1、低點(diǎn)平代表0，即所謂的正邏輯系統(tǒng)。高電平代表0、低電平代表1，即所謂的負(fù)邏輯系統(tǒng)。2.1概述門電路是用以實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系的電子電路。與我們所講過的基本邏輯關(guān)正邏輯：高電平表示1，低電平表示0

負(fù)邏輯：高電平表示0，低電平表示1

正邏輯：高電平表示1，低電平表示0

負(fù)邏輯：高電平表示0，低100VVcc只要能判斷高低電平即可K開------Vo=1,輸出高電平K合------Vo=0,輸出低電平可用三極管代替ViVoKVccR100VVcc只要能判斷高低電平即可K開------Vo=12.1半導(dǎo)體二極管門電路

半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和外特性

（Diode）二極管的結(jié)構(gòu)：

PN結(jié)+引線+封裝構(gòu)成PN2.1半導(dǎo)體二極管門電路

半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和外特性

（Di2.1.1二極管的開關(guān)特性：高電平：VIH=VCC低電平：VIL=0VI=VIH

D截止，VO=VOH=VCCVI=VIL

D導(dǎo)通，VO=VOL=0.7V2.1.1二極管的開關(guān)特性：高電平：VIH=VCCVI=VI2.二極管伏安特性的實(shí)用近似方法+VON-+-VON=0.7V(硅管)VON=0.2V(鍺管)2.二極管伏安特性的實(shí)用近似方法+VON-+-V3.2.2半導(dǎo)體三極管的開關(guān)特性VccRCRBvo-+vI-+iBiC1.三極管的基本開關(guān)電路

截止條件:

截止特點(diǎn):

導(dǎo)通特點(diǎn):

導(dǎo)通條件:

一.雙極型三極管的開關(guān)特性3.2.2半導(dǎo)體三極管的開關(guān)特性VccRCRBvo-+v2.三極管的開關(guān)等效電路bec截止?fàn)顟B(tài)cbe飽和導(dǎo)通狀態(tài)2.三極管的開關(guān)等效電路bec截止?fàn)顟B(tài)cbe飽和導(dǎo)通狀R1R2AF+uccuFt3.三極管的動(dòng)態(tài)開關(guān)特性：tuA+ucc0.3VR1R2AF+uccuFt3.三極管的動(dòng)態(tài)開關(guān)特性：tuA2.1.2二極管與門設(shè)VCC=5V加到A,B的VIH=3VVIL=0V二極管導(dǎo)通時(shí)VDF=0.7VABY0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7VABY000010100111規(guī)定3V以上為10.7V以下為02.1.2二極管與門設(shè)VCC=5VABY0V0V0.72.1.3二極管或門設(shè)VCC=5V加到A,B的VIH=3VVIL=0V二極管導(dǎo)通時(shí)VDF=0.7VABY0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3VABY000011101111規(guī)定2.3V以上為10V以下為02.1.3二極管或門設(shè)VCC=5VABY0V0V0V0二極管構(gòu)成的門電路的缺點(diǎn)電平有偏移帶負(fù)載能力差只用于IC內(nèi)部電路二極管構(gòu)成的門電路的缺點(diǎn)電平有偏移vEE為負(fù)電源

2.1.4三極管非門Rc(vo)R1AYVCCvEE(vi)R2vEE為負(fù)電源2.1.4三極管非門Rc(voR1DR2F+12V+3V三極管非門D1D2AB+12V二極管與門與非門R1DR2F+12V+3V三極管非門D1D2AB+12V二極1、體積大、工作不可靠。2、需要不同電源。3、各種門的輸入、輸出電平不匹配。1、體積大、工作不可靠。2、需要不同電源。3、各種門的輸入、2.3CMOS門電路

2.3.1MOS管的開關(guān)特性一、MOS管的結(jié)構(gòu)S(Source)：源極G(Gate)：柵極D(Drain)：漏極B(Substrate):襯底金屬層氧化物層半導(dǎo)體層PN結(jié)2.3CMOS門電路

