数字电路-复习

第三章门电路

3.1概述实现基本和常用逻辑运算的电子电路，叫做逻辑门电路，称为门电路。基本逻辑门电路：与门、或门、非门常用门电路：与非门、或非门、与或非门、异或、同或门电路中以高、低电平表示逻辑状态的1、0.获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导通、截止（即开、关）两种工作状态。

在数字电路中，用1表示高电平，0表示低电平，这称为正逻辑赋值，简称正赋值。如果用0表示高电平，1表示低电平，则称为负逻辑赋值，简称负赋值。输入和输出的高、低电平正负逻辑高电平和低电平是表示的两种状态，是两个不同的可以截然区别开来的电压范围。例如典型工作电压为5V的74HC系列CMOS逻辑电路，输入电压在3.5～5.0V范围对应高电平逻辑1，0～1.5V范围对应低电平逻辑0。用来获得高、低输出电平的基本开关电路：互补开关电路在数字集成电路中广泛应用。静态特性断开时，IOFF=0R=∞闭合时，Uon=0R=0动态特性开通时间ton=0关断时间toff=0实际使用的开关为晶体二极管、三极管及场效应管等电子器件。这些电子器件作为开关使用时，也是从这两个方面讨论器开关特性。理想开关的特性3.2半导体二极管门电路一、静态特性伏安特性:单向导电性在数字电路中，使用二极管的正向导通区（开关闭合）和反向截止区（开关断开）二极管的开关特性正向导通与反向截止这样两种不同状态之间的转换速度很快（微秒或纳秒量级）3.2.1半导体二极管的开关特性二极管开关等效电路当输入电压的低电平UIL=-2V时：当输入电压的高电平UIH=3V时：二极管的静态开关特性：导通条件与导通时的特点当外加正向电压大于0.7V时，二极管导通，此时可认为二极管两端的电压不变，如同一个具有值为死区电压值的闭合了的开关。截止条件与截至时的特点当外加电压小于0.7V时，二极管截止，此时就近似的认为电流为零，如同一个断开了的开关。二、动态特性二极管的电容效应：Cj，CD。二极管的开关时间3.2.2二极管与门3.2.3二极管或门3.3CMOS门电路

3.3.1MOS管的开关特性

一、MOS管的结构和工作原理N沟道增强型场效应管的结构二、N沟道增强型MOS管的输入输出特性曲线

(a)共源接法(b)输出特性曲线MOS管的转移特性转移特性曲线：

它描述了栅、源之间电压对漏极电流的控制作用。

三、MOS管的基本开关电路四、MOS管的开关等效电路

(a)截止状态(b)导通状态静态开关特性：1.当uGS>UTN时，导通，此时如同一个阻值为RON的闭合了的开关。2.当uGS<UTN时，截止，此时如同一个断开了的开关。P沟道增强型MOS管P沟道增强型MOS管的漏极特性用P沟道增强型MOS管接成的开关电路N沟道耗尽型MOS管P沟道耗尽型MOS管MOS管非门

3.3.2COMS反相器的电路结构和工作原理

一、

COMS反相器的电路结构

（a）结构示意图（b）电路图10V0V~10V二、电压传输特性和电流传输特性三、输入端噪声容限

保证输出高、低电平基本不变（在允许的范围内）的条件下，而允许的输入信号的波动范围称为输入端噪声容限。3.3.3CMOS反相器的静态输入特性和输出特性

一、输入特性

（a）CC4000系列的输入保护电路

（b）74HC系列的输入保护电路（1）vO=VOL时CMOS反相器的工作状态二、输出特性CMOS反相器的低电平输出特性（2）vO=VOH时CMOS反相器的工作状态CMOS反相器的高电平输出特性3.3.4CMOS反相器的动态特性

