《集成逻辑门电路》word版

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1、第十一章集成逻辑门电路·1·第十一章集成逻辑门电路27011.1半导体二极管和三极管的开关特性27011.1.1晶体二极管的开关特性27011.1.2晶体三极管的开关特性27411.1.3由二极管与三极管组成的基本逻辑门电路27711.2TTL“与非”门电路28011.2.1典型TTL“与非”门电路28011.2.2TTL"与非"门的电压传输特性28211.2.3TTL“与非”门的主要参数28311.2.4TTL门电路的改进28411.2.5集电极开路TTL门（OC门）28611.2.6三态TTL门（TSL门）28811.3场效应管与

2、MOS逻辑门28911.3.1N沟道增强型MOS管的开关特性29011.3.2NMOS反相器29311.3.3CMOS逻辑门电路29411.4正逻辑与负逻辑29711.4.1正负逻辑的基本概念29811.4.2正负逻辑变换规则298习题300第十一章集成逻辑门电路·301·第十一章集成逻辑门电路门电路(gatecircuit)是构成数字电路的基本单元。所谓“门”就是一种条件开关，在一定的条件下，它能允许信号通过，条件不满足时，信号无法通过。在数字电路中，实际使用的开关都是晶体二极管、三极管以及场效应管之类的电子器件。这种器件具有可以区

3、分的两种工作状态，可以起到断开和闭合的开关作用。而且门电路的输出与输入之间存在着一定的逻辑关系，这种逻辑关系又称逻辑门电路。最基本的逻辑门电路有：“与”门、“或”门和“非”门。在实际使用中，常用的是具有复合逻辑功能的门电路，如“与非”门、“或非”门、“与或非”门、“异或”门等电路。逻辑门电路可以是由分立元件构成，但目前大量使用的是集成逻辑门电路，它按晶体管的导电类型分为双极性(bipolar)和单极性两类。双极性有：晶体管逻辑门电路（简称为TTL电路）、射极耦合逻辑门电路（简称为ECL电路）、集成注入逻辑门电路（简称为I2L电路）等；

4、单极性有：金属—氧化物—半导体互补对称逻辑门电路（简称CMOS电路）等。本章在分析晶体二极管、三极管的开关特性(switchingcharacteristic)基础上，以分立元件构成的基本门电路入手，分析其工作原理，重点介绍目前应用最广泛的集成化TTL电路和MOS电路。11.1半导体二极管和三极管的开关特性一个理想的开关元件应具备三个主要特点：①在接通状态时，其接通电阻为零，使流过开关的电流完全由外电路决定；②在断开状态下，阻抗为无穷大，流过开关的电流为零；③断开和接通之间的转换能在瞬间完成，即开关时间为零。尽管实际使用的半导体电子开

5、关特性与理想开关有所差别，但是只要设置条件适当，就可以认为在一定程度上接近理想开关。11.1.1晶体二极管的开关特性晶体二极管是由PN结构成，具有单向导电特性。在近似的开关电路分析中，晶体二极管可以当作一个理想开关来分析；但在严格的电路分析中或者在高速开关电路中，晶体二极管则不能当作一个理想开关。一、晶体二极管开关的静态特性曲线第六章对二极管的工作原理和特性进行了描述，为了说明它的开关特性，将二极管的特性曲线重画于此，见图11-1所示。第十一章集成逻辑门电路·301·当外加正向电压时，正向电流iD随正向电压uD的增加而增加，但当正向电

6、压较小时，流过二极管的电流很小，当外加正向电压超过门限电压Uon后，二极管的电流明显增大。并按指数规律上升，硅二极管的门限电压为0.6V~0.7V，锗二极管的门限电压为iD(mA)2010-60-30UonUR00.20.4uD(V)-10-20(μA)(b)锗二极管的伏安特性曲线iD(mA)2010-40-20UonUR00.40.8uD(V)-10-20(nA)(a)硅二极管的伏安特性曲线图11-1二极管静态特性曲线0.2~0.3V。当二极管外加反向电压时，若uD在一定范围内，仅有较小的反向饱和电流IS，它几乎与反向电压的增加无关

7、。对于锗管，反向饱和电流IS大约是几十微安，对于硅管，反向饱和电流极小，一般小于1微安。当反向电压很高时，反向电流会急剧增加，二极管被击穿。对于应用在开关状态的二极管来说，应避免工作在反向击穿区。iDⅠURUonuDⅡⅢ图11-2二极管线性化特性曲线在数字电路中，二极管作为开关管使用主要应用在大信号工作状态，即由导通状态到截止状态。当uD>Uon时，二极管处于导通状态，当UR

8、线分段线性化的曲线，它将二极管的工作状态分成三个区。Ⅰ区：导通区是一条斜率为1/rD交于横轴Uon的直线。rD为二极管正向导通时的内阻，其值约为数十欧至数百欧，在此区二极管端电压与电流的关系为：Ⅱ区：截止区近似是一条斜率