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2.1半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)特性2.2分立元件門電路2.3TTL集成門電路2.4CMOS集成門電路退出第2章邏輯門電路獲得高、低電平的基本方法:利用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通、截止(即開(kāi)、關(guān))兩種工作狀態(tài)。邏輯0和1:電子電路中用高、低電平來(lái)表示。2.1半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)特性1、二極管的開(kāi)關(guān)特性邏輯門電路:用以實(shí)現(xiàn)基本和常用邏輯運(yùn)算的電子電路。簡(jiǎn)稱門電路。基本和常用門電路有與門、或門、非門(反相器)、與非門、或非門、與或非門和異或門等。二極管符號(hào):正極負(fù)極+uD-uououi=0V時(shí),二極管截止,如同開(kāi)關(guān)斷開(kāi),uo=0V。ui=5V時(shí),二極管導(dǎo)通,如同0.7V的電壓源,uo=4.3V。二極管的反向恢復(fù)時(shí)間限制了二極管的開(kāi)關(guān)速度。Ui<0.5V時(shí),二極管截止,iD=0。Ui>0.5V時(shí),二極管導(dǎo)通。2、三極管的開(kāi)關(guān)特性+-RbRc+VCCbce+-截止?fàn)顟B(tài)飽和狀態(tài)iB≥IBSui=UIL<0.5Vuo=+VCCui=UIHuo=0.3V+-RbRc+VCCbce+-++--0.7V0.3V飽和區(qū)截止區(qū)放大區(qū)②ui=0.3V時(shí),因?yàn)閡BE<0.5V,iB=0,三極管工作在截止?fàn)顟B(tài),ic=0。因?yàn)閕c=0,所以輸出電壓:①ui=1V時(shí),三極管導(dǎo)通,基極電流:因?yàn)?<iB<IBS,三極管工作在放大狀態(tài)。iC=βiB=50×0.03=1.5mA,輸出電壓:三極管臨界飽和時(shí)的基極電流:uo=uCE=UCC-iCRc=5-1.5×1=3.5Vuo=VCC=5V③ui=3V時(shí),三極管導(dǎo)通,基極電流:而因?yàn)閕B>IBS,三極管工作在飽和狀態(tài)。輸出電壓:uo=UCES=0.3V3、場(chǎng)效應(yīng)管的開(kāi)關(guān)特性工作原理電路轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線uiuiGDSRD+VDDGDSRD+VDDGDSRD+VDD截止?fàn)顟B(tài)ui<UTuo=+VDD導(dǎo)通狀態(tài)ui>UTuo≈02.2分立元件門電路1、二極管與門Y=AB2、二極管或門Y=A+B3、三極管非門①uA=0V時(shí),三極管截止,iB=0,iC=0,輸出電壓uY=VCC=5V②uA=5V時(shí),三極管導(dǎo)通。基極電流為:iB>IBS,三極管工作在飽和狀態(tài)。輸出電壓uY=UCES=0.3V。三極管臨界飽和時(shí)的基極電流為:①當(dāng)uA=0V時(shí),由于uGS=uA=0V,小于開(kāi)啟電壓UT,所以MOS管截止。輸出電壓為uY=VDD=10V。②當(dāng)uA=10V時(shí),由于uGS=uA=10V,大于開(kāi)啟電壓UT,所以MOS管導(dǎo)通,且工作在可變電阻區(qū),導(dǎo)通電阻很小,只有幾百歐姆。輸出電壓為uY≈0V。2.3TTL集成門電路一、TTL與非門工作原理0.3V1.0V3.6VT2,T5截止1.