《逻辑门电路v》PPT课件

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1、数字电路与逻辑设计北京邮电大学信息与通信工程学院第二章逻辑门电路陈杰E-mail:chenjie@bupt.edu.cn2.1数字集成电路的特点和分类集成电路的特点将元件和连线制作在一块半导体基片上.体积小、可靠性高、功耗低.集成度越来越高，功能、系统的集成.模拟和数字集成电路TTL和MOS集成电路通用、专用集成电路，可编程逻辑器件2.1数字集成电路的特点和分类集成电路的发展:小规模集成电路:1020门中规模集成电路:20100门大规模集成电路:1001000门超大规模集成电路:1000门以上奔腾IV拥有4200万只晶体管标准SSI/MSI具有批量大、价格便

2、宜等特点，是传统数字系统设计中的主要逻辑器件。它的缺点是密度低，数字系统硬件规模大，印刷线路板走线复杂，焊点多，系统可靠性差、功耗大、时延大。微处理器和单片机等逻辑器件虽然较好地弥补了标准器件的缺陷，但它们本身工作速度不够高，需要配合若干标准器件搭成的外围电路才可以工作。2.1数字集成电路的特点和分类集成电路的分类通用集成电路:如RAM专用集成电路(ASIC)为满足特定功能需求而制造的专用芯片。集成度高，能减少系统的规模和功耗，提高系统的可靠性和工作速度，加密位可实现设计加密。全定制电路:由半导体器件生产厂家专门设计与制造。半定制电路:由生产厂家预先做好的单元电路

3、组成,用户可二次编程,有一定通用性。可编程逻辑器件PLD:器件内部集成大量功能独立的单元和可配置的连线，用户可以借助开发工具，对器件进行编程，实现其功能。2.2晶体管的开关特性晶体二极管的开关特性二极管的工作状态：截止、导通信号传输时延晶体三极管的开关特性三极管的工作状态：截止、饱和饱和深度信号传输时延2.2.1晶体二极管的开关特性一、工作状态在大信号情况下，二极管的伏安特性曲线表现为强非线性，即单向导电性。因此，用两段折线近似表示伏安特性曲线，引入了间断点，二极管可视为理想单向导电开关。二极管二极管特性折线化二极管开关模型2.2.1晶体二极管的开关特性二、开关特

4、性反向恢复时间：tR=ts+tf其中：ts存储时间tf下降时间二极管由导通到截止2.2.2晶体三极管的开关特性四种工作状态工作状态发射结集电结放大正偏反偏饱和正偏正偏截止反偏反偏反向反偏正偏在放大状态：晶体管反相器2.2.2晶体三极管的开关特性开关时间延迟时间td上升时间tr存储时间ts下降时间tf开通时间关断时间2.3二极管逻辑门二极管与门电路二极管或门电路输出：高电平5V低电平0.7V输出：高电平4.3V低电平0VABCYLLLLLLHL………LHHHH二极管与门输入和输出电平关系ABCY00000010………01111二极管与门真值表2.3二极管逻辑门二极管

5、与门电路二极管或门电路输出：高电平5V低电平0.7V输出：高电平4.3V低电平0V二极管门电路的缺点1.输入/输出电平不一致.2.信号通过多级门电路时,会导致电平偏离.3.带负载能力低.2.4三极管反相器反相器的工作原理输入为脉冲信号：VIL=0V,VIH=3V晶体管工作在开关状态电路实现“逻辑非”功能2.4三极管反相器饱和深度临界饱和状态：在深度饱和情况下：2.4三极管反相器反相器的负载能力灌电流负载晶体管输出低电平负载电流流入反相器灌电流降低了饱和深度拉电流负载晶体管输出高电平负载电流流出反相器拉电流降低了输出电平晶体管反相器灌电流负载：见图当晶体管VT饱和时

6、，基极电流。灌电流IL流入集电极，IC=IRC+ILIL其中饱和深度会随着IL的增加而减小，当IL进一步增加，VT将退出饱和，Vo将不再保持为低电平2.4三极管反相器灌电流负载能力指三极管从饱和退到临界饱和时所允许灌入的最大负载电流ILMAX例如,输入高电平VIH=3V时，基极电流为Ib=0.82mA加灌电流负载后，在临界饱和时，有：Ec=12VIL2.4三极管反相器因此，在保证管子饱和的前提下最大可能的集电极电流是24.6mAEc=12VIL2.4三极管反相器拉电流负载当反相器三极管截止，输出为高电平时，负载电流IL从反相器中流出来，形成拉电流。由于三极管截止，

7、所以IC=0。IL流经电阻RC的电流IRC分为两部分，有：2.4三极管反相器IL当负载电流IL增加时，IVDq将相应的减小。为了保证电路正常工作，高电平输出稳定，钳位二极管必须始终导通，有电流通过。IVDq＝0时流过负载的电流是允许的最大拉电流。即：2.4三极管反相器RC越小，带拉电流负载能力越大RC越大，带灌电流负载能力越强2.4三极管反相器矛盾2.5TTL与非门图2.5.1LSTTL与非门电路2.5.1TTL与非门工作原理输入有一个为低电平输出为高电平输入全部位高电平输出为低电平实现与非逻辑功能逻辑电平：高电平3.6V低电平0.3V输入级中间级输出级2.5.

8、1TTL与