杨志忠数电(第3版)3-逻辑门电路课件

1、第3章集成逻辑门电路，1，学习交流PPT，3.1概述，2，学习交流PPT，常用逻辑门电路3360，1。门电路的功能和常见类型。学习交流PPT，根据电路结构和功能特点进行划分，在输入输出端采用三极管逻辑门电路。一种由互补对称金属氧化物半导体晶体管组成的逻辑门电路。互补金属氧化物半导体是互补金属氧化物半导体，晶体管是晶体管逻辑，1。门电路的功能和常见类型。学会交换PPT，高水平和低水平是在特定范围内的潜在值，而不是固定值。由门电路的类型等决定。2。高水平和低水平的含义，5。学习交流PPT。在TTL门电路中，2.4-3.6V范围内的电压称为高电平，标准的高电平USH通常取3V；0.0.8伏范围内的电

2、压称为低电平，标准的低电平USL通常为0.3伏.第二，高层次和低层次的含义；6、学习交流PPT，3.2基本逻辑门电路，7、学习交流PPT，3.2.1二极管的开关特性。当输入uI为高电平UIH时，二极管正向导通，这相当于一个0.7V压降的闭合开关。1。二极管的静态开关特性。学习交流PPT。当输入uI为低电平UIL时，二极管反向关断，相当于关断。1。二极管的静态开关特性，3.2.1二极管的开关特性，9。学习交流脉冲电压，输入脉冲电压波形，2。二极管的动态开关特性，实际电流波形，10。学习交流PPT，当输入uI处于低电平时，三极管关闭。iB 0、iC 0、C和E相当于关闭。三极管关断的条件和等效电路

3、，负载线，饱和区，放大区，截止区，三极管关断的等效电路，uI=uIL，Uth为mosfet，1。三极管的静态开关特性，3.2.2三极管的开关特性，11。学习交流PPT，饱和区，放大区，三极管的静态开关特性，1。截止区、三极管截止状态等效电路、s是放大和饱和的连接点，此时的iB称为临界饱和基极电流，用IB(sat)表示；对应值：IC(sat)为临界饱和集电极电流；UBE(sat)是饱和基极电压；UCE(sat)是饱和集电极电压。硅管的UBE(sat)为0.7V，UCE(sat)为0.3V。三极管在临界饱和点仍有放大作用。当uI增加使uBE Uth时，三极管开始导通，iB 0时，三极管工作在放大导

4、通状态。12，学习交流PPT，饱和区，放大区，截止区，三极管截止的等效电路，uI=uIH，三极管导通的条件和等效电路。当输入用户界面处于高电平时，当产生IB(sat)时，三极管饱和。在c和e之间，开关闭合。三极管饱和状态的等效电路，1。三极管的静态开关特性，13。学习交流PPT，IB大于IB(sat)越多，饱和越深。因为UCE (sat) 0，iC饱和后基本上是一个恒定值，即Ic(sat)=1，开关工作条件，14，学习交流PPT，例如，在电路下面=50，UBE (sat)=0.7V，UIH=3.6V，UIL=0.3V，为了使三极管开关工作，尽量选择RB值解决方案：(1)RB的值是根据开关的工作

5、条件确定的。当uI=UIL=0.3 V时，三极管满足截止条件，当uI=UIH=3.6 V时，应满足IB(sat)使三极管饱和，因此Rb为29 K，标称值为27 K，15，学习交流PPT，(2)绘制与输入波形对应的输出波形。可以看出，该电路在输入低电平时输出高电平，在输入高电平时输出低电平，从而构成三极管非门。因为输出信号与输入信号相反，所以也叫三极管反相器。iC 0，uO 5 V当三极管关断时，uO UCE(sat) 0.3 V，16V当三极管饱和时，学习交流PPT，上述例子中三极管逆变器的工作波形是理想波形，而实际波形如图所示。当uI从UIL跳到UIH时，三极管将从截止变为饱和，iC将从0逐

