(郭)第二章逻辑门电路(13)-1

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1、数字电路与逻辑设计第二章（1）北京邮电大学郭琳2013.1第二章逻辑门电路逻辑变量的1、0取值是通过数字集成电路的输入、输出信号(电压或电流)的高、低电平来表示的。逻辑门电路是数字集成电路的基本单元。晶体管的开关特性。TTL与非门、或非门本ECL基本门电路三态门章MOSOC门的输出高、低电平(V、V)内(制造材料、OHOL工艺、标准)输入高、低电平(V、V)容：ONOFF噪声容限门电路的外特性驱动能力、延时特性2相互连接数字集成电路的分类：小规模集成电路(SSI)：<20个等效门按集成度

2、中规模集成电路(MSI)：20～100个等效门规模划分大规模集成电路(LSI)：100～1000个等效门超大规模集成电路(VLSI)：>1000个等效门数字按器件的设通用型集成计方式划分逻辑电路可编程型(半定制型)门电路的全定制型分类按制造工艺TTL集成电路划分ECL集成电路MOS集成电路逻辑门电路(与门、或门、非门、与非门、或非门)是构成数字集成电路的基本单元。32.2晶体管的开关特性逻辑变量的1、0取值是通过数字集成电路的输入、输出信号(电压或电流)的高、低电平来表示的。为有效处理输入、输出

3、的高、低电平信号，数字集成电路中的器件(二极管，三极管)工作在开关状态。iC饱和区IBJT管的饱和状态、截止状态；BmMOS管的可变电阻区状态、截止状态放大区IIBsCsv是管开关工作的主要状态(稳态)，CE管的放大状态是开关工作的过渡状态(瞬态)。0截止区VCE(sat)0.3V认识晶体管的开关工作状态是学习数字集成电路工作原理的基础。42.2.1二极管的开关特性使二极管加正偏电压vI(1)理想的开关特性VF(稳态特性)t0-VR使二极管加i反偏电压IFvDti＋–0＋＋vDvIvO0.7V

4、t0––-VRv设：硅管OV-0.7Ft05时间轴局部拉宽(2)二极管的瞬态开关过程vIVvFi＋D–t＋＋0-VvvRIOi截止到导通––IF的过渡时间t二极管开关工作时，管内空间电荷区0ton称为-I和电中性区有着电荷存储效应，R开通时间ttSf这使管导通、截止的转换不能立即完成。导通到截止的过渡时间t称为tRtonRv反向恢复时间。0.7VDt0vD-VR＋–i＋t、t的时段越短，“开关工作的速率越快”。RonvVOIPN一般，反向恢复时间tR>ton(开通时间)–2.2.2双极型晶体三极

5、管的开关特性(1)理想的开关特性输入低电平，管截止(关)i、i=0。输出高电平。vBC(稳态特性)IV1输入高电平，管饱和(开)+VCC0输出低电平。RCt-V2iRB+C集电极饱和电流I：ICSCSVVV+vtICCCEsat()CCOCSvI0RRCCi––IBBm基极临界饱和电流IBS：输入高电平IBStI钳位电压0ICSBSVv1BEVvO=vCEICCBmIR饱和深度：SBmBtIBS0“反相”——VVOIvCE(sat)可靠饱和：应S>1v(2)晶体管的瞬态开关过程

6、IV1t晶体管内基区的存储电荷、0-V势垒区的电荷存储使得管2饱和、截止状态之间的转iC换不能立即完成。ICS0.9ICS截止到饱和的过渡时间t0.1ICS+VCCton称为开通时间。0RtdtstfCt饱和到截止的过渡时间。rRB+ttoff+toff称为关断时间。onvOiBvIIBm––Itoff中的ts(存储时间)BSt是基区多余存储电荷的0消散时间，为减小ts，vO=vCEV应限制管在饱和时的CC饱和深度。vCE(sat)t08肖特基晶体管器件开关工作的瞬态过程应足够短二极管、三极管

7、开关工作的瞬态过程(t、t)onoff是致使逻辑器件工作时出现边沿延迟的主要原因。其内部有多个晶体管+VvICCRCt逻辑器件0vvRB+I例如非门Ov+OvOvvII––0tttontoff0Tv脉冲宽度在逻辑器件的应用中，O瞬态过程时间（边沿延迟时间t）0pdt相对工作信号的脉冲宽度应足够短。即：器件的开关工作速率应足够快。tpd边沿延迟时间92.3二极管逻辑门——最简单的门电路+5VV、V之一为低电平(0V),ABR两管之一导通,输出低电平。VF“与”逻VAVA、VB均为高电平(5V),辑

8、两管均截止,输出高电平。VBVFVA、VB之一为高电平(5V),VA两管之一导通,输出高电平。“或”逻VBVA、VB均为低电平(0V),辑两管均截止,输出低电平。R10正逻辑和负逻辑正逻辑：用低电平(L)代表逻辑0，高电平(H)代表逻辑1。负逻辑：用低电平(L)代表逻辑1，高电平(H)代表逻辑0。+5VABFR000“与”运算F010AVAVBVF&F100ABBLLL111（与门）LHLHLLABFHHH物理上的111“或”运算101011F“与门”——按正逻辑去定义输入、输出电平，完成与运A