第二章逻辑门电路基础ppt课件

1、55555 二极管正偏时导通，管压降为二极管正偏时导通，管压降为0V0V，流过二极管，流过二极管的电流大小决定于外电路，相当于开关闭合。二极的电流大小决定于外电路，相当于开关闭合。二极管反偏时截止，流过二极管的电流为管反偏时截止，流过二极管的电流为0 0，相当于开，相当于开关打开，二极管两端电压的大小决定于外电路。这关打开，二极管两端电压的大小决定于外电路。这就是二极管的静态开关特性。就是二极管的静态开关特性。 二极管的静态开关特性是指二极管稳定地处于二极管的静态开关特性是指二极管稳定地处于导通和稳定处于截止时的特性。导通和稳定处于截止时的特性。给二极管电路加入一个方波信号，电流的波形怎样呢？

2、给二极管电路加入一个方波信号，电流的波形怎样呢？ 二极管的动态开关特性是指二极管从一个状态到二极管的动态开关特性是指二极管从一个状态到另一个状态的过渡过程中的特性。另一个状态的过渡过程中的特性。55tretretsts十十tttt称为反向恢复时间称为反向恢复时间tsts为存储时间为存储时间tttt为渡越时间为渡越时间+区区PN耗尽层LpnL区中电子区中空穴浓度分布浓度分布PN(a)(b)x 同理，二极管从截止转为正向导通也需要时间，这段时同理，二极管从截止转为正向导通也需要时间，这段时间称为开通时间。开通时间比反向恢复时间要小得多，一般间称为开通时间。开通时间比反向恢复时间要小得多，一般可以忽

3、略不计。可以忽略不计。55 三极管的动态开关特性是指三极管从一个三极管的动态开关特性是指三极管从一个状态到另一个状态的过渡过程中的特性。状态到另一个状态的过渡过程中的特性。 三极管的静态开关特性是指三极管稳定地三极管的静态开关特性是指三极管稳定地处于饱和或截止状态时的特性。处于饱和或截止状态时的特性。5此时三极管既有饱和状态时的特征此时三极管既有饱和状态时的特征VCES =0.3V，又有放大状态，又有放大状态时的特征时的特征IC=IB），求此时三极管的集电极），求此时三极管的集电极临界饱和电流临界饱和电流ICS ，进而求出基极临界饱和电流，进而求出基极临界饱和电流IBS 。集电。集电极临界饱和

4、电流极临界饱和电流ICS是三极管的集电极可能流过的最大电流。是三极管的集电极可能流过的最大电流。（3在原始电路拓扑结构基础上，求出三极在原始电路拓扑结构基础上，求出三极管的基极支路中管的基极支路中实际流动的电流实际流动的电流iB。（4比较比较iB和和IBS的大小：的大小：若若iB IBS或者或者 iB ICS），则三极管），则三极管处于饱和状态。处于饱和状态。若若iB IBS或者或者 iB ICS），则三极管），则三极管处于放大状态。处于放大状态。5例例2-1 判断图电路中三极管的状态，其中判断图电路中三极管的状态，其中Rb=2k，RC=2k，VCC=12V，=50。 将三极管拿将三极管拿开，

5、发射结零偏，开，发射结零偏，所以三极管截止。所以三极管截止。5例例2-4 电路及参数如图所示，三极管的电路及参数如图所示，三极管的VBE=0.7V，60，输入电压，输入电压vi取值取值3V和和-2V。（1当当vi3V时判断三极管的状态，并求出时判断三极管的状态，并求出iC和和vo的值。的值。（2当当vi-2V时判断三极管的状态，并求出时判断三极管的状态，并求出iC和和vo的值。的值。55解：（解：（1vi3V 因为因为iBIBS 所以所以三极管处于饱和状态，三极管处于饱和状态，如右图中的如右图中的E点所示。点所示。)mA(23. 0107 . 03iB 0083(mA). 010605RVIC

6、CCBS V.VvCESo30)mA(4 . 0103 . 05iC7（2vi-2V 因为因为vBE 0，反，反偏，所以三极管处于偏，所以三极管处于截止状态，如右图中截止状态，如右图中的的A点所示。点所示。Vvo50iC5NPN型三极管三种工作状态的特点型三极管三种工作状态的特点P475（二双极型三极管的动态开关特性（二双极型三极管的动态开关特性5所需的时间。所需的时间。几个时间概念几个时间概念5几个时间概念几个时间概念5viVT时，管子处于线性电时，管子处于线性电阻区，阻区，vo=0。5 MOS管的开关管的开关时间取决于输入和时间取决于输入和输出回路中电容的输出回路中电容的充、放电时间。充、

