電子技術(shù)基礎(chǔ)檔數(shù)電ch2門電路

1、知識點：第一章邏輯代數(shù)基本邏輯運算邏輯函數(shù)表達(dá)形式： 真值表；邏輯表邏輯函數(shù)化簡： 公式法化簡卡諾圖化簡；邏輯圖；卡諾圖1卡諾圖化簡畫圈規(guī)則：圈個數(shù)盡量少；圈盡量大； 包含所有的1；每個圈有帶約束項的邏輯函數(shù)化簡約束條件的表示；在卡諾圖中；的12第 2 章門電路3數(shù)字電路邏輯特性組合邏輯電路門電路電氣特性數(shù)字電路邏輯特性觸發(fā)器時序邏輯電路電氣特性4概述一、門電路的概念實現(xiàn)基本邏輯運算和常用復(fù)合邏輯運算的電子電路5與 非 門或 非 門與或非門異或門與 門或 門非 門二、邏輯變量與兩狀態(tài)開關(guān)二值邏輯:數(shù)字電路:所有邏輯變量只有兩種取值(1 或 0)。通過電子開關(guān) S 的兩種狀態(tài)(開或關(guān))獲得高、低

2、電平，用來表示 1 或 0。3VuOuIS 可由二極管、三極管或 MOS 管實現(xiàn)6SSuO邏輯狀態(tài)斷開高電平 3 V10閉合低電平 0 V01三、高、低電平與正、負(fù)邏輯高電平和低電平是兩個不同的可以截然區(qū)別開來的電壓范圍。5V2.4V5V2.4V0.8V0V0.8V0V7負(fù)邏輯正邏輯0110四、分立元件門電路和集成門電路分立元件門電路：用分立的元器件和導(dǎo)線連接起來的門電路。集成門電路：把導(dǎo)體門電路的元器件和連線，都制作在一塊半上，再封裝起來。常用：CMOS 和 TTL 集成門電路8五、數(shù)字集成電路的集成度一塊中含有等效邏輯門或元器件的個數(shù)SSI小規(guī)模集成電路< 10 門/片< 10

3、0 元器件/片10 99 門/片100 999 元器件/片100 9 999 門/片(Small Scale Integration)或MSI中規(guī)模集成電路(Medium Scale Integration)或LSI大規(guī)模集成電路或 1 000 99 999 元器件/片> 10 000 門/片或 > 100 000 元器件/片9(Large Scale Integration)超大規(guī)模集成電路VLSI(Very Large Scale Integration)2. 1半導(dǎo)體二極管、三極管和 MOS 管的開關(guān)特性理想開關(guān)的開關(guān)特性2. 1. 1S一、 靜態(tài)特性AK 斷開 閉合= 0，

4、UAK= 0= ¥，IOFF= 0ROFFRON10S二、動態(tài)特性AK= 0= 0 開通時間：（斷開閉合）ton 關(guān)斷時間：（閉合斷開） toff普通開關(guān)：靜態(tài)特性好，動態(tài)特性差半導(dǎo)體開關(guān)：靜態(tài)特性較差，動態(tài)特性好幾百萬/秒幾千萬/秒112. 1. 2半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性ID /mA一、靜態(tài)特性1. 伏安特性PN結(jié)正向?qū)▍^(qū)反向截止區(qū)U(BR)00.5 0.7UDUD/V+-AK反向擊穿區(qū)ID 外加正向電壓(正偏)硅二極管伏安特性UD » 0.7 VUD < 0.5 VID » 0二極管導(dǎo)通(相當(dāng)于開關(guān)閉合) 外加反向電壓(反偏)二極管截止(相當(dāng)于開關(guān)斷開

5、)122. 二極管的開關(guān)作用：電路，例+uO-uI = - 2 V 或 3 V試判別二極管的工作狀態(tài)及輸出電壓。uI-uI = UI L = - 2 VuO = 0 VuO = 2.3 V二極管截止解u = UI IH =V二極管導(dǎo)通130.7 V+-二、動態(tài)特性電容效應(yīng)使二極管的通斷需要一段延遲時間才能完成1.二極管的電容效應(yīng)結(jié)電容 C j擴(kuò)散電容 C DuIt2.二極管的開關(guān)時間ton 開通時間0iDtoff 關(guān)斷時間ton << toff (trr ) t05 nston toff(反向恢復(fù)時間)142. 1. 3 半導(dǎo)體三極管的開關(guān)特性一、靜態(tài)特性(電流型)1.輸入、輸出特

