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1、一、门电路的功能及应用1、半导体器件的开关特性1.晶体二极管开关特性晶体二极管的开关特性表现在正向导通和反向截止两种状态的转换过程。当二极管加正向电压时，其正向电阻很小，呈导通状态，相当于开关闭合；当二极管加反向电压时，其反向电阻很大，呈截止状态，相当于开关断开。第1页/共46页一、门电路的功能及应用1、半导体器件的开关特性(1)静态开关特性当uD大于0.5V时，二极管导通，电流iD随电压uD的增加按指数规律 很快地增加。当uD=0.7V时，特性 曲线已经很陡，即iD在 一定范围内变化时，uD基本上保持不变。当uD0.5V时，iD很小，二极管处于截止状态。第2页/共46页一、门电路的功能及应用
2、1、半导体器件的开关特性二极管开关等效电路第3页/共46页一、门电路的功能及应用1、半导体器件的开关特性(2)动态开关特性指二极管由正向导通到反向截止，或由反向截止到正向导通的瞬时特性。由于电荷存储效应的存在，二极管从导通到截止的转换需要一个过程，即存在着一定的时间延迟。开通时间反向恢复时间第4页/共46页一、门电路的功能及应用1、半导体器件的开关特性2.晶体三极管开关特性晶体三极管的开关作用对应于有触点开关的“断开”与“闭合”。三极管作为一个开关来使用时，只能工作在饱和状态和截止状态，对应于开关的闭合和断开。第5页/共46页一、门电路的功能及应用1、半导体器件的开关特性(1)三极管的开关特性
3、三极管开关及其等效电路：第6页/共46页一、门电路的功能及应用1、半导体器件的开关特性三极管开关电路在输入电压为低电平时，三极管工作在截止状态，相当于开关断开，在开关电路的输出端输出高电平；当输入电压为高电平时，三极管工作在深度饱和状态，相当于开关闭合，在开关电路的输出端输出低电平。第7页/共46页一、门电路的功能及应用半导体器件的开关特性(2)三极管的动态开关特性当三极管在截止与饱和导通两种状态间迅速转换时，三极管内部电荷的建立和消散都需要一定的时间，因而集电极电流iC的变化必然滞后于输入电压uI的变化，从而导致开关电路的输出电压uO的变化滞后于输入电压uI的变化。第8页/共46页一、门电路
4、的功能及应用2、分立元件门电路1.二极管与门电路第9页/共46页一、门电路的功能及应用2、分立元件门电路设VCC=5V，A、B输入电平UIH=3V，UIL=0V，UD=0.7V。当A=B=0V时，VD1、VD2均导通，输出Y=0.7V；当输入A=0V，B=3V时，VD1优先导通，输出Y受VD1钳位等于0.7V，即Y=0.7V；当A=3V，B=0V时，VD2优先导通，VD1截止，Y=0.7V；当A=B=3V时，VD1、VD2均导通，输出Y=3.7V。第10页/共46页一、门电路的功能及应用2、分立元件门电路2.二极管或门电路第11页/共46页一、门电路的功能及应用2、分立元件门电路设A、B输入电
5、平UIH=3V，UIL=0V，UD=0.7V；当A=3V 或B=3V时，输出Y=2.3V；当A=B=0V时，输出Y=0V。第12页/共46页一、门电路的功能及应用2、分立元件门电路3.三极管非门电路第13页/共46页一、门电路的功能及应用2、分立元件门电路当输入为低电平时，三极管截止，输出为高电平；当输入为高电平时，三极管饱和导通，输出为低电平。电路中接入了负电源VBB和电阻R2，即使输入的低电平信号稍大于零，也能使三极管的基极为负电位，从而保证三极管可靠地截止，输出为高电平。当输入信号为高电平时，应保证三极管工作在深度饱和状态，以使输出电平近似为零。第14页/共46页一、门电路的功能及应用3
6、、TTL集成门电路74系列74标准系列74L低功耗系列74H高速系列74S肖特基系列74LS低功耗肖特基系列74AS先进的肖特基系列74ALS先进的低功耗肖特基系列第15页/共46页一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路1.TTL门电路组成及其工作原理TTL与非门组成电路第16页/共46页一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路(1)电路组成电路可分为输入级、中间级和输出级三部分：输入级由多发射极三极管T1和电阻R1组成，功能上相当于一个与门；中间级由T2、R2和R3组成，T2的集电极和发射极提供两个逻辑电平相反的信号，分别用于驱动T3和T5；输出级由T3、T4、T5、R4和R5组成，它
7、们采用达林顿结构，T3和T4组成的复合管降低了输出为高电平时的输出电阻，提高了电路的带载能力。第17页/共46页一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路(2)工作原理设VCC=5V，A、B输入端的高、低电平分别为UIH=3.6V，UIL=0.3V当A=UIL，B=UIH时，uB1=uBE1+UIL=0.7+0.3 =1V，此时T2、T5 截止，T3、T4导通，输出为高电平UOH，即 Y=UOH=VCC-iB3 R2-uBE3-uBE4VCC-uBE3-uBE4=5-0.7-0.7=3.6V第18页/共46页一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路当A=UIH，B=UIH时，电源VCC通过R
8、1和T1的集电结向T 2提供较大的基极电流，使T2、T5 饱和导通，输出为低电平UOL，即 Y=UOL 0.3V第19页/共46页一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路2.TTL集成门电路的技术参数(1)输出高电平UOH 指TTL与非门的一个或几个输入为低电平时的输出电平。产品规定值UOH2.4V。(2)输出低电平UOL 指TTL与非门的输入全为高电平时的输出电平。产品规定值UOL0.4V。(3)开门电平UIHmin 指输入电压由高电平向低电平变化，输出端仍维持低电平时的最小输入高电平数值。一般UIHmin1.8V。第20页/共46页2.1 门电路的功能及应用集成门电路(4)关门电平UIL