7、放电时间。 MOS管的放电管的放电过程较快，充电过过程较快，充电过程相对缓慢。程相对缓慢。55正逻辑体制和负逻辑体制正逻辑体制和负逻辑体制正逻辑体制正逻辑体制: :将高电平用逻辑将高电平用逻辑1 1表示，低电平用逻辑表示，低电平用逻辑0 0表示表示负逻辑体制负逻辑体制: :将高电平用逻辑将高电平用逻辑0 0表示，低电平用逻辑表示，低电平用逻辑1 1表示表示5一、正与门电路一、正与门电路5正逻辑体制正逻辑体制逻辑符号逻辑符号逻辑表达式逻辑表达式5负逻辑体制负逻辑体制逻辑符号逻辑符号逻辑表达式逻辑表达式55正逻辑体制正逻辑体制负逻辑体制呢负逻辑体制呢? ?55 二极管逻辑门电路，电路结构简单，二极

8、管逻辑门电路，电路结构简单，简单的串联连接就可以实现更复杂的简单的串联连接就可以实现更复杂的逻辑运算，但是这些电路的输出电阻逻辑运算，但是这些电路的输出电阻大，带载能力差，开关性能不理想，大，带载能力差，开关性能不理想，所以引入所以引入TTLTTL逻辑门电路。逻辑门电路。5与非与非或非或非TTL集成电路分为：集成电路分为： 74系列：用于民用电子产品的设计和生产，系列：用于民用电子产品的设计和生产，工作温度为工作温度为0-70。 54系列：用于军用电子产品的设计和生产，系列：用于军用电子产品的设计和生产，工作温度为工作温度为-55- +125。TTL的含义：的含义：Transistor Tra

9、nsistor Logic 5 TTL TTL逻辑门电路由若干双极型三极管逻辑门电路由若干双极型三极管(BJT)(BJT)和电阻组成。和电阻组成。 TTL：Transistor Transistor Logic 输出级输出级T3T3、D D、T4T4和和Rc4Rc4构成推拉式构成推拉式的输出级。用于提的输出级。用于提高开关速度和带负高开关速度和带负载能力。载能力。中间级中间级T2T2和电阻和电阻Rc2Rc2、Re2Re2组成，从组成，从T2T2的集电结和发射的集电结和发射极同时输出两个相极同时输出两个相位相反的信号，作位相反的信号，作为为T3T3和和T4T4输出级的输出级的驱动信号；驱动信号；

10、输入级输入级T1T1和电阻和电阻Rb1Rb1组成。用于提组成。用于提高电路的开关速度高电路的开关速度55（一输入（一输入VI为高电平为高电平3.6V时时VB1=5VVBE1=1.4VVB1=4.3VVB1=2.1V倒置状态倒置状态Vo=0.3VVC2=1V饱和饱和饱和饱和截止截止截止截止，输出为低电平，输出为低电平0.3V开门开门5VB1=5VVBE1=4.7VVB1=1V饱和饱和Vo=3.6VVB4=5V截止截止截止截止饱和饱和导通导通，输出为高电平，输出为高电平3.6V关门关门1 1、输入级采用三极管以提高工作速度。、输入级采用三极管以提高工作速度。5二、二、TTLTTL非门的电压传输特性

11、曲线和电路参数非门的电压传输特性曲线和电路参数（一电压传输特性曲线（一电压传输特性曲线截止区截止区过渡区过渡区饱和区饱和区5开门开门关门关门输出高电平输出高电平标准输出高电平标准输出高电平VSHVSH输出低电平输出低电平标准输出低电平标准输出低电平VSLVSL输入高电平输入高电平开门电平开门电平输入低电平输入低电平关门电平关门电平（2输入低电平噪声容限电压输入低电平噪声容限电压(最大允许正向干扰电压最大允许正向干扰电压)5输入高电平噪声容限输入高电平噪声容限最大允许负向干扰电压最大允许负向干扰电压VNHV OHmin）-VON V OHmin）- V IHmin） 2.4V-2.0V0.4V。

12、输入低电平噪声容限输入低电平噪声容限最大允许正向干扰电压最大允许正向干扰电压VNLV OFF-V OLmax） V ILmax） -V OLmax） 0.8V-0.4V0.4V。 50.4V0.8V2.4V2.0V51输入低电平电流输入低电平电流IILVB1=1V)mA(RVVIbBCCIL1415115 当门电路的输入当门电路的输入端接低电平时，从门端接低电平时，从门电路输入端流出的电电路输入端流出的电流。流。2输入高电平电流输入高电平电流IIHVB1=2.1V倒置状态倒置状态 输入高电平电流输入高电平电流IIH是三级管是三级管VT1的的发射结反向饱和电流，发射结反向饱和电流，值很小，几乎为

