門電路教學(xué)課件

門電路概述

門：電子開關(guān)滿足一定條件時(shí)，電路允許信號(hào)通過

開關(guān)接通。開門狀態(tài)：關(guān)門狀態(tài)：條件不滿足時(shí)，信號(hào)通不過

開關(guān)斷開。開關(guān)作用二極管反向截止：開關(guān)接通開關(guān)斷開三極管（C,E)飽和區(qū)：截止區(qū)：開關(guān)接通CEB開關(guān)斷開

正向?qū)ǎ篊EB分立元件門電路FABD1D2+12V3.9KR邏輯變量0V3V邏輯函數(shù)uAuBuF0V0V0.3V0V3V0.3V3V0V0.3V3V3V3.3V一、二極管與門(uD=0.3V)規(guī)定高電位：1低電位：0正邏輯極性指定負(fù)邏輯極性指定高電位：0低電位：1混合邏輯I:負(fù)邏輯O:正邏輯一般采用正邏輯I:正邏輯（input)O:負(fù)邏輯(output)0.3V3.3VFABD1D2+12V3.9KR0V3V“0”“1”“1”“0”uAuBuF0V0V0.3V0V3V0.3V3V0V0.3V3V3V3.3V000010

輸入輸出

ABF100111真值表:真值表:

n個(gè)變量

N=2n種組合000010

輸入輸出

ABF100111真值表功能：當(dāng)A與B都為高時(shí)，輸出F才為高。F是A和B的與函數(shù)邏輯式：F=A?B“?”:邏輯與運(yùn)算

邏輯乘法運(yùn)算111邏輯符號(hào)：&ABF二極管與門任0則0全1則1口訣：波形圖（時(shí)序圖）ABF二、二極管或門FABD1D2-12VR0V3V-0.3V2.7VuAuBuF0V0V-0.3V0V3V2.7V3V0V2.7V3V3V2.7V(uD=0.3V)FABD1D2-12VR0V3V“0”“1”-0.3V2.7V“1”“0”000011

輸入輸出

ABF101111真值表真值表功能：當(dāng)A或者B任意有一個(gè)為高，或同時(shí)都為高時(shí)，輸出F就為高。F是A和B的或函數(shù)。邏輯式：F=A+B“+”:邏輯或運(yùn)算邏輯加法運(yùn)算000011

輸入輸出

ABF101111真值表011101111邏輯符號(hào)：ABF二極管或門任1則1全0則0口訣：波形圖（時(shí)序圖）ABF

開關(guān)應(yīng)用舉例發(fā)射結(jié)反偏T截止發(fā)射結(jié)正偏T導(dǎo)通+RcRb+VCC

(12V)+uoiBiCTuI3V-2V2k2.3k放大還是飽和？三極管開關(guān)應(yīng)用飽和導(dǎo)通條件：+RcRb+VCC

+12V+uoiBiCTuI3V-2V2k2.3k≤因?yàn)樗裕璕bRc+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靜態(tài)開關(guān)特性二、動(dòng)態(tài)特性3-2t00.9ICS0.1ICSt030.3t0三、三極管非門AF0.3V3.2V保證UA=0.3V時(shí),三極管可靠截止1)當(dāng)UA=0.3V時(shí):+2.5VD+12V1.5K1K18K-12VP=30T工作情況:設(shè):T截止要求:UBE0.5V當(dāng)UA=0.3V時(shí):設(shè):IB=0A0.3V1.5K1K18K-12VP+12VF+2.5VD=30TIBUp=-12/18+0.3/1.51/18+1/1.5=-1.8VD導(dǎo)通,起箝位作用:

UD=0.7V

箝位二極管Up<0.5VT截止

UF=2.5V+0.7V=3.2V3.2V2)當(dāng)UA=3.2V時(shí):設(shè):T飽和導(dǎo)通.A3.2V1.5K1K18K-12VP+12VF+2.5VD=30TIB

