第三章-数字电路课件

正逻辑：高电平表示1，低电平表示0

负逻辑：高电平表示0，低电平表示1

高/低电平都有一个允许的范围

门电路分类：分立元件门电路集成门电路

分立元件门电路介绍二极管与门、或门

集成门电路介绍应用最为广泛的CMOS门电路和TTL门电路双极型三极管组成TTL门电路，功耗大制作中，小规模集成电路（MSI,SSI）单极型三极管（互补MOS管）组成CMOS门电路，低功耗大规模集成电路（LSI）3.2半导体二极管门电路

半导体二极管的结构和外特性

（Diode）二极管的结构：

PN结+引线+封装构成(P)(N)D二极管的开关等效电路：3.2.1二极管的开关特性：RL较小二极管的开关等效电路：理想二极管3.2.2二极管与门设VCC=5V加到A,B的VIH=3VVIL=0V二极管导通时VON=0.7V规定3V以上为10.7V以下为0（正逻辑）0.7V0.7V0.7V3.7V3.2.3二极管或门设加到A,B的VIH=3VVIL=0V二极管导通时VON=0.7V规定2.3V以上为10V以下为00V2.3V2.3V2.3V二极管构成的门电路的缺点电平有偏移带负载能力差只用于IC内部电路，不直接带负载3.3CMOS门电路

3.3.1MOS管的开关特性一、MOS管的结构S(Source)：源极G(Gate)：栅极D(Drain)：漏极B(Substrate):衬底以N沟道增强型为例：以N沟道增强型为例：当加+VDS时，VGS=0时，D-S间是两个背向PN结串联，iD=0开启电压加上+VGS，且足够大至VGS>VGS(th),D-S间形成导电沟道（N型层）对于N沟道增强型:二、输入特性和输出特性输入特性：直流电流为0，没有输入特性。看进去有一个输入电容CI，对动态有影响。输出特性：

iD=f(VDS)对应不同的VGS下得一族曲线。漏极特性曲线（分三个区域）截止区恒流区可变电阻区漏极特性曲线（分三个区域）截止区：VGS<VGS(th)，iD=0,ROFF>109Ω漏极特性曲线（分三个区域） 可变电阻区：当VDS较低（近似为0），VGS一定时，这个电阻受VGS控制、可变。截止区和可变电阻区可作开关状态用，这和三极管截止饱和是一样的。漏极特性曲线（分三个区域）恒流区：iD基本上由VGS决定，与VDS关系不大三、MOS管的基本开关电路四、等效电路OFF，截止状态

ON，导通状态五、MOS管的四种类型1、N沟道增强型导电沟道是N型，所以衬底是P型。2、N沟道耗尽型五、MOS管的四种类型导电沟道是N型。3、P沟道增强型五、MOS管的四种类型4、P沟道耗尽型五、MOS管的四种类型3.3.2CMOS反相器的电路结构和工作原理一、电路结构DDSSDDSS反相器结构简单，利用NMOS与PMOS导电的互补性，叫互补对称式MOS电路，称CMOS电路。CMOS电路优点：静态时，流过T1T2的静态电流很小，始终有一个截止功耗为0；输出的高电平基本上是VDD，电源利用率高。二、电压、电流传输特性DDSS二、电压、电流传输特性DDSS二、电压、电流传输特性DDSS二、电压、电流传输特性连起来：DDSS三、输入噪声容限结论：可以通过提高VDD来提高噪声容限电流传输特性DDSS3.3.3CMOS反相器的静态输入和输出特性一、输入特性二、输出特性二、输出特性3.3.4CMOS反相器的动态特性一、传输延迟时间二、交流噪声容限（自学）三、动态功耗三、动态功耗

3.3.5其他类型的CMOS门电路一、其他逻辑功能的门电路1.与非门两个PMOS并联，两个NMOS串联2.或非门一、其他逻辑功能的门电路二、漏极开路的门电路（OD门）

菱形表示OD门(a)结构符号菱形表示OD门三、CMOS传输门及双向模拟开关1.传输门并联，工作状态受C、C

控制。TP的B接高电平TN的B接低电平假如uo加电阻接地TPTNSDDS2.双向模拟开关四、三态输出门三角形表示三态门三态门的用途3.5TTL门电路

3.5.1半导体三极管的开关特性一、双极型三极管的结构管芯+三个引出电极+外壳二、三极管的输入特性和输出特性

三极管的输入特性曲线（NPN）与二极管正向特性相似。

特性曲线分三个部分放大区：特点VBE=0.7V,VCE>0.7V,IB>0,IC=βIB。饱和区：特点VBE=0.7V,IB>0。IB增加，IC不再增加，VCE0。截止区：特点VBE

0V,IB=0,IC=0,c—e间“断开”。三极管的输出特性三、双极型三极管的基本开关电路只要参数合理：VI=VIL时，T截止，VO=VOHVI=VIH时，T导通，VO=VOL四、三极管的开关等效电路截止状态饱和导通状态CE之间是断开的开关CE之间近似是闭合的开关六、三极管反相器三极管的基本开关电路就是反相器 实际应用中，为保证 VI=VIL时T可靠截止，常在 输入接入负压。

参数合理？VI=VIL时，T截止，VO=VOHVI=VIH时，T饱和，VO=VOL五、动态开关特性（自学）例3.5.1：计算参数设计是否合理5V-8V3.3KΩ10KΩ1KΩβ=20VCE(sat)=0.1VVIH=5VVIL=0V例3.5.1：计算参数设计是否合理将基极外接电路化为等效的VB与RB电路当当又因此，参数设计合理3.5.2TTL反相器的电路结构和工作原理一、电路结构设

二、电压传输特性二、电压传输特性二、电压传输特性需要说明的几个问题：

三、输入噪声容限3.5.3TTL反相器的静态输入特性和输出特性

例：扇出系数（Fan-out），试计算门G1能驱动多少个同样的门电路负载。输入输出3.5.4TTL反相器的动态特性一、传输延迟时间1、现象3.5.5其他类型的TTL门电路一、其他逻辑功能的门电路1.与非门2.或非门二、集电极开路的门电路1、推拉式输出电路结构的局限性①输出电平不可调②负载能