13、值很小，几乎为0。5 当门电路的输入当门电路的输入端接高电平时，流入端接高电平时，流入输入端的电流。输入端的电流。).V(RRRvCCbiiI701vI的极限值为的极限值为1.4V。51关门电阻关门电阻ROFF2开门电阻开门电阻RON三极管三极管VT3处于关门状态处于关门状态).(RRR.bii705801 1094iOFFRRSN7404：三极管三极管VT3处于开门状态处于开门状态).(RRR.bii705411 1931iONRRSN7404：Ri应该大于应该大于4805驱动门驱动门负载门负载门62最大输出低电平电流最大输出低电平电流I OLmax)3 3输出低电平时的扇出系数输出低电平时

14、的扇出系数灌电流负载灌电流负载1TTL非门的低电平非门的低电平输出特性曲线输出特性曲线 把驱动门对应标准输出低电平把驱动门对应标准输出低电平USL时，灌入其输时，灌入其输出端的电流。出端的电流。IL(max)OLOLIIN6（二（二TTL非门的高电平输出负载特性非门的高电平输出负载特性驱动门驱动门负载门负载门62最大输出高电平电流最大输出高电平电流I OHmax）3输出高电平时的扇出系数输出高电平时的扇出系数1TTL非门的低电平非门的低电平输出特性曲线输出特性曲线拉电流负载拉电流负载 把驱动门对应标准输出高电平把驱动门对应标准输出高电平USH时拉出其输出时拉出其输出端的电流。端的电流。IH(m

15、ax)OHOHIIN6输出低电平时的扇出系数输出低电平时的扇出系数IL(max)OLOLIIN输出高电平时的扇出系数输出高电平时的扇出系数IH(max)OHOHIIN6截止延迟时间截止延迟时间tPHL输出信号输出信号vo由高电平转为低电平的时由高电平转为低电平的时间。间。导通延迟时间导通延迟时间 tPLH 输出信号输出信号vo由低电平转为高电平的由低电平转为高电平的时间。一般时间。一般tPLH tPHL。非门的传输延迟时间非门的传输延迟时间tpd是是tPHL和和tPLH的平均值。的平均值。 一般一般TTL非门传输延迟时间非门传输延迟时间tpd的值为几纳秒十几个纳秒。的值为几纳秒十几个纳秒。2P

16、HLPLHpdttt61. 1. 功率损耗功率损耗静态功耗：指的是当电路没有状态转换时的功耗，即静态功耗：指的是当电路没有状态转换时的功耗，即门电路空载时电源总电流门电路空载时电源总电流IDID与电源电压与电源电压VDDVDD的乘积，的乘积，静态功耗比较低，因此静态功耗比较低，因此CMOSCMOS电路广泛用于要求功耗较电路广泛用于要求功耗较低或电池供电的设备，如笔记本、手机等。低或电池供电的设备，如笔记本、手机等。动态功耗：指的是电路在输出状态转换时的功耗。动态功耗：指的是电路在输出状态转换时的功耗。静态功耗静态功耗动态功耗动态功耗6 对于对于TTLTTL门电路来说，静态功耗是主要的。门电路来

17、说，静态功耗是主要的。CMOSCMOS电路的静态功耗非常低，主要是动态功耗。电路的静态功耗非常低，主要是动态功耗。2. 延时延时功耗积功耗积 是速度功耗综合性的指标。延时是速度功耗综合性的指标。延时功耗积，用符功耗积，用符号号DP表示。表示。PD为门电路的功耗为门电路的功耗 一个逻辑门电路的一个逻辑门电路的DP值越小，它的特性越接近值越小，它的特性越接近理想情况。理想情况。2PHLPLHpdttt)J(PtDPDpd6、IILIIL、IIHIIH、RONRON、ROFFROFF、NONONOLNOL、NOHNOH）、）、tPDtPD、PDPD、DPDP666A+BA+B6AB+CDAB+CD6