2.3.1MOS管的開關(guān)特性一、MO二、等效電路OFF，截止?fàn)顟B(tài)

ON，導(dǎo)通狀態(tài)二、等效電路OFF，截止?fàn)顟B(tài)ON，導(dǎo)2.3.2CMOS反相器工作原理Complementary-SymmeteryMetal-Oxide-SemiconductorNMOS管PMOS管CMOS電路2.3.2CMOS反相器工作原理NMOS管PMOS管CMUCCST2DT1uiuoui=0截止ugs2=UCC導(dǎo)通u０=“１”工作原理：

低電平輸入U(xiǎn)CCST2DT1uiuoui=0截止ugs2=UCC導(dǎo)通UCCST2DT1uiuoui=１導(dǎo)通截止u０=“０”工作原理：高電平輸入U(xiǎn)CCST2DT1uiuoui=１導(dǎo)通截止u０=“０”工作原CMOS反相器PMOSNMOS

襯底與漏源間的PN結(jié)始終處于反偏，NMOS管的襯底總是接到電路的最低電位，PMOS管的襯底總是接到電路的最高電位。柵極相連作輸入端漏極相連作輸出端工作原理：1.輸入為低電平VIL=0V時(shí)，VGS1＜VT1T1管截止；|VGS2|＞VT2

電路中電流近似為零（忽略T1的截止漏電流）,VDD主要降落在T1上，輸出為高電平VOH≈VDD。T2導(dǎo)通。2.輸入為高電平VIH=VDD時(shí)，T1通T2止，VDD主要降在T2上，輸出為低電平VOL≈0V。實(shí)現(xiàn)邏輯“非”功能CMOS反相器工作原理CMOS反相器PMOSNMOS襯底與漏源間的PCMOS門的VT=0.5VDD，TTL門的VT一般在1.0～1.4V。CMOS門輸出：高電平為VOH=VDD，低電平為VOL=0V。TTL門輸出：高電平為VOH=3.6V，低電平為VOL=0.3V。二、CMOS門電路和TTL門電路比較對CC4000系列門電路，通常輸入高電平的值不能低于0.7VDD，即VIH(min)0.7VDD輸入低電平的值不能大于0.3VDD，即VIL(max)0.3VDDCMOS傳輸特性矩型性比TTL好，且隨VDD按比例變化。CMOS門的VT=0.5VDD，TTL門的VT一般在1.2.3.3其他類型的CMOS門電路一、其他邏輯功能的門電路1.與非門2.或非門

2.3.3其他類型的CMOS門電路一、其他邏輯功能的門電路3帶緩沖極的CMOS門與非門3帶緩沖極的CMOS門與非門解決方法解決方法數(shù)字電子技術(shù)第二章門電路(課件)二漏極開路的門電路（OD門）二漏極開路的門電路（OD門）數(shù)字電子技術(shù)第二章門電路(課件)三、CMOS傳輸門及雙向模擬開關(guān)1.傳輸門三、CMOS傳輸門及雙向模擬開關(guān)1.傳輸門2.雙向模擬開關(guān)2.雙向模擬開關(guān)四、三態(tài)輸出門四、三態(tài)輸出門三態(tài)門的用途三態(tài)門的用途雙極型三極管的開關(guān)特性 （BJT,BipolarJunctionTransistor）2.2TTL門電路

2.2.1半導(dǎo)體三極管的開關(guān)特性雙極型三極管的開關(guān)特性2.2TTL門電路

2.2.1一、雙極型三極管的結(jié)構(gòu)管芯+三個(gè)引出電極+外殼一、雙極型三極管的結(jié)構(gòu)二特性曲線分三個(gè)部分放大區(qū)：條件VCE>0.7V,iB>0,iC隨iB成正比變化，ΔiC=βΔiB。飽和區(qū)：條件VCE<0.7V,iB>0,VCE很低，ΔiC