6、性iB(1) 輸入特性iCcebi=f (u)BBE uCENPN15iC / mA4(2) 輸出特性50 µA40µA30 µA20 µA10 µAiB = 0飽i=f (u)和3區(qū)CCEiB放大區(qū)2uCE/V截止區(qū)41026816狀態(tài)電流關(guān)系條件放大i C= b iB發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏飽和i C b iB兩個結(jié)正偏截止iB 0, iC 0兩個結(jié)反偏2.半導(dǎo)體三極管的開關(guān)應(yīng)用uI = UI L = -2 V(1)T 截止發(fā)射結(jié)反偏iB » 0uO » VCCiC » 0= 12 VuI = UI H = 3 V

7、(2)T 導(dǎo)通發(fā)射結(jié)正偏放大還是飽和？= UCESuO0.3 VT 飽和17+VCC(12V)Rc2 kWiCR+biBT3V2.3 kWb = 100 uo uI-2V-利用三極管的飽和與截止兩種狀態(tài)，合理選擇電路參數(shù)，可產(chǎn)生類似于開關(guān)的閉合和斷開的效果，用于輸出高、低電平，即開關(guān)工作狀態(tài)。18三極管飽和程度­ Þ toff­二、動態(tài)特性uI/ V30-2tiC0.9ICS0.1ICS0ttoffton uO/ V30.30t19開關(guān)接通正向?qū)ǎ憾O管開關(guān)斷開反向截止：C開關(guān)作用開關(guān)接通飽和區(qū)： BC三極管（C,E)E截止區(qū)：開關(guān)斷開BE202. 2分立元器件

8、門電路2. 2. 1二極管與或門一、二極管與門電壓關(guān)系表AB&符號:Y與門（AND gate)21真值表Y = ABABY000010100111uA/VuB/VD1D2uY/V00導(dǎo)通 導(dǎo)通0.703導(dǎo)通 截止0.730截止 導(dǎo)通0.733導(dǎo)通 導(dǎo)通3.7二、二極管或門電壓關(guān)系表AB1符號:Y或門（OR gate)22真值表Y = A + BABY000011101111uA/VuB/VD1D2uY/V00導(dǎo)通 導(dǎo)通- 0.703截止 導(dǎo)通2.330導(dǎo)通 截止2.333導(dǎo)通 導(dǎo)通2.32. 2. 2三極管非門（反相器一、半導(dǎo)體三極管非門1. uI = UIL = 0VT 截止= 5V

9、u= U= VOOHCC2. uI = UIH = 5VT導(dǎo)通= UIH - uBE= 5 - 0.7 mA = 1 mAii> I因為BR4.3BBSb» VCC5所以T 飽和=mA = 0.17mAIBSb R30´1cuO = UOL = 0.3 ViB > IBS飽和導(dǎo)通條件:23）+VCC+5ViCRc1 kWRbiB+TuOuI4.3 kW = 30-三極管非門:真值表電壓關(guān)系表符號函數(shù)式Y(jié) = AAY241AY0110uI/VuO/V0550.3+VCC+5ViCRc1 kW YA RbiB+TuOuI4.3 kW = 30-分立元件門電路缺點1、

10、體積大、工作不可靠。2、帶負(fù)載能力差。3、各種門的輸入、輸出電平不匹配。252. 4TTL 集成門電路（TransistorTransistorLogic）TTL電路的基本環(huán)節(jié)是反相器。1A1Y2A2Y3A3YGND6 反相器 74LS04 的引腳排列874LS0412345672. 4. 1TTL 反相器+VCC(5V)一、電路組成及工作原理R4R14kWR2130W1.6kW1.電路組成T3D1 保護(hù)二極管ATD防止輸入電壓過低。u2YT1IuoD1當(dāng) uI < - 0.5 - 0.7 V 時，D1 導(dǎo)通， uI 被鉗制在- 0.5 - 0.7 V，不可能繼續(xù)下降。T4R31kW輸入

11、級中間級輸出級272.工作原理+VCC(5V)uI = UIL = 0 VR4RR12= u= 0.7 Vu130W4kW0.7VA1.6kWB1BE1T35VT的基極電壓無法使DT1T1因為2 3.6V u 0V T2 和T4 的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通IRLuoT4R31kWT 、 T 截止所以負(fù)載的等24效電阻= VCC - iB3R2 » VCC = 5 VuB3T3 、 D 導(dǎo)通uO = uB3 - uBE3 - uD = (5 - 0.7 - 0.7) V = 3.6 V282.工作原理+VCC(5V) uI = UIH = 3.6 VRRR4121V130W4kW 2.1VA1.6k

