数字教师手册第二章 门电路

1、第二章门电路2.1 概述2.2 半导体二极管和三极管的开关特性2.3 最简单的与、或、非门电路2.4 TTL门电路2.5 其它类型的双极型数字集成电路2.6 CMOS门电路2.7 其它类型的MOS集成电路2.8 TTL电路与CMOS电路的接口返回概述2.1 图2.1.1获得高、低电平的基本原理 图2.1.2正逻辑与负逻辑返回图2.1.1获得高、低电平的基本原理返回图2.1.2正逻辑与负逻辑返回2.2半导体二极管和三极管的开关特性（一）图2.2.1 二极管开关电路图2.2.2 二极管的伏安特性图2.2.3 二极管伏安特性的几种近似方法图2.2.4 二极管的动态电流波形图2.2.5 双极型三极管的

2、两种类型(a)NPN型(b)PNP型图2.2.6 双极型三极管的特性曲线(a)输入特性曲线图2.2.7 双极型三极管的基本开关电路(b)输出特性曲线图2.2.8 用图解法分析图2.2.7电路(a)电路图(b)作图方法图2.2.9 双极型三极管的开关等效电路(a)截止状态图2.2.10 双极型三极管的动态开关特性(b)饱和导通状态返回下页2.2半导体二极管和三极管的开关特性（二）图2.2.11 MOS管的结构和符号图2.2.12 MOS管共源接法及其输出特性曲线(a)共源接法(b)输出特性曲线图2.2.13 MOS管的转移特性图2.2.14 MOS管的基本开关电路图2.2.15 MOS管的开关等

3、效电路 (a)截止状态图2.2.16 P沟道增强型MOS管图2.2.17 P沟道增强型MOS管的漏极特性(b)导通状态图2.2.18 用P沟道增强型MOS管接成的开关电路图2.2.19 N沟道耗尽型MOS管的符号图2.2.20 P沟道耗尽型MOS管的符号返回上页图2.2.1二极管开关电路返回图2.2.2二极管的伏安特性返回图2.2.3二极管伏安特性的几种近似方法返回图2.2.4二极管的动态电流波形返回图2.2.5双极型三极管的两种类型(a)NPN型(b)PNP型返回图2.2.6双极型三极管的特性曲线(a)输入特性曲线(b)输出特性曲线返回图2.2.7双极型三极管的基本开关电路返回图2.2.8用

4、图解法分析图2.2.7电路(a)电路图(b)作图方法返回图2.2.9双极型三极管的开关等效电路(a)截止状态(b)饱和导通状态返回图2.2.10双极型三极管的动态开关特性返回图2.2.11MOS管的结构和符号返回图2.2.12MOS管共源接法及其输出特性曲线(a)共源接法(b)输出特性曲线返回图2.2.13MOS管的转移特性返回图2.2.14MOS管的基本开关电路返回图2.2.15MOS管的开关等效电路(a)截止状态(b)导通状态返回图2.2.16P沟道增强型MOS管返回图2.2.17P沟道增强型MOS管的漏极特性返回图2.2.18用P沟道增强型MOS管接成的开关电路返回图2.2.19N沟道耗

5、尽型MOS管的符号返回图2.2.20P沟道耗尽型MOS管的符号返回2.3最简单的与、或、非门电路 图2.3.1 图2.3.2 图2.3.3 图2.3.4二极管与门二极管或门三极管非门（反相器）图2.3.3电路的化简返回图2.3.1二极管与门返回图2.3.2二极管或门返回图2.3.3三极管非门（反相器）返回图2.3.4图2.3.3电路的化简返回2.4TTL门电路（一）图2.4.1 TTL反相器的典型电路图2.4.2图2.4.3图2.4.4图2.4.5图2.4.6图2.4.7图2.4.8图2.4.9TTL反相器的电压传输特性输入端噪声容限示意图TTL反相器的输入端等效电路TTL反相器的输入特性TT

6、L反相器高电平输出等效电路TTL反相器高电平输出特性 TTL反相器低电平输出等效电路TTL反相器低电平输出特性图2.4.10 图2.4.11 图2.4.12图2.4.13例 2.4.1的电路TTL反相器输入端经电阻接地时的等效电路TTL反相器输入端负载特性例2.4.2的电路返回下页2.4TTL门电路（二）图2.4.14 TTL反相器的动态电压波形图2.4.15 TTL反相器的交流噪声容限 （a）正脉冲噪声容限（b）负脉冲噪声容限图2.4.16 TTL反相器电源电流的计算 （a）vOVOL 的情况 （b） vOVOH的情况图2.4.17 TTL反相器的电源动态尖峰电流图2.4.18 TTL反相器

