數(shù)字電路的特點及分析方法9-2晶體管的開關特性

1、 課題9.1數(shù)字電路的特點及分析方法9.2晶體管的開關特性課型新課授課班級授課時數(shù)2教學目標1了解數(shù)字電路的基本概念。2掌握晶體管的開關特性。教學重點晶體管的開關特性。教學難點晶體管的開關特性。學情分析教學效果教后記新課A引入數(shù)字電路是近代電子技術(shù)的重要基礎。數(shù)字技術(shù)在近十年來獲得空前飛速的發(fā)展。隨著數(shù)字集成工藝的完善，數(shù)字技術(shù)已滲透國民經(jīng)濟和人民生活的各個領域。B新授課9.1數(shù)字電路的特點及分析方法1數(shù)字信號的特點電路中的數(shù)字信號在數(shù)值上是不連續(xù)的，它不隨時間連續(xù)變化，即為離散的電信號。2數(shù)字電路的特點數(shù)字電路的基本工作信號是二進制的數(shù)字信號，即“0”和“1”，對應在電路上為低電平和高電平。

2、所以電路簡單，易于集成化。3數(shù)字電路的分析方法數(shù)字電路主要是研究邏輯關系。通常，數(shù)字電路用邏輯代數(shù)、真值表、邏輯圖等方法進行分析。9.2晶體管的開關特性二極管的開關特性（1）實驗電路 開關S置A端，VD導通，它呈現(xiàn)的正向壓降很小，相當于開關的接通狀態(tài)。 開關S置B端，VD截止，它呈現(xiàn)的反向電阻很大，相當于開關的斷開狀態(tài)。（2）結(jié)論：當二極管的正向電阻和反相電阻有很大差別時，二極管即可作為開關使用。二極管開關的應用1限幅電路限幅電路又稱削波電路。削波就是指將輸入波形中不需要的部分去掉。（1）串聯(lián)型上限幅電路 電路電路及限幅波形如圖所示。R：泄放電阻，為電路中可能接入的電容提供放電回路。 工作過程

3、0VD截止0VD導通限幅電平：把開始起限幅作用的電平稱為限幅電平。電路全稱為“限幅電平為零的串聯(lián)型上限幅電路”。（2）并聯(lián)型下限幅電路 電路電路及限幅波形如圖所示。 工作過程VD截止 VD導通它是限幅電平為的下限幅度電路，又因二極管與負載電阻并聯(lián)，所以電路全稱為“限幅電平為的并聯(lián)型下限幅電路”。（3）結(jié)論串聯(lián)型限幅電路是利用二極管截止起限幅作用；而并聯(lián)限幅電路是利用二極管導通起限幅作用。2鉗位電路（1）電路組成把輸入信號的底部或頂部鉗制在規(guī)定電平上的電路稱為鉗位電路。頂部電位在零電平的鉗位電路如圖所示。二極管兩端與負載并聯(lián)。（2）電路功能鉗位效應，把輸入信號的頂部鉗制在0電平上。（3）電路原理

4、電容C與二極管VD和電阻R組成的并聯(lián)電路相串聯(lián)，在輸入脈沖信號作用下，形成對電容C的充放電過程。如果信號及電路參數(shù)滿足有關條件，由于二極管的鉗位效應，在二極管兩端將獲得把輸入信號的頂部鉗制在0電平的與輸入脈沖信號反向的脈沖輸出。9.2.3三極管的開關特性1飽和導通條件及其特點（1）三極管的飽和條件條件：基極電流足夠大，即。為臨界飽和基極電流。也可表示為：（2）特點三極管處于飽和導通狀態(tài)相當于開關的接通狀態(tài)。2截止條件及其特點（1）三極管的截止條件為0（2）特點三極管的截止狀態(tài)相當于開關的斷開狀態(tài)。三極管相當于一個由基極電流控制通斷的無觸點開關。3三極管開關時間開通時間：三極管由截止狀態(tài)轉(zhuǎn)換為飽