12、WT3因為 : uE> uB > uC發(fā)射結(jié)反偏集電結(jié)正偏，即D0.3VTYuI11.4V0.7VT u0.34R31kWuO = UCES4 0.3Vibb» 0.02所以Y = Ai則=(1+ i )ib293.6 Vic¢ = i ibie¢uI/VuO/V03.63.60.3T4 飽和導(dǎo)通T2 飽和，T3 、D 均截止T1 倒置放大狀態(tài)二、靜態(tài)特性1.輸入特性=(1) 輸入伏安特性： iIf (uI )uI = UIH = 3.6 V高電平輸入電流或輸入端漏電流 IIH= bi (VCC- 2.1V) = 0.0145 mAi = IIIHR1

13、30+VR+VCCiI / mACC4k 1+5 VI+5 Vi WUIHUIHiIIIL+1+T012uI / Vuu1be2-1IouIbeI IL-4I IS=(2) 輸入端負(fù)載特性： uIf (Ri )Ri < 0.7 kWuI < 0.7 VuO = UOH = 3.6 VT2、T4 截止Ri = Roff 關(guān)門電阻（< 0.7 kW）31即：當(dāng) Ri 為 0 .7 kW 以下電阻時 , 輸入端相當(dāng)于低電平。+VCC+VCCR1+5 VuI / V+5V4kWi 1.4 V 2+1+Tuuo1be21IRuIRiR / W-i-0.7 Vi0 Roff2 Ron46

14、練習(xí) 寫出圖中所示各個門電路輸出端的邏輯表。A&= AY1100kWA1Y1 = A0100kW32TTLuO =f (iO )2.輸出特性注意：輸出短路電流 IOS 可達(dá) - 33 mA，將造成器件過熱燒毀 ，故門電路輸出端不能接地！33uO / V+ VCCuI = UIL33.6V+ 5 V1iO2+uI = UIHuIuO0.3V1i/mA-O-30 -20 -100 10 20 303. 電壓傳輸特性（1）特性曲線分析：uO=f (uI )閾值電壓DE 段：uI > 1.4 V ，T2 、T4 飽和導(dǎo)通，uO = UOL 0.3 VT3 、D 截止。34截止區(qū)+VCCu

15、O /V+5V4A B線性區(qū)+1+3.6V3uu2C轉(zhuǎn)折區(qū)IO-0.3V1DE飽和區(qū)01234uI /VG2 輸入低電的噪聲容限：UNL的正向噪聲電壓的最大值UILmax - UOL max = 0.4 VUG1G2輸出高電平典型值 = 3.6 V輸入高電平典型值 = 3.6 VUOHUOH m= 2.4 V= 2.0 VUUOH minIH min輸出低電平典型值 = 0.3 V輸入低電平典型值 = 0.3 VUOL mUOL= 0.4 V= 0.8 V35UOL maxUIL max疊加NL =inUNHUIHUIH minUIL maxaxUNLUIL三、動態(tài)特性uIuO傳輸延遲時間uI

16、tPHL 輸出電壓由高到低時的傳輸延遲時間。Uim50%Uimt0uOtPLH 輸出電壓由低到高時的傳輸延遲時間。50%UomtUom0tpd 平均傳輸延遲時間ttPHLPLH= tPHL + tPLH典型值： tPHL= 8 ns , tPLH= 12 nstpd2最大值： t= 15 ns , t= 22 nsPHLPLH3612. 4. 2TTL與非其它邏輯門電路+VCC一、TTL 與非門整理結(jié)果：+5V R4130W+VC R14kW2.1VR21.6kW1VA0BY1T30CAT2D Y RL1011T10.7VD21B00.3VT43.6VD1110R31kWY1 = AB與非門輸

17、入級中間級輸出級ABY137&+VCC+5VR4二、TTL 或非門iB1R21V整理結(jié)果：5V0.3 VT3T1D1DTY21Vi ¢B13.6V0.3 VR3T1¢D1¢T ¢2中間級Y = A + B或非門1輸入級輸出級ABY其它邏輯相似。1381ABY001010100110問題：門電路多余輸入端如何處理？1、TTL門輸入端懸空相當(dāng)于接高電平。2、為了防止干擾，可將與門多余的輸入端接高電平， 將或門多余的輸入端接低電平。或者與其他輸入端相接。39帶負(fù)載能力:+VC C（ +5V）+VCC Rb14KRb14K（1）灌電流負(fù)載T4截止D截止I

