數(shù)字電路-復(fù)習(xí)

第三章門電路

3.1概述實(shí)現(xiàn)基本和常用邏輯運(yùn)算的電子電路，叫做邏輯門電路，稱為門電路。基本邏輯門電路：與門、或門、非門常用門電路：與非門、或非門、與或非門、異或、同或門電路中以高、低電平表示邏輯狀態(tài)的1、0.獲得高、低電平的基本方法：利用半導(dǎo)體開關(guān)元件的導(dǎo)通、截止（即開、關(guān)）兩種工作狀態(tài)。

在數(shù)字電路中，用1表示高電平，0表示低電平，這稱為正邏輯賦值，簡稱正賦值。如果用0表示高電平，1表示低電平，則稱為負(fù)邏輯賦值，簡稱負(fù)賦值。輸入和輸出的高、低電平正負(fù)邏輯高電平和低電平是表示的兩種狀態(tài)，是兩個(gè)不同的可以截然區(qū)別開來的電壓范圍。例如典型工作電壓為5V的74HC系列CMOS邏輯電路，輸入電壓在3.5～5.0V范圍對應(yīng)高電平邏輯1，0～1.5V范圍對應(yīng)低電平邏輯0。用來獲得高、低輸出電平的基本開關(guān)電路：互補(bǔ)開關(guān)電路在數(shù)字集成電路中廣泛應(yīng)用。靜態(tài)特性斷開時(shí)，IOFF=0R=∞閉合時(shí)，Uon=0R=0動態(tài)特性開通時(shí)間ton=0關(guān)斷時(shí)間toff=0實(shí)際使用的開關(guān)為晶體二極管、三極管及場效應(yīng)管等電子器件。這些電子器件作為開關(guān)使用時(shí)，也是從這兩個(gè)方面討論器開關(guān)特性。理想開關(guān)的特性3.2半導(dǎo)體二極管門電路一、靜態(tài)特性伏安特性:單向?qū)щ娦栽跀?shù)字電路中，使用二極管的正向?qū)▍^(qū)（開關(guān)閉合）和反向截止區(qū)（開關(guān)斷開）二極管的開關(guān)特性正向?qū)ㄅc反向截止這樣兩種不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換速度很快（微秒或納秒量級）3.2.1半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性二極管開關(guān)等效電路當(dāng)輸入電壓的低電平UIL=-2V時(shí)：當(dāng)輸入電壓的高電平UIH=3V時(shí)：二極管的靜態(tài)開關(guān)特性：導(dǎo)通條件與導(dǎo)通時(shí)的特點(diǎn)當(dāng)外加正向電壓大于0.7V時(shí)，二極管導(dǎo)通，此時(shí)可認(rèn)為二極管兩端的電壓不變，如同一個(gè)具有值為死區(qū)電壓值的閉合了的開關(guān)。截止條件與截至?xí)r的特點(diǎn)當(dāng)外加電壓小于0.7V時(shí)，二極管截止，此時(shí)就近似的認(rèn)為電流為零，如同一個(gè)斷開了的開關(guān)。二、動態(tài)特性二極管的電容效應(yīng)：Cj，CD。二極管的開關(guān)時(shí)間3.2.2二極管與門3.2.3二極管或門3.3CMOS門電路

3.3.1MOS管的開關(guān)特性

一、MOS管的結(jié)構(gòu)和工作原理N溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)二、N溝道增強(qiáng)型MOS管的輸入輸出特性曲線

(a)共源接法(b)輸出特性曲線MOS管的轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性曲線：

它描述了柵、源之間電壓對漏極電流的控制作用。

三、MOS管的基本開關(guān)電路四、MOS管的開關(guān)等效電路

(a)截止?fàn)顟B(tài)(b)導(dǎo)通狀態(tài)靜態(tài)開關(guān)特性：1.當(dāng)uGS>UTN時(shí)，導(dǎo)通，此時(shí)如同一個(gè)阻值為RON的閉合了的開關(guān)。2.當(dāng)uGS<UTN時(shí)，截止，此時(shí)如同一個(gè)斷開了的開關(guān)。P溝道增強(qiáng)型MOS管P溝道增強(qiáng)型MOS管的漏極特性用P溝道增強(qiáng)型MOS管接成的開關(guān)電路N溝道耗盡型MOS管P溝道耗盡型MOS管MOS管非門

3.3.2COMS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理

一、

COMS反相器的電路結(jié)構(gòu)

（a）結(jié)構(gòu)示意圖（b）電路圖10V0V~10V二、電壓傳輸特性和電流傳輸特性三、輸入端噪聲容限

保證輸出高、低電平基本不變（在允許的范圍內(nèi)）的條件下，而允許的輸入信號的波動范圍稱為輸入端噪聲容限。3.3.3CMOS反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性

一、輸入特性

（a）CC4000系列的輸入保護(hù)電路

（b）74HC系列的輸入保護(hù)電路（1）vO=VOL時(shí)CMOS反相器的工作狀態(tài)二、輸出特性CMOS反相器的低電平輸出特性（2）vO=VOH時(shí)CMOS反相器的工作狀態(tài)CMOS反相器的高電平輸出特性3.3.4CMOS反相器的動態(tài)特性

