《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 第5版》 課件 王美玲 第1-3章 數(shù)字電路概述、邏輯代數(shù)及其化簡、集成邏輯門電路

第1章數(shù)字電路概述1.1數(shù)字信號與模擬信號

1.2數(shù)字信號的表示方法

1.3數(shù)字電路的基本功能及其應(yīng)用

1.4電路測試和故障排除

1.5數(shù)字電路EDA仿真分析與設(shè)計目錄1.1數(shù)字信號與模擬信號3電子電路中的信號：模擬信號和數(shù)字信號模擬信號：在時間和數(shù)值上都是連續(xù)的數(shù)字信號：在時間和數(shù)值上是離散的，不連續(xù)的模擬電路：處理模擬信號的電路數(shù)字電路：處理數(shù)字信號的電路1.1數(shù)字信號與模擬信號4數(shù)字電路與模擬電路相比較，具有以下特點(diǎn)：1.一般采用二進(jìn)制，易實(shí)現(xiàn)，易復(fù)制。2.抗干擾能力強(qiáng)。3.可編程性強(qiáng)。4.便于長期存儲，使用方便。5.保密性好。1.2數(shù)字信號的表示方法數(shù)字信號表示方法：二值邏輯、邏輯電平、波形圖等。二值邏輯：只有兩種對立邏輯狀態(tài)的邏輯關(guān)系，開/關(guān)、是/否、亮/滅等邏輯電平：電路中表示邏輯1和邏輯0的高電平和低電平正邏輯：高電平表示邏輯1，低電平表示邏輯0不同工藝的數(shù)字集成電路具有不同的邏輯電平標(biāo)準(zhǔn)。電平轉(zhuǎn)換與匹配：不同標(biāo)準(zhǔn)電平的使器件之間連接時需要電平轉(zhuǎn)換。51.2數(shù)字信號的表示方法6數(shù)字信號表示方法：二值邏輯、邏輯電平、波形圖等。波形圖/時序圖：將數(shù)字電路的輸入信號和輸出信號的關(guān)系按時間順序依次排列起來1.3數(shù)字電路的基本功能及其應(yīng)用7數(shù)字電路是數(shù)字電子信息系統(tǒng)不可缺少的組成部分。典型電子信息系統(tǒng)的組成框圖1.3數(shù)字電路的基本功能及其應(yīng)用81.信號采集與處理

對傳感器的信號采集，進(jìn)行隔離、放大、濾波、運(yùn)算、轉(zhuǎn)換等處理。

在模電學(xué)習(xí)。2.接口電路ADC：傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以輸入數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行處理DAC：數(shù)字系統(tǒng)的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，為執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供控制與驅(qū)動信號在第9章學(xué)習(xí)。1.3數(shù)字電路的基本功能及其應(yīng)用93.運(yùn)算電路

算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。在第4章學(xué)習(xí)。4.存儲電路存儲電路用于存儲電子信息系統(tǒng)的信息和數(shù)據(jù)，典型存儲器件為存儲器。存儲器在第8章中學(xué)習(xí)。譯碼器在第4章學(xué)習(xí)。1.3數(shù)字電路的基本功能及其應(yīng)用105.波形的產(chǎn)生與整形電路CPU等數(shù)字電路正常工作時，需要時鐘信號，此信號可由多諧振蕩器產(chǎn)生。在第7章學(xué)習(xí)。4.分頻電路通過分頻器/計數(shù)器對基準(zhǔn)脈沖進(jìn)行分頻。

在第6章中學(xué)習(xí)。1.3數(shù)字電路的基本功能及其應(yīng)用117.順序脈沖發(fā)生器

產(chǎn)生順序信號以便各部分按序協(xié)調(diào)工作的器件。

在第7章學(xué)習(xí)。8.信號的驅(qū)動與執(zhí)行輸出的控制信號經(jīng)過功率放大后，

驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)控制功能。

在模電中學(xué)習(xí)。1.3數(shù)字電路的基本功能及其應(yīng)用12隨著計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，許多數(shù)字系統(tǒng)都直接采用計算機(jī)CPU等作為處理單元。數(shù)字電子系統(tǒng)可選用通用計算機(jī)作為其中心處理單元，也可選用單片機(jī)MCU、數(shù)字信號處理器DSP及基于某總線的專用CPU如PC104、ETX等。這部分內(nèi)容屬于計算機(jī)基礎(chǔ)范疇。13故障排除：系統(tǒng)地隔離、辨識及定位電路和系統(tǒng)故障的技術(shù)。故障診斷：一種了解和掌握設(shè)備在使用過程中的狀態(tài)的技術(shù)，以確定其整體或局部是否正常，早期發(fā)現(xiàn)故障及其原因?qū)⒛茴A(yù)報故障發(fā)展趨勢。1.4電路測試和故障排除電路測試組成框圖14常用儀器設(shè)備：萬用表、示波器、邏輯分析儀、邏輯筆和信號發(fā)生器等。萬用表：是一種多用途、多量程的便攜式儀表，它集電壓表、電流表和歐姆表于一體，可以進(jìn)行交流、直流電壓和電流以及電阻等多種電量的測量，有的萬用表還可以測量晶體管的主要參數(shù)及電容器的電容量等。1.4.1電路測試及故障排除的儀器設(shè)備15常用儀器設(shè)備：示波器：是觀察波形的窗口，可讓設(shè)計人員或維修人員將人眼看不到的信號變化轉(zhuǎn)換成可直接觀察的波形，以便進(jìn)行電路觀察、分析和測量。1.4.1電路測試及故障排除的儀器設(shè)備16常用儀器設(shè)備：邏輯分析儀：一種類似于示波器的波形測試設(shè)備，可以監(jiān)測硬件電路工作時的邏輯電平，存儲后采用圖形的方式顯示出來，便于用戶檢測、分析電路設(shè)計中的錯誤。1.4.1電路測試及故障排除的儀器設(shè)備17常用儀器設(shè)備：邏輯筆：是一種便攜的手持式數(shù)字電路測試工具。可檢測到電路的高電平、低電平、單脈沖、連續(xù)脈沖以及開路等邏輯信息，體積小、使用靈活、攜帶方便。1.4.1電路測試及故障排除的儀器設(shè)備181.4.1電路測試及故障排除的儀器設(shè)備常用儀器設(shè)備：信號發(fā)生器（又稱為函數(shù)發(fā)生器）：作為電子測量系統(tǒng)中的信號源，提供正弦波、方波、三角波等多種信號。要成功地排除故障，需要做到以下幾點(diǎn)：掌握常用儀器的使用方法。理解電路工作原理。懂得故障排除方法。能辨識錯誤現(xiàn)象，診斷電路故障。191.4.1電路測試及故障排除的儀器設(shè)備201.4.2故障排除故障排除的主要方法：直接觀察法、參數(shù)測試法、信號跟蹤法、部件替換法、斷路法、短路法等。直接觀察法：不使用儀器，通過直接觀察電路及其元器件來尋找和分析故障。包括斷電觀察和加電觀察。斷電觀察法：檢查元器件有無損壞、引腳有無接錯、電路布局布線是否正確等。加電觀察法：查看電路有無發(fā)燙、冒煙、打火、開路及短路等現(xiàn)象。211.4.2故障排除故障排除的主要方法：直接觀察法、參數(shù)測試法、信號跟蹤法、部件替換法、斷路法、短路法等。參數(shù)測試法：借助于儀器測試電路或元器件的參數(shù)，通過理論分析找出故障原因。信號跟蹤法：在電路的輸入端接入合適信號，按信號的流向，借助示波器等測試儀器，從前級向后級逐級觀察信號波形變化情況，以判定故障。部件替換法：將電路中可能存在故障的元器件采用正常元器件進(jìn)行更換，觀察故障是否排除。221.4.2故障排除故障排除的主要方法：直接觀察法、參數(shù)測試法、信號跟蹤法、部件替換法、斷路法、短路法等。斷路法：斷開可能存在故障的電路，然后觀察剩余電路是否正常，以此縮小故障范圍，加快排除速度。短路法：臨時短接部分電路，將信號跳過部分可能存在故障的電路，觀察結(jié)果是否正確，以縮小故障范圍。231.4.2故障排除信號跟蹤法故障排除的一般步驟：第一，故障排除前的準(zhǔn)備工作。檢查電源和地是否連接正確，是否存在電源和地之間短路現(xiàn)象，保證測試儀器與被測電路的共地。第二，根據(jù)故障現(xiàn)象判定故障可能發(fā)生的部位。第三，從故障部位的輸入開始，一個一個芯片地進(jìn)行分析。采用邏輯筆、示波器或邏輯分析儀測試，將出現(xiàn)損壞的芯片脫離整個電路，單獨(dú)進(jìn)行測試。第四，一個芯片一個芯片地測試，直至故障排除。241.5數(shù)字電路EDA仿真分析與設(shè)計仿真分析：使用計算機(jī)對所設(shè)計電路的結(jié)構(gòu)和行為進(jìn)行預(yù)測，仿真器以文本或波形圖等形式給出電路的輸出，以便設(shè)計者分析系統(tǒng)，修改、完善系統(tǒng)設(shè)計。EDA技術(shù)：以計算機(jī)為工作平臺，融合電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、智能化技術(shù)而開發(fā)出的電子CAD通用軟件包。EDA的出現(xiàn)使得電子電路和電子系統(tǒng)的設(shè)計，產(chǎn)生了革命性的變化，它摒棄了靠硬件調(diào)試來達(dá)到設(shè)計目標(biāo)的繁瑣過程，實(shí)現(xiàn)了硬件設(shè)計軟件化。251.5數(shù)字電路EDA仿真分析與設(shè)計常用的EDA仿真軟件有Multisim，PSpice和Viewlogic等。Multisim支持模擬和數(shù)字混合電路的分析和設(shè)計，把電路原理圖的輸入、仿真和分析緊密地結(jié)合起來；支持電路原理圖的圖形、硬件描述語言等多種輸入方式。

