數(shù)字電子基礎(chǔ)

第三章邏輯門電路3.1二極管及三極管的開(kāi)關(guān)特性3.2基本邏輯門電路3.1.1二極管的開(kāi)關(guān)特性

3.1.2三極管的開(kāi)關(guān)特性

3.2.1二極管與門3.2.2二極管或門3.2.3關(guān)于高低電平的概念及狀態(tài)賦值3.2.4二極管非門（反相器）3.2.5關(guān)于正邏輯和負(fù)邏輯的概念返回結(jié)束放映3/1/20241復(fù)習(xí)請(qǐng)回憶實(shí)現(xiàn)與、或、非邏輯的開(kāi)關(guān)電路形式？它們有何共同特點(diǎn)？開(kāi)關(guān)電路與邏輯電路是如何聯(lián)系起來(lái)的？3/1/202423.1二極管及三極管的開(kāi)關(guān)特性數(shù)字電路中的晶體二極管、三極管和MOS管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。導(dǎo)通狀態(tài)：相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合截止?fàn)顟B(tài)：相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。邏輯變量←→兩狀態(tài)開(kāi)關(guān)：在邏輯代數(shù)中邏輯變量有兩種取值：0和1；電子開(kāi)關(guān)有兩種狀態(tài)：閉合、斷開(kāi)。半導(dǎo)體二極管、三極管和MOS管，則是構(gòu)成這種電子開(kāi)關(guān)的基本開(kāi)關(guān)元件。3/1/20243

(1)靜態(tài)特性：斷開(kāi)時(shí)，開(kāi)關(guān)兩端的電壓不管多大，等效電阻ROFF=無(wú)窮，電流IOFF=0。

閉合時(shí)，流過(guò)其中的電流不管多大，等效電阻RON=0，電壓UAK=0。

(2)動(dòng)態(tài)特性：開(kāi)通時(shí)間ton=0關(guān)斷時(shí)間toff=0

理想開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)特性：

3/1/20244客觀世界中，沒(méi)有理想開(kāi)關(guān)。乒乓開(kāi)關(guān)、繼電器、接觸器等的靜態(tài)特性十分接近理想開(kāi)關(guān)，但動(dòng)態(tài)特性很差，無(wú)法滿足數(shù)字電路一秒鐘開(kāi)關(guān)幾百萬(wàn)次乃至數(shù)千萬(wàn)次的需要。半導(dǎo)體二極管、三極管和MOS管做為開(kāi)關(guān)使用時(shí)，其靜態(tài)特性不如機(jī)械開(kāi)關(guān)，但動(dòng)態(tài)特性很好。3/1/202453.1.1二極管的開(kāi)關(guān)特性

返回1.靜態(tài)特性及開(kāi)關(guān)等效電路正向?qū)〞r(shí)UD(ON)≈0.7V（硅）0.3V（鍺）RD≈幾Ω～幾十Ω相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合圖3-1二極管的伏安特性曲線3/1/20246反向截止時(shí)反向飽和電流極小反向電阻很大（約幾百kΩ）相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)圖3-1二極管的伏安特性曲線3/1/20247圖3-2二極管的開(kāi)關(guān)等效電路(a)導(dǎo)通時(shí)(b)截止時(shí)圖3-1二極管的伏安特性曲線開(kāi)啟電壓理想化伏安特性曲線3/1/202482.動(dòng)態(tài)特性：若輸入信號(hào)頻率過(guò)高，二極管會(huì)雙向?qū)?，失去單向?qū)щ娮饔?。因此高頻應(yīng)用時(shí)需考慮此參數(shù)。二極管從截止變?yōu)閷?dǎo)通和從導(dǎo)通變?yōu)榻刂苟夹枰欢ǖ臅r(shí)間。通常后者所需的時(shí)間長(zhǎng)得多。反向恢復(fù)時(shí)間tre：二極管從導(dǎo)通到截止所需的時(shí)間。一般為納秒數(shù)量級(jí)（通常tre≤5ns）。3/1/202493.1.2三極管的開(kāi)關(guān)特性

1.靜態(tài)特性及開(kāi)關(guān)等效電路在數(shù)字電路中，三極管作為開(kāi)關(guān)元件，主要工作在飽和和截止兩種開(kāi)關(guān)狀態(tài)，放大區(qū)只是極短暫的過(guò)渡狀態(tài)。圖3-3三極管的三種工作狀態(tài)（a）電路（b）輸出特性曲線返回3/1/202410開(kāi)關(guān)等效電路(1)截止?fàn)顟B(tài)條件：發(fā)射結(jié)反偏特點(diǎn)：電流約為03/1/202411(2)飽和狀態(tài)條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏特點(diǎn)：UBES=0.7V，UCES=0.3V/硅3/1/202412圖3-4三極管開(kāi)關(guān)等效電路(a)截止時(shí)(b)飽和時(shí)3/1/2024132.三極管的開(kāi)關(guān)時(shí)間（動(dòng)態(tài)特性）圖3-5三極管的開(kāi)關(guān)時(shí)間

開(kāi)啟時(shí)間ton

上升時(shí)間tr延遲時(shí)間td關(guān)閉時(shí)間toff下降時(shí)間tf存儲(chǔ)時(shí)間ts3/1/202414(1)開(kāi)啟時(shí)間ton