1.CMOS非門傳輸延遲時(shí)間2.輸出端狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間

一、其他邏輯功能的CMOS門電路3.3.5其他類型的CMOS門電路CMOS與非門CMOS或非門帶緩沖級的CMOS或非門電路帶緩沖級的CMOS或非門電路二、漏極開路輸出門電路（OD門）計(jì)算OD門負(fù)載電阻最大值的工作狀態(tài)計(jì)算OD門負(fù)載電阻最小值的工作狀態(tài)三、CMOS傳輸門四、三態(tài)輸出的CMOS門電路用三態(tài)輸出門接成總線結(jié)構(gòu)用三態(tài)輸出門實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸3.5TTL門電路

3.5.1雙極型三極管的開關(guān)特性

一、雙極型三極管的結(jié)構(gòu)(a)三極管輸入特性曲線它與PN結(jié)的正向特性相似，三極管的兩個(gè)PN結(jié)相互影響，因此，輸出電壓UCE對輸入特性有影響，且UCE>1時(shí)，這兩個(gè)PN結(jié)的輸入特性基本重合。

二、雙極型三極管的輸入特性和輸出特性(b)輸出特性曲線三、雙極型三極管的基本開關(guān)電路當(dāng)輸入電壓的低電平UIL=0V時(shí)：當(dāng)輸入電壓的高電平UIH=3V時(shí)：IBS=0.06mA,iB=1mA所以BJT工作在飽和區(qū)。四、雙極型三極管的開關(guān)等效電路

(a)截止?fàn)顟B(tài)(b)飽和導(dǎo)通狀態(tài)靜態(tài)開關(guān)特性：a.截止條件與截至?xí)r的特點(diǎn)三極管的基極與射極電壓小于0.7V時(shí)，截止，此時(shí)如同一個(gè)斷開了的開關(guān)。b.導(dǎo)通條件與導(dǎo)通時(shí)的特點(diǎn)：三極管的基極電流大于其臨界飽和值IS時(shí)，飽和導(dǎo)通，此時(shí)如同一個(gè)閉合了的開關(guān)。五、三極管的動態(tài)開關(guān)特性六、三極管非門（反相器）3.5.2TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理

一、電路結(jié)構(gòu)二、TTL反相器的電壓傳輸特性3.5.3TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性

一、輸入特性5V二、輸出特性1.高電平輸出特性2.低電平輸出特性三、TTL反相器輸入端負(fù)載特性3.5.4TTL反相器的動態(tài)特性

傳輸延遲時(shí)間3.5.5其他類型的TTL門電路一、其他邏輯功能的門電路

1.TTL與非門2.TTL或非門電路3.TTL與或非門4.TTL異或門二、TTL集電極開路的門電路（OC門）OC門輸出接法三、三態(tài)輸出門電路

（a）控制端高電平有效（b）控制端低電平有效是表征門電路的開關(guān)速度的參數(shù)，即門電路在輸入脈沖波形的作用下，其輸出波形相對于輸入波形延遲了多長時(shí)間。tPLH：低電平轉(zhuǎn)換到高電平；即VI的上升沿的中點(diǎn)（幅值的50％）到VO下降沿的中點(diǎn)。tPHL：高電平轉(zhuǎn)換到低電平。即VI的下降沿的中點(diǎn)到VO上升沿的中點(diǎn)。2傳輸延遲時(shí)間上升時(shí)間tr：低電平10%轉(zhuǎn)換到高電平90%；下降時(shí)間tf：高電平90%轉(zhuǎn)換到低電平10%。3功耗靜態(tài)功耗：電路中沒有狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)的功耗；即門電路空載時(shí)電源總電流ICC與電源電壓VCC的乘積?？蛰d導(dǎo)通功耗PON：輸出為低電平時(shí)的功耗。截止功耗POFF:輸出為高電平時(shí)的功耗。動態(tài)功耗：發(fā)生在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間或有電容性負(fù)載時(shí)。4噪聲容限表示門電路的抗干擾能力。二值數(shù)字邏輯電路的優(yōu)點(diǎn)在于它的輸入信號允許一定的容差。在數(shù)字系統(tǒng)中，各邏輯電路之間的連線可能會受到各種噪聲的干擾。噪聲疊加在工作信號上，只要奇幅度不超過邏輯電平允許的最小值或最大值，則輸出邏輯狀態(tài)可不受影響，通常將最大噪聲幅度稱為噪聲容限。電路的噪聲容限越大，抗干擾能力越強(qiáng)。數(shù)字電路一般由多級門電路組成，前一級驅(qū)動門電路的輸出，是后一級負(fù)載門電路的輸入，當(dāng)前一級輸出高電平的最小值仍能滿足后級高電平輸入的最小值時(shí)，輸入高電平的噪聲容限為：高電平噪聲容限VNH:

VNH=VOH(min)–VIH(min)同理得到低電平的噪聲容限為：低電平噪聲容限VNL：

VNL=VIL(max)–VOL(max)拉電流負(fù)載（負(fù)載電流從與非門流向外電路）：驅(qū)動門輸出為高電平:IIH由驅(qū)動門出而流至負(fù)載門，負(fù)載門的輸入電流為IIH；當(dāng)負(fù)載門的個(gè)數(shù)增加，總拉電流增加，VOH要降低；而門電路有標(biāo)準(zhǔn)輸出高電壓VOH;從而限制了負(fù)載門的個(gè)數(shù)。灌電流負(fù)載（負(fù)載電流從外電路流入與非門）：驅(qū)動門輸出為低電平；負(fù)載電流IOL流入驅(qū)動門，當(dāng)負(fù)載門個(gè)數(shù)增加，