电子技术基础 PPT学习教案

1、会计学1电子技术基础电子技术基础 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。逻辑0和1： 电子电路中用高、低电平来表示。2.1 半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性1 1、二极管的开关特性二极管的开关特性逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。简称门电路。基本和常用门电路有与门、或门、非门（反相器）、与非门、或非门、与或非门和异或门等。二极管符号：正极负极uD 第1页/共41页 + ui RL +uo D开关电路 IF 0.5 0.7iD(mA) uD(V)伏安特性UBR0 + ui=0V RL +uo Dui=0V时的等效电路 + + u

2、i=5V RL +uo D 0.7Vui=5V 时的等效电路uououi0V时，二极管截止，如同开关断开，uo0V。ui5V时，二极管导通，如同0.7V的电压源，uo4.3V。二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度。Ui0.5V时，二极管导通。第2页/共41页2 2、三、三极管的开关特性极管的开关特性 NPN型三极管截止、放大、饱和3 种工作状态的特点工作状态截 止放 大饱 和条 件iB00iBIBSiBIBS偏置情况发射结反偏集电结反偏uBE0，uBC0，uBC0，uBC0集电极电流iC0iCiBiCICSce间电压uCEVCCuCEVCCiCRcuCEUCES0.3V工作特点ce间等效

3、电阻很大，相当开关断开可变很小，相当开关闭合第3页/共41页Q2ui iB e Rb biC (mA) 直流负载线 VCC Rc 0+VCCiC uo工作原理电路输出特性曲线80A60A40A20AiB=00 UCES VCC uCE(V) 0 0.5 uBE(V)输入特性曲线iB(A)Q1Q Rc cRbRc+VCCbce截止状态饱和状态iBIBSui=UIL0.5Vuo=+VCCui=UIHuo=0.3VRbRc+VCCbce0.7V0.3V饱和区截止区放大区第4页/共41页10kui iB eRb b+VCC=+5ViC uo Rc1k c=40ui=0.3V时，因为uBE0.5V，iB

4、=0，三极管工作在截止状态，ic=0。因为ic=0，所以输出电压：ui=1V时，三极管导通，基极电流：因为0iBIBS，三极管工作在饱和状态。输出电压：uoUCES0.3V第5页/共41页3 3、场效应、场效应管的开关特性管的开关特性 iD(mA) 0uDS(V)0 UT uGS(V)iD(mA)uGS=10V8V6V4V2V工作原理电路转移特性曲线输出特性曲线uiuiGDSRD+VDDGDSRD+VDDGDSRD+VDD截止状态uiUTuo0第6页/共41页2.2 分立元件门电路分立元件门电路1 1、二极管与门二极管与门+VCC(+5V) R 3k Y D1A D2B5V0VABY &uA

5、uBuYD1 D20V 0V0V 5V5V 0V5V 5V0.7V0.7V0.7V5V导通 导通导通 截止截止 导通截止 截止A BY0 00 11 01 10001Y=AB第7页/共41页A D1B D2 5V 0V YR3k2 2、二极管或门二极管或门ABY 1uA uBuYD1 D20V 0V0V 5V5V 0V5V 5V0V4.3V4.3V4.3V截 止 截 止截 止 导 通导 通 截 止导 通 导 通A BY0 00 11 01 10111Y=A+B第8页/共41页A =40+5V Y电路图1逻辑符号AY1k4.3k3 3、三极管非门三极管非门uA0V时，三极管截止，iB0，iC0，

6、输出电压uYVCC5VuA5V时，三极管导通。基极电流为：iBIBS，三极管工作在饱和状态。输出电压uYUCES0.3V。mA1mA3 . 47 . 05Bi三极管临界饱和时的基极电流为：mA16. 01303 . 05BSIAY0110AY 第9页/共41页AA1电路图逻辑符号YYGSDB+VDD+10V RD20k当uA0V时，由于uGSuA0V，小于开启电压UT，所以MOS管截止。输出电压为uYVDD10V。当uA10V时，由于uGSuA10V，大于开启电压UT，所以MOS管导通，且工作在可变电阻区，导通电阻很小，只有几百欧姆。输出电压为uY0V。AY 第10页/共41页T4 +VCC(

