数字电子技术基础PPT学习教案

1、会计学1数字电子数字电子(dinz)技术基础技术基础第一页，共145页。第2页/共145页第二页，共145页。l二极管的结构(jigu)：l PN结 + 引线 + 封装构成PN第3页/共145页第三页，共145页。高电平：高电平：VIH=VCC低电平：低电平：VIL=0 u VI=VIH uD截止(jizh)，VO=VOH=VCCu VI=VIL uD导通，VO=VOL=0.7V第4页/共145页第四页，共145页。第5页/共145页第五页，共145页。第6页/共145页第六页，共145页。设设VCC = 5V加到加到A,B的的 VIH=3V VIL=0V二极管导通时二极管导通时 VDF=0.

2、7VABY0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7VABY000010100111规定规定(gudng)3V以上为以上为10.7V以下以下(yxi)为为0第7页/共145页第七页，共145页。设设VCC = 5V加到加到A,B的的 VIH=3V VIL=0V二极管导通时二极管导通时 VDF=0.7VABY0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3VABY000011101111规定规定(gudng)2.3V以以上为上为10V以下以下(yxi)为为0第8页/共145页第八页，共145页。第9页/共145页第九页，共145页。一、一、 双极型三极管的结构双极型

3、三极管的结构(jigu)3.3 TTL门电路门电路第10页/共145页第十页，共145页。基区薄低掺杂(chn z)发射区高掺杂(chn z)集电区低掺杂(chn z)第11页/共145页第十一页，共145页。u当VCC VBBube 结正偏, bc结反偏ue区发射(fsh)大量的电子ub区薄，只有少量的空穴ubc反偏，大量电子形成IC第12页/共145页第十二页，共145页。uVON ：开启电压u硅管，0.5 0.7Vu锗管，0.2 0.3Vu近似认为:uVBE 0.7V以后，基本(jbn)为水平直线第14页/共145页第十四页，共145页。l特性曲线分三个部分特性曲线分三个部分l放大区：条

4、件放大区：条件(tiojin)VCE 0.7V, iB 0, iC随随iB成正比变化，成正比变化， iC=iB。l饱和区：条件饱和区：条件(tiojin)VCE 0, VCE 很低，很低，iC 随随iB增加变缓，趋于增加变缓，趋于“饱和饱和”。l截止区：条件截止区：条件(tiojin)VBE = 0V, iB = 0, iC = 0, ce间间“断开断开” 。第15页/共145页第十五页，共145页。三极管开关电路如图三极管开关电路如图3.3.1所示所示三、三、 双极型三极管的基本双极型三极管的基本(jbn)开关开关电路电路图图3.3.1 晶体三极管开关电晶体三极管开关电路路三极管替代三极管替

5、代(tdi)开关开关3.3.1 双极型三极管的开关双极型三极管的开关(kigun)特性特性第16页/共145页第十六页，共145页。图图3.3.1 晶体三极管开关电晶体三极管开关电路路T当当vI=VIH，为高电平时，使得，为高电平时，使得(sh de)iBIBS=VCC /RC，三，三极管处于饱和导通态，输出极管处于饱和导通态，输出vo VOL Vces0,为低电平；为低电平；3.3.1 双极型三极管的开关双极型三极管的开关(kigun)特性特性当当vI=VILVGS (th) 时时,管子导通，管子导通，iD V 2GS，RON1k第97页/共145页第九十七页，共145页。3.9.1 MOS

6、管管(绝缘栅）的开关绝缘栅）的开关(kigun)特性特性VGS |VGS（th)P|+VGS(th)N，l当当vIVIL0为低电平时为低电平时第100页/共145页第一百页，共145页。3.9.2 CMOS反相器的电路结构和工作反相器的电路结构和工作(gngzu)原理原理第101页/共145页第一百零一页，共145页。 1. 无论无论 vI 是高电平还是低电平，是高电平还是低电平，T1和和T2管总是一管总是一个导通一个截止的工作状态，称为个导通一个截止的工作状态，称为(chn wi)互补互补，这种电路结构，这种电路结构CMOS电路；电路；2. 由于无论输入由于无论输入(shr)为低电平还是高电

