集成逻辑门电路-Read

第三章

集成逻辑门电路实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的电路构成中规模功能模块的基本单元逻辑门电路的分类二极管门电路三极管门电路TTL门电路CMOS门电路逻辑门电路分立门电路集成门电路逻辑门电路介绍：三态门开路门概述基本逻辑门电路TTL

集成逻辑门电路*CMOS

集成逻辑门电路*TTL电路和CMOS电路的接口本章小结3.1概述主要要求：

了解逻辑门电路的作用和常用类型。

理解高电平信号和低电平信号的含义。

一些学问概念：脉冲（脉动和短促）脉冲信号及其广义的定义脉冲电路：1、惰性元件（电阻、电容、电感）组成的线性网络：限制暂态过程的形态和快慢。2、开关元件（二、三极管、MOS管）组成：接通和断开状态：破坏电路的稳态，使之产生暂态过程。TTL即Transistor-TransistorLogicCMOS即ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor

一、门电路的作用和常用类型按功能特点不同分普通门(推拉式输出)

CMOS传输门

输出开路门三态门门电路(GateCircuit)指用以实现基本逻辑关系和常用复合逻辑关系的电子电路。是构成数字电路的基本单元之一按逻辑功能不同分

与门

或门

非门

异或门

与非门

或非门

与或非门

按电路结构不同分

TTL

集成门电路

CMOS

集成门电路输入端和输出端都用三极管的逻辑门电路。

用互补对称MOS管构成的逻辑门电路。高电平和低电平为某规定范围的电位值，而非一固定值。

高电平信号是多大的信号？低电平信号又是多大的信号？10高电平低电平01高电平低电平正逻辑体制负逻辑体制由门电路种类等确定主要要求：

理解二极管的开关特性。

驾驭三极管的开关特性。3.2

基本逻辑电路了解MOS管的开关特性。3.2.1晶体二极管的开关特性正向导通状态-----导通电阻很小，两端相当于短路反向截止状态-----等效电阻很大，两端相当于开路1.二极管的大信号稳态（静态）工作志向开关PN结是半导体器件的核心环节。模拟电路中已探讨了二极管的物理结构、工作原理、特性曲线和主要参数以及二极管的基本电路及其分析方法与应用。P型半导体中，多数载流子是空穴，N型半导体中，多数载流子是电子。扩散电流：由于PN结两边载流子的浓度差别，载流子会从浓度高的一方向浓度低的一方运动，称为扩散运动，它产生扩散电流。漂移电流：由于电位差的存在，载流子在电场的作用下产生的运动，称为漂移运动，它产生漂移电流。电位差来自外加电压和电荷积累构成的内电场。P型区N型区

空间电荷区一、二极管的静态开关特性

当输入uI为低电平UIL，二极管反向截止。

二极管关断的条件和等效电路当输入uI为高电平UIH，二极管正向导通。

二极管伏安特性二、二极管的动态开关特性

产生反向复原过程的物理机制－存储电荷消散须要时间用载流子浓度梯度说明：正向电流愈大，电荷的浓度分布梯度愈大，转换为截止时的浓度分布梯度所需的时间也愈长。用电容的概念理解：正偏时扩散电容较大，存储的电荷也较多，电荷消散所需的时间也较长。三极管为什么能用作开关？

怎样限制它的开和关？当输入uI为低电平，使uBE<Uth时，三极管截止。

iB0，iC0，C、E间相当于开关断开。

三极管关断的条件和等效电路IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS负载线临界饱和线

饱和区放大区二、三极管的开关特性

截止区uBE<UthBEC三极管截止状态等效电路uI=UILuBE+-Uth为门限电压(一)三极管的静态开关特性IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS临界饱和线

饱和区放大区二、三极管的开关特性

uI增大使

iB增大，从而工作点上移，iC增大，uCE减小。截止区uBE<UthBEC三极管截止状态等效电路S为放大和饱和的交界点，这时的iB称临界饱和基极电流，用IB(sat)表示；相应地，IC(sat)为临界饱和集电极电流；UBE(sat)为饱和基极电压；

