課件光第二章門電路

1、門電路的分類門電路的分類兩大類工藝兩大類工藝技術(shù)的特點(diǎn)：技術(shù)的特點(diǎn)： 速度速度 功耗功耗集成度集成度 TTL 快快 大大 低低 MOS 慢慢 小小 高高目前最常用的工藝目前最常用的工藝: CMOS按封裝（外形）分：雙列直插、扁平封裝、表面封按封裝（外形）分：雙列直插、扁平封裝、表面封 裝、針式裝、針式復(fù)習(xí)二極管開關(guān)特性復(fù)習(xí)二極管開關(guān)特性復(fù)習(xí)三極管開關(guān)特性復(fù)習(xí)三極管開關(guān)特性一、一、PNPN（二極管）的開關(guān)特性（二極管）的開關(guān)特性PNPN結(jié)外電場 外加的正向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相反，削弱了內(nèi)電場。于是，內(nèi)電場對多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動的阻礙減弱，擴(kuò)散電流加大。擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于

2、漂移電流，可忽略漂移電流的影響，PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性。內(nèi)電場PN內(nèi)電場IF正向?qū)ㄕ驅(qū)?內(nèi)電場對多子擴(kuò)散運(yùn)動的阻礙增強(qiáng)，擴(kuò)散電流大大減小。此時PN結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場作用下形成的漂移電流大于擴(kuò)散電流，可忽略擴(kuò)散電流，PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性。PNPN結(jié)內(nèi)電場IS外電場 在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關(guān)，這個電流也稱為反向飽和電流 IS 。PN內(nèi)電場反向截至反向截至/VCEuO/mACiICQIBQUCEQCCVecCCRRVQec1RR 直流負(fù)載線斜率二、二、NPN三極管開關(guān)特性三極管開關(guān)特性飽和飽和截止截止ceecbb型

3、NPN型PNP +12VABDADBRFuA uBuF0V 0V0V0V 3V0V3V 0V0V3V 3V3VA BF0 000 101 001 11F=AB ABDADBRFF=A+B晶體管非門電路晶體管非門電路( (反相器反相器) )F=A+12VRcTRAAF+5VT1R1R2T2T3T4R3R4YWk4W.6k1W130Wk1AD2.3 TTL門電路門電路一、結(jié)構(gòu)與原理一、結(jié)構(gòu)與原理TTL非門非門TTL與非與非門電路二、特性二、特性ui/Vii/mA0121IISIIHIILIIH 輸入高電平電流輸入高電平電流(輸入漏電流輸入漏電流40 A)IIS 輸入短路電流輸入短路電流(1.6mA

4、)IIL 輸入低電平電流輸入低電平電流1、 輸入伏安特性輸入伏安特性F+5Vuiii12、 輸入端負(fù)載特性輸入端負(fù)載特性1F+5VRiuiuiRb1T1+5VRiRi較小時，較小時，uiUT，ui=“1”臨界時臨界時 ui=Ri+Rb1Ri(5Ube)=1.4Ron開門電阻，開門電阻，Ri Ron(2.5KW W)，ui為高電平。為高電平。Roff 關(guān)門電阻，關(guān)門電阻，Ri Roff(0.85KW W)，ui為低電平。為低電平。TTL門電路輸入端懸空時為門電路輸入端懸空時為“1”。i3、輸出特性、輸出特性拉電流負(fù)載拉電流負(fù)載(輸出高電平有效輸出高電平有效)IOHIOH 輸出高電平電流輸出高電平

5、電流(拉電流拉電流400 A)灌電流負(fù)載灌電流負(fù)載(輸出低電平有效輸出低電平有效)IOLIOL輸出低電平電流輸出低電平電流(灌電流灌電流16mA)“0”“1”FR1“0”“1”F+5VR14、電壓傳輸特性、電壓傳輸特性Vi1FAVo+5VRuo /V1234ui /V012UOHUOLUOHminUffUon開門電平開門電平 (輸出低電平的最大值輸出低電平的最大值 0.4V )U0LmaxUonUff關(guān)門電平關(guān)門電平 (輸輸出出高電平的最小值高電平的最小值 2.4V)uiuoUOHUOL理想化理想化UTUT 閾值電壓閾值電壓(門檻電平門檻電平)UT=1.4V三、門電路級聯(lián)：三、門電路級聯(lián)： 前

