蘇大考研數(shù)電演示文稿

蘇大考研數(shù)電演示文稿當(dāng)前第1頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)蘇大考研數(shù)電當(dāng)前第2頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)

§2—1.概述如果以輸出的高電平表示邏輯“1”，則為正邏輯，反之為負(fù)邏輯。用以實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算和復(fù)合邏輯運(yùn)算的單元電路統(tǒng)稱(chēng)為門(mén)電路一、門(mén)電路二、正、負(fù)邏輯本課件中，全部采用正邏輯。當(dāng)前第3頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)§2—2.二極管三極管和MOS管開(kāi)關(guān)等效電路開(kāi)關(guān)閉合當(dāng)Ua>Ub時(shí)，D導(dǎo)通開(kāi)關(guān)斷開(kāi)當(dāng)Ua≤Ub時(shí),D截止當(dāng)Ub為高電平UIH時(shí)，T飽和當(dāng)Ub為低電平UIL時(shí)，T截止開(kāi)關(guān)閉合開(kāi)關(guān)斷開(kāi)一、二極管開(kāi)關(guān)等效電路（理想情況下）二、三極管開(kāi)關(guān)等效電路（理想情況下）當(dāng)前第4頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)

三.MOS管開(kāi)關(guān)等效電路（理想情況下）當(dāng)UGS≥2v時(shí)，當(dāng)UGS<2v時(shí)，2.PMOS管開(kāi)關(guān)等效電路。當(dāng)UGS≤-2v時(shí)，當(dāng)UGS>-2v時(shí),（等效開(kāi)關(guān)圖同上）TN截止1、NMOS管開(kāi)關(guān)等效電路TN導(dǎo)通：TP導(dǎo)通：TP截止：當(dāng)前第5頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)§2—3最簡(jiǎn)單的與、或、非門(mén)電路2-3-1二極管與門(mén)2.工作原理DaDbUYUaUb0003v3v03v3v3.真值表（狀態(tài)表）4.輸出函數(shù)式Y(jié)=A?B5.邏輯符號(hào)&YAB0O011011Y0001導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止0.7V0.7V0.7V3.7vAB1.電路組成（以二輸入為例）+VCCRABYDaDb設(shè)：VCC=5V，UIH=3v,UIL=0v二極管正向壓降0.7V。當(dāng)前第6頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)1。電路組成(以二輸入為例)

2。工作原理UaUb0003v3v03v3v3。真值表AB00011011Y01114.輸出函數(shù)式Y(jié)=A+B5。邏輯符號(hào)截止截止截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通DaDbUY2.3v2.3v2.3vYAB≥102-3-2

二極管或門(mén)當(dāng)前第7頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)-VEEVcc3.真值表A01Y104.輸出函數(shù)式

Y=A

5.邏輯符號(hào)1AY2.工作原理注：為了保證在輸入低電平時(shí)三極管可靠截止，常將電路接成上圖形式。由于接入了負(fù)電源VEE，即使輸入低電平信號(hào)稍大于零，也能使三極管的基極為負(fù)電位，使三極管可靠截止，輸出為高電平。1。電原理圖Ua03vT截止飽和UY02-3-3.三極管非門(mén)當(dāng)前第8頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)2-3-4.

其它門(mén)電路一、其它門(mén)電路其它門(mén)電路有與非門(mén)、或非門(mén)、同或門(mén)、異或門(mén)等等。（略）二、門(mén)電路的“封鎖”和“打開(kāi)”問(wèn)題&ABCY當(dāng)C=1時(shí)，Y=AB.1=AB與門(mén)打開(kāi)，與功能成立。當(dāng)C=0時(shí)，Y=AB.0=0與門(mén)封鎖，與門(mén)不能工作。≥ABCY當(dāng)C=1時(shí)，Y=A+B+1=1或門(mén)封鎖，或門(mén)不能工作。當(dāng)C=0時(shí)，Y=A+B+0=A+B或門(mén)打開(kāi)，或功能成立。能“打開(kāi)”或者“封鎖”門(mén)電路的信號(hào)叫“控制信號(hào)”?？刂菩盘?hào)的輸入端叫“控制端”，或“使能端”。與門(mén)、與非門(mén)可用“0”封鎖，用“1”打開(kāi)；或門(mén)、或非門(mén)可用“1”封鎖，用“0”打開(kāi)；VCD當(dāng)前第9頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)§2-4TTL門(mén)電路3、真值表和邏輯符號(hào)A01Y101、電路結(jié)構(gòu)圖輸入級(jí)倒相級(jí)輸出級(jí)2、工作原理設(shè)Vcc=5V,UIH=3.4v,