1.CMOS非门传输延迟时间2.输出端状态转换时间

一、其他逻辑功能的CMOS门电路3.3.5其他类型的CMOS门电路CMOS与非门CMOS或非门带缓冲级的CMOS或非门电路带缓冲级的CMOS或非门电路二、漏极开路输出门电路（OD门）计算OD门负载电阻最大值的工作状态计算OD门负载电阻最小值的工作状态三、CMOS传输门四、三态输出的CMOS门电路用三态输出门接成总线结构用三态输出门实现数据的双向传输3.5TTL门电路

3.5.1双极型三极管的开关特性

一、双极型三极管的结构(a)三极管输入特性曲线它与PN结的正向特性相似，三极管的两个PN结相互影响，因此，输出电压UCE对输入特性有影响，且UCE>1时，这两个PN结的输入特性基本重合。

二、双极型三极管的输入特性和输出特性(b)输出特性曲线三、双极型三极管的基本开关电路当输入电压的低电平UIL=0V时：当输入电压的高电平UIH=3V时：IBS=0.06mA,iB=1mA所以BJT工作在饱和区。四、双极型三极管的开关等效电路

(a)截止状态(b)饱和导通状态静态开关特性：a.截止条件与截至时的特点三极管的基极与射极电压小于0.7V时，截止，此时如同一个断开了的开关。b.导通条件与导通时的特点：三极管的基极电流大于其临界饱和值IS时，饱和导通，此时如同一个闭合了的开关。五、三极管的动态开关特性六、三极管非门（反相器）3.5.2TTL反相器的电路结构和工作原理

一、电路结构二、TTL反相器的电压传输特性3.5.3TTL反相器的静态输入特性和输出特性

一、输入特性5V二、输出特性1.高电平输出特性2.低电平输出特性三、TTL反相器输入端负载特性3.5.4TTL反相器的动态特性

传输延迟时间3.5.5其他类型的TTL门电路一、其他逻辑功能的门电路

1.TTL与非门2.TTL或非门电路3.TTL与或非门4.TTL异或门二、TTL集电极开路的门电路（OC门）OC门输出接法三、三态输出门电路

（a）控制端高电平有效（b）控制端低电平有效是表征门电路的开关速度的参数，即门电路在输入脉冲波形的作用下，其输出波形相对于输入波形延迟了多长时间。tPLH：低电平转换到高电平；即VI的上升沿的中点（幅值的50％）到VO下降沿的中点。tPHL：高电平转换到低电平。即VI的下降沿的中点到VO上升沿的中点。2传输延迟时间上升时间tr：低电平10%转换到高电平90%；下降时间tf：高电平90%转换到低电平10%。3功耗静态功耗：电路中没有状态转换时的功耗；即门电路空载时电源总电流ICC与电源电压VCC的乘积。空载导通功耗PON：输出为低电平时的功耗。截止功耗POFF:输出为高电平时的功耗。动态功耗：发生在状态转换期间或有电容性负载时。4噪声容限表示门电路的抗干扰能力。二值数字逻辑电路的优点在于它的输入信号允许一定的容差。在数字系统中，各逻辑电路之间的连线可能会受到各种噪声的干扰。噪声叠加在工作信号上，只要奇幅度不超过逻辑电平允许的最小值或最大值，则输出逻辑状态可不受影响，通常将最大噪声幅度称为噪声容限。电路的噪声容限越大，抗干扰能力越强。数字电路一般由多级门电路组成，前一级驱动门电路的输出，是后一级负载门电路的输入，当前一级输出高电平的最小值仍能满足后级高电平输入的最小值时，输入高电平的噪声容限为：高电平噪声容限VNH:

VNH=VOH(min)–VIH(min)同理得到低电平的噪声容限为：低电平噪声容限VNL：

VNL=VIL(max)–VOL(max)拉电流负载（负载电流从与非门流向外电路）：驱动门输出为高电平:IIH由驱动门出而流至负载门，负载门的输入电流为IIH；当负载门的个数增加，总拉电流增加，VOH要降低；而门电路有标准输出高电压VOH;从而限制了负载门的个数。灌电流负载（负载电流从外电路流入与非门）：驱动门输出为低电平；负载电流IOL流入驱动门，当负载门个数增加，