6、一個器件的輸出就是后一個前一個器件的輸出就是后一個器件的輸入，后一個是前一個的負(fù)器件的輸入，后一個是前一個的負(fù)載，兩者要相互影響。載，兩者要相互影響?！?”“1”“0”II LIOLT4T5+5VT1+5VRb1II LIOLT4T5+5V“1”T1+5VRb1IOHII H11“1”“0”IOHII H11負(fù)載能力的計(jì)算負(fù)載能力的計(jì)算“1”IOHII HII HII HII HIOH=N IIHN=IOH/IIH=400/40=10“0”IOLII LII LII LII LIOL=N IILN=IOL/IIL=16/1.6=10N 扇出系數(shù)扇出系數(shù)1&1&直流參數(shù)直流參數(shù)低

7、電平輸入電流低電平輸入電流 IIL1.6 mA高電平輸入電流高電平輸入電流 IIH 40 A 低電平輸出電流低電平輸出電流 IOL16 mA高電平輸出電流高電平輸出電流 IOH 0.4 mA低電平輸出電壓低電平輸出電壓 VOL0.4V (10個負(fù)載個負(fù)載)高電平輸出電壓高電平輸出電壓 VOH 2.4V (10個負(fù)載個負(fù)載) 傳輸延遲時間傳輸延遲時間AFAF理想波形理想波形實(shí)際波形實(shí)際波形tPd150%50%tPd2tpd1前沿傳輸延遲時間前沿傳輸延遲時間tpd2后沿傳輸延遲時間后沿傳輸延遲時間平均傳輸平均傳輸延遲時間延遲時間tpd=tpd1+tpd22FA1一、集電極開路（一、集電極開路（OC

8、）與非門）與非門為什么需要為什么需要OC門？門？普通與非門輸出不能直接連在一起實(shí)現(xiàn)普通與非門輸出不能直接連在一起實(shí)現(xiàn)“線與線與”！F=F1F2T4T5+5VF1T4T5+5VF2F?FF“1”“0”IT5飽和程度降低，飽和程度降低，輸出低電平抬高輸出低電平抬高,輸出輸出“不高不不高不低低”。T5電流過電流過大被燒毀。大被燒毀。F11F21 OC門可以實(shí)現(xiàn)門可以實(shí)現(xiàn)“線與線與”F=F1F2VCCRCF&ABF1&CDF2OC門電路門電路+5VABCT1R1R2T2R3T5F+VCCRCOC門必須外接電阻門必須外接電阻RC和電源和電源VCC才能正常工作。才能正常工作。邏輯符號：邏輯

9、符號：&ABFABFRC的計(jì)算方法的計(jì)算方法OC門輸出全為門輸出全為“1”時：時：UOHIOHIOH T5集電極漏電流集電極漏電流IIHIRCUOH=VCC IRCRC=VCC(nIOH+mIIH)RCRC UOH 當(dāng)當(dāng)UOH=UOHmin 時：時：RCmax=VCCUOHminnIOH+mIIHVCCRCn個個m個個&+5VABCT1R1R2T2R3T5F+VCCRCRC的計(jì)算方法的計(jì)算方法OC門輸出中有門輸出中有一個為一個為“0”時：時：UOL“0”“1”“1”IOLIILIRCUOL=VCC-(IOL-mIIL)RCRC IOL UOL 當(dāng)當(dāng)UOL=UOLmax 時：時：

