從模電到數(shù)電的電子技術(shù)課件-dz-chap12

1、電子技術(shù) 第二章 門電路數(shù)字電路部分2021/9/121第二章 門電路2.1 概述2.2 分離元件門電路2.3 TTL與非門2.4 其它類型的TTL門電路2.5 MOS門電路2021/9/1222.1 概述門電路的作用：是用以實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系的電子電路，與基本邏輯關(guān)系相對(duì)應(yīng)。門電路的主要類型：與門、或門、與非門、或非門、異或門等。門電路的輸出狀態(tài)與賦值對(duì)應(yīng)關(guān)系：正邏輯：高電位對(duì)應(yīng)“1”；低電位對(duì)應(yīng)“0”?；旌线壿嫞狠斎胗谜壿?、輸出用負(fù)邏輯；或者輸入用負(fù)邏輯、輸出用正邏輯。一般采用正邏輯負(fù)邏輯：高電位對(duì)應(yīng)“0”；低電位對(duì)應(yīng)“1”。2021/9/123100VVcc在數(shù)字電路中，對(duì)電壓值為多少并不重

2、要，只要能判斷高低電平即可。K開-VO輸出高電平，對(duì)應(yīng)“1” 。K合-VO輸出低電平，對(duì)應(yīng)“0” 。VOKVccRVV2021/9/124門(電子開關(guān))滿足一定條件時(shí)，電路允 許信號(hào)通過 開關(guān)接通 。開門狀態(tài)：關(guān)門狀態(tài)：條件不滿足時(shí)，信號(hào)通不過 開關(guān)斷開 。2021/9/125開關(guān)作用二極管反向截止：開關(guān)接通開關(guān)斷開三極管（C,E)飽和區(qū)： 截止區(qū)：開關(guān)接通CEB開關(guān)斷開 正向?qū)ǎ?CEB2021/9/126R1R2AF+uccuAtuFt+ucc0.3V三極管的開關(guān)特性：2021/9/1272.2 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 )2

3、021/9/1280 0 00 1 0 A B F1 0 01 1 1邏輯式：F=A B邏輯符號(hào)：&ABF2021/9/129二、二極管或門FD1D2AB-12V2021/9/12100 0 00 1 1 A B F1 0 11 1 1邏輯式：F=A+B邏輯符號(hào)：ABF2021/9/1211R1DR2AF+12V+3V三、三極管非門嵌位二極管2021/9/1212邏輯式：邏輯符號(hào)：1AF2021/9/1213R1DR2F+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)：2021/9/12141. 體積大、工作不可靠。2. 需要不同電源。3. 各種門的輸入

4、、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。2021/9/12152.3 TTL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 Transistor Logic。2021/9/1216100個(gè)以下：小規(guī)模集成電路 ( Small Scale Integration :SSI ) 幾百個(gè)：中規(guī)模集成電路 （Medium Scale Integrati

5、on :MSI ) 幾千個(gè)：大規(guī)模集成電路 （ Large Scale Integration :LSI ) 一萬個(gè)以上：超大規(guī)模集成電路 （ Very Large Scale Integration :VLSI ) 名稱2021/9/12172.3.1 TTL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)+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC3603k7501002021/9/1218輸入級(jí)輸出級(jí)中間級(jí)+5VABCR1T1R2T2R3FR4R5T3T4T5T1 多發(fā)射極晶體管：實(shí)現(xiàn)“與”運(yùn)算。2021/9/1219+5VABCR1T1R2T2R3FR4R5T3T4

6、T5“非”復(fù)合管形式與非門輸出級(jí)“與”2021/9/12201. 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2.1V2021/9/1221+5VFR4R2R13kR5R3T3T4T1T5b1c1ABC0.7V“0”uouo=5-uR2-ube3-ube43.4V 高電平！邏輯關(guān)系：任0則1。2021/9/1222+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)2

7、021/9/1223+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。2021/9/1224一、電壓傳輸特性2.3.2 TTL與非門的特性和技術(shù)參數(shù)測(cè)試電路&+5Vuiuo2021/9/1225uo(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2021/9/12261. 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.

8、3V 。 2. 閾值電壓UTuiUT時(shí)，認(rèn)為ui是高電平。UT =1.4V2021/9/1227二、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)2021/9/1228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。2021/9/1229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。+5VR2R13kT2R3T1T5b1c12021/9/1230灌電

9、流的計(jì)算飽和壓降R1T1+5V+5VR2R13kT2R3T1T5b1c12021/9/1231有關(guān)電流的技術(shù)參數(shù)2021/9/12322. 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)T1T1IiH22021/9/1233T1T1T1+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。2021/9/12343. 輸入端通過電阻R接地Rui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC問題：這時(shí)，輸入是“1”還是“0”？

10、2021/9/1235R 較小時(shí)：uiUT ， T2不導(dǎo)通，輸出高電平。R增大時(shí)：Ruiui=UT時(shí)，輸出低電平。+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCRui2021/9/1236+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 UT導(dǎo)通有源負(fù)載(非線性電阻)實(shí)際結(jié)構(gòu)UCCuiuo2021/9/12532.5.2 CMOS反相器NMOS管PMOS管CMOS電路工作原理：ui=0時(shí)： ugs2=UCC ， T2導(dǎo)通、T1截止，uo=“”；ui=1時(shí)： T1導(dǎo)通、T2截止，uo=“

11、0”。UCCST2DT1uiuoDSComplementary -Symmetry MOS互補(bǔ)對(duì)稱式MOST1 : ONT2: OFF同一電平:OFFON2021/9/12542.5.3 CMOS與非門&ABF工作原理:+UDDAFT2T1BT3T4SSSSGG結(jié)構(gòu)0 0 10 1 11 0 11 1 0A B T1 T2 T3 T4 F2021/9/1255A B T1 T2 T3 T4 FABF工作原理:+UDDFAT2T1BT3T4GGSSS結(jié)構(gòu)0 0 10 1 0 1 0 0 1 1 0 2.5.4 CMOS或非門2021/9/1256附: 門電路的常見邏輯符號(hào) 與門 或門 非門F=AB F=A+B&ABFAB