有一個(gè)輸入端輸入低電平T4,D3導(dǎo)通2.1V3.6V3.6VT2飽和T5深度飽和0.7V1.0VT3,T4截止0.3V2.兩個(gè)輸入端都輸入高電平功能表真值表邏輯表達(dá)式輸入有低,輸出為高;輸入全高,輸出為低。74LS不00內(nèi)含海4個(gè)傻2輸嗽入與俱非門湯,7掙4LS奧20內(nèi)含健2個(gè)和4輸未入與受非門竭。2、TT諸L非門喪、或找非門碗、與嚷或非傅門、命與門漂、或泊門及鬼異或哭門①A=軟0時(shí),T2、T5截止揮,T3、T4導(dǎo)通優(yōu),Y=亮1。②A=爬1時(shí),T2、T5導(dǎo)通抓,T3、T4截止作,Y=秤0。TT戰(zhàn)L非門①A、踢B中只銀要有距一個(gè)舉為1啟,即渴高電盡平,宿如A=1益,則iB1就會(huì)止經(jīng)過(guò)T1集電悉結(jié)流倘入T2基極霜,使T2、T5飽和盤導(dǎo)通境,輸院出為鎖低電柿平,企即Y=0工。②A=B=0時(shí),iB1、i'B1均分燙別流垂入T1、T'1發(fā)射應(yīng)極,搞使T2、T'2、T5均截習(xí)止,T3、T4導(dǎo)通素,輸專出為辮高電為平,旦即Y=1鵲。TT劃L或非寄門①A和B都為墳高電叛平(T2導(dǎo)通川)、貿(mào)或C和D都為判高電丑平(T‘2導(dǎo)通伴)時(shí)熄,T5飽和帝導(dǎo)通塌、T4截止慘,輸盞出Y=0帝。②A和B不全鄰為高剝電平買、并吊且C和D也不違全為白高電態(tài)平(T2和T‘2同時(shí)凳截止艙)時(shí)關(guān),T5截止室、T4飽和程導(dǎo)通眾,輸蜓出Y=1危。TT災(zāi)L與或衰非門二、TT抽L(zhǎng)電路卸的特稻性和發(fā)參數(shù)抗干莖擾能墳力(1葛)輸寧出高睬電平VOH典型只值:賴3.夫6VVOH膠(m亞in祥)=2花.4匆V(2鹽)輸出散低電庸平VOL典型錄值:攔0.夸3VVOL辰(m孩ax懼)=0乒.4煉V(3刪)輸入燙高電沿平VIHVIH營(yíng)(m嫁in催)=VON=2領(lǐng).0慘V保證禁輸出罩為低服電平蠻的最杠小輸乓入高漁電平(4自)輸入臂低電輩平VILVIL獄(m田ax未)=VOF品F=0牽.8懼V保證沙輸出助為高共電平型的最蓬大輸輕入低達(dá)電平(5聲)噪端聲容熱限VNH=VOH澤(m街in咐)–VONVNL=VOF陡F–VOL拆(m補(bǔ)ax放)2.嬸帶圈負(fù)載彩能力(1蘇)輸逮入低摘電平嬸電流IIL典型微值1漂.6mA(2范)輸入慮高電新平電憐流IIH典型靠值4催0uA(3遠(yuǎn))輸隨出低捕電平心電流IOL帶灌川電流程負(fù)載齒能力霸__玩_典技型值果16mAIOL飽(m押ax逆)是指而輸出離低電校平達(dá)密到0移.4V的最慢大輸擔(dān)出電肯流T4截止T5飽和IOL=IC5(4小)輸急出高禁電平央電流IOH帶拉電掌流負(fù)綱載能從力_糧__逼典型因值0暖.4mAIOH附(m下ax夾)是指嚼輸出呈高電銹平達(dá)販到2俗.4V的最丹大輸狂出電渴流IOH=IE4(5選)扇涼出系喚數(shù)NO門電夾路能岸夠驅(qū)辟動(dòng)同而類門蹈電路絹的個(gè)形數(shù)NOH=IOH/IIHNOL=IOL/IILNO=m組in姐(NOH,NOL)3.謊平均鈔傳輸綱延遲悄時(shí)間tPdtPH簽L輸出允由高壘電平變?yōu)檗D(zhuǎn)低電辮平的庭時(shí)間tPL吩H輸出憑由低忙電平變?yōu)槌愿唠姍谄降膷彆r(shí)間tPd=(tPH裂L+tPL穴H)/擠24.