18、A+BABAB+A+B引入引入（一普通的（一普通的TTL门电路输出门电路输出端直接相连的后果端直接相连的后果使得输出为使得输出为低电平的逻低电平的逻辑门的输出辑门的输出级损坏级损坏6（二集电极开路的（二集电极开路的TTL门电路门电路6（三集电极开路的（三集电极开路的TTL门电路可以实现线与运算门电路可以实现线与运算使用时的外电路连接上拉电阻使用时的外电路连接上拉电阻RPRP线与可以实现与或非运算线与可以实现与或非运算6外接上拉电阻值的计算方法外接上拉电阻值的计算方法 OC门上拉电阻最大值的计算门上拉电阻最大值的计算 为保证为保证OC与非门输出的高电平不低于高电平的下与非门输出的高电平不低于高电

19、平的下限限VOH(min)，Rp的值不能选得太大，即要保证的值不能选得太大，即要保证 Rp(max)=6OC门上拉电阻最小值的计算门上拉电阻最小值的计算。 应当确保在最不利的应当确保在最不利的情况下，即只有一个情况下，即只有一个OC与非门的输出级三极管与非门的输出级三极管T3处于饱和状态。这时所有处于饱和状态。这时所有负载电流全部流入唯一的负载电流全部流入唯一的那个处于饱和状态的输出那个处于饱和状态的输出级三极管级三极管T3的集电极，输的集电极，输出的低电平要低于输出低出的低电平要低于输出低电平的上限电平的上限V OL(max)。 R p(min) = OC门上拉电阻门上拉电阻RP的取值应在的

20、取值应在RPmin和和RPmax之间之间666六个子部件六个子部件两两之间建两两之间建立连接立连接六个子部件六个子部件通过总线建通过总线建立连接立连接单向总线单向总线三态门实三态门实现数据双现数据双向传输向传输66工作管工作管负载管负载管CMOS逻辑门电路是由逻辑门电路是由N沟道沟道MOSFET和和P沟道沟道MOSFET互补而成。互补而成。VTN = 2 VVTP = - 2 V6)v(fvio（1工作速度快工作速度快（2静态功耗低静态功耗低（3扇出系数大扇出系数大6逻辑符号逻辑符号电路电路 传输门中TP和TN的衬底分别接-5V和+5V，输入信号的变化范围为-5V +5V。C=0的电平值为-5

21、V，C=1的电平值为+5V，开启电压VVTN = 3V，VVTP=-3V。当C=0时，TP和TN均截止，TG关闭C=1时，TG工作。6双向模拟开关双向模拟开关VTN = 2 VVTP = - 2 V6VTN = 2 VVTP = - 2 V6BA XBALBABABABABA6 2.驱动器件的输出电压必须处在负载器件所要求的驱动器件的输出电压必须处在负载器件所要求的输入电压范围，包括高、低电压值属于电压兼容性的输入电压范围，包括高、低电压值属于电压兼容性的问题）。问题）。 在数字电路或系统的设计中，往往将在数字电路或系统的设计中，往往将TTLTTL和和CMOSCMOS两种两种器件混合使用，以满

22、足工作速度或者功耗指标的要求。由器件混合使用，以满足工作速度或者功耗指标的要求。由于每种器件的电压和电流参数各不相同，因而在这两种器于每种器件的电压和电流参数各不相同，因而在这两种器件连接时，驱动器件和负载器件要满足以下两个条件：件连接时，驱动器件和负载器件要满足以下两个条件： 1.驱动器件必须对负载器件提供足够大的拉电流和灌驱动器件必须对负载器件提供足够大的拉电流和灌电流属于门电路的扇出数问题）；电流属于门电路的扇出数问题）；6总）总）IOLmax）IIL总）总） 驱动电路必须能为负载电路提供足够的驱动电路必须能为负载电路提供足够的驱动电流驱动电流 驱动电路必须能为负载电路提供合乎相驱动电路

23、必须能为负载电路提供合乎相应标准的高、低电平应标准的高、低电平 一、一、TTL与与CMOS器件之间的接口问题器件之间的接口问题61 1、多余输入端的处理、多余输入端的处理（1 1对于负载电流较小，用门电路直接驱动，如显示对于负载电流较小，用门电路直接驱动，如显示器件或继电器器件或继电器 二、二、TTL和和CMOS电路带负载时的接口问题电路带负载时的接口问题61 1、多余输入端的处理、多余输入端的处理（1 1对于与非门及与门，多对于与非门及与门，多余输入端应接高电平，比如余输入端应接高电平，比如直接接电源正端，或通过一直接接电源正端，或通过一个上拉电阻个上拉电阻1 13kW3kW接电接电源正端；在前级驱动能力允源正端；在前级驱动能力允许时，也可以与有用的输入许时，也可