第二章邏輯門電路基礎(chǔ)ppt課件

1、55555 二極管正偏時導(dǎo)通，管壓降為二極管正偏時導(dǎo)通，管壓降為0V0V，流過二極管，流過二極管的電流大小決定于外電路，相當(dāng)于開關(guān)閉合。二極的電流大小決定于外電路，相當(dāng)于開關(guān)閉合。二極管反偏時截止，流過二極管的電流為管反偏時截止，流過二極管的電流為0 0，相當(dāng)于開，相當(dāng)于開關(guān)打開，二極管兩端電壓的大小決定于外電路。這關(guān)打開，二極管兩端電壓的大小決定于外電路。這就是二極管的靜態(tài)開關(guān)特性。就是二極管的靜態(tài)開關(guān)特性。 二極管的靜態(tài)開關(guān)特性是指二極管穩(wěn)定地處于二極管的靜態(tài)開關(guān)特性是指二極管穩(wěn)定地處于導(dǎo)通和穩(wěn)定處于截止時的特性。導(dǎo)通和穩(wěn)定處于截止時的特性。給二極管電路加入一個方波信號，電流的波形怎樣呢？

2、給二極管電路加入一個方波信號，電流的波形怎樣呢？ 二極管的動態(tài)開關(guān)特性是指二極管從一個狀態(tài)到二極管的動態(tài)開關(guān)特性是指二極管從一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)的過渡過程中的特性。另一個狀態(tài)的過渡過程中的特性。55tretretsts十十tttt稱為反向恢復(fù)時間稱為反向恢復(fù)時間tsts為存儲時間為存儲時間tttt為渡越時間為渡越時間+區(qū)區(qū)PN耗盡層LpnL區(qū)中電子區(qū)中空穴濃度分布濃度分布PN(a)(b)x 同理，二極管從截止轉(zhuǎn)為正向?qū)ㄒ残枰獣r間，這段時同理，二極管從截止轉(zhuǎn)為正向?qū)ㄒ残枰獣r間，這段時間稱為開通時間。開通時間比反向恢復(fù)時間要小得多，一般間稱為開通時間。開通時間比反向恢復(fù)時間要小得多，一般可以忽

3、略不計(jì)?？梢院雎圆挥?jì)。55 三極管的動態(tài)開關(guān)特性是指三極管從一個三極管的動態(tài)開關(guān)特性是指三極管從一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)的過渡過程中的特性。狀態(tài)到另一個狀態(tài)的過渡過程中的特性。 三極管的靜態(tài)開關(guān)特性是指三極管穩(wěn)定地三極管的靜態(tài)開關(guān)特性是指三極管穩(wěn)定地處于飽和或截止?fàn)顟B(tài)時的特性。處于飽和或截止?fàn)顟B(tài)時的特性。5此時三極管既有飽和狀態(tài)時的特征此時三極管既有飽和狀態(tài)時的特征VCES =0.3V，又有放大狀態(tài)，又有放大狀態(tài)時的特征時的特征IC=IB），求此時三極管的集電極），求此時三極管的集電極臨界飽和電流臨界飽和電流ICS ，進(jìn)而求出基極臨界飽和電流，進(jìn)而求出基極臨界飽和電流IBS 。集電。集電極臨界飽和

4、電流極臨界飽和電流ICS是三極管的集電極可能流過的最大電流。是三極管的集電極可能流過的最大電流。（3在原始電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，求出三極在原始電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，求出三極管的基極支路中管的基極支路中實(shí)際流動的電流實(shí)際流動的電流iB。（4比較比較iB和和IBS的大小：的大?。喝羧鬷B IBS或者或者 iB ICS），則三極管），則三極管處于飽和狀態(tài)。處于飽和狀態(tài)。若若iB IBS或者或者 iB ICS），則三極管），則三極管處于放大狀態(tài)。處于放大狀態(tài)。5例例2-1 判斷圖電路中三極管的狀態(tài)，其中判斷圖電路中三極管的狀態(tài)，其中Rb=2k，RC=2k，VCC=12V，=50。 將三極管拿將三極管拿開，

