数字电路_复习资料

1、第三章 门电路 3.1 概述 实现基本和常用逻辑运算的电子电路，叫做逻 辑门电路，称为门电路。 基本逻辑门电路：与门、或门、非门 常用门电路：与非门、或非门、与或非门、异 或、同或 门电路中以高、低电平表示逻辑状态的1、0. 获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关 元件的导通、截止（即开、关）两种工作状态。 在数字电路中，用在数字电路中，用1表示表示 高电平，高电平，0表示低电平，这称表示低电平，这称 为正逻辑赋值，简称为正逻辑赋值，简称正赋值正赋值。 如果用如果用0表示高电平，表示高电平， 1 表示低电平，则称为负逻辑赋表示低电平，则称为负逻辑赋 值，简称值，简称负赋值负赋值。 输入和输出

2、的高、低电平输入和输出的高、低电平 正负逻辑正负逻辑 高电平和低电平是表示的两种状态，是两个不同的可以截然高电平和低电平是表示的两种状态，是两个不同的可以截然 区别开来的区别开来的电压范围电压范围。 例如典型工作电压为例如典型工作电压为5V的的74HC系列系列CMOS逻辑电路，输入逻辑电路，输入 电压在电压在3.55.0V范围对应高电平逻辑范围对应高电平逻辑1，01.5V范围对应低电范围对应低电 平逻辑平逻辑0。 用来获得高、低输出电平的基本开关电路： 互补开关电路在数字集成电路中广泛应用。 静态特性 断开时，IOFF=0 R= 闭合时，Uon=0 R=0 动态特性 开通时间ton=0 关断时

3、间toff=0 实际使用的开关为晶体二极管、三极管及场效应管等 电子器件。 这些电子器件作为开关使用时，也是从这两个方面讨 论器开关特性。 理想开关的特性 3.2 半导体二极管门电路 一、静态特性 伏安特性:单向导电性 在数字电路中，使用 二极管的正向导通区 （开关闭合）和反向 截止区（开关断开） 二极管的开关特性 正向导通与反向截止这样两种不同状态之间的转换 速度很快（微秒或纳秒量级） 3.2.1 半导体二极管的开关特性 二极管开关等效电路 当输入电压的低电平UIL=-2V时： 当输入电压的高电平UIH=3V时： 二极管的静态开关特性： 导通条件与导通时的特点 当外加正向电压大于0.7V时，

4、二极管导 通，此时可认为二极管两端的电压不变， 如同一个具有值为死区电压值的闭合了的 开关。 截止条件与截至时的特点 当外加电压小于0.7V时，二极管截止， 此时就近似的认为电流为零，如同一个断 开了的开关。 二、动态特性 二极管的电容效应： Cj ，CD。 二极管的开关时间 3.2.2 二极管与门二极管与门 3.2.3 二极管或门二极管或门 3.3 CMOS门电路 3.3.1MOS管的开关特性 一、MOS管的结构和工作原理 N沟道增强型场效应管的结构 二、N沟道增强型MOS管的输入输出特性曲线 (a)共源接法 (b)输出特性曲线 MOS管的转移特性 转移特性曲线： 它描述了栅、源之间电 压对

5、漏极电流的控制作 用。 三、MOS管的基本开关电路 四、MOS管的开关等效电路 (a)截止状态 (b)导通状态 静态开关特性： 1.当uGSUTN时，导通，此时如同一个阻值为RON的 闭合了的开关。 2.当uGS1时，这两个时，这两个PN结的输入特性基本重合。结的输入特性基本重合。 二、双极型三极管的输入特性和输出特性 (b)输出特性曲线 三、双极型三极管的基本开关电路 当输入电压的低电平UIL=0V时： 当输入电压的高电平UIH=3V时： IBS=0.06mA , iB=1mA mA6 2k 2V1 c CESCC CM R VV I 所以所以BJT工作在饱和区。工作在饱和区。 四、双极型三

6、极管的开关等效电路 (a)截止状态 (b)饱和导通状态 静态开关特性： a.截止条件与截至时的特点 三极管的基极与射极电压小于0.7V时，截止，此 时如同一个断开了的开关。 b.导通条件与导通时的特点： 三极管的基极电流大于其临界饱和值IS时，饱和 导通，此时如同一个闭合了的开关。 五、三极管的动态开关特性 六、三极管非门（反相器） 3.5.2 TTL反相器的电路结构和工作原理 一、电路结构 二、TTL反相器的电压传输特性 5V 二、输出特性 1.高电平输出特性 2.低电平输出特性 三、TTL反相器输入端负载特性 3.5.4 TTL反相器的动态特性 传输延迟时间 3.5.5 其他类型的TTL门