7、的电源尖峰电流的计算图2.4.19 电源尖峰电流的近似波形图2.4.20 TTL与非门电路图2.4.21 多发射极三极管（a）结构示意图 （b）符号及等效电路图2.4.22 TTL或非门电路图2.4.23 TTL与或非门图2.4.24 TTL异或门图2.4.25 推拉式输出级并联的情况图2.4.26 集电极开路与非门的电路和图形符号返回下页上页2.4TTL门电路（三）图2.4.27 OC门输出并联的接法及逻辑图图2.4.28 计算OC门负载电阻最大值的工作状态图2.4.29 计算OC门负载电阻最小值的工作状态图2.4.30 例 2.4.4 的电路图2.4.31 三态输出门的电路图和图形符号 （

8、a）控制端高电平有效 （b）控制端低电平有效图2.4.32 用三态输出门接成总线结构图2.4.33 图2.4.34 图2.4.35 图2.4.36 图2.4.37 图2.4.38 图2.4.39用三态输出门实现数据的双向传输 74H系列与非门（ 74H 00）的电路结构抗饱和三极管肖特基势垒二极管的结构74S系列与非门 (74S 00)的电路结构74S系列反相器的电压传输特性74LS系列与非门 (74LS 00)的电路结构返回上页图2.4.1TTL反相器的典型电路返回图2.4.2TTL反相器的电压传输特性返回图2.4.3输入端噪声容限示意图返回图2.4.4TTL反相器的输入端等效电路返回图2.

9、4.5TTL反相器的输入特性返回图2.4.6TTL反相器高电平输出等效电路返回图2.4.7TTL反相器高电平输出特性返回图2.4.8TTL反相器低电平输出等效电路返回图2.4.9TTL反相器低电平输出特性返回图2.4.10例 2.4.1的电路返回图2.4.11TTL反相器输入端经电阻接地时的等效电路返回图2.4.12TTL反相器输入端负载特性返回图2.4.13例2.4.2的电路返回图2.4.14TTL反相器的动态电压波形返回图2.4.15TTL反相器的交流噪声容限（a）正脉冲噪声容限（b）负脉冲噪声容限返回图2.4.16TTL反相器电源电流的计算（a）vOVOL 的情况（b） vOVOH的情况

10、返回图2.4.17TTL反相器的电源动态尖峰电流返回图2.4.18TTL反相器电源尖峰电流的计算返回图2.4.19电源尖峰电流的近似波形返回图2.4.20TTL与非门电路返回图2.4.21多发射极三极管（a）结构示意图（b）符号及等效电路返回图2.4.22TTL或非门电路返回图2.4.23TTL与或非门返回图2.4.24TTL异或门返回图2.4.25推拉式输出级并联的情况返回图2.4.26集电极开路与非门的电路和图形符号返回图2.4.27OC门输出并联的接法及逻辑图返回图2.4.28计算OC门负载电阻最大值的工作状态返回图2.4.29计算OC门负载电阻最小值的工作状态返回图2.4.30例 2.

11、4.4 的电路返回图2.4.31三态输出门的电路图和图形符号（a）控制端高电平有效（b）控制端低电平有效返回图2.4.32用三态输出门接成总线结构返回图2.4.33用三态输出门实现数据的双向传输返回图2.4.3474H系列与非门(74H 00)的电路结构返回图2.4.35抗饱和三极管返回图2.4.36肖特基势垒二极管的结构返回图2.4.3774S系列与非门 (74S 00)的电路结构返回图2.4.3874S系列反相器的电压传输特性返回图2.4.3974LS系列与非门 (74LS 00)的电路结构返回2.5其它类型的双极型数字集成电路 图2.5.1 图2.5.2ECL或 / 或非门的电路及逻辑符

12、号ECL或 / 或非门的电压传输特性 图2.5.3I2L电路的基本逻辑单元（a）结构和电路图（b）简化的电路图 图2.5.4I2L或 / 或非门电路返回图2.5.1ECL或 / 或非门的电路及逻辑符号返回图2.5.2ECL或 / 或非门的电压传输特性返回图2.5.3I2L电路的基本逻辑单元（a）结构和电路图（b）简化的电路图返回图2.5.4I2L或 / 或非门电路返回2.6CMOS电路（一）CMOS反相器（a）结构示意图 （b）电路图CMOS反相器的电压传输特性CMOS反相器的电流传输特性不同VDD下CMOS反相器的噪声容限CMOS反相器输入端噪声容限与VDD的关系图2.6.1图2.6.2图2

