门电路的概念

1、一、门电路的概念一、门电路的概念 实现基本逻辑运算和常用复合逻辑运算的电子电路实现基本逻辑运算和常用复合逻辑运算的电子电路与与 或或 非非 与与 非非 或或 非非 异或异或与或非与或非与与 门门或或 门门非非 门门与与 非非 门门或或 非非 门门异或门异或门与或非门与或非门二、逻辑变量与两状态开关二、逻辑变量与两状态开关低电平低电平 高电平高电平 断开断开闭合闭合高电平高电平 3 V低电平低电平 0 V二值逻辑二值逻辑:所有逻辑变量只有两种取值所有逻辑变量只有两种取值( (1 或或 0) )。数字电路数字电路:通过电子开关通过电子开关 S 的两种状态的两种状态( (开或关开或关) )获得高、低

2、电平，用来表示获得高、低电平，用来表示 1 或或 0。3VIuSOu3VIuSOuIuSOu逻辑状态逻辑状态1001S 可由可由二极管二极管、三极管三极管或或 MOS 管实现管实现三、高、低电平与正、负逻辑三、高、低电平与正、负逻辑负逻辑负逻辑正逻辑正逻辑0V5V2.4V0.8V 高电平和低电平是两个不同的可以截然高电平和低电平是两个不同的可以截然区别开来的电压范围。区别开来的电压范围。010V5V2.4V0.8V10四、分立元件门电路和集成门电路四、分立元件门电路和集成门电路 分立元件门电路：分立元件门电路：用分立的元器件和导线连接起来构成的门电路。用分立的元器件和导线连接起来构成的门电路。

3、 集成门电路：集成门电路： 把构成门电路的元器件和连线，都制作在一块半把构成门电路的元器件和连线，都制作在一块半导体芯片上，再封装起来。导体芯片上，再封装起来。常用：常用：CMOS 和和 TTL 集成门电路集成门电路五、数字集成电路的集成度五、数字集成电路的集成度一块芯片中含有等效逻辑门或元器件的个数一块芯片中含有等效逻辑门或元器件的个数小规模集成电路小规模集成电路 SSI(Small Scale Integration) 10 门门/ /片片或或 10 000 门门/ /片片或或 100 000 元器件元器件/ /片片2. 1. 1 理想开关的开关特性理想开关的开关特性一、一、 静态特性静态

4、特性 断开断开 0 OFFOFF IR， 闭合闭合 0 0AKON UR，SAK2. 1 半导体二极管半导体二极管 和三极管和三极管的开关特性的开关特性 2. 1. 1 理想开关的开关特性理想开关的开关特性SAK2. 1 半导体二极管半导体二极管 、三极管、三极管和和 MOS 管的开关特性管的开关特性 二、动态特性二、动态特性 开通时间：开通时间：0on t 关断时间：关断时间：0off t闭合）闭合）（断开（断开断开）断开）（闭合（闭合普通开关：普通开关：静态特性好，动态特性差静态特性好，动态特性差半导体开关：半导体开关：静态特性较差，动态特性好静态特性较差，动态特性好几百万几百万/ /秒秒

5、几千万几千万/ /秒秒2. 1. 2 半导体二极管的开关特性半导体二极管的开关特性一、静态特性一、静态特性 外加正向电压外加正向电压( (正偏正偏) )二极管导通二极管导通( (相当于开关闭合相当于开关闭合) ) V7 . 0D U 外加反向电压外加反向电压( (反偏反偏) ) V5 . 0 DU二极管截止二极管截止( (相当于开关断开相当于开关断开) ) 0D I硅二极管伏安特性硅二极管伏安特性阴极阴极A阳极阳极KPN结结- -AK+ +DUDIP区区N区区+- - - - -正向正向导通区导通区反向反向截止区截止区反向反向击穿区击穿区0.5 0.7/ /mADIDU/ /V0(BR)U1.