18、ILT 3I= IOLC3 飽和當(dāng)驅(qū)動門輸出低電，電流從負(fù)載門灌入驅(qū)動門。當(dāng)負(fù)載門的個數(shù)增加，灌電流增大，會使T3脫離飽和，輸出低電平升高。灌入輸出端的電流定義為輸出低電平電流IOL。由此可得出:因此，把= IOLNOLNOL稱為輸出低電的扇出系數(shù)。IIL輸出低電平IILRc4（2）拉電流負(fù)載+VC C（ +5V）+VCCRb14KRb14K當(dāng)驅(qū)動門輸出高電，電T4流從驅(qū)動門拉出,流至負(fù)載門的輸入端。拉電流增大時，RC4上的壓降導(dǎo)通D導(dǎo)通IIHT 3增大，會使輸出高電平降低。截止因此，把拉出輸出端的電流定義為輸出高電平電流IOH。= IOHNNOH稱為輸出高電的扇出系數(shù)。OHIIH一般NOLN

19、OH， 用NO表示。兩者中的較小值作為門電路的扇出系數(shù)，IOH = IE4IIH輸出高電平Rc4Ø 扇出系數(shù)邏輯門所能夠驅(qū)動同類門（輸入端）的個數(shù)。= IOHmax (drive)= IOLmax(drive)NNOHI(load)OLI(load)IHILv 總的扇出系數(shù)是高、低電平狀態(tài)下扇出系數(shù)中較小的一個。NO = min(NOL , NOH )2. 4. 3TTL 集電極開路三態(tài)門OC 門(OpenCollectorGate)一、集電極開路可以線與連接+VCC+5V+V ¢CCRR12+V ¢CC外接RCRACT2ABYTY 1BABT4DD21R343O

20、C 門必須外接負(fù)載電阻和電源才能正常工作。&2. OC 門的主要特點：線與連接舉例：+V ¢CC+V ¢CC+VCCG1線與ARC YRCY1Y1AT2 YBT1ABT4BG2CDY2CD+VCC= AB × CDY = Y1 ×Y2Y2CT¢T¢12= AB + CDT¢4D44&&OC門進(jìn)行線與時，外接上拉電阻RP的選擇：（1）當(dāng)輸出高電，RP不能太大。RP為最大值時要保證輸出電壓為VOH（min），由+VCC RPIIHVOH&IIH得：nmIIH&&&（2）當(dāng)輸

21、出低電，RP不能太小。RP為最小值時要保證輸出電壓為VOL（max），由+VCC RPVOL& IOLIILnm所以：RP（min）RPRP（max）IIL&&&（2）用OC門實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換圖用OC門實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換的電路47二、 輸出三態(tài)門 TSL門(Three - StateLogic)三態(tài)門電路的輸出有三種可能出現(xiàn)的狀態(tài)：高電平、低電平、高阻。懸空、懸浮狀態(tài)，又稱為狀態(tài)。A B&ENYEN48何為高阻狀態(tài)？1.電路組成及其工作原理+VCC+5VR4(1) 電路組成R2R1 使能端低電平有效T3D YA BYAT2T1BD3EN 使能端高電平有效T4R3使

22、能端A B&ENYEEN49EN1N1&EN（2）工作原理以使能端低電平有效為例：+VCC+5VR4R2R1EN = 1 時P = 0 (低電平)T2 、T4截止D3 導(dǎo)通TQT3ADT2Y1BD3T可能輸出狀態(tài)：使能端u 1 VQ0、1 或高阻態(tài)PT3、D 截止EN輸出端與上、下均斷開 高阻態(tài)，記做 Y = Z5012.應(yīng)用舉例：G1(1) 用做多路開關(guān)EN = 0 時A11A2YG2EN = 1 時1EN使能01EN使能端511EN= A22.應(yīng)用舉例：(2) 用于信號雙向傳輸EN = 0 時G1A1A2 EN = 1 時1G21EN使能0EN5211EN= A1= A22.(3)應(yīng)用舉例：數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線G1G2GnEN 1EN 2EN nA1A2An注意：53任何時刻，只一個三態(tài)門使能， 其余為高阻態(tài)。011EN1EN1EN1第二章小結(jié)一、半導(dǎo)體二極管、三極管和 MOS 管是數(shù)字電路