毀功裕耗PCC=VCC×ICC(1晨)空閥載導(dǎo)億通功淹耗PON輸出悄為低向電平和時(shí)的庸功耗(2縣)空載樣導(dǎo)通隙功耗POF圍F輸出息為高單電平刷時(shí)的略功耗PON>蹤蝶POF從FTT裙L系列明集成馬電路①74:標(biāo)攤準(zhǔn)系兔列,消前面抖介紹雞的TT貪L門電投路都帳屬于障74于系列鹽,其幟典型化電路跳與非奶門的枯平均遮傳輸米時(shí)間tpd=1盼0n蒜s,平均丟功耗P=1描0m淚W。②74H:高速針系列雄,是茶在7惕4系重列基粉礎(chǔ)上棗改進(jìn)私得到珍的,爬其典拉型電役路與售非門罪的平起均傳致輸時(shí)云間tpd=6你ns忌,平均巾功耗P=2法2m鐵W。③74S:肖特牽基系搖列,營(yíng)是在偶74H系列傾基礎(chǔ)蹲上改傭進(jìn)得憤到的望,其奸典型脫電路或與非厲門的阻平均具傳輸鹽時(shí)間tpd=3段ns鞭,平均挨功耗P=1飯9m瓣W。④74LS:低功沒(méi)耗肖坊特基耀系列庸,是櫻在7蜜4S系列再基礎(chǔ)慨上改遣進(jìn)得告到的蹈,其誤典型猛電路于與非扭門的毛平均暫傳輸鉤時(shí)間tpd=9副ns越,平均往功耗P=2勝mW夜。7排4L偉S系列稱產(chǎn)品厲具有基最佳腔的綜榆合性綁能,已是TT出L集成佛電路中的主脊流,桂是應(yīng)支用最胡廣的織系列悉。三、OC門及TS任L門?問(wèn)題項(xiàng)的提儉出:為解詞決一箏般TT哭L與非揭門不宵能線感與而澤設(shè)計(jì)汁的。①A、慌B不全冤為1湖時(shí),uB1=1隱V,結(jié)T2、T3截止?jié){,Y=瓣1。接入俱外接襖電阻R后:②A、倍B全為嗎1時(shí)妹,uB1=2奮.1臥V,棋T2、T3飽和銅導(dǎo)通咱,Y=青0。外接花電阻R的取拒值范父圍為殊:OC員門TS粉L門①E=0時(shí),鐘二極幟管D導(dǎo)通嘴,T1基極雅和T2基極扎均被薪鉗制針在低粥電平獵,因術(shù)而T2~T5均截員止,勸輸出顧端開(kāi)拔路,蠻電路殼處于靈高阻后狀態(tài)恐。結(jié)論顏:電探路的違輸出顛有高膝阻態(tài)擁、高懲電平灑和低命電平龜3種熟狀態(tài)縣。②E=1時(shí),二極管D截止,TSL門的輸出狀態(tài)完全取決于輸入信號(hào)A的狀態(tài),電路輸出與輸入的邏輯關(guān)系和一般反相器相同,即:Y=A,A=0時(shí)Y=1,為高電平;A=1時(shí)Y=0,為低電平。TS洋L門的彈應(yīng)用堡:①作多路開(kāi)關(guān):E=0時(shí),門G1使能,G2禁止,Y=A;E=1時(shí),門G2使能,G1禁止,Y=B。②信號(hào)雙向傳輸:E=0時(shí)信號(hào)向右傳送,B=A;E=1時(shí)信號(hào)向左傳送,A=B。③構(gòu)維成數(shù)續(xù)據(jù)總暗線:埋讓各丟門的凈控制財(cái)端輪框流處挨于低向電平嘗,即肉任何咸時(shí)刻赤只讓內(nèi)一個(gè)TS摟L門處決于工涂作狀司態(tài),亂而其訓(xùn)余TS圖L門均憂處于冤高阻扭狀態(tài)脅,這槽樣總低線就乒會(huì)輪廉流接黑受各TS桑L門的叛輸出醬。2.者3CM沙OS集成襖門電置路1、CM吸OS非門(1鐘)uA=0吉V時(shí),TN截止血,TP導(dǎo)通疏。輸唱出電鐮壓uY=VDD=1肆0V超。(2繪)uA=1伯0V時(shí),TN導(dǎo)通,TP截止乓。輸貸出電譽(yù)壓uY=0國(guó)V。2、CM否OS與非胞門、摧或非啊門、乳與門敲、或的門、林與或游非門性和異墨或門CM趣OS與非胃門①A、蘇B當(dāng)中公有一巨個(gè)或哈全為霜低電輕平時(shí)韻,TN1、TN2中有削一個(gè)寬或全斜部截繳止,TP1、TP2中有川一個(gè)歲或全舉部導(dǎo)奪通,晃輸出Y為高前電平注。②只蟻有當(dāng)其輸入A、甚B全為頸高電寇平時(shí)杯,TN1和TN2才會(huì)頓都導(dǎo)辜通,TP1和TP2才會(huì)吊都截吐止,艙輸出Y才會(huì)顆為低絨電平彎。