从模电到数电的电子技术课件-dz-chap12

1、电子技术 第二章 门电路数字电路部分2021/9/121第二章 门电路2.1 概述2.2 分离元件门电路2.3 TTL与非门2.4 其它类型的TTL门电路2.5 MOS门电路2021/9/1222.1 概述门电路的作用：是用以实现逻辑关系的电子电路，与基本逻辑关系相对应。门电路的主要类型：与门、或门、与非门、或非门、异或门等。门电路的输出状态与赋值对应关系：正逻辑：高电位对应“1”；低电位对应“0”。混合逻辑：输入用正逻辑、输出用负逻辑；或者输入用负逻辑、输出用正逻辑。一般采用正逻辑负逻辑：高电位对应“0”；低电位对应“1”。2021/9/123100VVcc在数字电路中，对电压值为多少并不重

2、要，只要能判断高低电平即可。K开-VO输出高电平，对应“1” 。K合-VO输出低电平，对应“0” 。VOKVccRVV2021/9/124门(电子开关)满足一定条件时，电路允 许信号通过 开关接通 。开门状态：关门状态：条件不满足时，信号通不过 开关断开 。2021/9/125开关作用二极管反向截止：开关接通开关断开三极管（C,E)饱和区： 截止区：开关接通CEB开关断开 正向导通： CEB2021/9/126R1R2AF+uccuAtuFt+ucc0.3V三极管的开关特性：2021/9/1272.2 分离元件门电路 一、二极管与门FD1D2AB+12V逻辑变量逻辑函数( uD=0.3V )2

3、021/9/1280 0 00 1 0 A B F1 0 01 1 1逻辑式：F=A B逻辑符号：&ABF2021/9/129二、二极管或门FD1D2AB-12V2021/9/12100 0 00 1 1 A B F1 0 11 1 1逻辑式：F=A+B逻辑符号：ABF2021/9/1211R1DR2AF+12V+3V三、三极管非门嵌位二极管2021/9/1212逻辑式：逻辑符号：1AF2021/9/1213R1DR2F+12V+3V三极管非门D1D2AB+12V二极管与门四、与非门逻辑式：&ABF逻辑符号：2021/9/12141. 体积大、工作不可靠。2. 需要不同电源。3. 各种门的输入

4、、输出电平不匹配。分立元件门电路的缺点：采用类似的方法还可以构成或非门、异或门等。2021/9/12152.3 TTL与非门数字集成电路：在一块半导体基片上制作出一个完整的逻辑电路所需要的全部元件和连线。使用时接：电源、输入和输出。数字集成电路具有体积小、可靠性高、速度快、而且价格便宜的特点。TTL型电路：输入和输出端结构都采用了半导体晶体管，称之为: Transistor Transistor Logic。2021/9/1216100个以下：小规模集成电路 ( Small Scale Integration :SSI ) 几百个：中规模集成电路 （Medium Scale Integrati

5、on :MSI ) 几千个：大规模集成电路 （ Large Scale Integration :LSI ) 一万个以上：超大规模集成电路 （ Very Large Scale Integration :VLSI ) 名称2021/9/12172.3.1 TTL与非门的基本原理一、结构TTL与非门的内部结构+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC3603k7501002021/9/1218输入级输出级中间级+5VABCR1T1R2T2R3FR4R5T3T4T5T1 多发射极晶体管：实现“与”运算。2021/9/1219+5VABCR1T1R2T2R3FR4R5T3T4

6、T5“非”复合管形式与非门输出级“与”2021/9/12201. 任一输入为低电平（0.3V）时“0”0.7V不足以让T2、T5导通+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC3603k750100二、工作原理三个PN结导通需2.1V2021/9/1221+5VFR4R2R13kR5R3T3T4T1T5b1c1ABC0.7V“0”uouo=5-uR2-ube3-ube43.4V 高电平！逻辑关系：任0则1。2021/9/1222+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC“1”全导通电位被嵌在2.1V全反偏1V截止2. 输入全为高电平（3.4V）时2

7、021/9/1223+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC全反偏“1”饱和uF =0.3V输入、输出的逻辑关系式：逻辑关系：全1则0。2021/9/1224一、电压传输特性2.3.2 TTL与非门的特性和技术参数测试电路&+5Vuiuo2021/9/1225uo(V)ui(V)123UOH(3.4V)UOL(0.3V)传输特性曲线uo(V)ui(V)123UOH“1”UOL(0.3V)阈值UT=1.4V理想的传输特性输出高电平输出低点平2021/9/12261. 输出高电平UOH、输出低电平UOL UOH2.4V UOL 0.4V 便认为合格。 典型值UOH=3.4V UOL=0.

8、3V 。 2. 阈值电压UTuiUT时，认为ui是高电平。UT =1.4V2021/9/1227二、输入、输出负载特性&？1. 前后级之间电流的联系分两种情况讨论： （1）前级输出为 高电平时 （2）前级输出为 低电平时2021/9/1228前级输出为 高电平时前级后级反偏+5VR4R2R5T3T4R1T1+5V级间电流：流出前级，记为IOH（拉电流）。拉电流能力：维持UOH时，所允许的最大拉电流值。2021/9/1229前级输出为 低电平时前级后级R1T1+5V级间电流：流入前级，记为IOL ，约 1.4mA 。称为灌电流。+5VR2R13kT2R3T1T5b1c12021/9/1230灌电

9、流的计算饱和压降R1T1+5V+5VR2R13kT2R3T1T5b1c12021/9/1231有关电流的技术参数2021/9/12322. 扇出系数扇出系数：与非门电路输出能驱动同类门的个数。IiH1IiH3IOH前级输出为 高电平时：+5VR4R2R5T3T4T1前级T1T1IiH22021/9/1233T1T1T1+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级IOLIiL1IiL2IiL3前级输出为低电平时：与非门的扇出系数一般是10。2021/9/12343. 输入端通过电阻R接地Rui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC问题：这时，输入是“1”还是“0”？

10、2021/9/1235R 较小时：uiUT ， T2不导通，输出高电平。R增大时：Ruiui=UT时，输出低电平。+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCRui2021/9/1236+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCRui计算临界电阻值：即：当R1.45k时，可以认为输入为“1”； 当R UT导通有源负载(非线性电阻)实际结构UCCuiuo2021/9/12532.5.2 CMOS反相器NMOS管PMOS管CMOS电路工作原理：ui=0时： ugs2=UCC ， T2导通、T1截止，uo=“”；ui=1时： T1导通、T2截止，uo=“

11、0”。UCCST2DT1uiuoDSComplementary -Symmetry MOS互补对称式MOST1 : ONT2: OFF同一电平:OFFON2021/9/12542.5.3 CMOS与非门&ABF工作原理:+UDDAFT2T1BT3T4SSSSGG结构0 0 10 1 11 0 11 1 0A B T1 T2 T3 T4 F2021/9/1255A B T1 T2 T3 T4 FABF工作原理:+UDDFAT2T1BT3T4GGSSS结构0 0 10 1 0 1 0 0 1 1 0 2.5.4 CMOS或非门2021/9/1256附: 门电路的常见逻辑符号 与门 或门 非门F=AB F=A+B&ABFAB