6、渐增加到IC(sat)，uC将从VCC逐渐减少到UCE(sat)。当uI从UIH负跃迁到UIL时，三极管不能很快从饱和变成截止，但要离开饱和区需要一些时间。，2。三极管的动态开关特性，17。学习交流PPT，从用户界面正跳转到集成电路上升到0.9集成电路的时间称为三极管导通时间。当工作频率不高时，切换时间可以忽略，而当工作频率较高时，需要考虑切换速度是否合适，否则将无法正常工作。从uI的负跳变到iC下降到0.1IC(sat)的时间toff称为三极管关断时间。通常是吨。二是三极管的动态开关特性，开关时间主要是由电荷存储效应引起的。为了提高开关速度，有必要减小三极管的饱和深度并加速基极区中存储电荷的

7、耗散。18、学习交流PPT时，没有电荷存储效应的SBD的导通电压只有0.4 V而不是0.7 V，所以当UBC=0.4 V时，SBD导通，使UBC箝位在0.4 V并减小饱和深度。肖特基势垒二极管(SBD)并联在公共三极管的基极和集电极之间。3。反饱和晶体管，19。学习交流PPT，1。3.2.3金属氧化物半导体晶体管的静态开关特性，3 . 2 . 3金属氧化物半导体晶体管的开关特性，当UGS(th)时，NMOS晶体管关断，漏极电流iD=0，输出uO=VDD，此时，NMOS晶体管相当于关断。20，学习交流PPT，1。金属氧化物半导体晶体管的静态开关特性，当ugs (th)时，NMOS晶体管导通，漏极

8、电流iD=VDD/(RD RON)，如果其导通电阻RD RON，uO 0 V输出，此时，NMOS晶体管相当于导通。21，当学习交流电压时，uI从0 V跳到高电平VDD，经过一吨时间延迟后，NMOS晶体管从关断变为导通。当uI从高电平VDD跳变到0 V时，经过一段时间延迟后，NMOS晶体管导通至关断。2。金属氧化物半导体晶体管的动态开关特性，22。学习交流PPT，1。二极管和门电路，3.2.4分立元件门电路，逻辑表达式Y=AB，23。学习交流PPT，1。二极管和门电路，3.2.4分立元件门电路，使能端：与门的任何输入端都可用作使能端。使能端B的信号可以控制端A的输入信号是否可以通过与门传输到输出

9、端Y。24，学习交流PPT，2，二极管或门电路，逻辑表达式Y=A B，3.2.4分立元件门电路，25，学习交流PPT，3.2.4分立元件门电路，26，学习交流PPT，3.3TTL集成逻辑门，27，学习交流PPT，3.3 VD1和VD2是输入箝位二极管，用于抑制输入端的负干扰。在正常信号输入期间，VD1和VD3不起作用。当输入负干扰电压大于二极管导通电压时，二极管导通，输入端的负电压被箝位在-0.7 V，不仅抑制了输入端的负干扰，还保护了V1。28，学习交流PPT，1。TTL与非门的工作原理，中间级由V2、R2和R3组成。V2的集电极和发射极分别输出两个不同逻辑电平的信号，分别驱动V3和V5。3

10、.3.1 TTL与非门，29。学习交流PPT的工作原理。1.输出级由V3、V4和V5、R4和R5组成。由V3、V4和V5组成的复合管分别由V2的集电极和发射极输出的两个不同的逻辑电平控制。因此，V3、V4和V5在两种相反的状态下工作。3.3.1 TTL与非门，30，学习交流PPT，当输入端有低电平时输出高电平。对应于输入低电平端子的发射极-发射极结导通，uB1=0.7V 0.3V=1V，因此，V2和V5截止。首先，TTL与非门的工作原理，V 3和V4都处于导通状态。UY=5V-0.7V-0.7V=3.6V电路输出为高电平。V2关断使uC2 VCC=5V，31，学习交流PPT，VCC使V1集电极

11、结和V2，V5发射极结通过R1导通，并使uB1=2.1 V.因此，V1的发射极结被反向偏置，集电极被正向偏置，这被称为处于反向放大状态。此时，V2和V5已经饱和。当输入端都为高电平时，输出为低电平。3.6 V，3.6 V，1。TTL与非门的工作原理，uc2=uce2 (sat) ube5=0.3 v，0.7 v=1 v，使V3导通，V4截止。uY=UCE5(sat) 0.3 V电路输出为低电平。因此，当所有输入都为高电平时，输出为低电平。该电路实现了与非门逻辑功能，即。32，学习交流PPT，2，TTL与非门的电气特性，1。电压传输特性，栅极输出电压随输入电压变化的特性。33，学习交流PPT，2