第2章邏輯代數(shù)及其化簡2.1計數(shù)制與編碼2.2邏輯代數(shù)基礎(chǔ)2.3邏輯函數(shù)常用的描述方法2.4邏輯函數(shù)的化簡2.5具有無關(guān)項邏輯函數(shù)的化簡2.6用Multisim進(jìn)行邏輯函數(shù)的化簡與變換27目錄2.1計數(shù)制與編碼任何數(shù)通常都可以用兩種不同的方法來表示：一種是按其“值”表示，另一種是按“形”表示。按“值”表示，即選定某種進(jìn)位的計數(shù)制來表示某個數(shù)的值，這就是所謂的進(jìn)位計數(shù)制，簡稱數(shù)制（NumberSystem）。28（自學(xué)）十進(jìn)制、二進(jìn)制、十六進(jìn)制及其相互轉(zhuǎn)換

2.1.1

常用計數(shù)制及其轉(zhuǎn)換292.1.2編碼計算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)所處理的信息多為數(shù)值、文字、符號、圖形、聲音和圖像等，它們都可以用多位二進(jìn)制數(shù)來表示，這種多位二進(jìn)制數(shù)叫做代碼。用一組代碼并給每個代碼賦以一定的含義則稱編碼（Encode）。30在數(shù)字電路中，常用二-十進(jìn)制碼，也叫做BCD（Binary-CodedDecimal）碼。BCD碼：用4位二進(jìn)制數(shù)組成的代碼來表示1位十進(jìn)制數(shù)。4位二進(jìn)制數(shù)具有16種組合，二-十進(jìn)制數(shù)的10個數(shù)字符號只需選用其中的10種組合。2.1.2編碼31常用的幾種二-十制編碼（BCD碼）有權(quán)碼無權(quán)碼2.2邏輯代數(shù)基礎(chǔ)英國數(shù)學(xué)家喬治·布爾（GeorgeBoole）于1847年在他的著作中首先對邏輯代數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的論述，故邏輯代數(shù)始稱為布爾代數(shù)，因為邏輯代數(shù)用于研究二值變量的運(yùn)算規(guī)律，所以也稱為二值代數(shù)。332.2.1邏輯代數(shù)的基本運(yùn)算和復(fù)合運(yùn)算邏輯代數(shù)的基本運(yùn)算包括與、或、非三種運(yùn)算。下面用三個指示燈的控制電路來分別說明三種基本邏輯運(yùn)算的物理意義。設(shè)開關(guān)A、B為邏輯變量，約定開關(guān)閉合為邏輯1、開關(guān)斷開為邏輯0；設(shè)燈為邏輯函數(shù)F，約定燈亮為邏輯1，燈滅為邏輯0。341.與運(yùn)算邏輯與（也叫邏輯乘）定義如下：“一個事件要發(fā)生需要多個條件，只有當(dāng)所有的條件都具備之后，此事件才發(fā)生”。EABFQ？怎么表示與運(yùn)算呢351)

真值表:將邏輯變量所有可能取值的組合與其一一對應(yīng)的邏輯函數(shù)值之間的關(guān)系以表格的形式表示出來，叫做邏輯函數(shù)的真值表。與邏輯運(yùn)算真值表ABF0011010100011.與運(yùn)算輸入輸出362)

邏輯表達(dá)式：表示邏輯與運(yùn)算的邏輯函數(shù)表達(dá)式為F＝A·B，式中“·”為與運(yùn)算符號，有時也可以省略。與運(yùn)算的規(guī)則為：0·0＝0，0·1＝0，1·0＝0，1·1=1。與運(yùn)算可以推廣到多個邏輯變量，即

F＝A·B·C···，或表示為：F=ABC···。1.與運(yùn)算373)邏輯符號（電路圖）：在數(shù)字電路中，實(shí)現(xiàn)邏輯與運(yùn)算的單元電路叫與門，與門的邏輯符號如圖所示。1.與運(yùn)算本教材采用的符號382.或運(yùn)算在決定一事件發(fā)生的多個條件中，只要有一個條件滿足，此事件就會發(fā)生。AEBF??邏輯或運(yùn)算的真值表39或運(yùn)算邏輯函數(shù)表達(dá)式為F＝A＋B，式中“＋”為或運(yùn)算符號?；蜻\(yùn)算的規(guī)則為：

0+0＝0，0+1＝1，1+0＝1，1+1=1。邏輯或運(yùn)算也可推廣到多個邏輯變量，即

F=A+B+C+……2.或運(yùn)算402.或運(yùn)算實(shí)現(xiàn)邏輯或運(yùn)算的單元電路叫或門，或門的邏輯符號如圖所示。413.非運(yùn)算當(dāng)條件不具備時，事件才會發(fā)生。EFAR??邏輯非運(yùn)算的真值表423.非運(yùn)算非運(yùn)算的邏輯表達(dá)式為，式中A上的“－”為非運(yùn)算符號，EDA中表示為。非運(yùn)算的規(guī)則為：實(shí)現(xiàn)非運(yùn)算的單元電路叫非門(或反相器），非門的邏輯符號如圖所示。434.

幾種常用的邏輯運(yùn)算由與、或、非三種基本邏輯運(yùn)算可以組合成多種常用的復(fù)合邏輯運(yùn)算。1)與非運(yùn)算ABF001101011110444.

幾種常用的邏輯運(yùn)算2）或非運(yùn)算ABF001101011000453）與或非運(yùn)算4.

幾種常用的邏輯運(yùn)算4）異或邏輯運(yùn)算

對于兩變量的異或運(yùn)算，當(dāng)輸入相異時輸出為1，輸入相同時輸出為0。474.

幾種常用的邏輯運(yùn)算5）同或邏輯運(yùn)算對于兩變量的同或運(yùn)算，當(dāng)輸入相同時輸出為1，輸入不同時輸出為0484.

