数字电子技术概述-门电路

1、数字电子技术概述门电路2.1 概述门电路中以高/低电平表示逻辑状态的1/0门电路：实现基本运算、复合运算的单元电路，如与门、与非门、或门 获得高、低电平的基本原理高/低电平都允许有一定的变化范围正逻辑：高电平表示为1，低电平表示为0高电平表示为0，低电平表示为1负逻辑：3V（以上）（以下）2.2 二极管、三极管的开关特性数字电路中，二极管、三极管工作在开关状态： 正向导通时：导通电阻很小，两端相当于短路； 反向截止时：等效电阻很大，两端相当于开路。 当脉冲信号的频率很高时，开关状态的变化速度很快，每秒可达百万次，这就要求器件的开关转换速度要在微秒甚至纳秒内完成。 管子开关特性表现在正向导通和反

2、向截止状态之 间的转换过程（即动态特性）： 半导体二极管开关特性二极管的结构： PN结 + 引线 + 封装构成PN半导体二极管的结构和外特性（Diode）二极管的开关特性：VI=VIH D截止，VO=VOH=VCCVI=VIL D导通，VO=VOL高电平：VIH=VCC低电平：VIL=0 R导通截止相当于开关断开相当于开关闭合S3V0VSRRD3V0V二极管的开关特性：2.2 .2 BJT的开关特性1.三极管的基本开关电路只要参数合理：VI=VIL时，T截止，VO=VOH; VI=VIH时，T导通，VO=VOL.3、三极管的开关等效电路截止状态饱和导通状态简化等效电路饱和导通等效电路截止状态等

3、效电路4、动态开关特性 从二极管已知，PN结存在电容效应。在饱和与截止两个状态之间转换时，iC的变化将滞后于VI，则VO的变化也滞后于VI。ABYABY000010100111规定3V左右为10V左右为0二极管与门0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V0V0V0.7V设VCC = 5V加到A,B的 VIH=3V VIL=0V二极管导通时 VDFABY=AB&2.3.2. 二极管或门设VCC = 5V加到A,B的 VIH=3V VIL=0V二极管导通时 VDFABY0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3VABY000011101111规定以上为10V左右为0Y=A+

4、B二极管构成的门电路的缺点电平有偏移只用于IC内部电路带负载能力差ABYVL VLVLVLVHVL1 11ABY1 00 10 00000ABY0 10 01 01 1111VL VHVH VLVH VH电平关系正逻辑负逻辑正与 = 负或正或 = 负与正与非 = 负或非正或非 = 负与非（与门）（或门）正逻辑与负逻辑高电平VH用逻辑1表示，低电平VL用逻辑0表示高电平VH用逻辑0表示，低电平VL用逻辑1表示当输入为逻辑0时: 0 vcc1输入A输出Y非逻辑真值表 012.3.3 三极管反相器当输入为逻辑1时: 1 0输入A输出Y非逻辑真值表 2.3.3 非门电路 三极管反相器0110、三极管反

5、相器 实际应用中，为保证VI=VIL时T可靠截止，常在 输入接入负压。非逻辑符号只要电路参数合理，VI=VIL时，T截止，VO=VOH。VI=VIH时，T饱和，VO=VOL2.4 TTL门电路TTL:双极型三极管输入双极型三极管输出的逻辑电路。（Transister-Transister-Logic的缩写）2.4.1 TTL反相器一、电路组成及工作原理1. 电路组成输入级中间级输出级2. TTL反相器的工作原理 （1）当输入为低电平 vI低电平(0.2V)T1导通T2截止T3截止T4导通vO高电平（3.6V）2. TTL反相器的工作原理 当输入为高电平（vI = 3.6 V） 2.1V 4.3

6、V 1.4V 0.2V vI全为高电平(3.6V)T1倒置放大T2导通T3导通T4截止vO低电平0.2V）VT 时，管子导通，导通电阻很小，相当于开关闭合 。当VGSVT 时，管子截止，相当于开关断开； 同样，对P沟道增强型MOS管来说：当|VGS| |VT|时，管子导通，导通电阻很小，相当于开关闭合。2.6.1 CMOS反相器1. CMOS反相器的工作原理2. CMOS反相器的特点3. CMOS反相器的传输特性4. CMOS反相器的工作速度 2.6.1 CMOS反相器图 电路结构 逻辑符号当vI=0V时 VGS = 0 VTNT2管截止；|VGSP|=VDDVTP 电路中电流近似为零（忽略T

7、N的截止漏电流）,VDD主要降落在TN上，输出为高电平VOH。T1管导通。VDD1. CMOS反相器的工作原理 令管子的导通等效电阻为RON，截止等效电阻为ROFF,则有：当vI =VOH= VDD时 1. CMOS反相器的工作原理VGS =VDD VTNT2管导通；|VGSP|= 0 VTP T1管截止。 此时，VDD主要降在T1管上，输出为低电平VOL :AY2. CMOS反相器的特点 因而CMOS反相器的静态功耗极小（微瓦数量级）。 T1和T2只有一个是工作的，AY3、电压、电流传输特性、电压传输特性: vo=f(vi)电流传输特性：iD=f(vi)4、输入噪声容限结论：可以通过提高VD

