數(shù)字電路講義-第3章w-2016

1、第三章第三章 門電路門電路 本章將著重討論：本章將著重討論： TTL、CMOS、及、及ECL等門電路的等門電路的基本結(jié)構(gòu)、基本結(jié)構(gòu)、工作原理、工作原理、外部特性外部特性及應(yīng)用知識及應(yīng)用知識第一節(jié)第一節(jié) 晶體管的開關(guān)特性及反相器晶體管的開關(guān)特性及反相器 一、半導(dǎo)體二極管開關(guān)及其特性一、半導(dǎo)體二極管開關(guān)及其特性1、晶體二極管特性曲線及等效電路、晶體二極管特性曲線及等效電路 實實際際特特性性曲曲線線一、半導(dǎo)體二極管開關(guān)及其特性一、半導(dǎo)體二極管開關(guān)及其特性2、二極管限幅電路、二極管限幅電路 a.限幅概念：限幅概念： 當輸入電壓超出一定范圍時，輸出電壓保持不變。當輸入電壓超出一定范圍時，輸出電壓保持不變

2、。上限幅：輸入電壓高于限幅電平時，輸出不變上限幅：輸入電壓高于限幅電平時，輸出不變 下限幅：輸入電壓低于限幅電平時，輸出不變下限幅：輸入電壓低于限幅電平時，輸出不變b.二極管限幅原理二極管限幅原理c.限幅電路的應(yīng)用限幅電路的應(yīng)用導(dǎo)通時導(dǎo)通時下降時間下降時間上升時間上升時間二極管限幅二極管限幅n開關(guān)特性+電阻分壓n串聯(lián)限幅限幅n并聯(lián)限幅限幅一、半導(dǎo)體二極管開關(guān)及其特性一、半導(dǎo)體二極管開關(guān)及其特性3、二極管鉗位電路、二極管鉗位電路 將輸出波形底部或頂部固定在所需電平上將輸出波形底部或頂部固定在所需電平上二極管二極管+？一、半導(dǎo)體二極管開關(guān)及其特性一、半導(dǎo)體二極管開關(guān)及其特性4、二極管的開關(guān)特性、二

3、極管的開關(guān)特性 改進改進措施措施第一節(jié)第一節(jié) 晶體管的開關(guān)特性及反相器晶體管的開關(guān)特性及反相器 二二 、晶體管三極開關(guān)及其特性、晶體管三極開關(guān)及其特性 1、晶體三極管特性曲線的折線化和等效電路、晶體三極管特性曲線的折線化和等效電路 二二 、晶體管三極開關(guān)及其特性、晶體管三極開關(guān)及其特性1、晶體三極管特性曲線的折線化和等效電路、晶體三極管特性曲線的折線化和等效電路 飽和等效飽和等效 截止等效截止等效二二 、晶體管三極開關(guān)及其特性、晶體管三極開關(guān)及其特性2、分布電容對反相器的影響、分布電容對反相器的影響 BE結(jié)結(jié)鉗位鉗位T截止截止T飽和飽和二二 、晶體管三極開關(guān)及其特性、晶體管三極開關(guān)及其特性3、

4、晶體管的開關(guān)特性、晶體管的開關(guān)特性 Vb=？第二節(jié)第二節(jié) 早期門電路早期門電路一、二極管門電路一、二極管門電路 二極管與門二極管與門第二節(jié)第二節(jié) 早期門電路早期門電路一、二極管門電路一、二極管門電路 二極管門電路特點，優(yōu)點：簡單、經(jīng)濟；二極管門電路特點，優(yōu)點：簡單、經(jīng)濟；二極管或門二極管或門第二節(jié)第二節(jié) 早期門電路早期門電路一、二極管門電路一、二極管門電路 ?不足：不足： 有電平位移現(xiàn)象有電平位移現(xiàn)象第二節(jié)第二節(jié) 早期門電路早期門電路二、三極管門電路二、三極管門電路 特點：輸出電平不會偏離特點：輸出電平不會偏離第二節(jié)第二節(jié) 早期門電路早期門電路三、電阻晶體管邏輯門（三、電阻晶體管邏輯門（RTL

5、） Resistor-Transistor Logic 功能？功能？第二節(jié)第二節(jié) 早期門電路早期門電路三、電阻晶體管邏輯門（三、電阻晶體管邏輯門（RTL）特點：高電平輸出時，特點：高電平輸出時， 負載能力差負載能力差第二節(jié)第二節(jié) 早期門電路早期門電路三、二極管晶體管邏輯門（三、二極管晶體管邏輯門（DTL） Diode-Transistor Logic二極管與門二極管與門與邏輯與邏輯電平電平移位移位倒相倒相第二節(jié)第二節(jié) 早期門電路早期門電路三、二極管晶體管邏輯門（三、二極管晶體管邏輯門（DTL）特點：輸出低電平時特點：輸出低電平時 負載能力差負載能力差問題：問題：為什么為什么RTL低電平負載能力

