14-1交大数电各章课件第2

1、2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院电子信息与电气工程学院数字电子技术2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院第二章 门电路本章主要内容:二、TTL门电路三、CMOS门电路一、半导体二极管和三极管开关特性2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院本节主要内容:二、半导体二极管/三极管的开关特性三、 TTL反相器的电路结构和工作原理、概述第一节 TTL门电路四、其他类型的TTL门电路2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院一、概述 门电路：用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算 的单元电路。常用门电路：与基本逻

2、辑运算和复合逻辑运算相对应，主要有：与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等。在数字电路中，一般用高电平代表1、低电平代表0，即所谓的正逻辑系统。第一节 TTL门电路2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院二、半导体二极管的开关特性 单向导电性：外加正向电压时导通，外加反向电 压时截止。二极管导通条件和导通时的特点:Vi VON VON= 0.50.7V (硅)VONViiVi VONVON= 0.2V0.3V(锗)第一节 TTL门电路2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院三、半导体三极管的开关特性 1) 双极型三极管的结构NN集电极

3、ce 发射极基极 bPcbePP集电极 ce 发射极基极 bNcbe1、双极型三极管的开关特性第一节 TTL门电路2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院2) 三极管输入和输出特性iB+_vBE双极型三极管的输入特性vBEiBOVON第一节 TTL门电路2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院iB+_vCEic双极型三极管的输出特性第一节 TTL门电路ic/mAvCE/V饱和区截止区放大区iB2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院vCE/ViBic/mA第一节 TTL门电路2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气

4、工程学院三极管输出特性曲线的三大区域:(1)放大区：放大区的特点是ic随iB成倍正比地变 化，几乎不受vCE变化的影响。(2)饱和区：饱和区的特点是ic不再随iB以倍比例增加而趋向饱和。深度饱和时，饱和压降vCE(sat)在0.3V以下。(3)截止区：截止区的特点是ic几乎等于零。第一节 TTL门电路2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院3) 三极管的基本开关电路A、当viVON时，三极管导通。 随着vi继续增大使得三极管处于深度饱和状态，三极管上压降将 接近于零， 输出电平VO=VOL 0。iciB+_voRBvi+_VccRC第一节 TTL门电路2022/8/12

5、1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院总结：通过合理地配置电路参数，可以保证：当输入电压vi为低电平VIL时， vBEIBS(饱和基极电流)，三极管工作在深度饱和状态，输出端输出低电平。第一节 TTL门电路2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院2、MOS管的开关特性 GDBS栅极(Gate)源极(Source)漏极(Drain)衬底(Base)1) MOS的结构N沟道增强型MOS管结构第一节 TTL门电路2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院2) MOS管输入和输出特性+_vGSvDS+_iD可变电阻区恒流区iDvDSvGS2V3V4V5V截

6、止区第一节 TTL门电路2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院MOS管输出曲线的三个工作区:(1)截止区：当vGS vGS(th)时,MOS管导通电阻RON和vGS近似成反比。(3)恒流区：恒流区内的电流iD的大小基本上由vGS决定， vDS的变化对的影响很小。第一节 TTL门电路2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院3) MOS管的基本开关电路+_vIvO+_iDRD+VDDGSDA、当vIVGS(th)时， 并且vDS较高时，MOS管工作在恒流区。C、当vI继续升高以后，MOS管的导通内阻RON变得很小，MOS管进入可变电阻区，当RDRON，

7、此时，输出低电平.即：vO= VOL 0第一节 TTL门电路2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院4) MOS管的四种类型(1) N沟道增强型MOS管GDBS采用P型衬底，导电沟道为N型，在vGS=0时，没有导电沟道，开启电压vGS(th)0，工作时使用正电源，衬底接源极或者接系统的最低电位上。第一节 TTL门电路2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院(2) P沟道增强型MOS管采用N型衬底，导电沟道为P型, 在vGS=0时，没有导电沟道，开启电压vGS(th)0，工作时使用负电源，衬底接源极或者接系统的最高电位上。GDBS第一节 TTL门电路2

8、022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院(3) N沟道耗尽型MOS管采用P型衬底，导电沟道为N型，在vGS=0时，有导电沟道，截断电压vGS(off)0，工作时使用负电源，衬底接源极或者接系统的最高电位上。BGDS第一节 TTL门电路2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院四种类型的MOS管MOS管 类型衬底材料导电沟道开启电压电压特性VDS VGS符号N沟道增强型P型N型+P沟道增强型N型P型-N沟道耗尽型P型N型+P沟道耗尽型N型P型-+第一节 TTL门电路2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院第一节 TTL门电路四、TTL

9、反相器的电路结构和工作原理 R21.6KR31KT2R40.13KD2T4T5YvoT1R14KVccD1AvI1.电路结构2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院第一节 TTL门电路R21.6KR31KT2R40.13KD2T4T5YvoT1R14KVccD1AvI1).输入vI=0.2V0.2V0.2V0.9VTTL反相器典型电路高电平低电平高电平2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院第一节 TTL门电路R21.6KR31KT2R40.13KD2T4T5YvoT1R14KVccD1AvI2).输入vI=3.4V3.4V4.1V?全导通2.1V电

10、位下降截止低电平导通2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院第一节 TTL门电路2. 电压传输特性 1). AB段. vI0.6V,则vB11.3V, T2、T5截止而T4导通，输出为高电平。2). BC段. 0.7V vI1.4V, vo不再变化。2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院第一节 TTL门电路五、 TTL反相器静态输入、输出特性 和负载特性自学2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院第一节 TTL门电路六、其它类型的TTL门电路 1).与非门2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院第一节 T

11、TL门电路2).或非门AB=00,T2截止、T2 截止,T4导通，T5截止。AB=01, T2截止、T2导通, T4截止，T5导通。AB=10, T2导通、T2截止, T4截止，T5导通。AB=11 ,T2导通、T2导通, T4截止，T5导通。2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院第一节 TTL门电路3).与或非门2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院第一节 TTL门电路4).异或门AB=11,T1反偏, T6导通 T2, T3截止,T4, T5导通, T7截止, T9导通, T8截止.AB=00,T1导通, T6截止 T2, T3导通,T4,

12、T5截止, T7导通, T9导通, T8截止.AB=10,T1导通, T6截止T2导通, T3截止,T4截止, T5导通, T7截止, T9截止T8导通.2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院第一节 TTL门电路5).集电极开路的门电路(Open Collector Gate)推拉式输出电路的缺点：输出端不可以并联使用输出高电平不可变驱动电流较小2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院第一节 TTL门电路T2T5 YT1VccAB& YAB集电极开路与非门电路及符号VccRL2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院第一节 TTL门电路G1T2T5Y1T1VccABG2T2T5Y2T1VccCDVccRLY& AB& CDVccRLY2022/8/12 1:19上海交通大学电子信息与电气工程学院第一节 TTL门电路6). 三态输出门电路(Three-State Output Gate)T1R14KABR21.