隨ΔiB增加變緩，趨于“飽和”。截止區(qū)：條件VBE=0V,iB=0,iC=0,c—e間“斷開”。二特性曲線分三個(gè)部分三、雙極型三極管的基本開關(guān)電路只要參數(shù)合理：VI=VIL時(shí)，T截止，VO=VOHVI=VIH時(shí)，T導(dǎo)通，VO=VOL三、雙極型三極管的基本開關(guān)電路只要參數(shù)合理：四、三極管的開關(guān)等效電路截止?fàn)顟B(tài)飽和導(dǎo)通狀態(tài)四、三極管的開關(guān)等效電路截止?fàn)顟B(tài)飽和導(dǎo)通狀態(tài)五、動(dòng)態(tài)開關(guān)特性從二極管已知，PN結(jié)存在電容效應(yīng)。在飽和與截止兩個(gè)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時(shí)，iC的變化將滯后于VI，則VO的變化也滯后于VI。五、動(dòng)態(tài)開關(guān)特性從二極管已知，PN結(jié)存在電容效應(yīng)。2.2.2TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理一、電路結(jié)構(gòu)設(shè)

PNN2.2.2TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理PNNu0(V)ui(V)123UOH(3.4V)UOL(0.2V)傳輸特性曲線u0(V)ui(V)123UOH“1”UOL(0.2V)閾值UT=1.4V理想的傳輸特性輸出高電平輸出低點(diǎn)平二、電壓傳輸特性u0(V)ui(V)123UOH(3.4V)UOL(0.2V數(shù)字電子技術(shù)第二章門電路(課件)二、電壓傳輸特性二、電壓傳輸特性二、電壓傳輸特性二、電壓傳輸特性需要說明的幾個(gè)問題：

需要說明的幾個(gè)問題：1、輸出高電平UOH、輸出低電平UOL

UOH2.4VUOL

0.4V便認(rèn)為合格。

典型值UOH=3.4VUOL

0.3V。2、閾值電壓UTui<UT時(shí)，認(rèn)為ui是低電平。ui>UT時(shí)，認(rèn)為ui是高電平。UT=1.4V1、輸出高電平UOH、輸出低電平UOLUOH2.4V三、輸入噪聲容限三、輸入噪聲容限2.2.3TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性１１一、輸入特性僅考慮輸入信號(hào)是高電平和和低電平而不是某一個(gè)中間值，輸入端的等效電路可畫成上圖。當(dāng)VCC=5V，

VI=VIL=0.2V時(shí)，輸入低電平電流為2.2.3TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性１１一、

VI=VIH=3.4V時(shí)，T1管處于倒置狀態(tài)，所以高電平輸入電流IIH很小。７４系列門電路每個(gè)輸入端的IIH值在４０A以下。輸入特性曲線VI=VIH=3.4V時(shí)，T1管處于倒置狀態(tài)，所以高二、輸入端負(fù)載特性“1”,“0”？+5VYvCCR4R2R1４kT2R5R3T4T1T5b1c1A1.6k1301kD2D1(vI)Rui二、輸入端負(fù)載特性“1”,“0”？+5VYvCCR4R2R1輸入端接一電阻R接地Rui“1”,“0”？+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1輸入端接一電阻R接地Rui“1”,“0”？+5VFR4R2RR較小時(shí)ui<UTT2不導(dǎo)通，輸出高電平。Rui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1R較小時(shí)ui<UTT2不導(dǎo)通，輸出高電平。RuiR增大Ruiui=UT時(shí)，輸出低電平。R臨界=1.45KRui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1R增大Ruiui=UT時(shí)，輸出低電平。R臨界=1.4

VI隨RP變化的規(guī)律：當(dāng)VI上升到1.4V以后，T2和T５導(dǎo)通，VB1鉗在了2.1V左右,所以RP再增大，VI不會(huì)再升高了，趨近于1.4V。VI隨RP變化的規(guī)律：當(dāng)VI上升到1.4V以后，T2和T1、懸空的輸入端相當(dāng)于接高電平。2、為了防止干擾，可將懸空的輸入端接高電平。說明1、懸空的輸入端相當(dāng)于接高電平。2、為了防止干擾，可將懸空的+5VR4R2R5T3T4R1T1+5V三、輸出特性前級(jí)后級(jí)反偏流出前級(jí)電流IOH（拉電流）１.高電平輸出特性+5VR4R2R5T3T4R1T1+5V三、輸出特性前級(jí)后級(jí)