6、不差？低電平負載能力不差？為什么為什么DTL高電平負載能力不差？高電平負載能力不差？第二節(jié)第二節(jié) 早期門電路早期門電路四、邏輯約定及邏輯符號四、邏輯約定及邏輯符號 邏輯狀態(tài)：二進制兩個變量的狀態(tài)邏輯狀態(tài)：二進制兩個變量的狀態(tài)“1”、“0”，可用不同確，可用不同確定定 范圍的電平范圍的電平 相對較高邏輯高電平相對較高邏輯高電平H；相對較低邏輯低電平；相對較低邏輯低電平L正邏輯：較高電平對應(yīng)邏輯正邏輯：較高電平對應(yīng)邏輯1；較低電平對應(yīng)邏輯；較低電平對應(yīng)邏輯0負邏輯：較高電平對應(yīng)邏輯負邏輯：較高電平對應(yīng)邏輯0；較低電平對應(yīng)邏輯；較低電平對應(yīng)邏輯1正邏輯正邏輯=負邏輯的對偶負邏輯的對偶負邏輯的用途：負

7、邏輯的用途：中斷申請，母線中斷申請，母線作業(yè)：作業(yè)：P110-3.13.33.73.93.10 3.13 3.173.27第三節(jié)第三節(jié) 晶體管晶體管邏輯門（晶體管晶體管邏輯門（TTL）TTL（Transistor- Transistor-Logic）一、概述一、概述二、二、TTL基本門基本門（一）工作原理（一）工作原理（二）電壓傳輸特性（二）電壓傳輸特性（三）噪聲容限（三）噪聲容限（四）輸入輸出特性（四）輸入輸出特性（五）動態(tài)特性（五）動態(tài)特性（六）（六）TTL與非門與非門 電路的改進電路的改進TTL與非門工作原理與非門工作原理輸入級：輸入級：完成完成“與與”邏輯功能邏輯功能中間級：中間級：

8、反相反相 輸出輸出輸出級：輸出級：電平移位電平移位輸出驅(qū)動輸出驅(qū)動TTL與非門工作原理與非門工作原理ABF0.30.33.60.33.63.63.60.33.63.63.60.3=1V5V3.6VT1導(dǎo)通：飽和T2截止：T4、D3導(dǎo)通T5截止：TTL與非門工作原理與非門工作原理ABF0.30.33.60.33.63.63.60.33.63.63.60.32.1V1V0.3VT1倒置工作倒置工作：T2飽和：T4、D3截止T5飽和：TTL與非門總結(jié)：與非門總結(jié)：1、當任一輸入、當任一輸入為低電平時，為低電平時，輸出為高電平輸出為高電平2、當輸入均為、當輸入均為高電平時，輸高電平時，輸出為低電平出為

9、低電平1.00.4 0.4（二）電壓傳輸特性（二）電壓傳輸特性VOHminVOLmax線性區(qū)線性區(qū)輸出電壓隨輸入電壓的變化輸出電壓隨輸入電壓的變化電壓傳輸特性電壓傳輸特性VOHminVOLmax可靠低電平：？可靠低電平：？ 可靠低電平：？可靠低電平：？噪聲容限：所允許疊加噪聲電壓的最大值噪聲容限：所允許疊加噪聲電壓的最大值高電平高電平噪聲容限噪聲容限低電平低電平噪聲容限噪聲容限噪聲容限：噪聲的破壞作用噪聲容限：噪聲的破壞作用VOHminVOLmax噪聲容限噪聲容限（四）輸入輸出特性（四）輸入輸出特性1、輸入特性、輸入特性: 輸入端電流輸入端電流iI隨輸入電壓隨輸入電壓VI的變化關(guān)系的變化關(guān)系。

10、當Vi1.4V時：（四）輸入輸出特性（四）輸入輸出特性2、輸入負載特性：、輸入負載特性： 輸入電壓與輸入負載的特性曲線輸入電壓與輸入負載的特性曲線輸入接電阻輸入接電阻負載時的電路圖負載時的電路圖輸入負載特性輸入負載特性VOHminVOLmax？=開門電阻：大于開門電阻：大于2k關(guān)門電阻：小于關(guān)門電阻：小于600（四）輸入輸出特性（四）輸入輸出特性3、輸出特性：輸出驅(qū)動能力、輸出特性：輸出驅(qū)動能力（四）輸入輸出特性（四）輸入輸出特性3、輸出特性、輸出特性（四）輸入輸出特性（四）輸入輸出特性3、輸出特性、輸出特性Why？（四）輸入輸出特性（四）輸入輸出特性3、輸出特性、輸出特性（五）動態(tài)特性（五）