幾種常用的邏輯運(yùn)算小結(jié)邏輯運(yùn)算與、或、非；

與非、或非、與或非、異或、同或邏輯運(yùn)算的表述方法：

真值表、邏輯表達(dá)式、（門電路）邏輯符號492.2.2邏輯代數(shù)的基本公式和常用公式基本公式

01定律：重疊律：502.2.2邏輯代數(shù)的基本公式和常用公式51同理可證明：522.2.2邏輯代數(shù)的基本公式和常用公式532.2.2邏輯代數(shù)的基本公式和常用公式常用公式54常用公式5556常用公式*異或公式(補(bǔ)充)572.2.3邏輯代數(shù)的基本規(guī)則1.

代入規(guī)則

對任意邏輯等式，如果將式中的某一變量用其他變量或邏輯函數(shù)替換，則此等式仍然成立。例如，等式，若函數(shù)F＝BC去置換等式中地變量B，則等式左邊，而等式右邊，顯然，等式仍然成立。582.

反演規(guī)則

對于一個邏輯函數(shù)式F，若將其中所有的則得到的結(jié)果就是F的反函數(shù)。592.2.3邏輯代數(shù)的基本規(guī)則注意：優(yōu)先順序不能變，不屬于單個變量的求非操作不能變602.

反演規(guī)則

Q？化簡時怎么處理呢？2.2.3邏輯代數(shù)的基本規(guī)則3.

對偶規(guī)則對于一個邏輯函數(shù)式F,若將其中的則得到的結(jié)果就是F的對偶式。若兩邏輯式相等,則它們的對偶式也相等。612.2.3邏輯代數(shù)的基本規(guī)則2.3

邏輯函數(shù)常用的描述方法及相互間的轉(zhuǎn)換2.3.1邏輯函數(shù)常用的描述方法

邏輯表達(dá)式

真值表

邏輯電路圖波形圖

卡諾圖621.邏輯表達(dá)式

由邏輯變量和邏輯運(yùn)算符號組成，用于表示變量之間邏輯關(guān)系的式子，稱為邏輯表達(dá)式。常用的邏輯表達(dá)式有與或表達(dá)式、標(biāo)準(zhǔn)與或表達(dá)式、或與表達(dá)式、標(biāo)準(zhǔn)或與表達(dá)式、與非與非表達(dá)式、或非或非表達(dá)式、與或非表達(dá)式等。63與或表達(dá)式：標(biāo)準(zhǔn)與或表達(dá)式：或與表達(dá)式：標(biāo)準(zhǔn)或與表達(dá)式:與非與非表達(dá)式:或非或非表達(dá)式:與或非表達(dá)式：641.邏輯表達(dá)式

2.真值表用來反映變量所有取值組合及對應(yīng)函數(shù)值的表格，稱為真值表。

例如，對三變量的判斷奇數(shù)個1的電路，當(dāng)A、B、C三個變量中有奇數(shù)個1時，輸出F為1；否則，輸出F為0。應(yīng)用：通信中的檢驗碼的計算，奇校驗：一組數(shù)據(jù)位中1的個數(shù)是偶數(shù)，那么奇校驗位就置為1，使得總的1的個數(shù)保持奇數(shù)不變65三變量判斷奇數(shù)個1電路的真值表

663.邏輯圖由邏輯門電路符號構(gòu)成的，用來表示邏輯變量之間關(guān)系的圖形稱為邏輯電路圖，簡稱邏輯圖或電路圖。674.卡諾圖將邏輯變量分成兩組，分別在橫豎兩個方向排列出各組變量的所有取值組合，構(gòu)成一個有個方格的圖形，其中，每一個方格對應(yīng)變量的一個取值組合，這種圖形叫做卡諾圖。682.3.2不同描述方法之間的轉(zhuǎn)換1.表達(dá)式→真值表(1)根據(jù)表達(dá)式確定函數(shù)的變量及變量數(shù)。(2)按自然二進(jìn)制碼的順序列出變量的所有取值組合。(3)根據(jù)輸入組合對應(yīng)寫出輸出的取值。69【例題】列出邏輯函數(shù)的真值表解：逐個將變量A、B、C的各個取值組合代入邏輯函數(shù)中，求出相應(yīng)的函數(shù)值。ABC取000時，F(xiàn)為0；ABC取001時，F(xiàn)為1；……；ABC取110時，F(xiàn)為1；ABC取111時，F(xiàn)為0。按自然二進(jìn)制碼的順序列出變量A、B、C的所有不同取值組合，再根據(jù)以上的分析結(jié)果702.3.2不同描述方法之間的轉(zhuǎn)換邏輯函數(shù)的真值表

71如果表達(dá)式不為與或式一般需要將其轉(zhuǎn)換為與或式。2.3.2不同描述方法之間的轉(zhuǎn)換

找出輸出“1”的組合

用“與”寫出使輸出為1的組合。

將所有已寫出的組合進(jìn)行“或”

真值表2.真值表→表達(dá)式723.表達(dá)式→邏輯圖732.3.3邏輯函數(shù)的建立及其描述方法為了解決某個實(shí)際問題，必須研究其因變量及其相互之間的邏輯關(guān)系，從而得出相應(yīng)的邏輯函數(shù)。(1)一般來說，首先應(yīng)根據(jù)提出的實(shí)際邏輯命題，確定輸入邏輯變量、輸出邏輯變量。(2)研究它們之間的因果關(guān)系，列出其真值表。(3)再根據(jù)真值表寫邏輯函數(shù)表達(dá)式。(4)根據(jù)表達(dá)式畫出邏輯電路圖。74【例題】用與非門設(shè)計一個三人表決電路，要求當(dāng)多數(shù)同意時決議才能通過，否則決議不能通過。75解設(shè)三人分別用A、B、C表示，同意時取值為邏輯1，否則取值為邏輯0；表決結(jié)束用F表示，決議通過時取值為1，否則取值為0。分析邏輯變量之間的因果關(guān)系，列出此邏輯函數(shù)的真值表。2.3.3邏輯函數(shù)的建立及其描述方法76真值表電路圖邏輯表達(dá)式

化簡后的邏輯表達(dá)式

從此例可以看出，邏輯函數(shù)的幾種表示方法彼此等價2.4邏輯函數(shù)的化簡2.4.1邏輯函數(shù)的最簡形式

同一邏輯函數(shù)可以采用不同的邏輯電路圖來實(shí)現(xiàn)，而這些邏輯電路圖所采用的器件的種類或數(shù)量可能會有所不同，因此化簡邏輯函數(shù)可以簡化電路、節(jié)省器材、降低成本、提高系統(tǒng)的可靠性。因此，化簡邏輯函數(shù)對工程設(shè)計來說具有重要意義。邏輯函數(shù)的最簡表達(dá)式有很多種，常用的有最簡與或式和最簡或與式。77與或式F1=AB+BC與或式的最簡標(biāo)準(zhǔn)是：①含的與項個數(shù)最少；②各與項中含的變量個數(shù)最少?；蚺c式F2=(A+B)(B+C)

或與式的最簡標(biāo)準(zhǔn)是：①含的或項個數(shù)最少；②各或項中含的變量個數(shù)最少。常用的化簡方法有公式法和卡諾圖法兩種。782.4.1邏輯函數(shù)的最簡形式1.