7、平，为低电平还是高电平， T1和和T2总是有一个截止的，其截止电阻很高，总是有一个截止的，其截止电阻很高，故流过故流过T1和和T2的静态电流很小，故其静态功耗的静态电流很小，故其静态功耗很小。很小。3.9.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理第102页/共145页第一百零二页，共145页。uCD段：输入段：输入(shr)高电平高电平图图3.3.11 CMOS反相器的反相器的电压传输特性电压传输特性二、电压二、电压(diny)传输特性和电流传输特性和电流传输特性传输特性1. 电压传输特性电压传输特性3.9.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原

8、理第103页/共145页第一百零三页，共145页。图图3.3.11 CMOS反相器的反相器的电压传输特性电压传输特性T1、T2同时同时(tngsh)导通导通，若，若T1、T2参数完全相同，参数完全相同，则则第104页/共145页第一百零四页，共145页。图图3.3.12 CMOS反相器的反相器的电流传输特性电流传输特性uAB段：输入段：输入(shr)低电平低电平输出漏极电流输出漏极电流(dinli)近似为零近似为零 电流传输特性是反电流传输特性是反相器的漏极电流随输入相器的漏极电流随输入电压变化曲线。电压变化曲线。uCD段：输入高电平段：输入高电平3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理

9、反相器的电路结构和工作原理第105页/共145页第一百零五页，共145页。图图3.3.12 CMOS反相器的反相器的电流传输特性电流传输特性PTHGSDDINTHGSVVVV)()(T1、T2同时同时(tngsh)导通，有电流导通，有电流iD同时同时(tngsh)通过，且在通过，且在 vIVDD / 2附近处，漏附近处，漏极电流最大。极电流最大。3.9.2 CMOS反相器的电路结构和工作反相器的电路结构和工作(gngzu)原理原理第106页/共145页第一百零六页，共145页。3.9.2 CMOS反相器的电路结构和工作反相器的电路结构和工作(gngzu)原理原理图图3.3.14 VDD对电压传

10、输特对电压传输特性的影响性的影响图图3.3.13 CMOS反相器反相器输入噪声容限示意图输入噪声容限示意图第107页/共145页第一百零七页，共145页。一、输入一、输入(shr)特性特性 输入特性输入特性(txng)是从是从CMOS反相器输入端看其输入电反相器输入端看其输入电压与电流的关系。压与电流的关系。 由于由于MOS管的栅极和衬底之间管的栅极和衬底之间存在存在SiO2为介质的输为介质的输入电容，而绝缘介质又很薄，非常容易被击穿，所以对由入电容，而绝缘介质又很薄，非常容易被击穿，所以对由MOS管所组成的管所组成的CMOS电路，必须采取保护措施。电路，必须采取保护措施。第108页/共145

11、页第一百零八页，共145页。图图3.3.15 CMOS反相器的两种常用保护电路反相器的两种常用保护电路3.9.3 CMOS 反相器的静态反相器的静态(jngti)输入和输出输入和输出特性特性第109页/共145页第一百零九页，共145页。3.9.3 CMOS 反相器的静态反相器的静态(jngti)输入和输出特输入和输出特性性图图3.3.16 CMOS反相器的输入特性反相器的输入特性D1、D2截止截止(jizh)D1或或D2导通导通D1或或D2导通导通第110页/共145页第一百一十页，共145页。1.低电平输出特性低电平输出特性 在输入为高电平，即在输入为高电平，即 vIVIHVDD时，此时时

12、，此时T1截止，截止， T2导通，电流从负载注入导通，电流从负载注入T2，输出，输出电压电压VOL随电流增加随电流增加(zngji)而而提高。提高。图图3.3.17 输出为低电平时的电路输出为低电平时的电路3.9.3 CMOS 反相器的静态反相器的静态(jngti)输入和输出特输入和输出特性性第111页/共145页第一百一十一页，共145页。3.9.3 CMOS 反相器的静态反相器的静态(jngti)输入和输出特输入和输出特性性实际上是实际上是T2管漏极电流管漏极电流(dinli)iD和漏源电压和漏源电压vDS之间的之间的关系关系第112页/共145页第一百一十二页，共145页。3.9.3 C