5、和狀態(tài)所需要經(jīng)歷的一段時間，用表示。關閉時間：三極管由飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)換為截止狀態(tài)所需要經(jīng)歷的一段時間，用表示。開關時間：和總稱為三極管的開關時間。9.2.4晶體管反相器（1）電路組成V（2）工作原理 輸入為低電位時，即時，三極管V截止，輸出為高電位， 輸入為高電位時，即時，三極管V飽和導通，輸出為低電位，。（3）波形圖9.2.5加速電容器在電路的輸入電阻的兩端并聯(lián)一個適量的電容器，就可達到提高開關速度的效果，電容稱為加速電容。（介紹）（分析工作原理）（講解）（分析工作原理）（講解）（講解）（引導學生閱讀教材）（講解電路）（分析工作原理）（講解）練習二極管和三極管為什么能作為開關使用？它們和普通觸點

6、開關有何不同？小結(jié)1三極管處于飽和導通狀態(tài)相當于開關的接通狀態(tài)，三極管的截止狀態(tài)相當于開關的斷開狀態(tài)。三極管相當于一個由基極電流控制通斷的無觸點開關。2晶體管反相器：晶體管的輸出狀態(tài)決定于輸入信號狀態(tài)，而且輸出信號與輸入信號反相，故稱反相器。布置作業(yè)P173習題九9-1，9-2，9-3。課題9.3邏輯門電路課型新課授課班級授課時數(shù)2教學目標熟練掌握與門、或門、非門三種基本邏輯門電路的基本概念、真值表、邏輯函數(shù)式和邏輯符號，并能由輸入波形畫出輸出波形。教學重點邏輯功能。教學難點邏輯功能的應用。學情分析教學效果教后記新課A引入邏輯是指一定的因果關系。通常用符號“0”和“1”表示某一事件的對立狀態(tài)，

7、稱邏輯0和邏輯1。假定用1表示高電平，用0.表示低電平，為正邏輯。若1表示低電平，0表示高電平，則稱負邏輯。B復習數(shù)字電路的特點C新授課9.3邏輯門電路9.3.1與門電路1與邏輯關系當決定一件事情的幾個條件完全具備之后，這件事情才能發(fā)生，否則不發(fā)生。2與門電路能實現(xiàn)與邏輯功能的電路稱為與門電路。（1）分析工作原理當A、B兩輸入端均為高電平時，二極管、導通，Y為高電平（3 V）。當A、B兩輸入端均為低電平，或有一個輸入端為低電平時，與低電平相連接的二極管導通，Y為低電平（0 V）。（2）邏輯功能：全1出1 有0出0（3）邏輯函數(shù)數(shù)式：Y = AB（4）真值表：表明邏輯門電路輸入端狀態(tài)和輸出端狀態(tài)

8、邏輯對應關系的表格。與邏輯關系真值表如下。輸入輸出ABY001101010001（5）符號：9.3.2或門電路1或邏輯關系：當決定一件事情的幾個條件中，只要有一個條件得到滿足，這件事情就會發(fā)生。2或門電路 （1）分析工作原理當A、B兩輸入端均為低電平時，二極管、截止，Y為低電平（0 V）。當A、B兩輸入端有一個輸入端為高電平，或全為高電平時，與高電平相連接的二極管導通，Y就高電平（3 V）。（2）邏輯功能：有1出1 全0出0（3）邏輯函數(shù)數(shù)式：Y = A + B（4）真值表：輸入輸出ABY001101010111（5）符號9.3.3非門電路1非邏輯關系：事情（輸出信號）和條件（輸入信號）總是呈