并項法利用結(jié)合律，將兩個與項合并為一個，消去其中的一個變量。例如792.4.2邏輯函數(shù)的公式化簡公式化簡法就是運(yùn)用邏輯代數(shù)的基本公式和常用公式，得到最簡形式。2.吸收法利用吸收律A+AB=A，吸收多余的與項。例如：803.消因子法

利用吸收律消去某些與項中的變量。例如：814.消項法利用吸收律，將某些與項消去。例如：825.配項法利用等基本公式給某些邏輯函數(shù)配上適當(dāng)?shù)捻?，進(jìn)而可消去原函數(shù)中的某些項或變量。例如83實(shí)際上，在化簡一個較復(fù)雜的邏輯函數(shù)時，總是根據(jù)邏輯函數(shù)的不同構(gòu)成，綜合應(yīng)用上述幾種方法。例如845.配項法不同形式表達(dá)式之間的變換:利用基本公式對邏輯函數(shù)作形式上的變換，以便選用適合的器件來實(shí)現(xiàn)其邏輯功能。如將與或式變換成與非－與非表達(dá)式，以便用與非門來實(shí)現(xiàn)。例如85不同形式表達(dá)式之間的變換將或與式變換成或非－或非表達(dá)式，以便用或非門來實(shí)現(xiàn)。例如862.4.3邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡用公式法簡化邏輯函數(shù)時，一方面，不僅要熟記邏輯代數(shù)的基本公式，而且還需要有熟練的運(yùn)算技巧；另一方面，經(jīng)過化簡后的邏輯函數(shù)是否是最簡或最佳有時也難以確定?？ㄖZ圖化簡邏輯函數(shù)，簡捷直觀、靈活方便、且容易確定是否已得到最簡結(jié)果。但邏輯函數(shù)的變量數(shù)>6以后，使用就不很方便了。871.標(biāo)準(zhǔn)與或表達(dá)式–最小項（1）定義標(biāo)準(zhǔn)與或表達(dá)式是一種特殊的與或表達(dá)式，其中的每個與項都包含了所有相關(guān)的邏輯變量，每個變量以原變量或反變量出現(xiàn)一次且僅出現(xiàn)一次，這樣的與項稱為標(biāo)準(zhǔn)與項，又稱最小項。如F=F(A,B)，共有最小項4項：88m0m100000101最小項二進(jìn)制代碼十進(jìn)制數(shù)mim2m3m4m5m6m7010011100101110111234567（2）最小項編號891.標(biāo)準(zhǔn)與或表達(dá)式–最小項（3）最小項的主要性質(zhì)每個最小項都與變量的惟一的一個取值組合相對應(yīng)，只有該取值組合使這個最小項取值為1，其余任何組合均使該最小項為0。所有最小項相或，結(jié)果為1。任意兩個不同的最小項相與，結(jié)果為0901.標(biāo)準(zhǔn)與或表達(dá)式–最小項【例題】寫出函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)與或表達(dá)式。911.標(biāo)準(zhǔn)與或表達(dá)式–最小項（4）標(biāo)準(zhǔn)或與表達(dá)式標(biāo)準(zhǔn)或與表達(dá)式是一種特殊的或與表達(dá)式，其中的每個或項都包含了所有的邏輯變量，每個變量以原變量或反變量出現(xiàn)一次且僅出現(xiàn)一次。這樣的或項稱為標(biāo)準(zhǔn)或項，又稱最大項。例如：A、B、C的最大項對應(yīng)的變量取值組合為010，其大小為2，因而，記為M2。如果一個或項缺少某變量，則或上該變量和其反變量的邏輯與，直至每一個或項都為最大項為止。922.卡諾圖構(gòu)成的原則將邏輯變量分成兩組，分別在橫豎兩個方向排列出各組變量的所有取值組合，構(gòu)成一個有2n個方格的圖形，其中，每一個方格對應(yīng)變量的一個取值組合，這種圖形叫做卡諾圖。1）每個小方格代表一個最小項，對于n變量來說，共有2n個小方格。2）幾何上相鄰的最小項，邏輯上具有相鄰性。93AB01

010132ABABABAB二變量卡諾圖最小項編號ABC000111100101324

576ABCABCABCABCABCABCABCABC三變量卡諾圖2.卡諾圖構(gòu)成的原則940132457612131514891110ABCD0001111000011110ABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCD四變量卡諾圖重要特性：幾何相鄰具有邏輯相鄰注：上與下，左與右，對稱，相鄰95五變量卡諾圖963.用卡諾圖表示邏輯函數(shù)在卡諾圖中，由行和列兩組變量構(gòu)成的每一個小方格，都代表了邏輯函數(shù)的一個最小項，變量取值為1的代表原變量，為0的代表反變量。11111）由變量數(shù)選定卡諾圖2）所含最小項對應(yīng)格填197若邏輯函數(shù)為一般的與或表達(dá)式，無需先變換成最小項表達(dá)式，可直接將其填寫在卡諾圖中。11111111984.用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)（1）相鄰小方格的合并規(guī)則卡諾圖中，凡相鄰的兩個小方格（此稱幾何相鄰）都具有邏輯相鄰性，也就是它們只有一個變量取值不同，其他變量取值相同。邏輯相鄰的最小項相或時，可利用公式合并。991）兩個相鄰小方格可以合并成一個乘積項，且消去一個變量。ABC000111100111利用A+A=1的關(guān)系11AC11AB1004.用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)2）4（22）個相鄰的小方格可合并成一個乘積項，且消去兩個變量ABC0001111001

1111ABC0001111001

1111101ABCD00011110000111101111ABCD000111100001111011111111（3）如果是八個相鄰單元取值同為1，則可以合并，并消去三個變量。1024.用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)ABCD0001111000011110ABCD000111100001111011111111111111114）如果是2k個相鄰單元取值同為1，則可以合并，并消去n個變量。1034.用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)1）用卡諾圖表示邏輯函數(shù)。將邏輯函數(shù)F變換成與或式，凡在F中包含有的最小項，在其卡諾圖相應(yīng)的小方格中填1，其余的小方格空著或填0。104(2)用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)的步驟2）合并最小項①將相鄰的2k為1的小方格圈在一起，畫圖時要將盡可能多的小方格圈在一起，圈畫得越大，消去的變量就越多。②所畫的圈內(nèi)都必須至少包含一個未被圈過的小項，否則所得的乘積項是冗余項。105(2)用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)的步驟ABCD00011110000111101111錯誤的圈法正確的圈法③所畫的圈必須是矩形，并且個數(shù)為2k，一般是先畫大圈，最后圈孤立的單個的小方格。106(2)用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)的步驟3）根據(jù)所畫的圈寫相應(yīng)的乘積項，將各乘積項相或，便可得到化簡后的邏輯函數(shù)F的與或表達(dá)式。107(2)用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)的步驟【例2-13】

用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)ABCD00011110000111101084.用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)1.用卡諾圖表示邏輯函數(shù)【例2-13】用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)ABCD00011110000111101

11111111094.用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)1.用卡諾圖表示邏輯函數(shù)1【例2-13】用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)ABCD00011110000111101

11111111104.用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)2.合并最小項1【例2-13】用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)ABCD00011110000111101

11111111114.用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)3.寫出化簡后的最簡式12.5具有無關(guān)項邏輯函數(shù)的化簡寫出邏輯函數(shù)通常有兩大類：一類邏輯函數(shù)的邏輯值是完全確定的，它不是邏輯1就是邏輯0；另一類邏輯函數(shù)值對于某些最小項卻是不完全確定的：1）任意項:輸入變量的某些取值的組合根本不存在，或者某些取值的組合也確實(shí)存在，但它的存在對邏輯函數(shù)的輸出沒有任何影響。比如BCD碼中16中組合中未使用的6種組合。2）約束項:輸入變量的某些取值的組合實(shí)際存在，但對邏輯函數(shù)是不允許出現(xiàn)的。比如電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止的狀態(tài)之間的關(guān)系。112通常將任意項和約束項統(tǒng)稱為無關(guān)項?？刹捎靡韵路绞竭M(jìn)行表示。2.5具有無關(guān)項邏輯函數(shù)的化簡1132.5具有無關(guān)項邏輯函數(shù)的化簡無關(guān)項在卡諾圖中用

或X表示。對具有無關(guān)項的邏輯函數(shù)來講，無論是否包含該項，都不會影響原函數(shù)的邏輯功能，因而，將此類邏輯函數(shù)進(jìn)行化簡時，可以利用其無關(guān)項使邏輯函數(shù)得到進(jìn)一步的化簡。114【例2-14】有一水塔，用一大一小兩臺電動機(jī)MS和ML分別驅(qū)動兩個水泵向水塔注水，當(dāng)水塔的水位降到C點(diǎn)時，小電動機(jī)MS單獨(dú)驅(qū)動小水泵注水，當(dāng)水位降到B點(diǎn)時，大電動機(jī)ML單獨(dú)驅(qū)動大水泵注水，當(dāng)水位降到A點(diǎn)時由兩臺電動機(jī)同時驅(qū)動水泵注水。試設(shè)計一個控制電動機(jī)工作的邏輯電路。1152.5具有無關(guān)項邏輯函數(shù)的化簡解1）設(shè)水位C、B、A為輸入變量，當(dāng)水位降到C、B、A的某點(diǎn)時，取值為邏輯“1”，否則取值為邏輯“0”；電動機(jī)MS和ML為輸出變量，工作時取值為“1”，不工作時為“0”。2)分析邏輯變量之間的因果關(guān)系，列出此邏輯函數(shù)的真值表。1162.5具有無關(guān)項邏輯函數(shù)的化簡ABCMS