UIL=0.2v,PN結(jié)的導(dǎo)通電壓為0.7v。1AY2.1VUAT1發(fā)射結(jié)UB1T2T3T4UY0.2V導(dǎo)通0.9v截止導(dǎo)通截止3.4v3.4V導(dǎo)通4.1v導(dǎo)通截止導(dǎo)通0.2v?T1集電結(jié)截止導(dǎo)通T1T2T3T4R1Y+VCCAUB12-4-1TTL非門(mén)當(dāng)前第10頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)

T2，T4導(dǎo)通后，把UB1鉗制在2.1V。此時(shí)：T1處于倒置工作狀態(tài)；β、IIH都很小,74系列門(mén)電路的每個(gè)輸入端的IIH≤40μA。

IIHT1UB13.4V2.1V1.4V5、電壓傳輸特性當(dāng)非門(mén)的UIUTH當(dāng)非門(mén)的UI≤UTH時(shí)，TTL門(mén)電路有7174系列，74系列的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)：UOH（min）=2.4vUOL(max)=0.4vUIH(min)=2.0vUIL(max)=0.8v≥UTH時(shí)，TTL非門(mén)的電壓傳輸特性如圖，其轉(zhuǎn)折區(qū)對(duì)應(yīng)的輸入電壓叫閾值電壓，記為UTH

VO/VVI/V3210.51.01.5OUTH=1.4v=U0L

U0U0=

U0H因?yàn)椋寒?dāng)前第11頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)2.輸入為高電平（

UIH≥2v）時(shí)等效簡(jiǎn)化電路如圖：T1管倒置工作β0，高電平輸入電流IIH很小，為A級(jí)。低電平輸入電流IIL較大，當(dāng)Vcc=5v，UIL=0.2v時(shí)，IIL1mA。輸入簡(jiǎn)化電路如圖：一.輸入特性（討論T1管）1.輸入低電平（UIL≤0.8v)時(shí)近似分析時(shí)，常用IIS來(lái)代替。

IIS是輸入短路（UIL=0）時(shí)的電流。74系列門(mén)電路的每個(gè)輸入端的IIH≤40μA。+VCCR1T1UILIIL截止+VCCR1T1UIHIIH導(dǎo)通be2be4

2-4-2TTL非門(mén)的靜態(tài)輸入特性和輸出特性當(dāng)前第12頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)

二.輸出特性

1.輸出為低電平時(shí)（U0=U0L≤0.4V)輸出端帶負(fù)載的情形如圖：低電平輸出電流:IOL=N1·IILN1·IIS由于T4管的導(dǎo)通電阻為RON，N1是輸出低電平時(shí)負(fù)載門(mén)的數(shù)目。所以，UOL=IOL·RON。為了保證UOL≤0.4v，要限制負(fù)載門(mén)的數(shù)目N1。+VCCT1截止導(dǎo)通UOL+VCCT3T4+VCCT1驅(qū)動(dòng)門(mén)負(fù)載門(mén)IILIILIOL當(dāng)前第13頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)+VCCT3T4RC3高電平輸出電流： 由于T3管的導(dǎo)通電阻為RON，所以：

UOHVCC-N2·IIH(RC3+RON)-0.7v為了保證UOH≥2.4v，要限制負(fù)載門(mén)的數(shù)目N2。2.輸出端為高電平時(shí)

(U0=UOH≥2.4v)輸出端帶負(fù)載的情形如圖：扇出系數(shù)N是門(mén)電路可以驅(qū)動(dòng)同類(lèi)門(mén)電路的最大數(shù)目。N應(yīng)該確定為上述N1和N2的較小值.N2是輸出高電平時(shí)負(fù)載門(mén)的數(shù)目。導(dǎo)通截止UOH驅(qū)動(dòng)門(mén)負(fù)載門(mén)IIHIIHIOH+VCCT1+VCCT1

三.門(mén)電路的扇出系數(shù)N

IOH=N2·IIH當(dāng)前第14頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)四、門(mén)間限流電阻的確定R11RG1G2為了保證G1輸出的高、低電平能正確地傳輸?shù)紾2的輸入端，門(mén)間限流電阻R不能太大，要求：1、當(dāng)UO1=UOH時(shí)，UI2≥UIH（min)應(yīng)滿(mǎn)足此時(shí)，門(mén)間電流流向如圖，UOHUIHIIH所以，下式應(yīng)滿(mǎn)足:UOH