12、，TTL与非门电气特性，1，电压传输特性，34，1，电压传输特性，35，学习交流PPT，2，TTL与非门电气特性，1，电压传输特性，36，学习交流PPT，2，TTL与非门电气特性，1，学习交流PPT，2。TTL与非门的电特性，2。阈值电压、栅极电压、栅极电压和噪声容限，38。学习交流PPT，噪声容忍度越大，抗干扰能力越强。指当输出为额定高电平的90%时，允许叠加在输入低电平上的正噪声电压。UNL=UOFF UIL指的是当输出额定为低电平时，允许叠加在输入高电平上的负噪声电压。UNH=UIHUON，噪声容限UN也称为抗干扰能力，这意味着门电路在允许叠加在输入电压上的噪声电压下仍能正常工作。2。阈

13、值电压，关断电压，关断电压和噪声容限，39。学习交流PPT，3。输入负载特性。为了确保与非门被关闭，当用户界面上升到UOF值时，RI增加到相应的RI值，这被称为ROFF。只要RI ROFF，与非门是关闭的。输入电压的特性随输入端对地电阻的变化而变化。40，学习交流PPT，3。输入负载特性，为了确保与非门打开，当用户界面上升到UON值时，电阻增加到相应的电阻值，这称为门打开电阻。与非门的开启时间与晶体管导通时间一样长。输入电压的特性随输入端对地电阻的变化而变化。41，学习交流PPT，逻辑0。在图(b)中，R1=5.6k，RON=2 k，相当于输入高电平1，逻辑1。解决方案：在图(a)中，RI=4

14、70 ROFF 800，相当于输入低电平0。因此。在图(c)中，输入端b暂停，这相当于输入高电平1。逻辑1，42，学习交流PPT，4。输出负载特性，电流填充负载：外部负载电流流入与非门输出端的负载。当与非门输出低电平UOL时，它加载一个电流吸收器。43，学习交流PPT，4。输出负载特性，拉电流负载：负载电流从与非门的输出端流向外部负载门的负载。当与非门输出高UOH时，它将带来电流负载。44，学会交换PPT，例如，由CT74LS系列的TTL与非门组成的电路如图所示。输出高电平UOH3V、输出高电平最大电流IOH(最大)=0.4mA和输出低电平最大电流IOL(最大)=8ma是已知的。外部负载门输入

15、低电平电流i1-0.4mA和高电平电流IIH20uA。试着找出与非门G能带来多少相同类型的与非门？因此，当g门的输出为低电平时，它可以驱动多达20个相同类型的与非门。解决方案：(1)当输出电平较低且UOL=0.3V时，具有电流填充的负载门的数量为NOL=，45。学习交流PPT。图中所示的例子是由CT74LS系列TTL与非门组成的电路。输出高电平UOH3V、输出高电平最大电流IOH(最大)=0.4mA和输出低电平最大电流IOL(最大)=8ma是已知的。外部负载门输入低电平电流i1-0.4mA和高电平电流IIH20uA。试着找出与非门G能带来多少相同类型的与非门？因此，当g门的输出为高电平时，它可

16、以驱动多达10个相同类型的与非门。解决方案：(2)当输出电平为高电平且UOH=3V时，具有拉电流NOH的负载门的数量为46，学习交流PPT，输入电压波形0.5 UIm的上升沿和输出电压波形0.5 UOm的下降沿之间的间隔称为导通延迟时间tPHL。5。平均传输延迟时间，即从输入电压波形0.5 UIm的下降沿到输出电压波形0.5 UOm的上升沿的时间间隔，称为关断延迟时间tPLH。平均传输延迟时间tpd、tphl、tplh和tpd越小，门电路的开关速度和工作频率越高。由于三极管的开关时间以及元件和连接的寄生电容，当输入矩形脉冲时，输出脉冲会延迟一段时间。，47，学习交流PPT，6。功耗-延迟产品。功耗P与平均传输延迟时间tpd的乘积(称为功耗延迟乘积)M通常用于综合评估门电路的性能，即M=Ptpd。性能优越的门电路应该具有低功耗和高工作速度的特点，但二者是矛盾的。m也被称为质量因素。其值越小，其综合性能越