13、.6.3图2.6.4图2.6.5图2.6.6CMOS反相器的输入保护电路（a）CC4000系列的输入保护电路（b）74HC系列的输入保护电路图2.6.7 CMOS反相器的输入特性（a）图2.6.6 (a)电路的输入特性 （b） 图2.6.6 (b)电路的输入特性图2.6.8图 2.6.9 图2.6.10 图2.6.11 图2.6.12 图2.6.13vO=VOL时CMOS反相器的工作状态CMOS反相器的低电平输出特性vO=VOH时CMOS反相器的工作状态CMOS反相器的高电平输出特性CMOS反相器传输延迟时间的定义和CL对传输延迟时间的影响VDD返回下页2.6CMOS电路（二）CMOS反相器的

14、交流噪声容限CMOS反相器的瞬时导通电流CMOS反相器对负载电容的充、放电电流CMOS反相器的静态漏电流（a） vI= 0 （b） vI=VDDCMOS与非门CMOS或非门带缓冲级的CMOS与非门电路带缓冲级的CMOS或非门电路漏极开路输出的与非门CC40107CMOS传输门的电路结构和逻辑符号CMOS传输门中两个MOS管的工作状态CMOS双向模拟开关的电路结构和符号CMOS模拟开关接负载电阻的情况图2.6.14 图2.6.15 图2.6.16 图2.6.17 图2.6.18 图2.6.19 图2.6.20 图2.6.21 图2.6.22 图2.6.23 图2.6.24 图2.6.25 图2.

15、6.26返回下页上页2.6CMOS电路（三）图2.6.27 图2.6.28 图2.6.29 图2.6.30 图2.6.31 图2.6.32 图2.6.33 图2.6.34 图2.6.35 图2.6.36 图2.6.37 图2.6.38 图2.6.39钳位电路CMOS模拟开关的电阻特性CMOS三态门电路结构之一CMOS三态门电路结构之二（a）用或非门控制（b）用与非门控制CMOS三态门电路结构之三MOS管的寄生电容效应BiCMOS反相器（a）最简单的电路结构 （b）常用的电路结构BiCMOS与非门电路BiCMOS或非门电路 输入端接大电容时的防护输入端接长线时的防护CMOS反相器中的双极型寄生三

16、极管效应CMOS反相器中的寄生三极管电路CMOS电路的钳位保护电路（a）输入端的钳位电路（b）输出端的图2.6.40 在 CMOS电路的电源上加去耦保护返回上页图2.6.1CMOS反相器（a）结构示意图（b）电路图返回图2.6.2CMOS反相器的电压传输特性返回图2.6.3CMOS反相器的电流传输特性返回图2.6.4不同VDD下CMOS反相器的噪声容限返回图2.6.5CMOS反相器输入端噪声容限与VDD的关系返回图2.6.6CMOS反相器的输入保护电路（a） CC4000系列的输入保护电路（b） 4HC系列的输入保护电路返回图2.6.7CMOS反相器的输入特性（a） 图2.6.6 (a)电路的

17、输入特性（b） 图2.6.6 (b)电路的输入特性返回图2.6.8vO= VOL时CMOS反相器的工作状态返回图2.6.9CMOS反相器的低电平输出特性返回图2.6.10vO= VOH时CMOS反相器的工作状态返回图2.6.11CMOS反相器的高电平输出特性返回图2.6.12CMOS反相器传输延迟时间的定义返回图2.6.13VDD 和CL对传输延迟时间的影响返回图2.6.14CMOS反相器的交流噪声容限返回图2.6.15CMOS反相器的瞬时导通电流返回图2.6.16CMOS反相器对负载电容的充、放电电流返回图2.6.17CMOS反相器的静态漏电流（a） vI= 0（b） vI=VDD返回图2.

18、6.18CMOS与非门返回图2.6.19CMOS或非门返回图2.6.20带缓冲级的CMOS与非门电路返回图2.6.21带缓冲级的CMOS或非门电路返回图2.6.22漏极开路输出的与非门CC40107返回图2.6.23CMOS传输门的电路结构和逻辑符号返回图2.6.24CMOS传输门中两个MOS管的工作状态返回图2.6.25CMOS双向模拟开关的电路结构和符号返回图2.6.26CMOS模拟开关接负载电阻的情况返回图2.6.27CMOS模拟开关的电阻特性返回图2.6.28CMOS三态门电路结构之一返回图2.6.29CMOS三态门电路结构之二（a）用或非门控制（b）用与非门控制返回图2.6.30CMOS三态门电路结构之三返回图2.6.31MOS管的寄生电容效应返回图2.6.32BiCMOS反相器（a）最简单的电路结构 （b）常用的电路结构返回图2.6.33BiCMOS与非门电路返回图2.6.34BiCMOS或非门电路返回图2.6.35输入端接大电容时的防护返回图2.6.36输入端接长线时的防护返回图2.6.37CMOS反相器中的双极型寄生三极管效应返回图2.6.38CMOS反相器中的寄生三极管电路返回图2.