CM惡OS或非冷門①只嶼要輸裝入A、噴B當(dāng)中技有一鼻個(gè)或趕全為哈高電瓣平,TP1、TP2中有瞧一個(gè)盜或全革部截干止,TN1、TN2中有貍一個(gè)誓或全乏部導(dǎo)洗通,帝輸出Y為低遞電平掏。②只印有當(dāng)A、騰B全為錄低電屯平時(shí)凈,TP1和TP2才會(huì)浴都導(dǎo)狠通,TN1和TN2才會(huì)吊都截誼止,俱輸出Y才會(huì)讀為高附電平相。與門Y=AB=AB或門Y=A+B=A+BCM符OS與或鬼非門CM軍OS異或碼門3、CM所OS蛇OD門、TS扔L門及殃傳輸葉門CM畢OS漏OD呢門CM溜OS林TS濾L門①E=1時(shí),TP2、TN2均截止,Y與地和電源都斷開(kāi)了,輸出端呈現(xiàn)為高阻態(tài)。②E=0時(shí),TP2、TN2均導(dǎo)通,TP1、TN1構(gòu)成反相器??梢?jiàn)電路的輸出有高阻態(tài)、高電平和低電平3種狀態(tài),是一種三態(tài)門。CM繞OS傳輸嗎門①C=0、,即C端為低電平(0V)、端為高電平(+VDD)時(shí),TN和TP都不具備開(kāi)啟條件而截止,輸入和輸出之間相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)一樣。②C=1、,即C端為高電平(+VDD)、端為低電平(0V)時(shí),TN和TP都具備了導(dǎo)通條件,輸入和輸出之間相當(dāng)于開(kāi)關(guān)接通一樣,uo=ui。4、CM犁OS數(shù)字大電路依的特充點(diǎn)及斧使用調(diào)時(shí)的傘注意棍事項(xiàng)(1售)CM筋OS電路箏的工羊作速束度比TT佩L電路想的低束。(2杏)CM孤OS帶負(fù)騰載的俊能力奸比TT曠L電路寸強(qiáng)。(3憤)CM姥OS電路關(guān)的電揚(yáng)源電腎壓允秋許范信圍較看大,憑約在繼3~許18V,抗干醒擾能屈力比TT油L電路芝強(qiáng)。(4才)CM懸OS電路主的功堪耗比TT蜓L電路達(dá)小得喘多。配門電旗路的譯功耗布只有延幾個(gè)μW翁,中規(guī)掌模集射成電制路的晶功耗差也不奏會(huì)超朽過(guò)1仰00μW駕。(5鋪)C省MO庫(kù)S集成來(lái)電路韻的集烈成度嶼比TT哨L電路疫高。(6沖)CM棋OS電路晉適合嘉于特腐殊環(huán)眼境下噸工作辟。(7太)CM男OS電路滋容易列受靜嚴(yán)電感丑應(yīng)而液擊穿天,在支使用癢和存斥放時(shí)番應(yīng)注舟意靜沉電屏承蔽,菠焊接磨時(shí)電忠烙鐵拔應(yīng)接背地良缸好,鴿尤其姨是CM杰OS電路筋多余宏不用天的輸趁入端擊不能餐懸空發(fā),應(yīng)鞏根據(jù)毫需要都接地寫或接姜高電若平。CM稻OS數(shù)字繞電路爽的特遙點(diǎn)使用慎集成股電路貝時(shí)的璃注意客事項(xiàng)(1輔)對(duì)捐于各芹種集猾成電府路,鞋使用通時(shí)一澆定要速在推敲薦的筐工作凱條件吧范圍枯內(nèi),蜜否則傻將導(dǎo)且致性浮能下滴降或趴損壞傅器件丑。(2蒙)數(shù)冰字集旅成電大路中促多余劈燕的輸達(dá)入端承在不位改變踐邏輯唉關(guān)系初的前趴提下堅(jiān)可以恰并聯(lián)蚊起來(lái)保使用擾,也亮可根已據(jù)邏磨輯關(guān)鐵系的蒙要求吐接地使或接徑高電庭平。TT扛L電路歇多余臂的輸衡入端下懸空飾表示尺輸入比為高穩(wěn)電平貿(mào);但CM川OS電路膽,多抓余的鉆輸入讓端不區(qū)允許錘懸空扛,否真則電軌路將鞠不能旱正常邪工作黃。(3棚)TT領(lǐng)L電路造和CM害OS電路
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