5、發(fā)射結(jié)零偏，開，發(fā)射結(jié)零偏，所以三極管截止。所以三極管截止。5例例2-4 電路及參數(shù)如圖所示，三極管的電路及參數(shù)如圖所示，三極管的VBE=0.7V，60，輸入電壓，輸入電壓vi取值取值3V和和-2V。（1當(dāng)當(dāng)vi3V時判斷三極管的狀態(tài)，并求出時判斷三極管的狀態(tài)，并求出iC和和vo的值。的值。（2當(dāng)當(dāng)vi-2V時判斷三極管的狀態(tài)，并求出時判斷三極管的狀態(tài)，并求出iC和和vo的值。的值。55解：（解：（1vi3V 因?yàn)橐驗(yàn)閕BIBS 所以所以三極管處于飽和狀態(tài)，三極管處于飽和狀態(tài)，如右圖中的如右圖中的E點(diǎn)所示。點(diǎn)所示。)mA(23. 0107 . 03iB 0083(mA). 010605RVIC

6、CCBS V.VvCESo30)mA(4 . 0103 . 05iC7（2vi-2V 因?yàn)橐驗(yàn)関BE 0，反，反偏，所以三極管處于偏，所以三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，如右圖中截止?fàn)顟B(tài)，如右圖中的的A點(diǎn)所示。點(diǎn)所示。Vvo50iC5NPN型三極管三種工作狀態(tài)的特點(diǎn)型三極管三種工作狀態(tài)的特點(diǎn)P475（二雙極型三極管的動態(tài)開關(guān)特性（二雙極型三極管的動態(tài)開關(guān)特性5所需的時間。所需的時間。幾個時間概念幾個時間概念5幾個時間概念幾個時間概念5viVT時，管子處于線性電時，管子處于線性電阻區(qū)，阻區(qū)，vo=0。5 MOS管的開關(guān)管的開關(guān)時間取決于輸入和時間取決于輸入和輸出回路中電容的輸出回路中電容的充、放電時間。充、

7、放電時間。 MOS管的放電管的放電過程較快，充電過過程較快，充電過程相對緩慢。程相對緩慢。55正邏輯體制和負(fù)邏輯體制正邏輯體制和負(fù)邏輯體制正邏輯體制正邏輯體制: :將高電平用邏輯將高電平用邏輯1 1表示，低電平用邏輯表示，低電平用邏輯0 0表示表示負(fù)邏輯體制負(fù)邏輯體制: :將高電平用邏輯將高電平用邏輯0 0表示，低電平用邏輯表示，低電平用邏輯1 1表示表示5一、正與門電路一、正與門電路5正邏輯體制正邏輯體制邏輯符號邏輯符號邏輯表達(dá)式邏輯表達(dá)式5負(fù)邏輯體制負(fù)邏輯體制邏輯符號邏輯符號邏輯表達(dá)式邏輯表達(dá)式55正邏輯體制正邏輯體制負(fù)邏輯體制呢負(fù)邏輯體制呢? ?55 二極管邏輯門電路，電路結(jié)構(gòu)簡單，二極

8、管邏輯門電路，電路結(jié)構(gòu)簡單，簡單的串聯(lián)連接就可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的簡單的串聯(lián)連接就可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的邏輯運(yùn)算，但是這些電路的輸出電阻邏輯運(yùn)算，但是這些電路的輸出電阻大，帶載能力差，開關(guān)性能不理想，大，帶載能力差，開關(guān)性能不理想，所以引入所以引入TTLTTL邏輯門電路。邏輯門電路。5與非與非或非或非TTL集成電路分為：集成電路分為： 74系列：用于民用電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，系列：用于民用電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，工作溫度為工作溫度為0-70。 54系列：用于軍用電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，系列：用于軍用電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，工作溫度為工作溫度為-55- +125。TTL的含義：的含義：Transistor Tra

9、nsistor Logic 5 TTL TTL邏輯門電路由若干雙極型三極管邏輯門電路由若干雙極型三極管(BJT)(BJT)和電阻組成。和電阻組成。 TTL：Transistor Transistor Logic 輸出級輸出級T3T3、D D、T4T4和和Rc4Rc4構(gòu)成推拉式構(gòu)成推拉式的輸出級。用于提的輸出級。用于提高開關(guān)速度和帶負(fù)高開關(guān)速度和帶負(fù)載能力。載能力。中間級中間級T2T2和電阻和電阻Rc2Rc2、Re2Re2組成，從組成，從T2T2的集電結(jié)和發(fā)射的集電結(jié)和發(fā)射極同時輸出兩個相極同時輸出兩個相位相反的信號，作位相反的信號，作為為T3T3和和T4T4輸出級的輸出級的驅(qū)動信號；驅(qū)動信號；