-IIH·R≥UIH（min)（1）……2、當(dāng)UO1=UOL時(shí)，UI2≤UIL（max)應(yīng)滿(mǎn)足所以，下式應(yīng)滿(mǎn)足:UOL+IIL·R≤UIL（max)（2）……此時(shí)，門(mén)間電流流向如圖，UOLUILIIL根據(jù)（1）、（2）式可確定門(mén)間連接電阻R的數(shù)值。通常，R≤1KΩ。1G11G2當(dāng)前第15頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)TTL門(mén)電路中的與非門(mén)、或非門(mén)、與或非門(mén)、異或門(mén)、同或門(mén)等，讀者可以自學(xué)2-4-3.其它類(lèi)型的TTL門(mén)電路下面重點(diǎn)介紹TTLOC門(mén)和三態(tài)門(mén)當(dāng)前第16頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)1.線與問(wèn)題在數(shù)字系統(tǒng)中，有些場(chǎng)合需要將門(mén)電路的輸出端并聯(lián)使用，即“線與”。Y=02.OC門(mén)解決上述問(wèn)題的辦法：需要線與時(shí)，用OC門(mén)。線與電流大損壞T4T3T4G1+VCC導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止10T3T4G2+VCCIIL1）結(jié)構(gòu)T1T2T4Y+VCCAB但推拉式輸出的門(mén)電路不能并聯(lián)。例如，如圖所示情形時(shí),門(mén)電路會(huì)損壞。一、OC門(mén)（集電極開(kāi)路的門(mén)）&ABY2）邏輯符號(hào)（以O(shè)C與非門(mén)為例）當(dāng)前第17頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)3.OC門(mén)的使用使用OC門(mén)時(shí)，應(yīng)外接上拉電阻RL和電源VCC’。4.線與輸出函數(shù)式線與Y=AB?CD若電路如圖：&CDY&ABRL+VCC’則：(與非與）（與或非）=AB+CDRL的大小應(yīng)根據(jù)公式計(jì)算，通常在12K之間。VCC’的數(shù)值根據(jù)UOH的需要選定；當(dāng)前第18頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)1AYR1T2T3T4YA+VCC二、三態(tài)門(mén)（TS門(mén)）1、三態(tài)門(mén)的組成及工作原理EN端為“使能端”。當(dāng)EN=1時(shí)：同時(shí)，二極管D

截止，對(duì)T2、T3也沒(méi)有影響，原非門(mén)電路正常工作。當(dāng)EN=0時(shí)：同時(shí)，二極管D導(dǎo)通，T3基極為低電平，T3截止。T3、T4均截止，非門(mén)電路輸出為高阻狀態(tài)。T1輸入端被封鎖，UB1為低電平，T2、T4截止；ENEN三態(tài)非門(mén)邏輯符號(hào)對(duì)T1沒(méi)有影響；T1END截止截止0010（以三態(tài)非門(mén)為例）當(dāng)前第19頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)邏輯符號(hào)名稱(chēng)輸出表達(dá)式2、常用三態(tài)門(mén)的圖形符號(hào)和輸出邏輯表達(dá)式Y(jié)=高阻（EN=0時(shí)）A（EN=1時(shí)）Y=A（EN=0時(shí)）高阻（EN=1時(shí)）Y=高阻（EN=0時(shí)）AB（EN=1時(shí)）Y=高阻（EN=1時(shí)）AB（EN=0時(shí)）三態(tài)非門(mén)（1控制有效）1ENENAY1ENENAY&ENENAYB&ENENAYB三態(tài)非門(mén)（0控制有效）三態(tài)與非門(mén)（1控制有效）三態(tài)與非門(mén)（0控制有效）當(dāng)前第20頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)

1）同一條線上分時(shí)傳送數(shù)據(jù)，其連線方式稱(chēng)為“總線結(jié)構(gòu)”。工作原理：（以三路輸入為例）2）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸1工作Y=A傳輸結(jié)果ENG1G2EN1EN2EN3總線傳遞Y1路數(shù)據(jù)Y2路數(shù)據(jù)Y3路數(shù)據(jù)0010101000B=Y1EN1ENAY11EN2ENBY21EN3ENCY3總線1ENENAG11ENBENG2總線Y工作原理高阻態(tài)工作高阻態(tài)3、三態(tài)門(mén)的應(yīng)用當(dāng)前第21頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)