IBsT的UCES=0.3V,UBE=0.7V。即UF=0.3V,D截止。檢驗(yàn)T飽和條件:臨界飽和基極電流=ICS

估算IB:先計(jì)算IBS:IBS=(12-0.3)/1K30=0.39mA=0.96mA

IB

>

IBs,T飽和的假設(shè)成立。得:UF=0.3VA3.2V1.5K1K18K-12VP+12VF+2.5VD=30TICIBI1I2I1=I2+IB0.3V0110真值表FAD+12V+2.5V1.5K1K18K-12VP=300.3V3.2V0.3V3.2V

輸入輸出

AF“0”“1”“1”“0”0110

真值表

輸入輸出

AF功能：當(dāng)A為高時(shí),輸出F為低；A為低時(shí)，F(xiàn)為高。F是A的非函數(shù)。邏輯式：F=邏輯求反運(yùn)算“–”:邏輯非運(yùn)算邏輯符號(hào)：三極管非門波形圖（時(shí)序圖）A1AFF求反運(yùn)算1.3.2TTL與非門外特性和參數(shù)測(cè)試電路一、電壓傳輸特性：UO

UI&+5VUIUOR簡(jiǎn)化的傳輸特性(UOUI)曲線—二值性曲線UOHUOLUIHUIL1.4UTUO(V)UI(V)1231230截止區(qū)(T5：關(guān)門)轉(zhuǎn)折區(qū)(過渡區(qū))飽和區(qū)(T5：開門)閾值電壓:UT=1.4V

門檻電壓(Threshold)+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC1007503603K

通用：UOH2.4V

，

UOL

0.4V

典型值：

輸出高電平UOH=3.4V

輸出低電平UO

L

=0.3V

閾值電壓

UT

=1.4V1.輸出端2.輸入端：

典型值：輸入高電平

UIH=3.4V

輸入低電平

UIL

=0.3V

通用：UIUT

UI=“1”，與非門開門

UO

L

；

UI<UT

UI=“0”，與非門關(guān)門

UOH

。

典型參數(shù)：二、輸入負(fù)載特性(UIRI)

UIVRIC+5VR4R2R13kb1100750FT2R5R3T3T4T1T5c1AB3603KUI=RIRI+R1(5-UBE1)=4.3RI3+RI例：RI=0.5K

UI=0.6V<UT

UI

為低電平當(dāng)RI較小時(shí)：設(shè)：T2、T5截止

截止R4T2R3c1T1+5VR13kT5b1RIUIR2R5T3T4F當(dāng)RI較小時(shí)：UI<UT,

T2、

T5截止，T3、T4導(dǎo)通：UF=UOH。T1+5VR13kb1RIUIR2R4R5T3T4UFRLF當(dāng)UI=UT時(shí)，T5將飽和導(dǎo)通:UF=UOL;此時(shí)RI=?求出：RI=1.45K

臨界電阻即:1.45K;1.4=RIRI+3(5-UBE1)1.4V當(dāng)RI1.45K時(shí)

箝位UI=1.4V,UF=

UOL。1.45K

飽和UF=UOL+5VRIFR2R13kT2R3T1T5b1c12.1V1.4V0.7V20RI(K)UI(V)12310.60.51.41.45多余輸入端處理：接+5V若懸空:UI=“1”輸入端并聯(lián)使用對(duì)應(yīng):UOH對(duì)應(yīng):UOLABCF

UIVRI&RI

UI關(guān)系

:RI1.45K時(shí):輸入端（UI）相當(dāng)于接“1”(高電平);RI<1.45K時(shí):輸入端（UI）相當(dāng)于接“0”(低電平);RI=

(輸入端懸空)時(shí)：相當(dāng)于接“1”

(高電平)。

三、扇出系數(shù)(fanout)

與非門輸出驅(qū)動(dòng)同類門的個(gè)數(shù)：N8

。與非門的扇出系數(shù)一般是10?！獛ж?fù)載能力驅(qū)動(dòng)器：扇出系數(shù)可以大于20。1.與非門輸出為高電平時(shí)：（UIL:T2、T5截止，T3、