7、+5V) b1 A BR13kT3T2T1Y R4100+VCC(+5V)T5 A BTTL与非门电路T1的等效电路D3c1R13kR2750R3360R53kD1D22.3 TTL集成门电路集成门电路一、一、TTL与非门工作原理与非门工作原理第11页/共41页ABY+5VT1T2D3T4T5R1R2R3R44k1.6k1301k0.3V1.0V3.6VT2，T5截止1. 有一个输入端输入低电平有一个输入端输入低电平T4 ， D3导通第12页/共41页2.1V3.6V3.6VT2饱和T5深度饱和0.7V1.0VT3，T4截止0.3V2. 两个输入端都输入高电平两个输入端都输入高电平ABY+5V

8、T1T2D3T4T5R1R2R3R44k1.6k1301k第13页/共41页BAYuA uBuY0.3V 0.3V0.3V 3.6V3.6V 0.3V3.6V 3.6V3.6V3.6V3.6V0.3VA BY0 00 11 01 11110功能表功能表真值表真值表逻辑表达式逻辑表达式第14页/共41页74LS00 的引脚排列图VCC 3A 3B 3Y 4A 4B 4Y 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND 14 13 12 11 10 9 874LS20 1 2 3 4 5 6 7VCC 2A 2B NC 2C 2D 2Y 1A 1B NC 1C 1D 1Y GND74LS20 的引脚排

9、列图 14 13 12 11 10 9 874LS00 1 2 3 4 5 6 774LS00内含4个2输入与非门，74LS20内含2个4输入与非门。第15页/共41页2 2、TTL非门、或非门、与或非门、与门、或门及异或门非门、或非门、与或非门、与门、或门及异或门 14 13 12 11 10 9 874LS04 1 2 3 4 5 6 7VCC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND6 反相器 74LS04 的引脚排列图T4AR13kT3T2T1YR4100+VCCT5R2750R3360R53kTTL 反相器电路A=0时，T2、T5截止，T3、T4

10、导通，Y=1。A=1时，T2、T5导通，T3、T4截止，Y=0。AY TTL非门第16页/共41页 14 13 12 11 10 9 874LS02 1 2 3 4 5 6 7VCC 3Y 3B 3A 4Y 4B 4A 1Y 1B 1A 2Y 2B 3A GND74LS02 的引脚排列图T4ABR1T3T2T1YR4+VCCT5R2R3R5T2T1R1TTL 或非门电路A、B中只要有一个为1，即高电平，如A1，则iB1就会经过T1集电结流入T2基极，使T2、T5饱和导通，输出为低电平，即Y0。AB0时，iB1、iB1均分别流入T1、T1发射极，使T2、T2、T5均截止，T3、T4导通，输出为高

11、电平，即Y1。BAYTTL或非门第17页/共41页 14 13 12 11 10 9 874LS51 1 2 3 4 5 6 7VCC 2B 2C 2D 2E 2F 2Y 2A 1A 1B 1C 1D 1Y GND74LS51 的引脚排列图T4ABCDR1T3T2T1YR4+VCCT5R2R3R5T2T1R1TTL 与或非门电路A和B都为高电平（T2导通）、或C和D都为高电平（T2导通）时，T5饱和导通、T4截止，输出Y=0。A和B不全为高电平、并且C和D也不全为高电平（T2和T2同时截止）时，T5截止、T4饱和导通，输出Y=1。DCBAYTTL与或非门第18页/共41页二、TTL电路的特性和

