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1、第二章逻辑门电路本讲稿第一页，共二十四页本讲稿第二页，共二十四页二、产生反向恢复过程的原因二、产生反向恢复过程的原因-电荷存储效应。电荷存储效应。二二极极管管在在开开关关转转换换过过程程中中出出现现的的反反向向恢恢复复过过程程，实实质质上上是是由由于于电电荷荷存存储储效效应应所所引引起起的的，反反向向恢恢复复时时间间就就是是存存储储电电荷荷消消失失所所需需要的时间。一般开关二极管的反向恢复时间在纳秒（要的时间。一般开关二极管的反向恢复时间在纳秒（ns）数量级。）数量级。三、二极管的开通时间：三、二极管的开通时间：1、开开通通时时间间：二二极极管管从从截截止止转转为为正正向向导导通通所所需需的的
2、时时间间。这这个个时时间间同同反反向向恢恢复复时时间间相相比比是是很很短短的的，它它对对开开关关速速度度的的影影响响很很小，可忽略不计。小，可忽略不计。本讲稿第三页，共二十四页本讲稿第四页，共二十四页2.2 BJT的开关特性的开关特性一、一、BJT的开关作用：的开关作用：BJT相相当当于于一一个个由由基基极极电电流流所所控控制制的的无无触触点点开开关关，BJT截截止止时时相相当当于开关于开关“断开断开”，而饱和时相当于开关，而饱和时相当于开关“闭合闭合”。二二、BJT的的开开关关时时间间：开开通通时时间间和和关关闭闭时时间间总总称称为为BJT的的开开关关时时间。（几十至几百纳秒）间。（几十至几
3、百纳秒）1、BJT的开关时间参数的开关时间参数2、开开通通时时间间ton(=td+tr)就就是是建建立立基基区区电电荷荷时时间间。关关闭闭时时间间toff(=ts+tf)就是存储电荷消散的时间。就是存储电荷消散的时间。本讲稿第五页，共二十四页本讲稿第六页，共二十四页本讲稿第七页，共二十四页2.3基本逻辑门电路基本逻辑门电路一、二极管一、二极管“与门与门”及及“或门或门”电路电路1、与门电路：、与门电路：2、或门电路：、或门电路：二、非门电路（二、非门电路（BJT)反相器：反相器：对对于于饱饱和和型型反反相相器器来来说说，输输入入信信号号必必须须满满足足条条件件：逻辑逻辑0：v1 V1逻辑逻辑1
4、：v2 V2本讲稿第八页，共二十四页本讲稿第九页，共二十四页本讲稿第十页，共二十四页本讲稿第十一页，共二十四页本讲稿第十二页，共二十四页2.4 TTL逻辑门电路逻辑门电路一、基本的一、基本的BJT反相器的动态性能。反相器的动态性能。二、二、TTL反相器的基本电路。反相器的基本电路。1、TTL反相器的工作原理。反相器的工作原理。2、采用输入级以提高工作速度。、采用输入级以提高工作速度。3、采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力。、采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力。三、三、TTL反相器的传输特性：反相器的传输特性：1、传输特性是、传输特性是V0=f（V1）的关系曲线。）的关系曲线。四
5、、四、TTL与非门电路：与非门电路：五、五、TTL与非门的技术参数与非门的技术参数：本讲稿第十三页，共二十四页本讲稿第十四页，共二十四页1、传输特性。、传输特性。2、输入、输入 和输出的高、低电压。和输出的高、低电压。3、噪声容限：表示门电路的抗干扰能力。、噪声容限：表示门电路的抗干扰能力。4、扇入与扇出数：、扇入与扇出数：1）TTL门电路的扇入数取决于它的输入端的个数。门电路的扇入数取决于它的输入端的个数。2）灌电流工作情况：在输出为低电平的情况下，扇出数）灌电流工作情况：在输出为低电平的情况下，扇出数:3）拉电流工作情况：在输出为高电平时的扇出数拉电流工作情况：在输出为高电平时的扇出数:4
6、）通通常常基基本本的的TTL门门电电路路其其扇扇出出数数约约为为10，而而性性能能更更好好的的门门电路的扇出数最高可达电路的扇出数最高可达3050。本讲稿第十五页，共二十四页5、传传输输延延迟迟时时间间：是是表表征征门门电电路路开开关关速速度度的的参参数数。门门电电路路在在输输入入脉冲波形的作用下，其输出波形相对于输入波形延迟了多长的时间。脉冲波形的作用下，其输出波形相对于输入波形延迟了多长的时间。6）功功耗耗：静静态态：指指的的是是当当电电路路没没有有状状态态转转换换时时的的功功耗耗。动动态态：只发生在状态转换的瞬间，或电路中有电容性负载时。只发生在状态转换的瞬间，或电路中有电容性负载时。7