7、电路 一、其他逻辑功能的门电路一、其他逻辑功能的门电路 1.TTL与非门与非门 2.TTL或非门电路或非门电路 3.TTL与或非与或非门 4.TTL异或异或门 二、二、集电极开路的门电路（的门电路（OC门）门） OC门输出接法 三、三态输出门电路 （a）控制端高电平有效 （b）控制端低电平有效 是表征门电路的是表征门电路的开关速度开关速度的的 参数，即门电路在输入脉冲波形参数，即门电路在输入脉冲波形 的作用下，其的作用下，其输出波形相对于输输出波形相对于输 入波形延迟了多长时间入波形延迟了多长时间。 tPLH：低电平转换到高电平；：低电平转换到高电平； 即即VI的上升沿的中点（幅值的的上升沿的

8、中点（幅值的 50）到）到VO下降沿的中点。下降沿的中点。 tPHL：高电平转换到低电平。高电平转换到低电平。 即即VI的下降沿的中点到的下降沿的中点到VO上升沿的中点。上升沿的中点。 2 t PHLPLH Pd tt 平均传输延迟时间： 2 传输延迟时间传输延迟时间 上升时间上升时间tr：低电平：低电平10% 转换到高电平转换到高电平90%； 下降时间下降时间tf：高电平高电平90%转换转换 到低电平到低电平10%。 3 功耗功耗 静态功耗：静态功耗：电路中没有状态转换时的功耗；即门电路空载时电电路中没有状态转换时的功耗；即门电路空载时电 源总电流源总电流ICC与电源电压与电源电压VCC的乘

9、积。的乘积。 空载导通功耗空载导通功耗PON：输出为低电平时的功耗。输出为低电平时的功耗。 截止功耗截止功耗POFF:输出为高电平时的功耗。输出为高电平时的功耗。 动态功耗：动态功耗：发生在状态转换期间或有电容性负载时。发生在状态转换期间或有电容性负载时。 4 噪声容限噪声容限 表示门电路的表示门电路的抗干扰能力抗干扰能力。二值数字逻辑电路的。二值数字逻辑电路的优点在于它优点在于它 的的输入信号允许一定的容差输入信号允许一定的容差。在数字系统中，各逻辑电路之间的。在数字系统中，各逻辑电路之间的 连线可能会受到各种噪声的干扰。噪声叠加在工作信号上，只要连线可能会受到各种噪声的干扰。噪声叠加在工作

10、信号上，只要 奇幅度不超过逻辑电平允许的最小值或最大值，则输出逻辑状态奇幅度不超过逻辑电平允许的最小值或最大值，则输出逻辑状态 可不受影响，通常将最大噪声幅度称为可不受影响，通常将最大噪声幅度称为噪声容限噪声容限。电路的噪声容。电路的噪声容 限越大，抗干扰能力越强。限越大，抗干扰能力越强。 数字电路一般由多级门电路组成，前一级驱动门电路的输出，数字电路一般由多级门电路组成，前一级驱动门电路的输出， 是后一级负载门电路的输入，是后一级负载门电路的输入，当前一级输出高电平的最小值仍能当前一级输出高电平的最小值仍能 满足后级高电平输入的最小值时满足后级高电平输入的最小值时，输入高电平的噪声容限为：，

11、输入高电平的噪声容限为： 高电平噪声容限高电平噪声容限VNH : VNH =VOH(min) VIH(min) 同理得到低电平的噪声容限为：同理得到低电平的噪声容限为： 低电平噪声容限低电平噪声容限VNL： VNL =VIL(max) VOL(max) 拉电流负载拉电流负载（负载电流从与非门流向外电路）：（负载电流从与非门流向外电路）： 驱动门输出为高电平驱动门输出为高电平:IIH由驱动门出而流至负载门，负载门由驱动门出而流至负载门，负载门 的输入电流为的输入电流为IIH；当负载门的个数增加，总拉电流增加，；当负载门的个数增加，总拉电流增加，VOH要要 降低；而门电路有标准输出高电压降低；而门电路有标准输出高电压VOH;从而限制了负载门的个数。从而限制了负载门的个数。 （负载门） （驱动门） IH OH OH I I N 灌电流负载灌电流负载（负载电流从外电路流入与非门）：（负载电流从外电路流入与非门）： 驱动门输出为低电平；负载电流驱动门输出为低电平；负载电流IOL流入驱动门，当负载门流入驱动门，当负载门 个数增加，总灌电流个数增加，总灌电流IOL将增加，将增加，VOL也 也要升高；而门电路有标 要升高；而门电路有标 准输出低电压准输出低电压VOL;从而限制了负载门的个数。从而限制了负载门的个数。 （负载门） （驱动门） IL OL OL I I N 5 扇入与扇出数扇