9、相反狀態(tài)。2非門電路 （1）分析工作原理輸出信號與輸入信號存在“反相”關系。即輸入低電平，輸出為高電平；輸入高電平，輸出為低電平。（2）邏輯功能：有0出1 有1出0（3）邏輯函數(shù)數(shù)式：Y =（4）真值表：輸入輸出AY0110（5）符號9.3.4與非門1與非門將一個與門和一個非門聯(lián)結(jié)起來，就構(gòu)成了一個與非門。2邏輯函數(shù)數(shù)式Y(jié) =3邏輯符號4真值表：ABABY =00110101000111105邏輯功能：全1出0 有0出19.3.5或非門1或非門在或門后面接一個非門，就構(gòu)成或非門。2邏輯函數(shù)數(shù)式Y(jié) =3邏輯符號4真值表：ABABY =00110101011110005邏輯功能：全0出1 有1出0

10、9.3.6與或非門1與或非門與或非門是由多個基本門組合在一起所構(gòu)成的復合邏輯門，一般由兩個或多個與門和一個或門，再和一個非門串聯(lián)而成。2邏輯函數(shù)數(shù)式：Y =3邏輯符號4真值表：如圖表所示。ABCDY000000001111111100001111000011110011001100110011010101010101010111101110111000005邏輯功能：一組全1出0； 各組有0出1。9.3.7異或門1邏輯符號2邏輯函數(shù)數(shù)式：Y =或3真值表：如圖表所示。輸入輸出ABY0011010101104邏輯功能：同出0，異出19.3.8同或門1邏輯函數(shù)數(shù)式：Y =或AB2真值表：如圖表所示

11、。輸入輸出ABY0011010110013邏輯功能：同出1 異出0（引導）（分析工作原理）（講解）（引導）（引導學生分析）（講解）（分析工作原理）（講解）（講解）（講解）（引導學生討論）（學生討論完成）（學生討論完成）練習1在邏輯電路中，假定用1表示高電平，用0表示低電平，稱為_邏輯。若1表示低電平，0表示高電平稱為_邏輯。基本邏輯門電路有_，_和_。小結(jié)常見邏輯門電路有：與門、或門、非門、與非門、或非門和與或非門等。布置作業(yè)P174習題九9-4，9-5，9-6，9-7。課題9.4TTL集成邏輯門9.5COMS集成邏輯門課型新課授課班級授課時數(shù)2教學目標1了解TTL集成電路應用常識。2了解CO

12、MS集成電路應用常識教學重點數(shù)字集成電路。教學難點數(shù)字集成電路。學情分析教學效果教后記新課A引入邏輯門電路在應用時大多是組合門電路形式，實際計算機系統(tǒng)使用的是更為復雜的組合邏輯門，為了使用方便，大多做成集成電路產(chǎn)品。新課B復習 默寫各邏輯門電路的邏輯符號、函數(shù)表達或邏輯功能。C新授課9.4TTL集成邏輯門9.4.1TTL集成電路的產(chǎn)品系列和外形封裝常用的主要系列如表所示。系列子系列名 稱國際型號部標型號TTLTTLHTTLSTTLLSTTLALSTTL基本型中速TTL高 速TTL超 高 速TTL低 功 耗TTL先進低功耗TTLCT54/74CT54/74HCT54/74SCT54/74LSCT

13、54/74ALST1000T2000T3000T4000TTL集成電路大都采用雙列直插式外形封裝。引線的編號判斷方法：把標志置于左端，逆時針轉(zhuǎn)向自下而上順序讀出序號。9.4.2TTL集成門電路主要參數(shù)1輸出高電平和輸出低電平輸出高電平時，要求輸出電壓足夠高，輸出低電平時，要求輸出電壓足夠低。2輸入高電平和輸入低電平指輸入高電平的最低值，指輸入低電平的最高值。把這兩個值的中間值稱為輸入的閾值電壓。3輸出高電平電流IOH和輸出低電平電流IOLIOH為輸出為高電平時流出電流的極限值。IOL為輸出為低電平時流入電流的極限值。4傳輸延遲時間和：入上50出下50時間間隔。：入下50 出上50 時間間隔。傳