11、動態(tài)特性VOHminVOLmax（五）動態(tài)特性（五）動態(tài)特性電源出現(xiàn)尖峰，措施：電源出現(xiàn)尖峰，措施：串電感，并電容串電感，并電容（六）（六）TTL與非門電路的改進與非門電路的改進1、快速型（、快速型（H-TTL）和低功耗型（）和低功耗型（L-TTL）快速快速快速措施：快速措施：（六）（六）TTL與非門電路的改進與非門電路的改進1、快速型（、快速型（H-TTL）和低功耗型（）和低功耗型（L-TTL）低功耗措施：加大電阻低功耗措施：加大電阻 R1=40K ，R2=20K ，R3=500 ，R4=12K （六）（六）TTL與非門電路的改進與非門電路的改進2、肖特基、肖特基 TTL（S-TTL）措施：

12、措施：（六）（六）TTL與非門電路的改進與非門電路的改進3、低功耗肖特基、低功耗肖特基 TTL（LS-TTL）3、低功耗肖特基、低功耗肖特基 TTL（LS-TTL）4、高速型、高速型 TTL（F-TTL）三、其他邏輯功能的三、其他邏輯功能的TTL門電路門電路 1. 與或非門與或非門F1F2F3F1=ABF2=CDF3=AB+CD三、其他邏輯功能的三、其他邏輯功能的TTL門電路門電路 2. 異或門異或門F=?三、其他邏輯功能的三、其他邏輯功能的TTL門電路門電路 3. 集電極開路與非門（集電極開路與非門（OC門）門） 為什么？為什么？三、其他邏輯功能的三、其他邏輯功能的TTL門電路門電路 3.

13、集電極開路與非門（集電極開路與非門（OC門）門）三、其他邏輯功能的三、其他邏輯功能的TTL門電路門電路 3. 集電極開路與非門（集電極開路與非門（OC門）門）見新符號P14-16三、其他邏輯功能的三、其他邏輯功能的TTL門電路門電路 集電極開路與非門（集電極開路與非門（OC門）門）mn3. 集電極開路與非門（集電極開路與非門（OC門）門） OC門輸出全高時門輸出全高時 RL值的確定值的確定mnVcc-ILRLVOHmin=2.4maxminIHCBOLLLOHCCmInIIRIVV（二）集電極開路與非門（二）集電極開路與非門（OC門）門）OC門輸出只有門輸出只有1個為低時個為低時RL值的確定值

14、的確定mnIOLVcc-ILRLVOLmax=0.4maxmaxmaxILOLLLLOLCCmIIIRIVV（二）集電極開路與非門（二）集電極開路與非門（OC門）門）OC應(yīng)用應(yīng)用三、其他邏輯功能的三、其他邏輯功能的TTL門電路門電路 4. 三態(tài)門（三態(tài)門（TS門）門）正常工作正常工作高阻狀態(tài)高阻狀態(tài)三態(tài)門（三態(tài)門（TS門）應(yīng)用門）應(yīng)用構(gòu)成數(shù)據(jù)總線構(gòu)成數(shù)據(jù)總線-0.6VVIH=-0.9VVIL=-1.75V-1.3V第四節(jié)第四節(jié) 射極耦合邏輯門（射極耦合邏輯門（ECL）一、工作原理一、工作原理 -1.75-1.75-2.55-2.1-0.87-1.75-0.9當輸入均為VIL-0.6VVIH=-

15、0.9VVIL=-1.75V-1.3V第四節(jié)第四節(jié) 射極耦合邏輯門（射極耦合邏輯門（ECL）一、工作原理一、工作原理 -0.9-1.7-2.1-0.98-1.75-0.9當任一輸入為VIH第四節(jié)第四節(jié) 射極耦合邏輯門（射極耦合邏輯門（ECL） 第四節(jié)第四節(jié) 射極耦合邏輯門（射極耦合邏輯門（ECL） 圖圖 (a)所示是所示是H型開路輸出限定型開路輸出限定符號，表示該輸出內(nèi)部為符號，表示該輸出內(nèi)部為“1”時時(輸輸出晶體管導(dǎo)通時出晶體管導(dǎo)通時)，外部輸出，外部輸出H電平；電平；該輸出內(nèi)部為該輸出內(nèi)部為“0”時，外部處于高時，外部處于高阻抗狀態(tài)常用阻抗狀態(tài)常用 Z 表示表示)。 圖圖 (b)所示是所