12、参数1. 抗干扰能力 (1)输出高电平VOH 典型值：3.6V VOH(min) =2.4V(2)输出低电平VOL 典型值：0.3V VOL(max) =0.4VvI&+5VVVvOvIvO03.6V0.3V2.4V0.4VVOFFVON第19页/共41页(3)输入高电平VIH VIH(min)=VON=2.0V 保证输出为低电平的最小输入高电平 (4)输入低电平VIL VIL(max)=VOFF =0.8V 保证输出为高电平的最大输入低电平(5)噪声容限 VNH= VOH(min) VON VNL= VOFF VOL(max) 第20页/共41页T1R1+5VIIH2.1V3.6VT1R1+

13、5VIIL1.0V0.3V第21页/共41页ABY+5VT1T2T3T4T5R1R2R3R4R5T1R1T1R1+5V(3)输出低电平电流IOL带灌电流负载能力_典型值16mAIOL(max)是指输出低电平达到0.4V的最大输出电流T4截止T5饱和IOL=IC5第22页/共41页ABY+5VT1T2T3T4T5R1R2R3R4R5T1R1T1R1+5V(4)输出高电平电流IOH带拉电流负载能力_典型值0.4mAIOH(max)是指输出高电平达到2.4V的最大输出电流IOH=IE4第23页/共41页变为高电平的时间tPHLtPLH50%50%tPd=(tPHL+ tPLH)/2第24页/共41页

14、4. 功耗 PCC=VCCICC(1)空载导通功耗PON 输出为低电平时的功耗(2)空载导通功耗POFF 输出为高电平时的功耗 PON POFF第25页/共41页TTL系列集成电路74：标准系列，前面介绍的TTL门电路都属于74系列，其典型电路与非门的平均传输时间tpd10ns，平均功耗P10mW。74H：高速系列，是在74系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd6ns，平均功耗P22mW。74S：肖特基系列，是在74H系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd3ns，平均功耗P19mW。74LS：低功耗肖特基系列，是在74S系列基础上改进得到的，其典型电路与

15、非门的平均传输时间tpd9ns，平均功耗P2mW。74LS系列产品具有最佳的综合性能，是TTL集成电路的主流，是应用最广的系列。第26页/共41页三、三、OC门及门及TSL门门ABY+5VT1T2D3T4T5R1R2R3R44k1.6k1301kABY+5VT1T2D3T4T5R1R2R3R44k1.6k1301k？第27页/共41页OC 与非门的电路结构AB+VCCYR YABCD&OC 门线与图+VCCR Y1 Y2 T1 T2 T3 uB1问题的提出：为解决一般TTL与非门不能线与而设计的。A、B不全为1时，uB1=1V，T2、T3截止，Y=1。接入外接电阻R后：A、B全为1时，uB1=

16、2.1V，T2、T3饱和导通，Y=0。BAY外接电阻R的取值范围为：ILOLOLCCmIIUVmaxIHOHOHCCmInIUVminROC门第28页/共41页TSL门国标符号T4AR13kT3T2T1YR4100+VCC(+5V)T5R2750R3360R53kAE&ENYED电路结构E0时，二极管D导通，T1基极和T2基极均被钳制在低电平，因而T2T5均截止，输出端开路，电路处于高阻状态。结论：电路的输出有高阻态、高电平和低电平3种状态。E1时，二极管D截止，TSL门的输出状态完全取决于输入信号A的状态，电路输出与输入的逻辑关系和一般反相器相同，即：Y=A，A0时Y1，为高电平；A1时Y0

17、，为低电平。第29页/共41页TSL门的应用：G1总线ABE1ENY1EN1AE1ENB1EN1 1ENE1 A1 1ENE2 A2 1ENEn An(a) 多路开关(b) 双向传输(c) 单向总线G1G2G1G2G2Gn作多路开关：E=0时，门G1使能，G2禁止，Y=A；E=1时，门G2使能，G1禁止，Y=B。信号双向传输：E=0时信号向右传送，B=A；E=1时信号向左传送，A=B 。构成数据总线：让各门的控制端轮流处于低电平，即任何时刻只让一个TSL门处于工作状态，而其余TSL门均处于高阻状态，这样总线就会轮流接受各TSL门的输出。第30页/共41页2.3 CMOS集成门电路集成门电路1