6、 结构示意图、符号和伏安特性结构示意图、符号和伏安特性D+ +- -Iu+ +- -Ou2. 二极管的开关作用：二极管的开关作用： 例例 V2L II UuuO = 0 VV3H II UuuO = 2.3 V电路如图所示，电路如图所示，V3 V 2I或或 u试判别二极管的工作试判别二极管的工作状态及输出电压。状态及输出电压。二极管截止二极管截止二极管导通二极管导通 解解 D0.7 V+ +- -二、动态特性二、动态特性1. 二极管的电容效应二极管的电容效应结电容结电容 C j扩散电容扩散电容 C D2. 二极管的开关时间二极管的开关时间ontofft电容效应使二极管电容效应使二极管的通断需要

7、的通断需要一段延一段延迟时间才能完成迟时间才能完成tIuDit00( (反向恢复时间反向恢复时间) )ns 5)(rroffonttt ton 开通时间开通时间toff 关断时间关断时间一、静态特性一、静态特性NPN2. 1. 3 半导体三极管的开关特性半导体三极管的开关特性发射结发射结集电结集电结发射极发射极emitter基极基极base集电极集电极collectorbiBiCec( (电流控制型电流控制型) )1. 结构、符号和输入、输出特性结构、符号和输入、输出特性NNP( (Transistor) )( (1) ) 结构示意图和符号结构示意图和符号( (2) ) 输入特性输入特性CE)

8、(BEBuufi (3) 输出特性输出特性B)(CECiufi iC / mAuCE /V50 A40A30 A20 A10 AiB = 00 2 4 6 8 4321放大区放大区截止区截止区饱饱和和区区0CE uV1CE u0uBE /ViB / A发射结正偏发射结正偏 条条 件件电流关系电流关系状态状态放大放大i C= iB集电结反偏集电结反偏饱和饱和 i C iB两个结正偏两个结正偏I CS= IBS临界临界截止截止iB 0, iC 0两个结反偏两个结反偏2. 半导体三极管的开关应用半导体三极管的开关应用 V2 )1(L II Uu V3 )2(H II Uu发射结反偏发射结反偏 T 截

9、止截止0 0CB ii V12CCO Vu发射结正偏发射结正偏 T 导通导通+ RcRb+VCC (12V)+uo iBiCTuI3V-2V2 k 100 2.3 k 放大还放大还是饱和？是饱和？bBEIBRuui cCESCCCSBSRUVIIBSB Ii 饱饱和和 T饱和导通条件：饱和导通条件：cCCBSB RVIi + RcRb+VCC +12V+uo iBiCTuI3V-2V2 k 100 2.3 k mA 1mA3 . 27 . 03 mA 06. 0mA210012 cCC RV V)7 . 0(BE uV 3 . 0CESOUu 因为因为所以所以二、动态特性二、动态特性ontof

10、ft3-2tV/Iu00.9ICS0.1ICSCit0V/Ou off t三极管饱和程度三极管饱和程度30.3t0uYuAuBR0D2D1+VCC+10V2. 2 分立元器件门电路分立元器件门电路2. 2. 1 二极管与门和或门二极管与门和或门一、一、二极管与门二极管与门3V0V符号符号:与门与门（AND gate)ABY&0 V0 VUD = 0.7 V0 V3 V3 V0 V3 V3 V真值表真值表A BY0 00 11 01 10001Y = AB电压关系表电压关系表uA/VuB/VuY/VD1 D20 00 33 03 3导通导通 导通导通0.7导通导通 截止截止0.7截止截止

11、 导通导通0.7导通导通 导通导通3.7二、二、二极管或门二极管或门uY/V3V0V符号符号:或门或门（OR gate)ABY10 V0 VUD = 0.7 V0 V3 V3 V0 V3 V3 VuYuAuBROD2D1-VSS-10V真值表真值表A BY0 00 11 01 10111电压关系表电压关系表uA/VuB/VD1 D20 00 33 03 3导通导通 导通导通 0.7截止截止 导通导通2.3导通导通 截止截止2.3导通导通 导通导通2.3Y = A + B正与门真值表正与门真值表正逻辑和负逻辑的对应关系：正逻辑和负逻辑的对应关系：A BY0 00 11 01 10001ABY = AB&负或门真值表负或门真值表A BY1 11 00 10 01110AB1BAY 同理：同理：正或门正或门负与门负与门10 01 是数字电路中的基本开关元件，一般都工作在开关是数字电路中的基本开关元件，一般都工作在开关状态。状态。1. ：是不可控的，利用其开关特性可构成是不可控的，利用其开关特性可构成二极管二极管与门与门和和或门或门。2. ：是一种用电流控制且具有放大特性的开是一种用电流控制且具有放大特性的开关元件，关元件， 利用三极管的饱和导通与截止利用三极管的饱和导通与截止特性可构成特性可构成 非门非门 和其它