ML000001011111001001113）寫出表達(dá)式1172.5具有無關(guān)項邏輯函數(shù)的化簡ABCMS

ML000001011111001001114）畫出電路圖1182.5具有無關(guān)項邏輯函數(shù)的化簡1192.5具有無關(guān)項邏輯函數(shù)的化簡ABCMS

ML00000101111100100111水位控制真值表，如左表所示。除表中的4種取值外，其他4種情況均為無關(guān)項，完整的真值表如右表所示。ABCMS

ML0000010100111001011101110010

01

111202.5具有無關(guān)項邏輯函數(shù)的化簡ABCMS

ML0000010100111001011101110010

01

113）寫出表達(dá)式MSML1212.5具有無關(guān)項邏輯函數(shù)的化簡4）畫出電路圖5）與未考慮無關(guān)項情況對比2.6用Multisim進(jìn)行邏輯函數(shù)的化簡與變換(演示）通過MultisimEDA中的“邏輯轉(zhuǎn)換器”可以實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)的化簡與變換。122【例2-15】已知邏輯函數(shù)F的真值表如下圖所示，試用Multisim求出F的邏輯函數(shù)式，并將其化簡為最簡與或形式。1232.6用Multisim進(jìn)行邏輯函數(shù)的化簡與變換解：啟動Multisim以后，選擇儀表工具欄中的“LogicConverter”（邏輯轉(zhuǎn)換器），點(diǎn)擊邏輯轉(zhuǎn)換器圖標(biāo)“XLC1”，彈出下圖所示的邏輯轉(zhuǎn)換器操作窗口“Logicconverter–XLC1”。1242.6用Multisim進(jìn)行邏輯函數(shù)的化簡與變換根據(jù)題中邏輯函數(shù)的真值表可知共有4個輸入變量，點(diǎn)擊邏輯轉(zhuǎn)換器的對應(yīng)4個變量，EDA自動給出4個變量的取值組合根據(jù)真值表中F與輸入變量的對應(yīng)取值設(shè)置EDA中的輸出值，完成真值表的輸入1252.6用Multisim進(jìn)行邏輯函數(shù)的化簡與變換點(diǎn)擊邏輯轉(zhuǎn)換器的“Conversions”選項中的第三個按鈕，便可得到最簡與或式化簡結(jié)果出現(xiàn)在操作窗口底部一欄中。126從上圖可以看到，利用“Conversions”選項中的六個按鈕，可以在邏輯函數(shù)的真值表、最小項之和形式的函數(shù)式、最簡與或式以及邏輯圖之間任意進(jìn)行轉(zhuǎn)換。2.6用Multisim進(jìn)行邏輯函數(shù)的化簡與變換本章小結(jié)計算機(jī)等數(shù)字設(shè)備中的常用數(shù)制與代碼。邏輯代數(shù)的公式和定理、邏輯函數(shù)的表示方法及其相互轉(zhuǎn)換、邏輯函數(shù)的化簡方法。采用EDA化簡邏輯函數(shù)。127第3章集成邏輯門電路目錄3.1概述3.2半導(dǎo)體二極管門電路3.3

TTL集成門電路3.4

CMOS門電路3.5各類邏輯門的性能比較3.6不同類型數(shù)字集成電路的接口1293.1概述用來實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算和復(fù)合邏輯運(yùn)算的單元電路稱為門電路。常用的門電路有與門、或門、非門、與非門、或非門、與或非門、異或門等。從制造工藝方面來分類，數(shù)字集成電路可分為雙極型、單極型和混合型三類。正邏輯、負(fù)邏輯130一、半導(dǎo)體半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。常用半電體材料為硅（Si）和鍺（Ge），四價元素半導(dǎo)體具有特殊性質(zhì)：光敏特性、熱敏特性及摻雜特性等3.2.1半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)131把純凈的沒有結(jié)構(gòu)缺陷的半導(dǎo)體單晶稱為本征半導(dǎo)體在熱力學(xué)溫度零度和沒有外界激發(fā)時,本征半導(dǎo)體不導(dǎo)電。

硅原子價電子+4+4+4+4+4+4+4+4+41.本征半導(dǎo)體132+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子空穴本征激發(fā)復(fù)合成對出現(xiàn)成對消失本征激發(fā)和復(fù)合本征半導(dǎo)體中的兩種載流子電子和空穴1.本征半導(dǎo)體133+4+4+4+4+4+4+4+4+4外電場方向空穴移動方向

電子移動方向

在外電場作用下，電子和空穴均能參與導(dǎo)電形成兩種電流：電子電流，空穴電流價電子填補(bǔ)空穴1.本征半導(dǎo)體134+4+4+4+4+4+4+4+42.雜質(zhì)半導(dǎo)體（1）N型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入少量的五價元素,如磷,則形成N型半導(dǎo)體。

磷原子+4+5多余價電子自由電子正離子N型半導(dǎo)體135

N型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖少數(shù)載流子多數(shù)載流子正離子在N型半導(dǎo)體中,電子是多數(shù)載流子（多子）,空穴是少數(shù)載流子（少子），但仍是電中性2.雜質(zhì)半導(dǎo)體136+4+4+4+4+4+4+4空穴（2）P型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入少量的三價元素,如硼,則形成P型半導(dǎo)體。

+4+4硼原子填補(bǔ)空位+3負(fù)離子2.雜質(zhì)半導(dǎo)體137電子是少數(shù)載流子負(fù)離子空穴是多數(shù)載流子在P型半導(dǎo)中,空穴是多數(shù)載流子,電子是少數(shù)載流子。2.雜質(zhì)半導(dǎo)體（2）P型半導(dǎo)體1381.

PN結(jié)的形成在同一塊半導(dǎo)體單晶上,形成P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體,在這兩種半導(dǎo)體的交界處就形成了一個PN結(jié)。二、PN結(jié)多子擴(kuò)散少子漂移內(nèi)電場方向空間電荷區(qū)P區(qū)N區(qū)139

由于載流子的濃度差，P區(qū)的空穴向N區(qū)擴(kuò)散，N區(qū)的電子向P區(qū)擴(kuò)散。這種由于濃度差引起的運(yùn)動稱為擴(kuò)散運(yùn)動。

隨著擴(kuò)散運(yùn)動的進(jìn)行，N區(qū)出現(xiàn)正離子區(qū)，P區(qū)出現(xiàn)負(fù)離子區(qū)，這個不能移動的電荷區(qū)叫空間電荷區(qū)。因沒有載流子，也叫耗盡層、勢壘區(qū)、阻擋層。1.

PN結(jié)的形成二、PN結(jié)140

由空間電荷區(qū)產(chǎn)生的、方向為N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)建電場阻礙了擴(kuò)散運(yùn)動，同時使少子產(chǎn)生漂移運(yùn)動，即N區(qū)的空穴向P區(qū)漂移，P區(qū)的電子向N區(qū)漂移。

當(dāng)漂移運(yùn)動和擴(kuò)散運(yùn)動達(dá)到動態(tài)平衡時，擴(kuò)散電流等于漂移電流且方向相反，PN結(jié)中電流為零，PN結(jié)寬度及電位差Uho為恒定值。硅：（0.6～0.8）V；鍺：（0.1～0.3）V。1.

PN結(jié)的形成二、PN結(jié)硅：0.7V；鍺：0.2

V141內(nèi)電場方向2.

