數(shù)字邏輯和數(shù)字系統(tǒng)-門電路課件

數(shù)字邏輯和數(shù)字系統(tǒng)門電路16、自己選擇的路、跪著也要把它走完。17、一般情況下)不想三年以后的事，只想現(xiàn)在的事?，F(xiàn)在有成就，以后才能更輝煌。18、敢于向黑暗宣戰(zhàn)的人，心里必須充滿光明。19、學(xué)習(xí)的關(guān)鍵--重復(fù)。20、懦弱的人只會(huì)裹足不前，莽撞的人只能引為燒身，只有真正勇敢的人才能所向披靡。數(shù)字邏輯和數(shù)字系統(tǒng)門電路數(shù)字邏輯和數(shù)字系統(tǒng)門電路16、自己選擇的路、跪著也要把它走完。17、一般情況下)不想三年以后的事，只想現(xiàn)在的事?，F(xiàn)在有成就，以后才能更輝煌。18、敢于向黑暗宣戰(zhàn)的人，心里必須充滿光明。19、學(xué)習(xí)的關(guān)鍵--重復(fù)。20、懦弱的人只會(huì)裹足不前，莽撞的人只能引為燒身，只有真正勇敢的人才能所向披靡。第二章門電路數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)2第二章門電路§2.1概述§2.2分離元件門電路§2.3TTL與非門§2.4其它類型的TTL門電路§2.5MOS門電路3數(shù)字邏輯和數(shù)字系統(tǒng)門電路16、自己選擇的路、跪著也要把它走數(shù)字邏輯和數(shù)字系統(tǒng)-門電路課件數(shù)字邏輯和數(shù)字系統(tǒng)-門電路課件數(shù)字邏輯和數(shù)字系統(tǒng)-門電路課件數(shù)字邏輯和數(shù)字系統(tǒng)-門電路課件門(電子開(kāi)關(guān))滿足一定條件時(shí)，電路允許信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)接通。開(kāi)門狀態(tài)：關(guān)門狀態(tài)：條件不滿足時(shí)，信號(hào)通不過(guò)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。6門滿足一定條件時(shí)，電路允開(kāi)關(guān)作用二極管反向截止：開(kāi)關(guān)接通開(kāi)關(guān)斷開(kāi)三極管（C,E)飽和區(qū)：截止區(qū)：開(kāi)關(guān)接通CEB開(kāi)關(guān)斷開(kāi)正向?qū)ǎ篊EB7開(kāi)關(guān)二極管反向截止：開(kāi)關(guān)接通開(kāi)關(guān)斷開(kāi)三極管（C,E)飽和區(qū)：R1R2AF+uccuAtuFt+ucc0.3V三極管的開(kāi)關(guān)特性：8R1R2AF+uccuAtuFt+ucc0.3V三極管的開(kāi)關(guān)§2.2分離元件門電路一、二極管與門FD1D2AB+12V邏輯變量邏輯函數(shù)(uD=0.3V(Ge)或0.7v(Si))9§2.2分離元件門電路一、二極管與門FD1D2AB+1000010ABF100111邏輯式：F=A?B邏輯符號(hào)：&ABF100000二、二極管或門FD1D2AB-12V11二、二極管或門FD1D2AB-12V11000011ABF101111邏輯式：F=A+B邏輯符號(hào)：ABF120000R1DR2AF+12V+3V三、三極管非門嵌位二極管13R1DR2AF+12V+3V三、三極管非門嵌位二極管13邏輯式：邏輯符號(hào)：1AF14邏輯式：邏輯符號(hào)：1AF14R1DR2F+12V+3V三極管非門D1D2AB+12V二極管與門四、與非門邏輯式：&ABF邏輯符號(hào)：15R1DR2F+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。分立元件門電路的缺點(diǎn)：采用類似的方法還可以構(gòu)成或非門、異或門等。161.體積大、工作不可靠。2.需要不同電源。3.各§2.3TTL與非門數(shù)字集成電路：在一塊半導(dǎo)體基片上制作出一個(gè)完整的邏輯電路所需要的全部元件和連線。使用時(shí)接：電源、輸入和輸出。數(shù)字集成電路具有體積小、可靠性高、速度快、而且價(jià)格便宜的特點(diǎn)。TTL型電路：輸入和輸出端結(jié)構(gòu)都采用了半導(dǎo)體晶體管，稱之為:

Transistor—TransistorLogic。17§2.3TTL與非門數(shù)字集成電路：在一塊半導(dǎo)體基片上制100個(gè)以下：小規(guī)模集成電路(SmallScaleIntegration:SSI)幾百個(gè)：中規(guī)模集成電路（MediumScaleIntegration:MSI

)幾千個(gè)：大規(guī)模集成電路（LargeScaleIntegration:LSI

)一萬(wàn)個(gè)以上：超大規(guī)模集成電路（VeryLargeScaleIntegration:VLSI

)名稱18100個(gè)以下：小規(guī)模集成電路幾百個(gè)：中規(guī)模集成電路幾千個(gè)：大2.3.1TTL與非門的基本原理一、結(jié)構(gòu)TTL與非門的內(nèi)部結(jié)構(gòu)+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC3603k750100192.3.1TTL與非門的基本原理一、結(jié)構(gòu)TTL與非門的內(nèi)部輸入級(jí)輸出級(jí)中間級(jí)(放大)+5VABCR1T1R2T2R3FR4R5T3T4T5T1—多發(fā)射極晶體管：實(shí)現(xiàn)“與”運(yùn)算。20輸入級(jí)輸出級(jí)中間級(jí)(放大)+5VABCR1T1R2T2R3F+5VABCR1T1R2T2R3FR4R5T3T4T5“非”復(fù)合管形式與非門輸出級(jí)“與”21+5VABCR1T1R2T2R3FR4R5T3T4T5“非”1.任一輸入為低電平（0.3V）時(shí)“0”0.7V不足以讓T2、T5導(dǎo)通+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC3603k750100二、工作原理三個(gè)PN結(jié)導(dǎo)通需2.1V當(dāng)A、B、C之一為“0”時(shí)，T2、T5截止；T3、T4飽和。221.任一輸入為低電平（0.3V）時(shí)“0”0.7V不足以讓++5VFR4R2R13kR5R3T3T4T1T5b1c1ABC0.7V“0”uouo=5-uR2-ube3-ube43.4V高電平！邏輯關(guān)系：任0則1。23+5VFR4R2R13kR5R3T3T4T1T5b1c1AB+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC“1”全導(dǎo)通電位被嵌在2.1V全反偏1V截止2.輸入全為高電平（3.4V）時(shí)當(dāng)A、B、C全為“1”時(shí)，T2、T5、T3飽和；T4截止。24+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC全反偏“1”飽和uF=0.3V輸入、輸出的邏輯關(guān)系式：邏輯關(guān)系：全1則0。25+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC全反偏“1一、電壓傳輸特性2.3.2TTL與非門的特性和技術(shù)參數(shù)測(cè)試電路&+5Vuiuo26一、電壓傳輸特性2.3.2TTL與非門的特性和技術(shù)參數(shù)測(cè)uo(V)ui(V)123UOH(3.4V)UOL(0.3V)傳輸特性曲線uo(V)ui(V)123UOH“1”UOL(0.3V)閾值UT=1.4V理想的傳輸特性輸出高電平輸出低點(diǎn)平27uo(V)ui(V)123UOH(3.4V)UOL(0.3V1.輸出高電平UOH、輸出低電平UOL

UOH2.4V

UOL

0.4V便認(rèn)為合格。

典型值UOH=3.4V

UOL=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=1.4V281.輸出高電平UOH、輸出低電平UOLUOH2.4V二、輸入、輸出負(fù)載特性&&？1.前后級(jí)之間電流的聯(lián)系分兩種情況討論：

（1）前級(jí)輸出為高電平時(shí)（2）前級(jí)輸出為低電平時(shí)29二、輸入、輸出負(fù)載特性&&？1.前后級(jí)之間電流的聯(lián)系分兩種前級(jí)輸出為高電平時(shí)前級(jí)后級(jí)反偏+5VR4R2R5T3T4R1T1+5V級(jí)間電流：流出前級(jí)，記為IOH（拉電流）。拉電流能力：維持UOH時(shí)，所允許的最大拉電流值。30前級(jí)輸出為高電平時(shí)前級(jí)后級(jí)反偏+5VR4R2R5T3T4R前級(jí)輸出為低電平時(shí)前級(jí)后級(jí)R1T1+5V級(jí)間電流：流入前級(jí)，記為IOL