18、1、CMOS非门非门uA+VDD+10VTPTN+VDD+10V+VDD+10VSSRONPRONN10V0V(a) 电路(b) TN截止、TP导通(c) TN导通、TP截止uYuYuY（1）uA0V时，TN截止，TP导通。输出电压uYVDD10V。（2）uA10V时，TN导通，TP截止。输出电压uY0V。AY 第31页/共41页2 2、CMOS与非门、或非门、与门、或门、与或非门和异或门与非门、或非门、与门、或门、与或非门和异或门CMOS与非门BY+VDDATP1TN1TN2TP2BAYA、B当中有一个或全为低电平时，TN1、TN2中有一个或全部截止，TP1、TP2中有一个或全部导通，输出Y

19、为高电平。只有当输入A、B全为高电平时，TN1和TN2才会都导通，TP1和TP2才会都截止，输出Y才会为低电平。第32页/共41页BY+VDDATN1TP2TN2TP1CMOS或非门BAY只要输入A、B当中有一个或全为高电平，TP1、TP2中有一个或全部截止，TN1、TN2中有一个或全部导通，输出Y为低电平。只有当A、B全为低电平时，TP1和TP2才会都导通，TN1和TN2才会都截止，输出Y才会为高电平。第33页/共41页与门ABAB&1Y=AB=ABAB&YABA+B11或门AB1YY=A+B=A+B&1&1 & 1ABCDABCDABCDYYY(a) 由与非门和反相器构成(b) 由与门和或

20、非门构成(c) 逻辑符号CMOS与或非门DCBADCBAYDCBAY第34页/共41页&ABY&CMOS异或门BABABABABABAY3 3、CMOS OD门、门、TSL门及传输门门及传输门&1YAB+VDDRD外接AB&Y(a) 电路(b) 符号ABYCMOS OD门第35页/共41页CMOS TSL门11ENAETP2TP1 YTN1TN2AEY+VDD(a) 电路(b) 符号E=1时，TP2、TN2均截止，Y与地和电源都断开了，输出端呈现为高阻态。E=0时，TP2、TN2均导通，TP1、TN1构成反相器。可见电路的输出有高阻态、高电平和低电平3种状态，是一种三态门。第36页/共41页C

21、+VDDTGuiuiuouoTPTNCCC(a) 电路(b) 符号CMOS 传输门C0、 ，即C端为低电平（0V）、 端为高电平（VDD）时， TN和TP都不具备开启条件而截止，输入和输出之间相当于开关断开一样。C1、 ，即C端为高电平（VDD）、 端为低电平（0V）时，TN和TP都具备了导通条件，输入和输出之间相当于开关接通一样，uoui。1C0CCC第37页/共41页4 4、CMOS数字电路的特点及使用时的注意事项数字电路的特点及使用时的注意事项（1）CMOS电路的工作速度比TTL电路的低。（2）CMOS带负载的能力比TTL电路强。（3）CMOS电路的电源电压允许范围较大，约在318V，抗干扰能力比TTL电路强。（4）CMOS电路的功耗比TTL电路小得多。门电路的功耗只有几个W，中规模集成电路的功耗也不会超过100W。（5）CMOS集成电路的集成度比TTL电路高。（6）CMOS电路适合于特殊环境下工作。（7）CMOS电路容易受静电感应而击穿，在使用和存放时应注意静电屏蔽，焊接时电烙铁应接地良好，尤其是CMOS电路多余不用的输入端不能悬空，应根据需要接地或接高电平。CMOS数字电路的特点第38页/共41页使用集成电路时的注意事项（1）对于各种集成电路，使用时一定要在推荐的工作条件范围内，否则将导致性能下降或损坏器件。（2