PN結(jié)的特性（1）PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)單向?qū)щ娦裕篜N結(jié)在不同極性的外加電壓作用時，其導(dǎo)電能力有顯著差異。142內(nèi)電場方向E外電場方向RIP區(qū)N區(qū)外電場驅(qū)使P區(qū)的空穴進(jìn)入空間電荷區(qū)抵消一部分負(fù)空間電荷N區(qū)電子進(jìn)入空間電荷區(qū)抵消一部分正空間電荷空間電荷區(qū)變窄擴(kuò)散運(yùn)動增強(qiáng)，形成較大的正向電流I外加正向電壓(正偏)（P端接電源正極）PN結(jié)兩端不能直接接電源兩端（1）PN結(jié)的單向?qū)щ娦?43P區(qū)N區(qū)內(nèi)電場方向ER空間電荷區(qū)變寬外電場方向IRII外加反向電壓(反偏)（N端接電源正極）少數(shù)載流子越過PN結(jié)形成很小的反向電流（1）PN結(jié)的單向?qū)щ娦?44PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)正向偏置時靠多子導(dǎo)電，產(chǎn)生的正向電流數(shù)值較大，此時容易導(dǎo)電；PN結(jié)反向偏置時靠少子導(dǎo)電，產(chǎn)生的反向電流數(shù)值很小，幾乎不導(dǎo)電。145（2）PN結(jié)的伏安特性及其表達(dá)式I/mAU/VI為流過PN結(jié)的電流，U為PN結(jié)兩端的外加電壓。Is為反向飽和電流，UT為“溫度電壓當(dāng)量”，常溫時，UT≈26mVPN結(jié)的伏安特性是指PN結(jié)兩端的外加電壓與流過PN結(jié)的電流之間的關(guān)系曲線。146PN加正向電壓，且U

>>UT時，PN加反向電壓，且

U

>>UT時，I/mAU/V（2）PN結(jié)的伏安特性及其表達(dá)式147（3）PN結(jié)的擊穿特性當(dāng)PN結(jié)反向電壓超過一定數(shù)值UBR后，反向電流急劇增加，該現(xiàn)象稱為反向擊穿，UBR稱為反向擊穿電

雪崩擊穿2.齊納擊穿當(dāng)PN結(jié)反向電壓增加時，可能會發(fā)生反向擊穿。要保證PN結(jié)不因電流過大產(chǎn)生過熱而損壞。當(dāng)反向電壓下降到擊穿電壓（絕對值）以下時，PN結(jié)的性能便可恢復(fù)擊穿前狀態(tài)。148PN結(jié)電容勢壘電容擴(kuò)散電容（4）PN結(jié)的電容效應(yīng)PN結(jié)除有單向?qū)щ娦酝?，還有電容效應(yīng)?？臻g電荷區(qū)P區(qū)N區(qū)1493.2.2半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性

1.二極管的符號正極-P極負(fù)極-N極1502.二極管的伏安特性600400200–0.1–0.200.40.7–50–100二極管/硅管的伏安特性V/VI/mA正向特性反向特性反向擊穿特性151二極管（PN結(jié)）的單向?qū)щ娦裕篜N結(jié)外加正偏電壓（P端接電源正極，N端接電源負(fù)極）時，形成較大的正向電流，PN結(jié)呈現(xiàn)較小的正向電阻；外加反偏電壓時，反向電流很小，PN結(jié)呈現(xiàn)很大的反向電阻。2.二極管的伏安特性-二極管的單向?qū)щ娦哉龢O-P極負(fù)極-N極1521533.二極管等效電路導(dǎo)通電壓VON硅管取0.7V鍺管取0.2V結(jié)論：只有當(dāng)外加正向電壓（P極電壓大于N極電壓）大于VON

(硅管0.7V）時，二極管才導(dǎo)通。二極管導(dǎo)通后具有電壓箝位作用。1541554.二極管的動態(tài)特性在動態(tài)情況下，亦即加到二極管兩端的電壓突然反向時，電流的變化過程如圖所示。156因為半導(dǎo)體二極管具有單向?qū)щ娦?，即外加正向電壓時導(dǎo)通，外加反向電壓時截止，所以它相當(dāng)于一個受外加電壓極性控制的開關(guān)。5.

半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性VCC=5V當(dāng)vI為高電平VIH時，VD可能截止，可能導(dǎo)通，vO為高電平：VCC或者VIH+VON。當(dāng)vI為低電平VIL時，VD導(dǎo)通，vO=VIL+VON，為低電平。5.

半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性1573.2.3二極管與門電路二極管與門電路及邏輯符號與門真值表1583.2.4二極管或門電路二極管或門電路及邏輯符號或門真值表159在同一個硅片上制造出三個摻雜區(qū)域，三個區(qū)分別叫發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)。引出的三個電極分別為：發(fā)射極e、基極b和集電極c?；鶇^(qū)和集電區(qū)形成集電結(jié)，發(fā)射區(qū)和基區(qū)形成發(fā)射結(jié)。3.3.1雙極型晶體管1.基本結(jié)構(gòu)集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電極c基極b發(fā)射極eNNP160集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)NN集電極c基極b發(fā)射極ePecb符號

按照摻雜方式的不同分為NPN型和PNP型兩種類型NPN型3.3.1雙極型晶體管箭頭方向：PN結(jié)正偏方向161集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)PP集電極c基極b發(fā)射極eNecb符號PNP型1621.基本結(jié)構(gòu)（1）兩個PN結(jié)（發(fā)射結(jié)和集電結(jié)）均無外加電壓載流子運(yùn)動處于動平衡，凈電流為零（2）發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓

（e結(jié)正偏，c結(jié)反偏：放大區(qū)）2.晶體管中的電流控制作用（以NPN型為例說明）163PNNRBRCVBBVCC發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏I(xiàn)EN電源負(fù)極向發(fā)射區(qū)補(bǔ)充電子產(chǎn)生流出發(fā)射極電流IEN電子在基區(qū)擴(kuò)散與復(fù)合電源正極拉走電子，補(bǔ)充被復(fù)合的空穴，形成IBNIBN集電區(qū)收集電子電子流向電源正極形成ICNICNIEPICBO164（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子發(fā)射區(qū)的多子電子擴(kuò)散到基區(qū)，形成流出發(fā)射極的電流IEN；基區(qū)的多子空穴擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)，形成流出發(fā)射極的電流IEP。發(fā)射極電流：IE=IEN+IEP165NPNIEPIBNICBOICNIENIEIBIC2.晶體管的電流控制作用（2）電子在基區(qū)的擴(kuò)散與復(fù)合發(fā)射區(qū)的電子發(fā)射到基區(qū)后，少量的被復(fù)合，形成流入基區(qū)電流IBN；基區(qū)的多子空穴擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)，VBB電源拉走電子，形成流入基極的電流IEP；集電結(jié)反偏形成流出基極的飽和電流ICBO?；鶚O電流：IB=IBN+IEP

-

ICBO166NPNIEPIBNICBOICNIENIEIBIC2.晶體管的電流控制作用（3）電子被集電極收集由于集電結(jié)反偏，發(fā)射到基區(qū)的大量電子被集電極收集，形成流入集電極電流ICN；集電結(jié)反偏形成流入集電極的飽和電流ICBO。集電極電流：IC=ICN+ICBO1672.晶體管的電流控制作用NPNIEPIBNICBOICNIENIEIBIC推導(dǎo)可得:三個極的電流關(guān)系168NPNIEPIBNICBOICNIENIEIBIC2.晶體管的電流控制作用ecb1692.晶體管的電流控制作用雙極型三極管實(shí)現(xiàn)電流放大或控制的條件（１）內(nèi)因晶體管結(jié)構(gòu)上的保證：三個濃度不同的摻雜區(qū)、基區(qū)薄，摻雜濃度低；集電結(jié)面積大。（２）外因外加直流電源保證：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。1702.晶體管的電流控制作用根據(jù)材料分為硅管和鍺管；根據(jù)三個區(qū)的摻雜方式分為NPN和PNP；根據(jù)使用的頻率范圍分為低頻管和高頻管；根據(jù)允許的功率損耗分為小功率管、中功率管和大功率管1713.晶體管類型4.共射接法晶體管的特性曲線