10、RCmin=VCCUOLmaxIOL-mIILVCCRCn個個m個個&+5VABCT1R1R2T2R3T5F+VCCRC二、輸出三態(tài)門二、輸出三態(tài)門主主機(jī)機(jī)1外設(shè)外設(shè)23總線總線+5VABT1R1R2T2T3T4T5R3R5R4FDG1、工作原理、工作原理G=0時：時：F=ABG=1時：時：T2、T5截止截止D導(dǎo)通導(dǎo)通,T3、T4截止截止輸出呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。輸出呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。2、三態(tài)門符號、三態(tài)門符號ABENAF&ENENBEN=0時：時： F=ABEN=1時：時：F=Z Z為高阻為高阻AF&ENENBBENAFEN=1時：時： F=ABEN=0時：時：F=Z Z為高阻為

11、高阻ABENBENAF3、三態(tài)門應(yīng)用、三態(tài)門應(yīng)用多路開關(guān)多路開關(guān)ENA11ENA2F1EN1G1G2三態(tài)門應(yīng)用三態(tài)門應(yīng)用雙向總線驅(qū)動器，又稱收發(fā)器雙向總線驅(qū)動器，又稱收發(fā)器DIDODBE雙向總線雙向總線11ENEN系系 列列延遲功耗乘延遲功耗乘積積(微微焦耳微微焦耳)傳輸延遲傳輸延遲/ns功耗功耗/mW中速中速TTL(74)1001010高速高速TTL(74H)132622肖特基肖特基(甚高速甚高速)TTL(74S)57319低功耗肖特基低功耗肖特基TTL(74LS)199.52實(shí)際的與非門器件實(shí)際的與非門器件74LS002輸入輸入4與非門與非門74LS308輸入與非門輸入與非門1714817

12、148CMOS邏輯門電路邏輯門電路1 1CMOS非門非門VOVIVDDTPTN設(shè)設(shè)VDD（VTN+|+|VTP| |），），且且VTN=|=|VTP| |（1 1）當(dāng)）當(dāng)Vi =0=0V時，時，TN截止，截止， TP導(dǎo)通。輸出導(dǎo)通。輸出VOVDD。（2 2）當(dāng)）當(dāng)Vi = =VDD時，時，TN導(dǎo)通，導(dǎo)通， TP截止，輸出截止，輸出VO00V。增強(qiáng)型場效應(yīng)管增強(qiáng)型場效應(yīng)管2.CMOS與非門和或非門電路與非門和或非門電路與非門與非門或非門或非門FVDDTP2TP1TN1TN2ABTN1TN2TP1TP2VDDFAB設(shè)MOS管的開啟電壓：TN管 2VTP管 -2Vui 0 1 2 3 4 5 （V）

13、TN TP uo 0 1 2 3 4 5 （V）當(dāng)EN=H時，傳輸門按下表工作 當(dāng)EN=L時，兩個MOS管都截止，傳輸門不通，呈高阻。2. CMOS傳輸門傳輸門CMOS邏輯門電路的系列邏輯門電路的系列（1）基本的）基本的CMOS 4000系列。系列。（2）高速的）高速的CMOSHC系列。系列。（3）與）與TTL兼容的高速兼容的高速CMOSHCT系列。系列。CMOS邏輯門電路主要參數(shù)的特點(diǎn)邏輯門電路主要參數(shù)的特點(diǎn)（1）VOH（min）=VDD； VOL（max）=0。 所以所以CMOS門電路的邏輯擺幅（即高低電平之差）較大。門電路的邏輯擺幅（即高低電平之差）較大。 CMOS門電路功耗低，扇出數(shù)大，噪聲容限大，開關(guān)速度與門電路功耗低，扇出數(shù)大，噪聲容限大，開關(guān)速度與TTL接近，易大規(guī)模集成，已成為數(shù)字集成電路的發(fā)展方向。接近，易大規(guī)模集成，已成為數(shù)字集成電路的發(fā)展方向。（2）閾值電壓）閾值電壓Vth約為約為VDD/2。 ViH（min）=