8、D来提高噪声容限， CMOS电路电源电压常大于5V。VDD与噪声容限关系2.6.2 CMOS 反相器的静态输入和输出特性图33.16 (a) 74HC系列输入保护电路与输入特性1、输入特性0viVDDVi0 当vi = vih 或vi = vhL时，iI只有很小漏电流。2、输出特性: vo=f(io)2、输出特性1、 组成2、工作原理A B0 00 11 01 1 T3 T1 T2 T4Y功能特点：1110通通通通通通通通止止止止止止止止T1T3+VDDYT2T4ABY=AB一、CMOS与非门2.6.4 其他类型的CMOS门电路3、输出逻辑表达式（以二输入为例）两TN管在下，串联；两TP管在上

9、，并联；输0出1，全1出0（以二输入为例）3、输出逻辑表达式：1、 组成两TP管在上，串联；两TN管在下，并联；2、工作原理输1出0，全0出1.功能特点：A B0 00 11 01 1T3 T1 T2 T4Y通止通止通通止止止止通通止通止通1000BAT3T1T2T4VDDY二、 CMOS或非门带缓冲极的CMOS门1、与非门2.解决方法图2.6.20 带缓冲级的CMOS与非门电路 P-105三、漏极开路的门电路（OD门）图2.6.22 P-106OD与非门符号ABY 这个电阻叫上拉电阻,取值需计算。1.CMOS传输门（TG）组成和逻辑符号当C=0时，C=1时，当C=1，时C=0时，T1、T2总

10、有一个导电，传输门导通。工作时，要求UI在0VDD之间变化。CMOS传输门是双向输入和输出器件，两端可以互易使用。CT2T1VDDVI/VOVO/VICTGCVI/VOVO/VICT1、T2截止，传输门截止。四. CMOS传输门2. CMOS传输门应用举例利用CMOS传输门和CMOS非门可以组成各种复杂的逻辑电路。当C=0时，SW截止；CMOS双向模拟开关的组成和符号：例如做模拟开关，用来传输模拟信号，这是一般的逻辑门无法实现的。TGCVI/VOVO/VI1SWCVI/VOVO/VI当C=1时，SW导通。2、工作原理输出逻辑表达式和图形符号：Y =A高阻 0 01 01 1 T1 T1 T2

11、T2 1 0高阻高阻YEN A通止通止止通止通通通止止通通止止（EN=0 时）（EN=1时）0 1五、CMOS三态输出门（TS门）1、 电路结构 CMOS逻辑门电路的技术参数系列参数基本的CMOS(4000/4000B系列)高速CMOS(74HC系列)与TTL兼容的高速MOS (74HCT系列)与TTL兼容的高速BiCMOS (74BCT)系列tpd/ns(CL=15pF)7510132.9PD/mw0.0021.551.0020.00037.5DP/pJ0.1515.513.0260.0008722CMOS门电路的性能比较课堂练习题1. 三态门输出高阻状态时， 是正确的说法。 A.测不出电压

12、数值 B.测得电压较低 C.测得电压较高 D.测得电阻很大2. 以下电路中不可以实现输出端并联的有 。 A.普通门电路 B.三态门 门 门3TTL门电路在正逻辑系统中，以下各种输入端的接法 相当于 输 入逻辑“1”的是 。 A.悬空 B.通过电阻10k接到VCC C.通过电阻10k接地 D.通过电阻100接地DA4.指出下列门电路的输出：A、B、C15CMOS数字集成电路与TTL数字集成电路相比 的优点是 。 A.微功耗 B.高速度 C.高抗干扰能力 D.电源范围宽6CMOS电路在正逻辑系统中，以下各种输入中 相 当于 输 入逻辑“1”。 A.悬空 B.通过电阻接电源 C.通过电阻接地 D.通

13、过电阻510接地A、C、DBTTL系列的门电路,当VI为多少时,VO发生跳变？此值与直流电源有关吗？系列的门电路,当VI为多少时,VO发生跳变？此值与直流电源有关吗？ (1)TTL的 电源电压应满足在标准值5V5%的范围内，为防干扰，电源与地之间可接滤波电容。CMOS门的电源在518V。 六、数字集成电路使用中应注意的问题 (2) TTL门电路的输出端所接负载，不能超过规定的扇出系数，负载较大时，宜选用灌电流方式。而CMOS门拉灌负载能力差不多。 (3) 普通门输出端一般不允许直接接电源或地，也不可并接（特殊电路如OC、OD门和三态门除外）。(4) 注意门电路多余输入端的处理方法。接电源通过R接电源输入端并联与使用 七. 门电路多余输入端的处理方法接地通过R接地与使用输入端并联对TTL门,R的值有无要求?七. 门电路多余输入端的处理方法本章小结 1、门电路