，約1.4mA。稱為灌電流。+5VR2R13kT2R3T1T5b1c131前級(jí)輸出為低電平時(shí)前級(jí)后級(jí)R1T1+5V級(jí)間電流：流入前級(jí)灌電流的計(jì)算飽和壓降R1T1+5V+5VR2R13kT2R3T1T5b1c132灌電流的計(jì)算飽和壓降R1T1+5V+5VR2R13kT2R3有關(guān)電流的技術(shù)參數(shù)33有關(guān)電流的技術(shù)參數(shù)332.扇出系數(shù)扇出系數(shù)：與非門電路輸出能驅(qū)動(dòng)同類門的個(gè)數(shù)。IiH1IiH3IOH前級(jí)輸出為高電平時(shí)：+5VR4R2R5T3T4T1前級(jí)T1T1IiH2342.扇出系數(shù)扇出系數(shù)：與非門電路輸出能驅(qū)動(dòng)同類門的個(gè)數(shù)。T1T1T1+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前級(jí)IOLIiL1IiL2IiL3前級(jí)輸出為低電平時(shí)：與非門的扇出系數(shù)一般是10。35T1T1T1+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前級(jí)I3.輸入端通過(guò)電阻R接地Rui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC問(wèn)題：這時(shí)，輸入是“1”還是“0”？363.輸入端通過(guò)電阻R接地Rui+5VFR4R2R13kTR較小時(shí)：ui<UT

，

T2不導(dǎo)通，輸出高電平。R增大時(shí)：Ruiui=UT時(shí)，輸出低電平。+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCRui37R較小時(shí)：ui<UT，T2不導(dǎo)通，輸出高電平。R增大時(shí)+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCRui計(jì)算臨界電阻值：即：當(dāng)R1.45k時(shí)，可以認(rèn)為輸入為“1”；當(dāng)R<1.45k時(shí)，可以認(rèn)為輸入為“0”。38+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1以上分析說(shuō)明：懸空的輸入端相當(dāng)于接高電平。為了防止干擾，一般將懸空的輸入端接高電平。TTL與非門在使用時(shí)多余輸入端處理：1.接+5V。2.若懸空，UI=“1”。3.輸入端并聯(lián)使用。39以上分析說(shuō)明：懸空的輸入端相當(dāng)于接高電平。為了防止干擾，一4.平均傳輸時(shí)間tui0tuo050%50%tpd1tpd2典型值：310ns404.平均傳輸時(shí)間tui0tuo050%50%tpd1tp2.3.2各種邏輯門的相互轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換方法：采用反演定理。例：與非門可以轉(zhuǎn)換成其他各種邏輯門。把與非門的輸入端連接在一起，就轉(zhuǎn)換成非門。顯然，與非門、或非門等也很容易得到。412.3.2各種邏輯門的相互轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換方法：采用反演定理。例§2.4其它類型的TTL門電路2.4.1集電極開(kāi)路的與非門（OC門）一、問(wèn)題的提出標(biāo)準(zhǔn)TTL與非門進(jìn)行與運(yùn)算:&ABEF&CD&G1&ABEF&CDG能否“線與”？（OpenCollector)42§2.4其它類型的TTL門電路2.4.1集電極開(kāi)路的與+5VR4R2T3T4T5R3TTL與非門的輸出電阻很低。這時(shí)，直接線與會(huì)使電流i劇烈增加。i功耗T4熱擊穿UOL與非門2：不允許直接“線與”與非門1截止與非門2導(dǎo)通UOHUOL與非門1：i+5VR4R2T3T4T5R3問(wèn)題：TTL與非門能否直接線與？43+5VR4R2T3T4T5R3TTL與非門的輸出電阻很低。這RLUCC集電極懸空+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC&符號(hào)應(yīng)用時(shí)輸出端要接一上拉負(fù)載電阻RL。二、OC門結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：RL

