《数电学时门电路.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数电学时门电路.pptx（74页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、3.1 概述门电路：实现基本运算、复合运算的单元电路。如与门、与非门、或门 门电路中以高门电路中以高/低电平表低电平表示逻辑状态的示逻辑状态的1 1和和0 0第1页/共74页获得高、低电平的基本原理图.（）单开关电路 缺点：功耗大第2页/共74页获得高、低电平的基本原理图.（b）互补开关电路12Vccvccv0S2S1第3页/共74页 在电子电路中，用高、低电平分别表示二值逻辑的l和0两种逻辑状态。能通过输人信号Vl控制三极管工作在截止和导通两个状态，它们就可以起到图中开关S的作用。正逻辑：高电平表示1，低电平表示0负逻辑：高电平表示0，低电平表示1高/低电平都允许有一定的变化范围只要能够区分
2、出高低电平即可第4页/共74页 在最初的数字逻辑电路中，每个门电路都是用若干个分立的半导体器件和电阻、电容连接而成的。用这种单元电路组成大规模的数字电路是非常困难的。1961年美国德克萨斯公司制成数字集成电路（Integration Circuits简称IC)，随着数字集成电路的问世和大规模集成电路工艺水平的不断提高，今天已经能把大量的门电路集成在一块很小的半导体芯片上，构成功能复杂的“片上系统”。为数字电路的应用开拓了天地。数字逻辑电路分类 从制造工艺上可以将目前使用的数字集成电路分为双极型、单极型和混含型三种。首先得到推广应用的是双极型的TTL电路。但是TTL电路存在着一个严重的缺点，它的
3、功耗比较大。由于这个原因，用TTL电路只能作成小规模集成电路(Small Scale Integration，简称SSl，其中仅包含l0个以内的门电路)和中规模集成电路(Medium Scale Integration，简称MSl，其中包含l0一100个门电路)，而无法制作成大规模集成电路(LargeScale Integration，简称LSl，其中包含100010000个门电路)和超大规模集成电路(Very Large Scale Integration，简称VLSl，其中包含10000个以上的门电路)。第5页/共74页 CMOS集成电路出现于20世纪60年代后期，它最突出的优点在于功耗极
4、低，所以非常适合于制作大规模集成电路。随着CMOS制作工艺的不断进步，无论在工作速度还是在驱动能力上，CMOS电路都已经不比TTL电路逊色。因此，CMOS电路便逐渐取代TTL电路而成为当前数字集成电路的主流产品。不过在现有的一些设备中仍旧在使用TTL电路。所以掌握TTL电路的基本工作原理和使用知识仍然是必要的。本章简要介绍TTL和CMOS这两种目前使用最多的数字集成门电路。第6页/共74页3.2半导体二极管门电路二极管的结构：PN结+引线+封装构成PN 二极管的特性：单向导电性 导通后压降固定不变（钳位）第7页/共74页3.2.1二极管的开关特性：高电平：VIH=VCC低电平：VIL=0 VI
5、=VIH D截止，VO=VOH=VCCVI=VIL D导通，VO=VOL=0.7V二极管开关电路第8页/共74页二极管的开关等效电路：二极管的导通压降VON和正向电阻rD不能被忽略时理想开关二极管正向电压小于 Von电流近似为0第9页/共74页二极管的动态电流波形：在动态情况下，即加到二极管两端的电压突然反向时，由于外加电压由反向突然变为正向时，要等到PN结内部建立起足够的电荷梯度后才开始有扩散电流形成，因而正向导通电流的建立要稍微滞后一点。当外加电压突然由正向变为反向时，因为PN结内尚有一定数量的存储电荷，所以有较大的瞬态反向电流流过，如图所示。随着存储电荷的消散，反向电流迅速衰减并趋近于稳
6、态时的反向饱和电流。瞬态反向电流的大小和持续时间的长短取决于正向导通时电流的大小、反向电压和外电路电阻的阻而且与二极管本身的特性有关。反向电流持续的时间用反向恢复时间tre来定量描述。tre是指反向电流从它的峰值衰减到峰值的十分之一所经过的时间。数值在凡纳秒以内，所以用普通的示波器不容易看不到瞬态波形。第10页/共74页3.2.2 二极管与门设VCC=5V加到A,B的 VIH=3V VIL=0V二极管导通时 VDF=0.7VAB Y0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7VABY000010100111规定3V以上为10.7V以下为0第11页/共74页3.2.3 二极管或
7、门设VCC=5V加到A,B的 VIH=3V VIL=0V二极管导通时 VDF=0.7VABY0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3VABY000011101111规定2.3V以上为10V以下为0第12页/共74页二极管构成的门电路的缺点电平有偏移带负载能力差只用于IC内部电路为了便于理解，接着先介绍TTL门电路，（见教材109页）后介绍CMOS门电路。第13页/共74页3.5 TTL门电路3.5.1双极型三极管的开关特性（BJT,Bipolar JunctionTransistor）一、双极型三极管的结构：管芯+三个引出电极+外壳第14页/共74页基区薄低掺杂发射区高掺杂集
8、电区低掺杂 管芯由三层P型和N型半导体结合在一起而构成有NPN型和PNP型两种，它们的示意图如图。因为在工作时有电子和空穴两种载流子参与导电过程，故称这类三报管为双极型三极管。第15页/共74页二、双极型三极管（NPN）的输入输出特性VON：开启电压硅管，0.5 0.7V锗管，0.2 0.3V近似认为:VBE 0.7V以后，基本为水平直线图图3.5.2(b)3.5.2(b)输出特性曲线输出特性曲线第17页/共74页特性曲线分三个部分放大区：条件VCE 0.7V,iB 0,iC随iB成正比变化，iC=iB。饱和区：条件VCE 0,VCE 很低，iC 随iB增加变缓，趋于“饱 和”。（深度饱和时V
9、CE 0.2V)截止区：条件VBE=0V,iB=0,iC=0,ce间“断开”。（Iceo+VGS(th),D-S间形成导电沟道P沟道增强型：VGS-VGS(th),D-S间形成导电沟道3.3 CMOS门电路一、MOS管的开关特性第58页/共74页二、输入特性和输出特性输入特性：直流电流为0，看进去有一个输入电容CI，对动态有影响。输出特性：iD=f(VDS)对应不同的VGS下得一族曲线。可变电阻区恒流区截止区第59页/共74页三、MOS管的基本开关电路第60页/共74页四、等效电路OFF，截止状态 ON，导通状态第61页/共74页3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理一、电路结构第62页/共74页二、电压、电流传输特性第63页/共74页三、输入噪声容限第64页/共74页3.3.3 CMOS 反相器的静态输入和输出特性一、输入特性第65页/共74页二、输出特性第66页/共74页二、输出特性第67页/共74页二、漏极开路的门电路（OD门）第68页/共74页第69页/共74页三、CMOS传输门及双向模拟开关1.传输门第70页/共74页2.双向模拟开关利用CMOS传输门还可以实现各种复杂的逻辑电路，如：异或门，计数器，寄存器等等。第71页/共74页四、三态输出门第72页/共74页三态门的用途第73页/共74页感谢您的观看！第74页/共74页