7、）延延时时一一功功耗耗积积:DP=tpdPD,tpd=(tPLH+tPHL)/2用用平平均均传传输输延延迟迟时时间间，tPLH-由由低低电电平平转转换换到到高高电电平平所所花花的的时时间间.tPHL-由由高高电电平平转转换换到到低低电电平平所所经经历历的的时时间间.pD-门门电电路路的的功功耗耗.一一个个逻逻辑辑门门器器件的件的DP的值愈小的值愈小,表明它的特性愈接近于理想情况表明它的特性愈接近于理想情况.本讲稿第十六页，共二十四页8)TTL集成门电路的封装集成门电路的封装.六六.TTL或非门或非门,集电极开路门和三态门电路集电极开路门和三态门电路.1)TTL或非门或非门.2)集电极开路门集电
8、极开路门:3)三态与非门三态与非门(TSL)三三态态与与非非门门:它它的的输输出出除除了了具具有有一一般般与与非非门门的的两两种种状状态态,即即输输出出电电阻阻较较小小的的高高低低电电平平状状态态外外,还还具具有有高高输输出出电电阻阻的的第第三三状状态态称称为为高高阻阻态态(禁止态禁止态).七七.改进型改进型TTL门电路门电路-抗饱和抗饱和TTL电路电路.在在饱饱和和时时,发发射射结结和和集集电电结结都都处处在在正正向向偏偏置置,集集电电结结正正向向偏偏置置电电压压越越大大,则则表表明饱和程度越深明饱和程度越深.本讲稿第十七页，共二十四页本讲稿第十八页，共二十四页八八.比较比较.本讲稿第十九页
9、，共二十四页2.6CMOS逻辑门电路逻辑门电路一一.CMOS反相器反相器.1.工作原理工作原理:基本基本CMOS反相器近似于一理想的逻辑单元反相器近似于一理想的逻辑单元,其输出电压其输出电压接近于零或接近于零或+VDD,而功耗几乎为零而功耗几乎为零.2.传输特性传输特性:3.工作速度工作速度:二二.CMOS门电路门电路.1.与非门电路与非门电路.2.或非门电路或非门电路.3.异或门电路异或门电路.本讲稿第二十页，共二十四页三三.BiCMOS门电路门电路.双极型双极型CMOS或或BiCMOS的特点的特点:速度快速度快,功耗低功耗低.1.BiCMOS反相器反相器:2.BiCMOS门电路门电路.3.
10、CMOS传输门传输门(TG:Transmission Gate).就是一种传输模拟信号的就是一种传输模拟信号的模拟开关模拟开关.四四.CMOS逻辑门电路的技术参数逻辑门电路的技术参数.2.7NMOS逻辑门电路逻辑门电路或非门的工作管理都是并联的或非门的工作管理都是并联的,增加管子的个数增加管子的个数,输出低电平基本输出低电平基本稳定稳定,在整体电路设计中较为方便在整体电路设计中较为方便,因而因而NMOS门电路是以或非门门电路是以或非门为基础的为基础的,主要用于大规模集成电路主要用于大规模集成电路.本讲稿第二十一页，共二十四页2.8正负逻辑问题正负逻辑问题一一.正负逻辑的规定正负逻辑的规定:1.
11、正逻辑体制正逻辑体制:高电平高电平H=1,低电平低电平L=0.2.负逻辑体制负逻辑体制:高电平高电平H=0,低电平低电平L=1.二二.正负逻辑的等效变换正负逻辑的等效变换:与非与非 或非或非;与与 或或;非非 非非.2.9逻辑门电路使用中的几个实际问题逻辑门电路使用中的几个实际问题一一.各种门电路之间的接口问题各种门电路之间的接口问题:本讲稿第二十二页，共二十四页1.三三个个条条件件:1)驱驱动动器器件件必必须须能能对对负负载载器器件件提提供供灌灌电电流流最最大大值值.NOL(低电平输出时的扇出数低电平输出时的扇出数):2)驱动器件必须对负载器件提供足够大的拉电流驱动器件必须对负载器件提供足够
12、大的拉电流NOH.3)驱驱动动器器件件的的输输出出电电压压必必须须处处在在负负载载器器件件所所要要求求的的输输入入电电压压范范围围,包括高低电压值包括高低电压值.2.CMOS门驱动门驱动TTL门门.3.TTL门驱动门驱动CMOS门门.二二.门电路带负载时的接口电路门电路带负载时的接口电路.1.用门电路直接驱动显示器件用门电路直接驱动显示器件.本讲稿第二十三页，共二十四页2.机电性负载接口机电性负载接口.三三.抗干扰措施抗干扰措施.1.多多余余输输入入端端的的处处理理措措施施:对对多多余余输输入入端端的的处处理理以以不不改改变变电电路路工工作作状状态及稳定可靠为原则态及稳定可靠为原则.2.去去耦耦合合滤滤波波器器:通通常常是是用用10100uF的的大大电电容容器器与与直直流流电电源源并并联联以以滤滤除除不不需需的的频频率率成成分分.除除此此以以外外,对对于于每每一一集集成成芯芯片片还还加加接接0.1uF的电容器的电容器,以滤除开关噪声以滤除开关噪声.3.接地和安装工艺接地和安装工艺.本讲稿第二十四页，共二十四页