交大819復(fù)試-模擬與數(shù)字電路-d1數(shù)電各章課件第

2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院第二章門電路本章主要內(nèi)容:二、TTL門電路三、CMOS門電路一、半導(dǎo)體二極管和三極管開關(guān)特性2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院本節(jié)主要內(nèi)容:二、半導(dǎo)體二極管/三極管的開關(guān)特性三、TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理、概述第一節(jié)TTL門電路四、其他類型的TTL門電路2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院一、概述

門電路：用以實現(xiàn)基本邏輯運算和復(fù)合邏輯運算 的單元電路。常用門電路：與基本邏輯運算和復(fù)合邏輯運算相對應(yīng)，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、低電平代表0，即所謂的正邏輯系統(tǒng)。第一節(jié)TTL門電路2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院二、半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性

單向?qū)щ娦裕和饧诱螂妷簳r導(dǎo)通，外加反向電 壓時截止。二極管導(dǎo)通條件和導(dǎo)通時的特點:Vi>VON

VON=0.5~0.7V(硅)VONViiVi>VON

VON=0.2V~0.3V (鍺)第一節(jié)TTL門電路2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院三、半導(dǎo)體三極管的開關(guān)特性

1)雙極型三極管的結(jié)構(gòu)NN集電極ce發(fā)射極基極bPcbePP集電極ce發(fā)射極基極bNcbe1、雙極型三極管的開關(guān)特性第一節(jié)TTL門電路2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院2)三極管輸入和輸出特性iB+_vBE雙極型三極管的輸入特性vBEiBOVON第一節(jié)TTL門電路2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院iB+_vCEic雙極型三極管的輸出特性第一節(jié)TTL門電路ic/mAvCE/V飽和區(qū)截止區(qū)放大區(qū)iB2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院vCE/ViBic/mA第一節(jié)TTL門電路2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院三極管輸出特性曲線的三大區(qū)域:(1)放大區(qū)：放大區(qū)的特點是ic隨iB成β倍正比地變 化，幾乎不受vCE變化的影響。(2)飽和區(qū)：飽和區(qū)的特點是ic不再隨iB以β倍比例 增加而趨向飽和。深度飽和時，飽和壓 降vCE(sat)在0.3V以下。(3)截止區(qū)：截止區(qū)的特點是ic幾乎等于零。第一節(jié)TTL門電路2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院3)三極管的基本開關(guān)電路A、當(dāng)vi<VON時，三極管截止，

iB0，iC0，VOHVCC。B、當(dāng)vi>VON時，三極管導(dǎo)通。隨著vi繼續(xù)增大使得三極管處于深度飽和狀態(tài)，三極管上壓降將接近于零，輸出電平VO=VOL0。iciB+_voRBvi+_VccRC第一節(jié)TTL門電路2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院總結(jié)：通過合理地配置電路參數(shù)，可以保證：當(dāng)輸入電壓vi為低電平VIL時，vBE<VON，三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)，輸出端輸出高電平；當(dāng)vi為高電平VIH時，iB>IBS(飽和基極電流)，三極管工作在深度飽和狀態(tài)，輸出端輸出低電平。第一節(jié)TTL門電路2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院2、MOS管的開關(guān)特性

