逻辑门电路new

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1、第2章逻辑门电路逻辑门电路是指能完成一些基本逻辑功能的电子电路。简称门电路。它是构成数字电路的基本单元电路。从生产工艺上看，门电路可为分立元件门电路和集成门电路两大类。分立元件门电路目前已很少采用，本章将主要介绍集成门分电路。数字集成电路规模的大小，通常是根据一片半导体芯片上含有逻辑门的个数或元器件的数量来划分的。下面给出具体分类情况：小规模集成电路（SSI）：1～10门/片或1～100门元件/片;中规模集成电路（MSI）：10～100门/片或100～1000个元件/片;大规模集成电路（LSI）：1

2、00～10000门/片或1000～100000个元件/片;超大规模集成电路（VLSI）:10000门/片以上或100000个元件/片以上。目前常用的集成逻辑门电路属小规模集成电路。数字集成电路按所用半导体器件的不同，可分为两大类：一类是以双极性结型晶体管为基本元件组成的集成电路，称为双极型数字集成电路，属于这一类的有DTL（DiodeTransistorLogic）、TTL(Transistor-TransistorLogic)和ECL(EmitterCoupledLogic)等电路；另一类是以MO

3、S晶体管为基本元件组成的集成电路，称为MOS型（或单极型）数字集成电路，属于这一类的有NMOS(N-ChannelMetal-Oxide-Semiconductor)和CMOS(ComplementMetal-Oxide-Semiconductor)等电路。本章将主要介绍目前广泛使用的TTL和CMOS门电路的逻辑功能和电气特性（主要是外部特性），并简要地介绍ECL和NMOS门电路。2.1晶体管的开关特性在数字电路中，经常将半导体二极管、三极管和场效应管作为开关元件使用，它们在电路中的工作状态有时导通

4、，有时截止，并能在信号的控制下进行两种状态的转换。这是一种非线性的大信号运用。一个理想的开关，接通时阻抗应为零，断开时阻抗应为无穷大，而这两个状态之间的转换应该是瞬间完成的。但实际上晶体管在导通时具有一定的内阻，而截止时仍有一定的反向电流，又由于它本身具有惰性（如双极性晶体管中存在着势垒电容和扩散电容，场效应管中存在着极间电容），因此两个状态之间的转换需要时间，转换时间的长短反映了该器件开关速度的快慢。下面讨论半导体二极管、三极管和MOS管的开关特性。2.1.1半导体二极管的开关特性由于二极管具有单

5、向导电性，所以在数字电路中经常把它当作开关使用。正向运用时，电阻很小，接近短路;反向运用时，电阻很大，接近断路。所以用它作开关是合适的。图2.1是硅二极管的伏安特性曲线。1.导通条件及导通时的特点由图2.1硅二极管伏安特性知道，当外加正向电压VI大于导通电压VD时，管子开始导通。此后，电流ID随着VI增加而急剧增加。在VI＝0.7V时，特性已经很陡，也即ID在一定范围内变化，VI基本保持在0.7V左右。因此在数字电路的分析估算中，常把开路时VI>0.7V看成是硅二极管导通的条件。而且一旦导通之后，就

6、近似地认为管压降保持0.7V不变。如同一个具有0.7V压降的闭合了的开关，有时可将0.7V压降忽略不计。二极管导通时的直流等效电路，如图2.2所示。ID(mA)VDV1(vV)00.5图２.１硅二极管伏安特性DVdK+++V>0.7VRV>0.7VRV>0.7VR---(a)(b)(c)图２.２硅二极管导通时的直流等效电路（a)电路图；（b）近似等效电路；（c）简化等效电路2.截止条件及截止时的特点由图2.1可看出，当外加正向电路VI

7、D都很小，因此，在数字电路的分析估算中，常把VI

8、通时电阻很小，与二极管内PN结等效电容并联之后，电容作用不明显，所以转换时间很短，一般可以忽略不计。（2）关断时间二极管由正向导通转换为反向截止所需的时间，一般称为关断时间。因为二极管反向截止时电阻很大，PN结等效电容作用明显，充放电时间长，一般开关管的关断时间大约是几毫微秒。2.1.2半导体三极管的开关特性半导体三极管能当作开关使用，如图2.4共射极电路所示，三极管有三个工作区：截止、放大、饱和。当工作在饱和区时，管压降很小，接近于短路;当工作在截止区时，反向电流很