和UCC

可以外接。F=ABC44RLUCC集電極懸空+5VFR2R13kT2R3T1T5b11.OC門可以實(shí)現(xiàn)“線與”功能。&&&UCCF1F2F3F分析：F1、F2、F3任一導(dǎo)通，則F=0。F1、F2、F3全截止，則F=1。輸出級(jí)RLUCCRLT5T5T5F=F1F2F3451.OC門可以實(shí)現(xiàn)“線與”功能。&&&UCCF1F2F32.負(fù)載電阻RL和電源UCC可以根據(jù)情況選擇。&J+30V220VJD問(wèn)題1：

如何確定上拉電阻RL?（RL(max)

RL(min)）參考：閻石《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》P80問(wèn)題2：一般的TTL與非門能否線與？參考：楊福生《電子技術(shù)》P320462.負(fù)載電阻RL和電源UCC可以根據(jù)情況選擇。&J+32.4.2三態(tài)門E—控制端+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABDE一、結(jié)構(gòu)472.4.2三態(tài)門E—控制端+5VFR4R2R13kT2+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABDE二、工作原理1.控制端E=0時(shí)的工作情況：01截止48+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABDE2.控制端E=1時(shí)的工作情況：10導(dǎo)通截止截止高阻態(tài)49+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1&ABF符號(hào)功能表三、三態(tài)門的符號(hào)及功能表&ABF符號(hào)功能表使能端高電平起作用使能端低電平起作用50&ABF符號(hào)功能表三、三態(tài)門的符號(hào)及功能表&ABF符號(hào)功能表E1E2E3公用總線０１０三態(tài)門主要作為TTL電路與總線間的接口電路。四、三態(tài)門的用途工作時(shí)，E1、E2、E3分時(shí)接入高電平。51E1E2E3公用總線０１０三態(tài)門主要作為TTL電路與總線間的§2.5MOS門電路MOS電路的特點(diǎn)：2.是電壓控制元件，靜態(tài)功耗小。3.允許電源電壓范圍寬（318V）。4.扇出系數(shù)大，抗噪聲容限大。優(yōu)點(diǎn)1.工藝簡(jiǎn)單，集成度高。缺點(diǎn)：工作速度比TTL低。52§2.5MOS門電路MOS電路的特點(diǎn)：2.是電壓控制MOS場(chǎng)效應(yīng)管的分類：1、N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管DiDSGBS0VTVGS2、N溝道耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)管53MOS場(chǎng)效應(yīng)管的分類：2、N溝道耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)管533、P溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管4、P溝道耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)管DSBGiDSVGS0VT543、P溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管4、P溝道耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)管2.5.1MOS反相器UCCuiuo1、VGS<VT，MOS管截止；iDS為0，VDS=u0=Ucc；2、VGS>VT,MOS管導(dǎo)通；iDS=RD當(dāng)有VDS=0V552.5.1MOS反相器UCCuiuo1、VGS<VT，M等效結(jié)構(gòu)UCCuiuoT2（負(fù)載管）T1(驅(qū)動(dòng)管）UGS=UDS>UT導(dǎo)通有源負(fù)載(非線性電阻)實(shí)際結(jié)構(gòu)UCCuiuo56等效結(jié)構(gòu)UCCuiuoT2（負(fù)載管）T1(驅(qū)動(dòng)管）UG2.5.2CMOS反相器NMOS管PMOS管CMOS電路工作原理：ui=0時(shí)Ugs1=0v,T1截止,Ugs2=UCC< VT，T2導(dǎo)通，uo=“１”；ui=1時(shí)：T1導(dǎo)通、T2截止，uo=“0”。UCCST2DT1uiuoDSComplementary-Symmetry

MOS互補(bǔ)對(duì)稱式MOST1:ONT2:OFF同一電平:OFFON572.5.2CMOS反相器NMOS管PMOS管CMOS電路2.5.3CMOS與非門&ABF工作原理:+UDDAFT2T1BT3T4SSSSGG結(jié)構(gòu)00

101

110

111

0ABT1T2T3T4F582.5.3CMOS與非門&ABF工作原理:+UDDAFTABT1T2T3T4FABF工作原理:+UDDFAT2T1BT3T4GGSSS結(jié)構(gòu)00

××101

××

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