16、示是L型開路輸出限定符型開路輸出限定符號，表示該輸出內(nèi)部為號，表示該輸出內(nèi)部為“0”時時(輸出輸出晶體管導(dǎo)通時晶體管導(dǎo)通時)，外部輸出，外部輸出L電平；電平；該輸出內(nèi)部為該輸出內(nèi)部為“1”時，外部處于高時，外部處于高阻抗狀態(tài)阻抗狀態(tài)。第四節(jié)第四節(jié) 射極耦合邏輯門（射極耦合邏輯門（ECL）二、特點二、特點第四節(jié)第四節(jié) 射極耦合邏輯門（射極耦合邏輯門（ECL）二、特點二、特點 1.由于工作非飽和狀態(tài)，電阻取值較小由于工作非飽和狀態(tài)，電阻取值較小 ，邏輯擺幅小，工作邏輯擺幅小，工作速度高；速度高； 2.互補輸出，使用方便；互補輸出，使用方便； 3.采用射極跟隨器輸出，輸出阻抗低，負載能力強；采用射極

17、跟隨器輸出，輸出阻抗低，負載能力強； 4.開關(guān)狀態(tài)下電流基本不變，所以開關(guān)噪聲低。開關(guān)狀態(tài)下電流基本不變，所以開關(guān)噪聲低。 5. VOH與與VEE無關(guān)，與無關(guān)，與VCC及射隨器的射結(jié)電壓有關(guān)及射隨器的射結(jié)電壓有關(guān)缺點：缺點： 1.噪聲容限低噪聲容限低 2.功耗大，不利于集成，主要用于高速系統(tǒng)。功耗大，不利于集成，主要用于高速系統(tǒng)。第四節(jié)第四節(jié) 射極耦合邏輯門（射極耦合邏輯門（ECL）二、特點二、特點 1.由于工作非飽和狀態(tài)，電阻取值較小由于工作非飽和狀態(tài)，電阻取值較小 ，邏輯擺幅小，工作邏輯擺幅小，工作速度高；速度高； 2.互補輸出，使用方便；互補輸出，使用方便； 3.采用射極跟隨器輸出，輸出

18、阻抗低，負載能力強；采用射極跟隨器輸出，輸出阻抗低，負載能力強； 4.開關(guān)狀態(tài)下電流基本不變，所以開關(guān)噪聲低。開關(guān)狀態(tài)下電流基本不變，所以開關(guān)噪聲低。 5. VOH與與VEE無關(guān)，與無關(guān)，與VCC及射隨器的射結(jié)電壓有關(guān)及射隨器的射結(jié)電壓有關(guān)缺點：缺點： 1.噪聲容限低噪聲容限低 2.功耗大，不利于集成，主要用于高速系統(tǒng)。功耗大，不利于集成，主要用于高速系統(tǒng)。第四節(jié)第四節(jié) 射極耦合邏輯門（射極耦合邏輯門（ECL） 第四節(jié)第四節(jié) 射極耦合邏輯門（射極耦合邏輯門（ECL） 第五節(jié)金屬第五節(jié)金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體邏輯門半導(dǎo)體邏輯門(MOSL) MOS：Metal-Oxide-Semiconduct

19、or Logic一、一、NMOS門門源極源極柵極柵極漏極漏極襯底襯底特點：特點：Ri=Ro=第五節(jié)金屬第五節(jié)金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體邏輯門半導(dǎo)體邏輯門(MOSL) MOS：Metal Oxide Semiconductor一、一、NMOS門門第五節(jié)金屬第五節(jié)金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體邏輯門半導(dǎo)體邏輯門(MOSL) 二、二、CMOS門（門（Comlementary MOS） 1.非門非門NMOSPMOS第五節(jié)金屬第五節(jié)金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體邏輯門半導(dǎo)體邏輯門(MOSL) 二、二、CMOS門（門（Comlementary MOS） 1.非門非門第五節(jié)金屬第五節(jié)金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體邏輯門半導(dǎo)體邏輯門(MOSL) CMOS門噪聲容限和轉(zhuǎn)換特性門噪聲容限和轉(zhuǎn)換特性二、二、CMOS門門2.或非門和與非門或非門和與非門二、二、CMOS門門2.或非門和與非門或非門和與非門二、二、CMOS門門3. CMOS傳輸門傳輸門二、二、CMOS門門3. CMOS傳輸門傳輸門PCI接口的應(yīng)用接口的應(yīng)用二、二、CMOS門門3. CMOS傳輸門傳輸門第六節(jié)第