(以NPN管共射接法為例）公共端共射極172（1）輸入特性曲線（2）輸出特性曲線輸入回路輸出回路（1）輸入特性曲線輸入特性曲線與PN結(jié)的伏安特性類似；數(shù)字電路應(yīng)用分析時，如果輸入端加入高電平，則管子導(dǎo)通，并且具有電壓箝位的作用；否則截止。4.共射接法晶體管的特性曲線

(以NPN管共射接法為例）

173截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反偏iB≈0集電結(jié)反偏I(xiàn)CEO≤1μA截止，開關(guān)斷開iC/mAvCE/V0放大區(qū)iB=0μA20μA40μA截止區(qū)飽和區(qū)60μA80μA(2)輸出特性曲線：集電極電流iC和集電極電壓vCE之間關(guān)系的曲線截止區(qū)174iC/mAvCE/V0放大區(qū)iB=0μA20μA40μA截止區(qū)飽和區(qū)60μA80μA放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏iC

=

iB用于放大(2)輸出特性曲線：集電極電流iC和集電極電壓vCE之間關(guān)系的曲線放大區(qū)175iC/mAvCE/V0放大區(qū)iB=0μA20μA40μA截止區(qū)飽和區(qū)60μA80μA飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)正偏VCES

≈0.3V導(dǎo)通，開關(guān)閉合(2)輸出特性曲線：集電極電流iC和集電極電壓vCE之間關(guān)系的曲線飽和區(qū)176177三極管輸出特性上的三個工作區(qū)放大區(qū)：iC=

·iB飽和區(qū)：VCES=0.3V截止區(qū)：ICEO≤1μAiC/mAvCE/V0放大區(qū)iB=0μA20μA40μA截止區(qū)飽和區(qū)60μA80μA1785.雙極型三極管的開關(guān)電路用NPN型三極管取代下圖中的開關(guān)S，就得到了三極管開關(guān)電路。179當(dāng)vI為低電平時，三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)（截止區(qū)），輸出高電平vO

VCC

。當(dāng)vI為高電平時，三極管工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài)（飽和區(qū)），輸出低電平vOL（VCES

）。5.雙極型三極管的開關(guān)電路三極管相當(dāng)一個受vI控制的開關(guān)6.三極管非門電路由三極管開關(guān)電路組成的最簡單的門電路就是非門電路（反相器）。當(dāng)輸入A為低電平時，三極管截止，F(xiàn)輸出為高電平；當(dāng)輸入A為高電平時，三極管飽和導(dǎo)通，輸F為低電平。實(shí)現(xiàn)了邏輯非功能。1803.2.3二極管與門電路二極管與門電路及邏輯符號與門真值表1813.2.4二極管或門電路二極管或門電路及邏輯符號或門真值表1825.二極管－三極管門電路

(1)與非門電路將二極管與門的輸出與三極管非門的輸入連接，便構(gòu)成了二極管－三極管與非門電路。F1183184（2）或非門電路將二極管或門的輸出與三極管非門的輸入連接，便構(gòu)成了二極管－三極管或非門電路。1853.2.4TTL反相器1.電路結(jié)構(gòu)輸入級VT1、R1倒相級VT2、R2

、R3輸出級VT4、VT5、VD2

、R4保護(hù)二極管:VD11862.工作原理當(dāng)A為低電平時，

vB1=0.3+0.7=1VvB1=1VVT2、VT5截止

VT4、VD3導(dǎo)通vo=VCC–VR2–Vbe4–VVD3

5–0.7–0.7=3.6VF=1(高電平）較小設(shè)PN結(jié)導(dǎo)通電壓為0.7V電源電壓VCC=5V三極管飽和壓降以及低電平為0.3V高電平為3.6V187vB1=2.1VvC2=1VvC2=vCE2+vBE5=0.3+0.7=1V，不足以使V4、VD3同時導(dǎo)通VT5導(dǎo)通，VT4

、VD3截止，vo=0.3V,F=0

低電平2）當(dāng)輸入A為高電平3.6V時，VT2,VT5導(dǎo)通，三個PN結(jié)的箝位作用使vB1=2.1V，V1發(fā)射結(jié)反偏。vo=0.3V1883.

TTL反相器的靜態(tài)特性（1）電壓傳輸特性

輸出電壓隨輸入電壓的變化特征曲線，叫做門電路的電壓傳輸特性。1891)AB段當(dāng)vI<0.6V時，

VT2和VT5管都截止，VD2和VT4管導(dǎo)通，輸出為高電平。故段稱為電壓傳輸特性的截止區(qū)。1902)BC段當(dāng)0.6V<vI<1.3V時，

VT2管開始導(dǎo)通，處于放大狀態(tài)，所以其集電極電壓vC2

和輸出電壓vO

隨輸入電壓的增高而線性下降，此時VT5管仍截止，此段稱為線性區(qū)。1913)CD段當(dāng)1.3V<vI<1.4V時，VT5管由截止過渡到飽和導(dǎo)通，VT4管和VD2管開始截止，輸出急劇下降為低電平，vO=vces5=0.3V，故稱此段為轉(zhuǎn)折區(qū)D點(diǎn)對應(yīng)的輸入電壓VTH

叫閾值電壓，VTH

1.4V。1924）DE段當(dāng)vI大于1.4V以后，vb1被鉗位在2.1V，VT2和VT5管均飽和,vO=vces5=0.3V，故此段稱為飽和區(qū)。193從電壓傳輸特性上可以看反相器的三個主要參數(shù)：輸出高電平VOH≈3.6V，輸出低電平VOL≈0.3V；閾值電壓VTH≈1.4V。194（2）TTL反相器的噪聲容限門電路在使用中，其輸入端有時會受到雜散電磁場和其它環(huán)境干擾源的影響，當(dāng)上述噪聲電壓超過一定限度時，就會破壞輸出與輸入之間正常的邏輯關(guān)系，通常將不致影響輸出邏輯狀態(tài)時輸入端所允許的最大噪聲電壓，叫做門電路的噪聲容限。195圖3-24說明直流噪聲容限定義的示意圖196高電平的噪聲容限低電平的噪聲容限197（3）

輸入特性和輸出特性為了能正確使用門電路，必須了解其電氣特性，下面將分別討論TTL反相器的輸入特性和輸出特性。1981）輸入特性約定vI和iI的方向如圖所示。把輸入電流iI與輸入電壓vI之間的關(guān)系曲線，叫做門電路的輸入特性曲線。+-iI199IISIILIIS：輸入短路電流。IIL:輸入低電平電流200VTHIIHIIH：輸入高電平電流（輸入漏電流）VTH：閾值電壓(1.4V)。2012）輸出特性輸出電壓vO隨輸出負(fù)載電流的變化而變化的關(guān)系曲線，叫做輸出特性。輸出特性說明了電路帶負(fù)載的能力。由于邏輯門電路輸出可為高電平，也可為低電平，因此，輸出特性也應(yīng)分為輸出高電平時的輸出特性和輸出低電平時的輸出特性兩種情況來討論。202

①輸出高電平時的輸出特性當(dāng)反相器輸入低電平時，則VT2和VT5管都截止，VT4管和VD2管都導(dǎo)通，輸出為高電平。203負(fù)載電流由VT4管的發(fā)射極經(jīng)二極管VD2流入負(fù)載，故稱這類負(fù)載為拉電流負(fù)載。在實(shí)際使用時，應(yīng)將這類門電路輸出高電平時的負(fù)載電流限制在400

A以內(nèi)。204②輸出低電平時的輸出特性當(dāng)反相器的輸入端為高電平時，VT2和VT5管都飽和導(dǎo)通，VT4管截止，輸出低電平。205由于輸出低電平時負(fù)載電流是由負(fù)載流入VT5管，故稱這類負(fù)載為灌電流負(fù)載。206空載時的輸出低電平常小于0.3V，帶有負(fù)載時的輸出低電平與VT5管的飽和電阻值有關(guān)，在環(huán)境溫度25