UCE(sat)为饱和集电极电压。对硅管，UBE(sat)0.7V，UCE(sat)0.3V。在临界饱和点三极管仍旧具有放大作用。uI增大使uBE>Uth时，三极管起先导通，iB>0，三极管工作于放大导通状态。IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS临界饱和线

饱和区放大区二、三极管的开关特性

截止区uBE<UthBEC三极管截止状态等效电路uI=UIH三极管开通的条件和等效电路当输入

uI为高电平，使iB≥

IB(sat)时，三极管饱和。

uBE+-uo

UCE(sat)0.3V0，C、E间相当于开关合上。

iB≥

IB(sat)BEUBE(sat)CUCE(sat)三极管饱和状态等效电路iB愈大于IB(Sat)，则饱和愈深。由于UCE(Sat)

0，因此饱和后iC基本上为恒值，iC

IC(Sat)=开关工作的条件

截止条件

饱和条件uBE＜

UthiB＞

IB(Sat)

可靠截止条件为uBE≤0

[例]下图电路中=50,UBE(on)=0.7V,UIH=3.6V,UIL=0.3V,为使三极管开关工作,试选择

RB值,并对应输入波形画出输出波形。解：(1)依据开关工作条件确定RB取值uI=UIL=0.3V时,三极管满足截止条件uI=UIH=3.6V时,为使三极管饱和,应满足iB>IB(sat)因为iB=IHB-0.7VUR所以求得RB<29k，可取标称值27k。OuItUIHUIL+5V(2)

对应输入波形画出输出波形OuItUIHUIL可见，该电路在输入低电平常输出高电平，输入高电平常输出低电平，因此构成三极管非门。由于输出信号与输入信号反相，故又称三极管反相器。三极管截止时，iC0，uO+5V三极管饱和时，uO

UCE(sat)0.3VOuO/Vt50.3IC(sat)OOOuIiCuOtttUIHUILVCCUCE(sat)上例中三极管反相器的工作波形是志向波形，实际波形为：uI从UIL正跳到UIH时，三极管将由截止转变为饱和，

iC从0渐渐增大到IC(sat)，uC从VCC渐渐减小为UCE(sat)。uI从UIH负跳到时UIL，三极管不能很快由饱和转变为截止，而须要经过一段时间才能退出饱和区。(二)三极管的动态开关特性

IC(sat)OOOuIiCuOtttUIHUILVCCUCE(sat)0.9IC(sat)ton0.1IC(sat)toffuI正跳变到iC上升到

0.9IC(sat)所需的时间ton称为三极管开通时间。通常工作频率不高时，可忽视开关时间，而工作频率高时，必需考虑开关速度是否合适，否则导致不能正常工作。uI负跳变到iC下降到

0.1IC(sat)所需的时间toff称为三极管关断时间。通常

toff>ton(二)三极管的动态开关特性

开关时间主要由于电荷存储效应引起，要提高开关速度，必需降低三极管饱和深度，加速基区存储电荷的消散。C

E

B

SBD

B

C

E

在一般三极管的基极和集电极之间并接一个肖特基势垒二极管(简称SBD)。BCSBD抗饱和三极管的开关速度高

①没有电荷存储效应②SBD的导通电压只有0.4V而非0.7V，因此UBC=0.4V时，SBD便导通，使

UBC钳在0.4V上，降低了饱和深度。(三)抗饱和三极管3.2.3MOS管的开关特性MOS管的动态特性：3.2.4分立元件门电路1、二极管与门

+VCC(+5V)

R

3kΩ

L

D1

A

D2

B

5V

0V

A

B

L

&

L=AB

0V

A

D1

B

D2

5V

L

R

3kΩ

2、二极管或门

A

B

L

≥1

L=A+B

A

β=40

+5V

L

电路图

1

逻辑符号

A

L

1kΩ

4.3kΩ

3、非门电路——BJT反相器①uA