10、輸入級輸入級T1T1和電阻和電阻Rb1Rb1組成。用于提組成。用于提高電路的開關(guān)速度高電路的開關(guān)速度55（一輸入（一輸入VI為高電平為高電平3.6V時時VB1=5VVBE1=1.4VVB1=4.3VVB1=2.1V倒置狀態(tài)倒置狀態(tài)Vo=0.3VVC2=1V飽和飽和飽和飽和截止截止截止截止，輸出為低電平，輸出為低電平0.3V開門開門5VB1=5VVBE1=4.7VVB1=1V飽和飽和Vo=3.6VVB4=5V截止截止截止截止飽和飽和導(dǎo)通導(dǎo)通，輸出為高電平，輸出為高電平3.6V關(guān)門關(guān)門1 1、輸入級采用三極管以提高工作速度。、輸入級采用三極管以提高工作速度。5二、二、TTLTTL非門的電壓傳輸特性

11、曲線和電路參數(shù)非門的電壓傳輸特性曲線和電路參數(shù)（一電壓傳輸特性曲線（一電壓傳輸特性曲線截止區(qū)截止區(qū)過渡區(qū)過渡區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)5開門開門關(guān)門關(guān)門輸出高電平輸出高電平標(biāo)準(zhǔn)輸出高電平標(biāo)準(zhǔn)輸出高電平VSHVSH輸出低電平輸出低電平標(biāo)準(zhǔn)輸出低電平標(biāo)準(zhǔn)輸出低電平VSLVSL輸入高電平輸入高電平開門電平開門電平輸入低電平輸入低電平關(guān)門電平關(guān)門電平（2輸入低電平噪聲容限電壓輸入低電平噪聲容限電壓(最大允許正向干擾電壓最大允許正向干擾電壓)5輸入高電平噪聲容限輸入高電平噪聲容限最大允許負(fù)向干擾電壓最大允許負(fù)向干擾電壓VNHV OHmin）-VON V OHmin）- V IHmin） 2.4V-2.0V0.4V。

12、輸入低電平噪聲容限輸入低電平噪聲容限最大允許正向干擾電壓最大允許正向干擾電壓VNLV OFF-V OLmax） V ILmax） -V OLmax） 0.8V-0.4V0.4V。 50.4V0.8V2.4V2.0V51輸入低電平電流輸入低電平電流IILVB1=1V)mA(RVVIbBCCIL1415115 當(dāng)門電路的輸入當(dāng)門電路的輸入端接低電平時，從門端接低電平時，從門電路輸入端流出的電電路輸入端流出的電流。流。2輸入高電平電流輸入高電平電流IIHVB1=2.1V倒置狀態(tài)倒置狀態(tài) 輸入高電平電流輸入高電平電流IIH是三級管是三級管VT1的的發(fā)射結(jié)反向飽和電流，發(fā)射結(jié)反向飽和電流，值很小，幾乎為

13、值很小，幾乎為0。5 當(dāng)門電路的輸入當(dāng)門電路的輸入端接高電平時，流入端接高電平時，流入輸入端的電流。輸入端的電流。).V(RRRvCCbiiI701vI的極限值為的極限值為1.4V。51關(guān)門電阻關(guān)門電阻ROFF2開門電阻開門電阻RON三極管三極管VT3處于關(guān)門狀態(tài)處于關(guān)門狀態(tài)).(RRR.bii705801 1094iOFFRRSN7404：三極管三極管VT3處于開門狀態(tài)處于開門狀態(tài)).(RRR.bii705411 1931iONRRSN7404：Ri應(yīng)該大于應(yīng)該大于4805驅(qū)動門驅(qū)動門負(fù)載門負(fù)載門62最大輸出低電平電流最大輸出低電平電流I OLmax)3 3輸出低電平時的扇出系數(shù)輸出低電平時

14、的扇出系數(shù)灌電流負(fù)載灌電流負(fù)載1TTL非門的低電平非門的低電平輸出特性曲線輸出特性曲線 把驅(qū)動門對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)輸出低電平把驅(qū)動門對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)輸出低電平USL時，灌入其輸時，灌入其輸出端的電流。出端的電流。IL(max)OLOLIIN6（二（二TTL非門的高電平輸出負(fù)載特性非門的高電平輸出負(fù)載特性驅(qū)動門驅(qū)動門負(fù)載門負(fù)載門62最大輸出高電平電流最大輸出高電平電流I OHmax）3輸出高電平時的扇出系數(shù)輸出高電平時的扇出系數(shù)1TTL非門的低電平非門的低電平輸出特性曲線輸出特性曲線拉電流負(fù)載拉電流負(fù)載 把驅(qū)動門對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)輸出高電平把驅(qū)動門對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)輸出高電平USH時拉出其輸出時拉出其輸出端的電流。端的電流。IH(m