13、MOS 反相器的静态反相器的静态(jngti)输入和输出特性输入和输出特性图图3.3.18 输出为高电平时的电路输出为高电平时的电路电流的实际电流的实际(shj)方向方向与所设方向相反与所设方向相反 在输入为低电平，即在输入为低电平，即 vIVIL0时，此时时，此时(c sh)T1导通，导通， T2截止，电流从截止，电流从T1管流出到负载，输出电压管流出到负载，输出电压VOHVDDIOHRON1随电流增加而下降。随电流增加而下降。第113页/共145页第一百一十三页，共145页。3.9.3 CMOS 反相器的静态反相器的静态(jngti)输入和输出特输入和输出特性性图图3.3.19 输出为高电

14、平时的输出特性输出为高电平时的输出特性高电平输出特性也和管高电平输出特性也和管子的输出特性有关子的输出特性有关(yugun)，而且，而且vGS越负，电压下降的越少越负，电压下降的越少第114页/共145页第一百一十四页，共145页。CMOS电路电路(dinl)tPHL tPLH第115页/共145页第一百一十五页，共145页。3.9.4 CMOS反相器的动态反相器的动态(dngti)特性特性图图3.3.20 交流噪声容限在不同交流噪声容限在不同VDD时交时交流噪声容限与噪声电压作用时间的关系流噪声容限与噪声电压作用时间的关系它反映它反映CMOS反相器的反相器的动态动态(dngti)抗干扰能抗干

15、扰能力。其中力。其中tw 是脉冲宽度是脉冲宽度。VNA=f（tw）第116页/共145页第一百一十六页，共145页。3.9.4 CMOS反相器的动态反相器的动态(dngti)特性特性电容电容(dinrng)充放电充放电的功耗为的功耗为第117页/共145页第一百一十七页，共145页。3.9.4 CMOS反相器的动态反相器的动态(dngti)特性特性第118页/共145页第一百一十八页，共145页。3.9.4 CMOS反相器的动态反相器的动态(dngti)特性特性CMOS反相器的总功耗静态反相器的总功耗静态(jngti)功耗和动态功耗功耗和动态功耗之和，即之和，即第119页/共145页第一百一十

16、九页，共145页。1.CMOS与非门与非门 T1、 T3为两个串为两个串联联(chunlin)的的PMOS， T2、 T4为两为两个并联的个并联的NMOS图图3.3.21 CMOS与非与非门门一、其他逻辑一、其他逻辑(lu j)功能的功能的CMOS门电路门电路)( ABY第120页/共145页第一百二十页，共145页。 T1、 T3为两个并联为两个并联(bnglin)的的PMOS， T2、 T4为两个串联的为两个串联的NMOS3.9.5其他类型其他类型(lixng)的的CMOS逻辑逻辑门门图图3.3.22 CMOS或非门或非门第121页/共145页第一百二十一页，共145页。3.9.5其他其他

17、(qt)类型的类型的CMOS逻逻辑门辑门上面电路上面电路(dinl)存在的存在的问题：问题：输出电阻输出电阻RO受输入状态的受输入状态的影响；影响；第122页/共145页第一百二十二页，共145页。3.9.5其他其他(qt)类型的类型的CMOS逻辑门逻辑门 输入端数目愈多，低输入端数目愈多，低电平电平VOL越高；输出越高；输出(shch)高电平高电平VOH也提也提高高 输入状态不同对电压传输特性有影响，使输入状态不同对电压传输特性有影响，使T2、T4达到达到开启电压时，输入电压开启电压时，输入电压vI不同不同第123页/共145页第一百二十三页，共145页。3.9.5 其他其他(qt)类型的类

18、型的CMOS逻辑门逻辑门图图3.3.23 带缓冲级的与非门带缓冲级的与非门第124页/共145页第一百二十四页，共145页。3.9.5 其他其他(qt)类型的类型的CMOS逻辑门逻辑门图图3.3.24 OD输出与非门输出与非门74HC03电路结构图电路结构图OD门门1.结构结构(jigu)和和符号符号第125页/共145页第一百二十五页，共145页。3.9.5 其他其他(qt)类型的类型的CMOS逻辑门逻辑门图图3.3.2 OD门的逻辑符号门的逻辑符号2.工作工作(gngzu)原理原理 在使用在使用OD门时，门时，一定要将输出端通过一定要将输出端通过电阻电阻(dinz)（叫做（叫做上拉电阻上拉