C時，VT5管的飽和電阻值約為8

左右，所以，隨著負(fù)載電流絕對值的增加，輸出低電平會稍有升高，iL通常小于12mA。與輸出特性有關(guān)的參數(shù)是：輸出高電平VOH

輸出高電平電流

IOH

輸出低電平

VOL

輸出低電平電流

IOL

扇出系數(shù)

NO207208(4)輸入負(fù)載特性當(dāng)用TTL反相器組成一些較復(fù)雜的邏輯電路時，有時需要在信號與輸入端或輸入端與地之間接一電阻。209TTL反相器輸入負(fù)載特性如圖所示。210開門電阻：為保證與非門輸出為額定低電平所允許的RI的最小阻值，定義為開門電阻，用RON表示，該阻值一般可通過實(shí)驗測得。一般取RON=2k

，當(dāng)RI>RON時認(rèn)為輸入為高電平，當(dāng)RI<<RON時認(rèn)為輸入為低電平。TTL反相器的輸入端懸空，相當(dāng)于在其輸入端接一個阻值為無窮大的電阻，也就是相當(dāng)于接高電平。(4)輸入負(fù)載特性為保證輸入低電平不超過輸入低電平的上限，對應(yīng)輸入負(fù)載電阻值為關(guān)門電阻ROFF。若取VIL(max)=0.8V，則ROFF=0.91k

。2112123.3.5

TTL或非門和與非門二輸入或非門電路結(jié)構(gòu)圖或非門真值表1.或非門2133.3.5

TTL或非門和與非門二輸入與非門電路結(jié)構(gòu)圖2.與非門2143.3.5

TTL或非門和與非門二輸入與非門電路結(jié)構(gòu)圖與非門真值表2.與非門215門電路的扇出系數(shù)扇出系數(shù)NO的定義是：“一個門電路能驅(qū)動與其同類門的個數(shù)”。它標(biāo)志著一個門電路的帶負(fù)載能力。216門電路的扇出系數(shù)計算扇出系數(shù)分為輸出高電平時的扇出系數(shù)及輸出低電平時的扇出系數(shù)，并取兩者較小的作為電路的扇出系數(shù)。217驅(qū)動門，輸出高電平的最大負(fù)載電流為IOH驅(qū)動門，輸出低電平的最大負(fù)載電流為IOL負(fù)載門，輸入端數(shù)為m負(fù)載門，輸入高電平時的漏電流為IIH負(fù)載門，輸入低電平的電流為IIL門電路的扇出系數(shù)2181.反相器門電路的扇出系數(shù)NO=min(IOH/IIH

,

IOL/IIL)高電平：IOH/IIH低電平：IOL/IIL2192.與非門門電路的扇出系數(shù)NO=min(IOH/

(mIIH)

,

IOL/IIL)高電平：IOH/

(mIIH)

低電平：IOL/IILVIL=0.3V①②2203.或非門門電路的扇出系數(shù)NO=min(IOH/

(mIIH)

,

IOL/(mIIL))1.反相器NO=min(IOH/IIH

,

IOL/IIL)門電路的扇出系數(shù)2.與非門NO=min(IOH/

(mIIH)

,

IOL/IIL)3.或非門NO=min(IOH/

(mIIH)

,

IOL/(mIIL))2212223.3.6集電極開路門集電極開路門高電平低電平OC門：Open

Collector2233.3.6集電極開路門集電極開路門OC門224多個OC門的輸出端并聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)“線與”。225影響因素：并聯(lián)在一起的開路門（驅(qū)動門）的個數(shù)n所接負(fù)載門的輸入端數(shù)m負(fù)載門的個數(shù)M線與輸出的邏輯狀態(tài)：高/低電平上拉電阻RL選擇nMm226（1）驅(qū)動門輸出高電平RL的最大值RLmax當(dāng)驅(qū)動門輸出高電平時，應(yīng)使得VOH

VOHmin負(fù)載門輸入端數(shù)驅(qū)動門個數(shù)227（2）驅(qū)動門輸出低電平RL的最小值RLmin當(dāng)驅(qū)動門輸出低電平時，應(yīng)使得VOL

VOLmax負(fù)載門數(shù)上拉電阻RL的取值228【例3-1】三個集電極開路門組成線與輸出電路，TTL反相器和與非門作為負(fù)載，其電路連接如左圖所示。設(shè)線與輸出的高電平VOHmin=3.0V，每個OC門截止時其輸出管VT5流入的漏電流IOH=2uA；在滿足VOL

0.4V的條件下，驅(qū)動管VT5飽和導(dǎo)通時所允許的最大灌電流IOLmax=16mA。負(fù)載門的輸入特性如右圖所示。

試確定線與輸出時的上拉電阻RL的取值情況，已知V’CC=VCC=5V。2293.3.6TTL集電極開路門上拉電阻取值解：上拉電阻取值范圍2303.3.6TTL集電極開路門上拉電阻取值IOLmax=16mAV‘CC=VCC=5VVOHmin=3.0VIOH=2uAVOLmax=0.4V由輸入特性可得IIH=40A2310.43.3.6TTL集電極開路門上拉電阻取值VOLmax=0.4VIIL=-1.5mA解：上拉電阻取值范圍2323.3.6TTL集電極開路門上拉電阻取值M：負(fù)載門的數(shù)目M：3m：負(fù)載門的輸入端數(shù)m：6n：驅(qū)動門的數(shù)目n：4解：上拉電阻取值范圍3.3.6TTL集電極開路門上拉電阻取值根據(jù)以上計算，0.4k

RL8.1k，故可選2k233解：上拉電阻取值范圍3.3.6TTL集電極開路門上拉電阻取值如果用4IOLmax，則RLmin為80

，那么當(dāng)只有一個輸出為低電平時，流入該門的電流I’OL

61mA>IOLmax(16mA)2342353.3.7三態(tài)門三態(tài)門電路及邏輯符號三態(tài)門：TS門，Three-State-Logic

使能端高電平有效236EN=1，使能有效時，附加電路不影響輸出。電路功能為與非門。3.3.7三態(tài)門F1F21237EN=0，使能無效時,V4、V5均截止，電路輸出為高阻狀態(tài)3.3.7三態(tài)門F1F2使能端高電平有效1V1V238使能端低電平有效3.3.7三態(tài)門使能端高電平有效2393.3.7三態(tài)門利用三態(tài)門構(gòu)成總線系統(tǒng)XX2403.3.7三態(tài)門利用三態(tài)門構(gòu)成總線系統(tǒng)2413.4.1

MOS管場效應(yīng)管（Field

Effect

Transistor，F(xiàn)ET）：是利用輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件，為電壓控制電流源。按結(jié)構(gòu)不同分為：結(jié)型(JFET)

絕緣柵型(IGFET)，MOS管按導(dǎo)電溝通類型不同分為：N溝道和P溝道按上電時導(dǎo)電溝道是否存在分為：耗盡型和增強(qiáng)型2423.4.1

MOS管N溝道增強(qiáng)型MOS管源極s漏極d柵極g1.結(jié)構(gòu)243D與S之間是兩個反向串聯(lián)的PN結(jié)，無論D與S之間加什么極性的電壓，漏極電流均接近于零。1)VGS=03.4.1

MOS管2.工作原理X244導(dǎo)電溝道—N型半導(dǎo)體2)vGS>

03.4.1

MOS管2.工作原理N型半導(dǎo)體N溝道增強(qiáng)型MOS管245開啟電壓VTH：剛剛開始出現(xiàn)N溝道或者是產(chǎn)生漏極電流時的vGSNMOS管，VTNPMOS管，VTP2)vGS>

0，vGD>

03.4.1

MOS管2.工作原理246可變電阻區(qū)：vGS>VTH，vGD>VTH（vGD=vGS

–vDS）2)vGS>

0，vGD>

03.4.1

MOS管2.工作原理vDSvGS247飽和區(qū)：vGS>VTH，vGD<VTH2)VGS>

0，VGD>

03.4.1

MOS管2.工作原理vDSvGS248截止區(qū)（又稱夾斷區(qū)）

vGS<VTH(2)

可變電阻區(qū)

vGD>VTH