15、ax)OHOHIIN6輸出低電平時的扇出系數(shù)輸出低電平時的扇出系數(shù)IL(max)OLOLIIN輸出高電平時的扇出系數(shù)輸出高電平時的扇出系數(shù)IH(max)OHOHIIN6截止延遲時間截止延遲時間tPHL輸出信號輸出信號vo由高電平轉(zhuǎn)為低電平的時由高電平轉(zhuǎn)為低電平的時間。間。導(dǎo)通延遲時間導(dǎo)通延遲時間 tPLH 輸出信號輸出信號vo由低電平轉(zhuǎn)為高電平的由低電平轉(zhuǎn)為高電平的時間。一般時間。一般tPLH tPHL。非門的傳輸延遲時間非門的傳輸延遲時間tpd是是tPHL和和tPLH的平均值。的平均值。 一般一般TTL非門傳輸延遲時間非門傳輸延遲時間tpd的值為幾納秒十幾個納秒。的值為幾納秒十幾個納秒。2P

16、HLPLHpdttt61. 1. 功率損耗功率損耗靜態(tài)功耗：指的是當(dāng)電路沒有狀態(tài)轉(zhuǎn)換時的功耗，即靜態(tài)功耗：指的是當(dāng)電路沒有狀態(tài)轉(zhuǎn)換時的功耗，即門電路空載時電源總電流門電路空載時電源總電流IDID與電源電壓與電源電壓VDDVDD的乘積，的乘積，靜態(tài)功耗比較低，因此靜態(tài)功耗比較低，因此CMOSCMOS電路廣泛用于要求功耗較電路廣泛用于要求功耗較低或電池供電的設(shè)備，如筆記本、手機(jī)等。低或電池供電的設(shè)備，如筆記本、手機(jī)等。動態(tài)功耗：指的是電路在輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換時的功耗。動態(tài)功耗：指的是電路在輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換時的功耗。靜態(tài)功耗靜態(tài)功耗動態(tài)功耗動態(tài)功耗6 對于對于TTLTTL門電路來說，靜態(tài)功耗是主要的。門電路來

17、說，靜態(tài)功耗是主要的。CMOSCMOS電路的靜態(tài)功耗非常低，主要是動態(tài)功耗。電路的靜態(tài)功耗非常低，主要是動態(tài)功耗。2. 延時延時功耗積功耗積 是速度功耗綜合性的指標(biāo)。延時是速度功耗綜合性的指標(biāo)。延時功耗積，用符功耗積，用符號號DP表示。表示。PD為門電路的功耗為門電路的功耗 一個邏輯門電路的一個邏輯門電路的DP值越小，它的特性越接近值越小，它的特性越接近理想情況。理想情況。2PHLPLHpdttt)J(PtDPDpd6、IILIIL、IIHIIH、RONRON、ROFFROFF、NONONOLNOL、NOHNOH）、）、tPDtPD、PDPD、DPDP666A+BA+B6AB+CDAB+CD6

18、A+BABAB+A+B引入引入（一普通的（一普通的TTL門電路輸出門電路輸出端直接相連的后果端直接相連的后果使得輸出為使得輸出為低電平的邏低電平的邏輯門的輸出輯門的輸出級損壞級損壞6（二集電極開路的（二集電極開路的TTL門電路門電路6（三集電極開路的（三集電極開路的TTL門電路可以實(shí)現(xiàn)線與運(yùn)算門電路可以實(shí)現(xiàn)線與運(yùn)算使用時的外電路連接上拉電阻使用時的外電路連接上拉電阻RPRP線與可以實(shí)現(xiàn)與或非運(yùn)算線與可以實(shí)現(xiàn)與或非運(yùn)算6外接上拉電阻值的計(jì)算方法外接上拉電阻值的計(jì)算方法 OC門上拉電阻最大值的計(jì)算門上拉電阻最大值的計(jì)算 為保證為保證OC與非門輸出的高電平不低于高電平的下與非門輸出的高電平不低于高電