74系列門電路的運(yùn)用條件規(guī)定，輸出為高電平時(shí)，最大負(fù)載電流不能超過0.4mA。74系列門電路的運(yùn)用條件規(guī)定，輸出為高電平時(shí)，最大負(fù)載電+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1R1T1+5V前級(jí)后級(jí)流入前級(jí)的電流IOL約1.4mA(灌電流)２.低電平輸出特性+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1R1T1+5V前級(jí)為了保證反相器的低電平，負(fù)載電流應(yīng)小于一定值。為了保證反相器的低電平，負(fù)載電流應(yīng)小于一定值。扇出系數(shù):與門電路輸出驅(qū)動(dòng)同類門的個(gè)數(shù)+5VR4R2R5T3T4T1前級(jí)T1T1IiH1IiH3IiH2IOH前級(jí)輸出為高電平時(shí)后級(jí)扇出系數(shù):與門電路輸出驅(qū)動(dòng)同類門的個(gè)數(shù)+5VR4R2R5T3+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前級(jí)IOLIiL1IiL2IiL3前級(jí)輸出為低電平時(shí)后級(jí)+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前級(jí)IOLIiL1輸出低電平時(shí)，流入前級(jí)的電流（灌電流）：輸出高電平時(shí)，流出前級(jí)的電流（拉電流）：與非門的扇出系數(shù)一般是10。輸出低電平時(shí)，流入前級(jí)的電流（灌電流）：輸出高電平時(shí)，流出前關(guān)于電流的技術(shù)參數(shù)關(guān)于電流的技術(shù)參數(shù)數(shù)字電子技術(shù)第二章門電路(課件)數(shù)字電子技術(shù)第二章門電路(課件)2.2.4TTL反相器的動(dòng)態(tài)特性一、傳輸延遲時(shí)間1、現(xiàn)象2.2.4TTL反相器的動(dòng)態(tài)特性一、傳輸延遲時(shí)間二.交流噪聲容限三.電源的動(dòng)態(tài)尖峰電流二.交流噪聲容限三.電源的動(dòng)態(tài)尖峰電流2.2.5其他類型的TTL門電路一、其他邏輯功能的門電路1.與非門2.2.5其他類型的TTL門電路一、其他邏輯功能的門電路2.或非門3.與或非門2.或非門3.與或非門4.異或門4.異或門二、集電極開路的門電路1、推拉式輸出電路結(jié)構(gòu)的局限性①輸出電平不可調(diào)②負(fù)載能力不強(qiáng)，尤其是高電平輸出③輸出端不能并聯(lián)使用

OC門二、集電極開路的門電路1、推拉式輸出電路結(jié)構(gòu)的局限性

集電極開路的與非門（OC門）設(shè)計(jì)考慮+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC集電極懸空T3無T3,T4集電極開路的與非門（OC門）+5VFR2R13kT2R3T+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC應(yīng)用時(shí)輸出端要接一上拉負(fù)載電阻RLRLUCC+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC應(yīng)用時(shí)輸出

集電極開路與非門的電路和圖形符號(hào)

工作時(shí)需外接電阻和電源集電極開路與非門的電路和圖形符號(hào)工作時(shí)需外接電阻和電源1、OC門可以實(shí)現(xiàn)“線與”功能&&&UCCF1F2F3FF=F1F2F3RL輸出級(jí)UCCRLT5T5T51、OC門可以實(shí)現(xiàn)“線與”功能&&&UCCF1F2F3FF=F=F1F2F3?UCCRLF1F2F3F任一導(dǎo)通F=0F=F1F2F3?UCCRLF1F2F3F任一導(dǎo)通F=0UCCRLF1F2F3F全部截止F=1