§2-5CMOS門(mén)電路基本電路用TP管和TN管構(gòu)成。輸入脈沖幅度通常為VDD。VA0VTPTNUYVDD真值表A01Y10當(dāng)UI

≥VDD/2時(shí),=U0L

0當(dāng)UI

≤VDD/2時(shí),

=

U0H

VDD表達(dá)式Y(jié)=AU0U0其閾值電平VTH=VDD/20VDDVDD截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通0TNTP+VDDAYVDD/2VDDVDD/2VDD0VIVO2-5-1CMOS反向器的工作原理一.電路結(jié)構(gòu)二.工作原理三.電壓傳輸特性當(dāng)前第22頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)由于CMOS反向器的柵極和襯底之間有SiO2絕緣層，所以CMOS反向器正常工作時(shí)，有II=IG=0成立。但絕緣層非常薄，極易擊穿,所以，制作CMOS器件時(shí)，集成了“輸入保護(hù)電路”,

以保護(hù)絕緣層不被擊穿。輸入保護(hù)措施是有限度的，使用時(shí)還必須注意器件的正確使用方法。2-5-2CMOS反向器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性一、輸入特性當(dāng)前第23頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)由于UGS越大，TN管的導(dǎo)通電阻RON就越小，1.低電平輸出特性U0=U0L時(shí):所以：在同樣的IOL值下，VDD越高，使TN管導(dǎo)通時(shí)的UGS就越大，其RON就越小，UOL也就越低。+VDDTNTPUIHUOLIOLRLIOL從負(fù)載電路注入TN管。TN管導(dǎo)通，TP管截止，VDD=5V10V15VUOLOIOL二、輸出特性當(dāng)前第24頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)2.高電平輸出特性由于UGS越負(fù)，TP管的導(dǎo)通電阻RON就越小，U0=U0H時(shí)：所以：在同樣的IOH值下，VDD越高，使TP管導(dǎo)通時(shí)的UGS就越負(fù)，其RON就越小，VOH也就越高。TNTP+VDDUILUOHIOHRLIOH從TP管流向負(fù)載電路。TP管導(dǎo)通，TN管截止，UOHOIOHVDDVDD=5V10V15V當(dāng)前第25頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)CMOS門(mén)電路中的與或非門(mén)、異或門(mén)、同或門(mén)等下面重點(diǎn)介紹CMOS與非門(mén)和或非門(mén)2-5-3其它類(lèi)型的CMOS門(mén)電路讀者可以自學(xué)當(dāng)前第26頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)一、CMOS與非門(mén)（以二輸入為例）1、

組成兩TP管在上，并聯(lián)；兩TN管在下，串聯(lián)；2、工作原理只有當(dāng)AB同為1、使串聯(lián)的TN管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，輸出才為0，其它情況輸出為1。AB00011011T3P

T1P

T2N

T4NYBA功能特點(diǎn)：

3、輸出邏輯表達(dá)式1110通通通通通通通通止止止止止止止止T1T3+VDDYT2T4ABY=A?BY=A?B當(dāng)前第27頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)二、

CMOS或非門(mén)（以二輸入為例）3、輸出邏輯表達(dá)式：Y=A?B1、

組成兩TP管在上，串聯(lián)；兩TN管在下，并聯(lián)；2、工作原理只有當(dāng)AB同為0、使串聯(lián)的TP管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，輸出才為1，其它情況輸出為0。功能特點(diǎn)：AB00011011T3P

T1P

T2N

T4NYBA通止通止通通止止止止通通止通止通1000BAT3T1T2T4VDDY=A+B當(dāng)前第28頁(yè)\共有32頁(yè)\編于星期日\(chéng)14點(diǎn)為了克服上述缺點(diǎn)，可在門(mén)電路的輸入、輸出端增設(shè)“緩沖器”。

CMOS門(mén)電路的優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單CMOS門(mén)電路的缺點(diǎn)：1）輸出電阻RO的大小，受輸入端狀態(tài)的影響2）輸出電平UOL、UOH，受輸入端數(shù)目的影響緩沖器可由CMOS非門(mén)組成。增加緩沖器后，電路的邏輯功能將改變：&11