19、平的下限限VOH(min)，Rp的值不能選得太大，即要保證的值不能選得太大，即要保證 Rp(max)=6OC門上拉電阻最小值的計(jì)算門上拉電阻最小值的計(jì)算。 應(yīng)當(dāng)確保在最不利的應(yīng)當(dāng)確保在最不利的情況下，即只有一個情況下，即只有一個OC與非門的輸出級三極管與非門的輸出級三極管T3處于飽和狀態(tài)。這時所有處于飽和狀態(tài)。這時所有負(fù)載電流全部流入唯一的負(fù)載電流全部流入唯一的那個處于飽和狀態(tài)的輸出那個處于飽和狀態(tài)的輸出級三極管級三極管T3的集電極，輸?shù)募姌O，輸出的低電平要低于輸出低出的低電平要低于輸出低電平的上限電平的上限V OL(max)。 R p(min) = OC門上拉電阻門上拉電阻RP的取值應(yīng)在的

20、取值應(yīng)在RPmin和和RPmax之間之間666六個子部件六個子部件兩兩之間建兩兩之間建立連接立連接六個子部件六個子部件通過總線建通過總線建立連接立連接單向總線單向總線三態(tài)門實(shí)三態(tài)門實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸向傳輸66工作管工作管負(fù)載管負(fù)載管CMOS邏輯門電路是由邏輯門電路是由N溝道溝道MOSFET和和P溝道溝道MOSFET互補(bǔ)而成。互補(bǔ)而成。VTN = 2 VVTP = - 2 V6)v(fvio（1工作速度快工作速度快（2靜態(tài)功耗低靜態(tài)功耗低（3扇出系數(shù)大扇出系數(shù)大6邏輯符號邏輯符號電路電路 傳輸門中TP和TN的襯底分別接-5V和+5V，輸入信號的變化范圍為-5V +5V。C=0的電平值為-5

21、V，C=1的電平值為+5V，開啟電壓VVTN = 3V，VVTP=-3V。當(dāng)C=0時，TP和TN均截止，TG關(guān)閉C=1時，TG工作。6雙向模擬開關(guān)雙向模擬開關(guān)VTN = 2 VVTP = - 2 V6VTN = 2 VVTP = - 2 V6BA XBALBABABABABA6 2.驅(qū)動器件的輸出電壓必須處在負(fù)載器件所要求的驅(qū)動器件的輸出電壓必須處在負(fù)載器件所要求的輸入電壓范圍，包括高、低電壓值屬于電壓兼容性的輸入電壓范圍，包括高、低電壓值屬于電壓兼容性的問題）。問題）。 在數(shù)字電路或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，往往將在數(shù)字電路或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，往往將TTLTTL和和CMOSCMOS兩種兩種器件混合使用，以滿

22、足工作速度或者功耗指標(biāo)的要求。由器件混合使用，以滿足工作速度或者功耗指標(biāo)的要求。由于每種器件的電壓和電流參數(shù)各不相同，因而在這兩種器于每種器件的電壓和電流參數(shù)各不相同，因而在這兩種器件連接時，驅(qū)動器件和負(fù)載器件要滿足以下兩個條件：件連接時，驅(qū)動器件和負(fù)載器件要滿足以下兩個條件： 1.驅(qū)動器件必須對負(fù)載器件提供足夠大的拉電流和灌驅(qū)動器件必須對負(fù)載器件提供足夠大的拉電流和灌電流屬于門電路的扇出數(shù)問題）；電流屬于門電路的扇出數(shù)問題）；6總）總）IOLmax）IIL總）總） 驅(qū)動電路必須能為負(fù)載電路提供足夠的驅(qū)動電路必須能為負(fù)載電路提供足夠的驅(qū)動電流驅(qū)動電流 驅(qū)動電路必須能為負(fù)載電路提供合乎相驅(qū)動電路

23、必須能為負(fù)載電路提供合乎相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的高、低電平應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的高、低電平 一、一、TTL與與CMOS器件之間的接口問題器件之間的接口問題61 1、多余輸入端的處理、多余輸入端的處理（1 1對于負(fù)載電流較小，用門電路直接驅(qū)動，如顯示對于負(fù)載電流較小，用門電路直接驅(qū)動，如顯示器件或繼電器器件或繼電器 二、二、TTL和和CMOS電路帶負(fù)載時的接口問題電路帶負(fù)載時的接口問題61 1、多余輸入端的處理、多余輸入端的處理（1 1對于與非門及與門，多對于與非門及與門，多余輸入端應(yīng)接高電平，比如余輸入端應(yīng)接高電平，比如直接接電源正端，或通過一直接接電源正端，或通過一個上拉電阻個上拉電阻1 13kW3kW接電接電源正端；在前級驅(qū)動能力允源正端；在前級驅(qū)動能力允許時，也可以與有用的輸入許時，也可