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1、第二章第二章 门电路门电路n概述概述n分立元件门电路分立元件门电路nTTLTTL门电路门电路nMOSMOS门电路门电路nTTLTTL门电路与门电路与CMOSCMOS门电路门电路n小结小结2.1 概述n门电路门电路实现基本逻辑关系的电子电路实现基本逻辑关系的电子电路n主要构成主要构成 n逻辑门电路的性能和特点逻辑门电路的性能和特点逻辑特性、电气特性逻辑特性、电气特性n本章讨论：本章讨论：内部结构、工作原理、外部特性内部结构、工作原理、外部特性双极性逻辑门电路双极性逻辑门电路DTLDTL二极管、三极管逻辑门电路二极管、三极管逻辑门电路TTLTTL晶体管、晶体管逻辑门电路晶体管、晶体管逻辑门电路EC
2、LECL发射极耦合逻辑门电路发射极耦合逻辑门电路HTLHTL高阈值逻辑门电路高阈值逻辑门电路I I2 2LL高集成度逻辑门电路高集成度逻辑门电路单极性逻辑门电路单极性逻辑门电路（场效应管）（场效应管）NMOSNMOSPMOSPMOSCMOSCMOS互补对称型互补对称型返回2.2 分立元件门电路n分立元件的开关特性：分立元件的开关特性：理想开关特性理想开关特性:开关开关K K断开时，开关两端的电压为外部电压，断开时，开关两端的电压为外部电压，通过开关的电流为通过开关的电流为0 0，开关等效电阻为，开关等效电阻为。开关闭合时，开。开关闭合时，开关两端电压为关两端电压为0 0，开关等效电阻为，开关等
3、效电阻为0 0二极管开关特性二极管开关特性三极管开关特性三极管开关特性MOSMOS管开关特性管开关特性正负逻辑及其它正负逻辑及其它n分立元件门电路分立元件门电路 二极管与门二极管与门 二极管或门二极管或门 三极管反相器三极管反相器 DTLDTL门电路门电路返回二极管开关特性二极管开关特性n二极管符号二极管符号n二极管加正向电压二极管加正向电压 如如图图a a所示：若所示：若V VE EV V0,0,二极管导通二极管导通,二极管导通电压二极管导通电压V VD D=0.7V=0.7V 硅管硅管 （V VD D=0.2V=0.2V 锗管）锗管）n二极管加反向电压二极管加反向电压如如图图b b所示：若
4、所示：若V VE E0 0V V 二极管截止二极管截止 I=0I=0n结论结论二极管具有单向导电性二极管具有单向导电性返回三极管开关特性n三极管符号三极管符号n三极管的工作状态三极管的工作状态 三极管有三个工作状态：三极管有三个工作状态：截止状态截止状态、放大状态放大状态和和饱和状态饱和状态 分析分析n结论结论在数字电路中三极管作为开关元件主要工作在在数字电路中三极管作为开关元件主要工作在饱饱和状态和状态（“开开”态）和态）和截止状态截止状态（“关关”态）态）当当V Vi i=V ViLiL（V VBEBE）时，）时，T T截止截止 V VO O =E EC C 当当V Vi i=V ViHi
5、H时（且时（且i iB B i iBSBS），），T T饱和导通饱和导通 V VO O =V VCESCES0.20.2V V返回三极管工作状态分析n三极管的工作状态三极管的工作状态n截止状态：截止状态：当输入电压当输入电压V Vi i较小时，较小时，V VBEBE0 0，i iB B 、i iE E、i iC C00，R RC C上无压降。输出电压上无压降。输出电压V VCECE等于等于V VCCCCn放大状态：放大状态：当输入电压当输入电压V Vi i上升（上升（0.70.7V V），），三极管导通，有三极管导通，有i iC C=i iB B 、i iE E=i iC C +i iB B