19、电阻(dinz)）接到电源上。接到电源上。第126页/共145页第一百二十六页，共145页。3.9.5 其他其他(qt)类型的类型的CMOS逻辑逻辑门门电平电平(din pn)转换转换第127页/共145页第一百二十七页，共145页。图图3.3.27 线与逻辑电路的接线与逻辑电路的接法法3.9.5 其他其他(qt)类型的类型的CMOS逻辑逻辑门门第128页/共145页第一百二十八页，共145页。3.9.5 其他类型其他类型(lixng)的的CMOS逻辑逻辑门门 OD门输出门输出(shch)为高电平为高电平第129页/共145页第一百二十九页，共145页。3.9.5 其他其他(qt)类型的类型的

20、CMOS逻辑门逻辑门OD门输出门输出(shch)低电低电平最大值平最大值第130页/共145页第一百三十页，共145页。3.9.5 其他其他(qt)类型的类型的CMOS逻辑门逻辑门T1为为NMOS管，管， T2为为PMOS管，管，C和和C为互补为互补(h b)控制信控制信号号图图3.3.33 CMOS传输门传输门 1.电路结构及逻辑符号电路结构及逻辑符号第131页/共145页第一百三十一页，共145页。3.9.5 其他其他(qt)类型的类型的CMOS逻辑门逻辑门图图3.3.34 传输门的工作电传输门的工作电路路（1）C0， C 1 只要只要vI在在0 VDD之之间变化，间变化， T1和和T2同

21、时同时(tngsh)截止，输入和输截止，输入和输出为高阻态，传输门截止，出为高阻态，传输门截止，输出输出vo0第132页/共145页第一百三十二页，共145页。3.9.5 其他其他(qt)类型的类型的CMOS逻辑门逻辑门vI 在在0 VDD时，输出时，输出(shch)为为vovI0 vI VDD-VGS(th)N|VGS(th)P| vI VDD第133页/共145页第一百三十三页，共145页。其工作原理为：当其工作原理为：当C1,开关闭合开关闭合(b h)，vo vI ；当；当C0 ,开关断开，输出高阻态。开关断开，输出高阻态。图图3.3.36 CMOS双向模拟开关的电路及符号双向模拟开关的

22、电路及符号3.9.5 其他类型其他类型(lixng)的的CMOS逻辑门逻辑门第134页/共145页第一百三十四页，共145页。3.9.5 其他其他(qt)类型的类型的CMOS逻辑门逻辑门图图3.3.38 CMOS三态门的电路及符号三态门的电路及符号第135页/共145页第一百三十五页，共145页。3.9.5 其他其他(qt)类型的类型的CMOS逻辑门逻辑门第136页/共145页第一百三十六页，共145页。解：当解：当C0时，时， C 1，传输，传输(chun sh)门为高门为高阻态，故输出阻态，故输出YZ故这是由故这是由CMOS或非门或非门和和CMOS传输传输(chun sh)门构成的三态或非

23、门构成的三态或非门门传输传输门门当当C1时，时，C 0，传输门为开启，输出传输门为开启，输出Y（AB） 第137页/共145页第一百三十七页，共145页。解：（解：（a） YA第138页/共145页第一百三十八页，共145页。输出输出(shch)逻逻辑式为辑式为第139页/共145页第一百三十九页，共145页。其输出其输出(shch)逻辑式为逻辑式为)(BAY注：为了避免传输门关闭时出注：为了避免传输门关闭时出现高阻态，可以现高阻态，可以(ky)在输出端在输出端通过大电阻接地；也可以通过大电阻接地；也可以(ky)输出端通过电阻接电源。这样输出端通过电阻接电源。这样输出端均会有确定的值。输出端均

24、会有确定的值。第140页/共145页第一百四十页，共145页。解：当解：当EN1时，传输时，传输(chun sh)门截止，输出为门截止，输出为YZ（高阻态）当（高阻态）当EN0时，传输时，传输(chun sh)门开启门开启，CMOS反相器的输出通过传输反相器的输出通过传输(chun sh)门到达输出门到达输出，使得，使得YA，故为三态输出的反相器。，故为三态输出的反相器。第141页/共145页第一百四十一页，共145页。无论何种门作为驱动门，都必须为负载无论何种门作为驱动门，都必须为负载(fzi)门提供合乎标门提供合乎标准的高、低电平和足够的驱动电流。准的高、低电平和足够的驱动电流。其中其中n和和m分别分别(fnbi)为负载电流中为负载电流中IIH、和、和IIL的个数。的个数。第142页/共145页第一百四十二页，共145页。1.多余多余(