GDBS柵極(Gate)源極(Source)漏極(Drain)襯底(Base)1)MOS的結(jié)構(gòu)N溝道增強型MOS管結(jié)構(gòu)第一節(jié)TTL門電路2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院2)MOS管輸入和輸出特性+_vGSvDS+_iD可變電阻區(qū)恒流區(qū)iDvDSvGS2V3V4V5V截止區(qū)第一節(jié)TTL門電路2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院MOS管輸出曲線的三個工作區(qū):(1)截止區(qū)：當(dāng)vGS<vGS(th)時，漏極和源極之間沒有導(dǎo)電溝道，iD=0。(2)可變電阻區(qū)：當(dāng)vGS>>vGS(th)時,MOS管導(dǎo)通電阻RON和vGS近似成反比。(3)恒流區(qū)：恒流區(qū)內(nèi)的電流iD的大小基本上由vGS決定，vDS的變化對的影響很小。第一節(jié)TTL門電路2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院3)MOS管的基本開關(guān)電路+_vIvO+_iDRD+VDDGSDA、當(dāng)vI<VGS(th)時，MOS管工作在截止區(qū)，輸出高電平.即：vO=VOHVDDB、當(dāng)vI>VGS(th)時，并且vDS較高時，MOS管工作在恒流區(qū)。C、當(dāng)vI繼續(xù)升高以后，MOS管的導(dǎo)通內(nèi)阻RON變得很小，MOS管進(jìn)入可變電阻區(qū)，當(dāng)RD>>RON，此時，輸出低電平.即：vO=VOL0第一節(jié)TTL門電路2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院4)MOS管的四種類型(1)N溝道增強型MOS管GDBS采用P型襯底，導(dǎo)電溝道為N型，在vGS=0時，沒有導(dǎo)電溝道，開啟電壓vGS(th)>0，工作時使用正電源，襯底接源極或者接系統(tǒng)的最低電位上。第一節(jié)TTL門電路2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院(2)P溝道增強型MOS管采用N型襯底，導(dǎo)電溝道為P型,在vGS=0時，沒有導(dǎo)電溝道，開啟電壓vGS(th)<0，工作時使用負(fù)電源，襯底接源極或者接系統(tǒng)的最高電位上。GDBS第一節(jié)TTL門電路2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院(3)N溝道耗盡型MOS管采用P型襯底，導(dǎo)電溝道為N型，在vGS=0時，有導(dǎo)電溝道，截斷電壓vGS(off)<0，工作時使用正電源，襯底接源極或者接系統(tǒng)的最低電位上。GDBS第一節(jié)TTL門電路2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院(4)P溝道耗盡型MOS管采用N型襯底，導(dǎo)電溝道為P型,在vGS=0時，有導(dǎo)電溝道，截斷電壓vGS(off)>0，工作時使用負(fù)電源，襯底接源極或者接系統(tǒng)的最高電位上。BGDS第一節(jié)TTL門電路2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院四種類型的MOS管MOS管類型襯底材料導(dǎo)電溝道開啟電壓電壓特性VDSVGS符號N溝道增強型P型N型+++P溝道增強型N型P型---N溝道耗盡型P型N型++P溝道耗盡型N型P型-+第一節(jié)TTL門電路2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院第一節(jié)TTL門電路四、TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理

R21.6KR31KT2R40.13KD2T4T5YvoT1R14KVccD1AvI1.電路結(jié)構(gòu)2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院第一節(jié)TTL門電路R21.6KR31KT2R40.13KD2T4T5YvoT1R14KVccD1AvI1).輸入vI=0.2V0.2V0.2V0.9VTTL反相器典型電路高電平低電平高電平2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院第一節(jié)TTL門電路R21.6KR31KT2R40.13KD2T4T5YvoT1R14KVccD1AvI2).輸入vI=3.4V3.4V4.1V?全導(dǎo)通2.1V電位下降截止低電平導(dǎo)通2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院第一節(jié)TTL門電路2.電壓傳輸特性

1).AB段.

vI<0.6V,則vB1<1.3V,T2、T5截止而T4導(dǎo)通，輸出為高電平。2).BC段.0.7V

<

vI<1.3V,則T2導(dǎo)通，T5截止。T2工作在放大區(qū)。3).CD段.vI=1.4V左右,則vB1=2.1V,T2、T5導(dǎo)通而T4截止，輸出為低電平。TTL反相器的電壓傳輸特性ABCDE3.01.5vI/Vvo/V線性區(qū)轉(zhuǎn)折區(qū)飽和區(qū)4).DE段.vI>1.4V,vo不再變化。2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院第一節(jié)TTL門電路五、TTL反相器靜態(tài)輸入、輸出特性和負(fù)載特性自學(xué)2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院第一節(jié)TTL門電路六、其它類型的TTL門電路1).與非門2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院第一節(jié)TTL門電路2).或非門AB=00,T2截止、T2’

截止,T4導(dǎo)通，T5截止。AB=01,T2截止、T2’導(dǎo)通,T4截止，T5導(dǎo)通。AB=10,T2導(dǎo)通、T2’截止,T4截止，T5導(dǎo)通。AB=11,T2導(dǎo)通、T2’導(dǎo)通,T4截止，T5導(dǎo)通。2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院第一節(jié)TTL門電路3).與或非門2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院第一節(jié)TTL門電路4).異或門AB=11,T1反偏,T6導(dǎo)通

T2,

T3截止,T4,T5導(dǎo)通,T7截止,T9導(dǎo)通,T8截止.AB=00,T1導(dǎo)通,T6截止

T2,

T3導(dǎo)通,T4,T5截止,T7導(dǎo)通,T9導(dǎo)通,T8截止.AB=10,T1導(dǎo)通,T6截止T2導(dǎo)通,

T3截止,T4截止,T5導(dǎo)通,T7截止,T9截止T8導(dǎo)通.2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院第一節(jié)TTL門電路5).集電極開路的門電路(OpenCollectorGate)推拉式輸出電路的缺點：輸出端不可以并聯(lián)使用輸出高電平不可變驅(qū)動電流較小2023/1/1116:52上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院第一節(jié)TTL門電路T2T5