9、max 指输入电压由低电平向高电平变化，输出端仍维持高电平时的最大输入低电平数值。一般UILmax0.8V。(5)阈值电压UTH 指输出电平由高到低或由低到高变化时所对应的输入电压，也称门槛电压。一般UTH 1.4V。(6)低电平噪声容限UNL 指保证输出为高电平UOH时，输入低电平的允许上限值UILmax与输入低电平UIL之差，即UNL=UILmax-UIL。一般在0.3V左右。第21页/共46页一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路(7)高电平噪声容限UNH 指保证输出为低电平UOL时，输入高电平的允许下限值UIHmin与输入高电平UIH之差，即UNH=UIHmin-UIH。一般在-0
10、.9V左右。(8)平均延迟时间tpd 指由于半导体器件的开关特性及输出端电容负载的影响，输出波形将比输入波形滞后，并产生一定的失真。一般约为10ns。因平均延迟时间的存在，限制了输入端脉冲信号的最高工作频率，它决定了门电路的开关速度。第22页/共46页一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路(9)扇入系数N I 指TTL与非门输入端的个数。N I越大使用越灵活。(10)扇出系数N O 指TTL与非门能带同类门的个数，它反映了与非门带负载的能力。一般NO为8 10。第23页/共46页一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路3.常用TTL集成门电路第24页/共46页一、门电路的功能及应用3、T
11、TL集成门电路4.其它类型TTL集成门电路(1)OC门OC门电路 及其符号第25页/共46页一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路OC门的特点是驱动能力大，带负载能力强，主要应用有：1)实现线与：两个或多个OC 门的输出信号在输出端直接相 与的逻辑功能，称为线与。任一个OC门的所有输入都为 高电平时，输出为低电平；只 有每个OC门的输入中有低电 平时，输出才为高电平。第26页/共46页一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路2)驱动显示器：该电路只有在输入都为高电平 时，输出才为低电平，发光二 极管导通发光，否则，输出高 电平，发光二极管熄灭。第27页/共46页一、门电路的功能及应用3、
12、TTL集成门电路3)实现电平转换：输入A、B的信号来自TTL 与非门的输出电平。它输出 的高电平可以适应下一级电 路对高电平的要求。输出的 低电平仍为0.3V。第28页/共46页一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路5.TTL集成门电路使用注意事项(1)电源电压及电源干扰的消除(2)输出端的连接(3)闲置输入端的处理 原则是：保证门电路工作性能稳定、可靠、损耗要小。第29页/共46页二、触发器功能及应用触发器有两个基本特征:一是它有两个稳定状态，可分别用来表示二进制数码0和1；二是在输入信号作用下，触发器的两个稳定状态可互相转换，输入信号消失后，已转换的稳定状态可长期保持下来。触发器由门电
13、路组成，它有一个或多个输入端，有两个互补输出端，分别用Q和 表示。第30页/共46页二、触发器功能及应用触发器分类按逻辑功能分：RS（复位置位）、D（数据）、JK（多功能）、T（可控）、T（计数式）触发器等；按有无时钟信号控制分：基本触发器、时钟触发器；按空翻电路结构分：主从触发器、维持阻塞触发器、边沿触发器等。第31页/共46页二、触发器功能及应用1、基本RS触发器1.电路结构第32页/共46页二、触发器功能及应用1、基本RS触发器2.逻辑功能(1)当 =0、=1时，触发器置0。(2)当 =1、=0时，触发器置1。(3)当 =1、=1时，触发器保持原状态不变。(4)当 =0、=0时，触发器输
14、出状态不定。第33页/共46页二、触发器功能及应用1、基本RS触发器3.特性表第34页/共46页二、触发器功能及应用2、同步触发器1.电路结构第35页/共46页二、触发器功能及应用2、同步触发器2.逻辑功能第36页/共46页二、触发器功能及应用2、同步触发器3.特性方程同步RS触发器特性方程为第37页/共46页二、触发器功能及应用2、同步触发器4.时序图第38页/共46页二、触发器功能及应用3、边沿触发器1.JK触发器逻辑符号 J、K为触发器的两个激励 信号输入端，时钟输入端 CP的小圆圈表示下降沿触 发。特性方程第39页/共46页二、触发器功能及应用3、边沿触发器特性表第40页/共46页2.
15、2 触发器功能及应用边沿触发器2.D触发器逻辑符号 D为激励信号输入端，时钟 输入端CP的“”表示边沿 触发。特性方程第41页/共46页2.2 触发器功能及应用边沿触发器特性表第42页/共46页2.2 触发器功能及应用边沿触发器3.T触发器及T触发器(1)T触发器逻辑符号 T为激励信号输入端，时钟 输入端CP的“”表示边沿 触发。特性方程第43页/共46页2.2 触发器功能及应用边沿触发器特性表第44页/共46页2.2 触发器功能及应用边沿触发器(2)T触发器 在时钟脉冲CP作用下，只具有翻转功能的触发器称作T触发器。由于每来一个时钟CP，T触发器的状态就改变一次，好像在对CP个数进行计数，故也称作计数触发器。第45页/共46页感谢您的观看！第46页/共46页