T4導(dǎo)通。）

拉電流：IOH（幾百)iORL(等效)拉電流能力：維持UOH時(shí)，所允許的最大拉電流值。+5VR4R2R5T3T4UOH2.與非門輸出為低電平時(shí)：iORL+5V(等效)灌電流：IOL約十幾mA灌電流能力：維持UOL時(shí)，所允許的最大灌電流值。+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1UOL四、動(dòng)態(tài)特性tuiotuoo50%50%tp1tp2導(dǎo)通傳輸時(shí)間截止傳輸時(shí)間波形邊沿變壞延遲變化uo

平均傳輸時(shí)間（Propagationdelay)tpd=tp1+

tp22典型值：310ns§1.5MOS門電路一、MOS電路的特點(diǎn)：２、是電壓控制元件，靜態(tài)功耗小。3、允許電源電壓范圍寬（318V）。4、扇出系數(shù)大，抗噪聲容限大。優(yōu)點(diǎn)１、工藝簡(jiǎn)單，集成度高。缺點(diǎn)：工作速度比TTL低。MOS門的開關(guān)作用MOS門

D、S極之間的開關(guān)狀態(tài)受UGS的控制增強(qiáng)型：N溝道P溝道UGS>

UT

>0

(開啟電壓）UGS<UT

DS斷開DS導(dǎo)通（幾百歐）UGS<UT<0

(開啟電壓）UGS>UTDS導(dǎo)通（幾百歐）DS斷開二、MOS門電路1.MOS反相器（非門）0VUDD1)UA=

0V:工作原理:2)UA=UDD:UGSUT,T截止;UF=UDD,F=“1”。NMOS增強(qiáng)型+UDDFARDSGTUDD0VUGS>UT,T導(dǎo)通;UF0V

,F=“0”。結(jié)構(gòu):0110真值表：

輸入輸出

AF0VUDDNMOS增強(qiáng)型UDD0V+UDDFARDSG邏輯式：F=1AF邏輯符號(hào):有源負(fù)載的MOS反相器（非門）T2(負(fù)載管）T1(驅(qū)動(dòng)管）邏輯式：F=AF+UDDDGSUGS=UDS>UT導(dǎo)通有源負(fù)載NMOS增強(qiáng)型AF+UDDT1

(非線性電阻)2.CMOS反相器CMOS電路Complementary-Symmetry

MOS互補(bǔ)對(duì)稱式MOST2(負(fù)載管）T1(驅(qū)動(dòng)管）PMOS管NMOS管T1:ONT2:OFFOFFON同一電平:+UDDSDADSGF1)

結(jié)構(gòu)“0”(0V)UGS<UT<0導(dǎo)通+UDDSDAFDSGT2T1PMOSNMOSUGS<UT>0截止“1”(+UDD)2)

工作原理UA=0V“0”(0V)UGS>UT<0截止+UDDSDADSGT2T1PMOSNMOSUGS>UT>0導(dǎo)通“1”(+UDD)FUA=UDD

0VUDD真值表：AFT1T2

F+UDDSDADSGT2T11

導(dǎo)通截止0

0

截止導(dǎo)通11AF邏輯式：F=UDD0V優(yōu)點(diǎn)：靜態(tài)功耗小速度較快3.CMOS與非門&ABFF=+UDDAFT2T1BT3T4SSSSGG工作原理:結(jié)構(gòu):00101

110

111

0ABT1T2T3T4F4.CMOS或非門ABT1T2T3T4FABFF=+UDDFAT2T1BT3T4GGSSS工作原理:結(jié)構(gòu):00

××101××0

10×

×

0

11××

0

本章小結(jié)：一、門電路—構(gòu)成數(shù)字電路的基本單元。二、要求掌握常用門電路的邏輯符號(hào)和邏輯功能,

會(huì)使用它們?；鹃T：與、或、非門；TTL：與非門、OC門、TS門、與或非門。CMOS門：非、與非、或非門。常用門：(OC門、TS門)附:門電路的常見邏輯符號(hào)與門

或門

非門F=A?B