6、，在放大状态下（在放大状态下（i iB B i iBSBS），），输出输出电压电压V VCECE =V VCC CC-i iC C R RC Cn饱和状态：饱和状态：随着输入电压随着输入电压V Vi i继续上升继续上升，i iB B 、i iE E、i iC C增加，增加，V VCECE =V VCC CC-i iC C R RC C减小，三极管集电极正偏。减小，三极管集电极正偏。i iB B i iBSBS，输出电压，输出电压V VCECE =V VCES CES（0.3V 0.3V 硅管）硅管）返回MOS管开关特性管开关特性nMOSMOS管结构图及逻辑符号管结构图及逻辑符号nNMOSNMO
7、S管工作原理分析管工作原理分析 MOSMOS管工作在管工作在截止截止与与导通导通状态状态 n结论结论:V VGSGS V VTHTH时，时，NMOSNMOS管截止，管截止，V V0 0=V=VDD DD （R R很大）很大）V VGS GS V VTH TH 时，时，NMOSNMOS管导通管导通，V V0 00V 0V （R R较小）较小）（V VTH TH 开启电压或阈值电压）开启电压或阈值电压）返回NMOS管工作原理nMOSMOS管的工作原理管的工作原理 n分析分析 1.1.在栅在栅_ _源极间加正向电压源极间加正向电压V VGSGS ,衬底感应出电子衬底感应出电子,当当V VGSGS较小
8、时较小时,感感应的电子被衬底空穴中和应的电子被衬底空穴中和,i iDSDS=0(=0(i iDSDS:漏漏_ _源极电流源极电流)。称高阻区称高阻区(截止区截止区)2.2.当当V VGSGS 电子电子 ，产生电子层，产生电子层N N沟道沟道.当当V VGSGS V VTHTH,在外电场在外电场V VDSDS作用下作用下,i iDSDS00。称电阻区称电阻区。NMOSNMOS为导通状态。为导通状态。3.3.由于由于i iDSDS,沿沟道沿沟道D SD S有压降有压降,当当V VDS DS V VGDGD ，使，使V VGDGD VIH 的驱动条件的驱动条件)2.驱动方法驱动方法:*接入上拉电阻接
9、入上拉电阻,提高提高TTL电路输出的高电平电路输出的高电平*用带电平偏移的门电路实现电平变换用带电平偏移的门电路实现电平变换*改造改造CMOS电路的输入高电平下限电路的输入高电平下限(如如:74HCT系列系列高速高速CMOS_ VIH=2V),使使TTL可直接驱动可直接驱动CMOS 返回CMOS 驱动TTL1.CMOS输出高低电平均能满足输出高低电平均能满足TTL输入高低电平的输入高低电平的需要。需要。IOLIIL（不满足灌电流驱动能力的要求）不满足灌电流驱动能力的要求）2.驱动方法：驱动方法：同逻辑门电路输出端并接使用同逻辑门电路输出端并接使用 加大输出驱动电流。加大输出驱动电流。选用选用O
10、D门。门。合理选用合理选用T放大器，加大其输出的电流驱动能力。放大器，加大其输出的电流驱动能力。返回小结小结n集成逻辑门的分类集成逻辑门的分类 两大类：两大类：TTLTTL、CMOSCMOS （各种功能的门电路：与、或、非、与非、或非等）（各种功能的门电路：与、或、非、与非、或非等）n特殊的门电路特殊的门电路 三态门、三态门、OCOC门、传输门门、传输门n电气特性电气特性（输入（输入/输出输出 电压电压/电流）电流）及主要参数及主要参数 电压传输特性、输入特性、输入负载特性、输出特性电压传输特性、输入特性、输入负载特性、输出特性nTTLTTL门电路和门电路和CMOSCMOS门电路门电路 逻辑功能与逻辑符号：相同逻辑功能与逻辑符号：相同 特点：特点：TTLTTL门电路门电路工作速度快、驱动能力强工作速度快、驱动能力强 CMOS CMOS门电路门电路功耗小、抗干扰能力强功耗小、抗干扰能力强返回