集成逻辑门电路一2010年

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1、第18章集成逻辑门电路18.1半导体器件的开关特性和开关电路18.1.1开关特性和开关电路（1）半导体二极管的开关特性和开关电路单向导电性：正向导通——P、N间很小的压降，相当于开关闭合。反向截止——P、N间等效很大电阻，相当于开关断开。二极管的开关特性表现在正向导通和反向截止这样两种不同状态之间的转换过程。当二极管两端的电压＞时，二极管导通，开关等效电路如图所示，相当于开关闭合；当二极管两端的电压≤时，二极管截止，开关等效电路如图所示，相当于开关断开。可见，二极管在电路中表现为一个受外加电压VI控制的开关。当外加电压VI为一脉冲信号时，二极管将随着脉冲电压的变化在“开”态与“关”态之间

2、转换。当然，在转换期间，二极管内部电荷有一个“消散”和“建立”过程，需要一定的时间，这个转换过程是二极管开关的动态特性，动态特性这里不作研究二极管与门二极管与门电路如图所示。由图可知，在输入A、B中只有一个（或一个以上）为低电平，则与输入端相连的二极管必然获得正偏电压而导通，使输出F为低电平，只有所有输入（A,B…）同时为高电平，输出F才是高电平。可见，输入对输出呈现与逻辑关系，即F=A·B6页，其逻辑符号如图所示，其真值表如表。输入端的个数当然可以多于两个，有几个输入端就有几个二极管。ABFABF000100010111（2）三极管开关等效电路（静态特性）理想情况下，三极管静态开关等效

3、电路如图所示。当三极管的输入电压为高电平,即时，三极管饱和导通，开关等效电路如图，相当于开关闭合；当三极管的输入电压为低电平,即时，三极管截止，开关等效电路如图所示，相当于开关断开。图三极管开关等效电路同二极管一样，给三极管加上脉冲信号，三极管将时而截止，时而饱和导通，在“开”态与“关”态之间转换。三极管在两种状态之间转换时，内部电荷也有一个“消散”和“建立”过程，也需要一定的时间，此时三极管的开关特性是动态特性。动态特性这里不作研究。（3）MOS管开关等效电路MOS管是金属—氧化物—半导体场效应管（Metal—Oxide—Semiconductor—Field—Effect—Trans

4、istor）的简称，MOS管分为N型MOS管（记为NMOS管或TN管）和P型MOS管（记为PMOS管或TP管）两大类，TN管和TP管又各有增强型和耗尽型两种类型。以增强型NMOS管为例，当其栅－源电压≥2V时，TN管导通，因此，TN管的开启电压VTN＝2V。理想情况下，增强型TN管导通时的静态开关等效电路如图所示，相当于开关闭合；当TN管栅－源电压＜2V时，TN管截止，截止的静态开关等效电路如图所示，相当于开关断开。6页图NMOS管开关等效电路以增强型PMOS管为例，当TP管的栅－源电压≤-2V时，TP管导通，因此，TP管的开启电压VTP＝-2V。理想情况下，TP管导通时的静态开关等效电

5、路如图所示，相当于开关闭合；当TP管的栅－源电压＞-2V时，TP管截止，截止的静态开关等效电路如图所示，相当于开关断开。18.1.2集成逻辑门电路的性能要求（1）电压传输特性电压传输特性是指输出电压uO随输入电压uI变化的关系，即uO=f（uI）。图为TTL与非门的电压OVTN截止1024682468uO/V10VTN在饱和区VTP可变电阻区VTN和VTP均在饱和区VTP在饱和区VTN可变电阻区VTP截止uI/VuOL=0uOH=VDD传输特性。OABCDE12341234uO/VuI/VCMOS的电压传输特性TTL与非门的电压传输特性TTL与非门电压传输特性曲线上反映出TTL与非门几个

6、重要参数。（2）输出高电平UOH和输出低电平UOL指门电路的传输特性曲线上门处于关态时的输出电压称为输出高电平。6页指门电路的传输特性曲线上门处于开态时的输出电压称为输出低电平。（3）输入的最高低电平ULmax(关门电平UOFF)和输入的最低高电平UIHmin（开门电平UON）将门电路在允许的输出最低高电压时对应的输入电压称为输入的最高低电平，也叫关门电平。将门电路在允许的输出最高低电压时对应的输入电压称为输入的最低高电平，也叫开门电平。（4）噪声容限UNH和UNL噪声容限是描述逻辑门电路抗干扰能力的参数。在数字系统中，前级门的输出是后级门的输入，后级门的输入高电平有一个下限值UIH(m

7、in)，输入低电平有一个上限UIL(max)，只要前级门的输出能满足后级门的输入要求，就不会造成逻辑混乱。把高电平对应的电压范围UOH(min)～UIH(min)和低电平对应的电压范围UOL(max)～UIL(max)分别叫高电平噪声容限UNH和低电平噪声容限UNL。则UNH=UOH－UIH(min)UNL=UIL(max)－UOL对于TTL门电路（54/74系列）UOH(min)=2.4V，UOL(max)=0.4V，UIH(mi