三極管從截止到飽和所需的時(shí)間。ton=td+tr

td：延遲時(shí)間

tr：上升時(shí)間(2)關(guān)閉時(shí)間toff

三極管從飽和到截止所需的時(shí)間。toff=ts+tf

ts：存儲(chǔ)時(shí)間（幾個(gè)參數(shù)中最長(zhǎng)的；飽和越深越長(zhǎng)）tf：下降時(shí)間toff>ton

。開(kāi)關(guān)時(shí)間一般在納秒數(shù)量級(jí)。高頻應(yīng)用時(shí)需考慮。3/1/202415門電路的概念：實(shí)現(xiàn)基本和常用邏輯運(yùn)算的電子電路，叫邏輯門電路。實(shí)現(xiàn)與運(yùn)算的叫與門，實(shí)現(xiàn)或運(yùn)算的叫或門，實(shí)現(xiàn)非運(yùn)算的叫非門，也叫做反相器，等等。分立元件門電路和集成門電路:分立元件門電路：用分立的元件和導(dǎo)線連接起來(lái)構(gòu)成的門電路。簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、功耗低，負(fù)載差。集成門電路：把構(gòu)成門電路的元器件和連線都制作在一塊半導(dǎo)體芯片上，再封裝起來(lái)，便構(gòu)成了集成門電路?，F(xiàn)在使用最多的是CMOS和TTL集成門電路。3.2基本邏輯門電路3/1/2024163.2.1二極管與門電路

1.電路2.工作原理A、B為輸入信號(hào)（+3V或0V）F為輸出信號(hào)VCC＝+12V表3-1電路輸入與輸出電壓的關(guān)系A(chǔ)BF0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V返回3/1/202417用邏輯1表示高電平（此例為≥+3V）用邏輯0表示低電平（此例為≤0.7V）ABF0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V3.邏輯賦值并規(guī)定高低電平4.真值表ABF000010100111表3-2二極管與門的真值表A、B全1，F(xiàn)才為1?？梢?jiàn)實(shí)現(xiàn)了與邏輯3/1/2024185.邏輯符號(hào)6.工作波形(又一種表示邏輯功能的方法）7.邏輯表達(dá)式F＝AB圖3-6二極管與門（a）電路（b）邏輯符號(hào)（c）工作波形3/1/2024193.2.2二極管或門電路

1.電路2.工作原理電路輸入與輸出電壓的關(guān)系A(chǔ)BF0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3VA、B為輸入信號(hào)（+3V或0V）F為輸出信號(hào)返回3/1/2024204.真值表ABF0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3V可見(jiàn)實(shí)現(xiàn)了或邏輯3.邏輯賦值并規(guī)定高低電平用邏輯1表示高電平（此例為≥+2.3V）用邏輯0表示低電平（此例為≤0V）ABF000011101111A、B有1，F(xiàn)就1。表3-2二極管或門的真值表3/1/202421圖3-7二極管或門（a）電路（b）邏輯符號(hào)（c）工作波形5.邏輯符號(hào)6.工作波形7.邏輯表達(dá)式F＝A+B3/1/2024223.2.3關(guān)于高低電平的概念及狀態(tài)賦值電位指絕對(duì)電壓的大?。浑娖街敢欢ǖ碾妷悍秶?。高電平和低電平：在數(shù)字電路中分別表示兩段電壓范圍。例：上面二極管與門電路中規(guī)定高電平為≥3V，低電平≤0.7V。又如，TTL電路中，通常規(guī)定高電平的額定值為3V，但從2V到5V都算高電平；低電平的額定值為0.3V，但從0V到0.8V都算作低電平。1.關(guān)于高低電平的概念

返回3/1/2024232.邏輯狀態(tài)賦值

在數(shù)字電路中，用邏輯0和邏輯1分別表示輸入、輸出高電平和低電平的過(guò)程稱為邏輯賦值。經(jīng)過(guò)邏輯賦值之后可以得到邏輯電路的真值表，便于進(jìn)行邏輯分析。3/1/2024243.2.4非門（反相器）

圖3-8非門(a)電路（b）邏輯符號(hào)1.電路2.工作原理A為輸入信號(hào)（+3.6V或0.3V）F為輸出信號(hào)AF0.3V+VCC3.6V0.3V返回3/1/2024253.邏輯賦值并規(guī)定高低電平用邏輯1表示高電平（此例為≥+3.6V）用邏輯0表示低電平（此例為≤0.3V）4.真值表AF0.3V+VCC3.6V0.3VAF0110表3-4三極管非門的真值表A與F相反可見(jiàn)實(shí)現(xiàn)了非邏輯Y=A3/1/2024263.2.5關(guān)于正邏輯和負(fù)邏輯的概念

正邏輯體系：用1表示高電平，用0表示低電平。負(fù)邏輯體系：用1表示低電平，用0表示高電平。1.正負(fù)邏輯的規(guī)定2.正負(fù)邏輯的轉(zhuǎn)換對(duì)于同一個(gè)門電路，可以采用正邏輯，也可以采用負(fù)邏輯。本書(shū)若無(wú)特殊說(shuō)明，一律采用正邏輯體制。同一個(gè)門電路，對(duì)正、負(fù)邏輯而言，其邏輯功能是