14、輸延時：和的平均值稱為平均傳輸延遲時間。5扇出系數(shù)與非門輸出端能驅(qū)動同類門的數(shù)目。9.4.3TTL與非門應用舉例用一只CT74LS00四2輸入與非門，可以組成一個簡易的電源電壓監(jiān)視器。電路如圖所示。原理：接通電源，A點電壓約5 V左右，綠色保持常亮。在電源正常時，調(diào)節(jié)電位器，使B點電位剛好處于與非門的門檻電壓，此時黃色和紅色均不亮。當電源電壓偏低時，B點電位低于門檻電壓，則門1輸入為低電平，輸出為高電平，故E點為高電平，F(xiàn)點為低電平，黃色導通而發(fā)光，而紅色截止，不發(fā)光。當電源電壓偏高時，B點電位上升，E點電位下降，F(xiàn)點電位上升，因而紅色導通而發(fā)光，黃色因截止而不發(fā)光。9.5CMOS集成邏輯門9

15、.5.1CMOS反相器1電路結(jié)構(gòu)CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)。2工作原理（1）當時，截止；，飽和，與極間相當于短路，所以。（2）當時，的，飽和導通，因而截止，與極間相當于開路，與相當于短路。所以。當輸入低電平時，輸出為高電平；當輸入為高電平時，輸出為低電平，實現(xiàn)了邏輯反相功能。3特點（1）功耗低CMOS反相器不論是輸出高電平還是低電平，都只有一個管子導通，因此電源電流均是極小的漏電流，功耗極低。（2）開關速度高由于管子導通時電阻都很小，這就大大縮短了負載端雜散電容的充放電時間，提高了開關速度。（3）抗干擾能力強由于CMOS反相器的電壓傳輸特性比較理想，特性曲線的轉(zhuǎn)折區(qū)比TTL陡直，故抗干擾能力更強

16、。（4）輸出幅度大CMOS反相器輸出高電平，輸出低電平，故輸出電壓幅度大，電源利用率高。9.5.2CMOS與非門1電路結(jié)構(gòu)2工作原理當A、B端同時為高電平1時，、均導通，、均截止，輸出端Y為低電平0，即“全1出0”。當A、B端有一個或兩個為低電平時，串聯(lián)的、有一個或兩個截止，并聯(lián)的、有一個或兩個導通，輸出端Y為高電平1，即“有0出1”。3真值表：輸入輸出ABY0011010111109.5.3CMOS或非門1電路結(jié)構(gòu)2工作原理當A、B端有高電平1時，驅(qū)動管或?qū)?，輸出端Y為低電平“0”，即“有1出0”；當A、B端都為低電平0時，驅(qū)動管或兩個都截止，負載管、同時導通，輸出Y為高電平1，即“全0出

17、1”。3真值表：輸入輸出ABY0011010110009.5.4COMS傳輸門1電路結(jié)構(gòu)COMS傳輸門的電路結(jié)構(gòu)與邏輯符號如圖所示。2工作原理（1）當控制端C加高電平，若輸入信號在0 之間變化，則和中至少有一個管子導通，傳輸門的輸入和輸出之間程低阻狀態(tài)，傳輸門導通，相當于開關接通。（2）當控制端C加低電平，只要在0 之間變化，則、兩個管子均截止，即傳輸門截止，相當于開關斷開。3功能傳輸門是一種傳輸信號的可控開關電路，由于MOS管結(jié)構(gòu)對稱，其源極與漏極可對調(diào)使用，因此，傳輸門具有雙向性，也稱雙向開關。9.5.5CMOS電路的應用1產(chǎn)品系列和外形封裝CMOS集成電路的產(chǎn)品系列可參考表。系列子系列名稱國標符號部標符號MOSCMOS互補場效晶體管型CC4000C00HCMOS高速CMOSCT54/74HCHCMOST與TTL兼容的高速CMOSCT54/74HCT2CMOS電路使用注意事項（1）輸入端不能懸空。（2）電源不能接反，也不能超壓