《数字逻辑》第3章门电路

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1、数字逻辑北航计算机学院艾明晶牛建伟amj@buaa.edu.cnniujianwei@buaa.edu.cn2第3章门电路本章补充常用半导体器件基础知识；介绍晶体二极管、三极管的稳态开关特性；分立元件门；TTL与非门，OC门，三态门；MOS管，MOS门等内容。介绍门电路的电路结构、工作原理及逻辑功能，以及基于VerilogHDL的门电路设计。3.1概述3.2常用半导体器件（补充）3.3晶体二极管和三极管的开关特性3.4分立元件门3.5数字集成电路的主要性能参数（补充）3.6TTL集成门3.7MOS集成门3.8基于VerilogHDL的门电路设计共7学时3本　章　重　点晶体管的稳态

2、开关特性；门电路的逻辑功能；数字集成电路的主要性能参数及其含义；基于VerilogHDL设计门电路的方法。43.1概述“门电路”是能实现某种逻辑关系的电路，它是数字电路的基本逻辑单元电路。基本的逻辑门有与门、或门、非门，复合逻辑门有与非门、或非门、与或非门、异或门等。逻辑门主要分为两类分立元件门：由电阻、二极管、三极管等分立元件构成；集成门：把构成门电路的基本元件制作在一小片半导体芯片上。集成反相器、缓冲器，集成与门、与非门，集成或门、或非门，集成异或门，集成三态门5集成电路与数字集成电路集成电路（IntegratedCircuit，IC）：把若干个有源器件和无源器件及其连线，按

3、照一定的功能要求，制作在一块半导体基片上，这样的电路称为集成电路。集成电路相比分立元件电路的优点体积小、耗电省、重量轻、可靠性高数字电路：对数字信号进行算术运算和逻辑运算的电路数字集成电路：在一块半导体基片上，把众多的数字电路基本单元制作在一起形成的数字电路。6数字集成电路的分类早期的划分方法——单位芯片面积上集成门电路的个数（1）小规模IC——SSI（SmallScaleIntegration），含1～10门（2）中规模IC——MSI（MediumScaleIntegration），含10～100门（3）大规模IC——LSI（LargeScaleIntegration），含10

4、0～1000门（4）超大规模IC——VLSI（VeryLargeScaleIntegration），含1000门以上1、按集成度分类这种划分方法现在已过时！72、按制造工艺分类（1）双极型IC：晶体三极管中两种载流子（空穴和自由电子）参与导电基本开关元件：晶体三极管常见双极型IC：TTL（Transister-TransisterLogic，晶体管-晶体管逻辑）、ECL（EmitterCoupledLogic，发射极耦合逻辑）、HTL（HighThresholdLogic，高阈值逻辑）、I2L（IntegratedInjectionLogic，集成注入逻辑）集成电路特点：速度快，

5、但集成度较单极型IC低（2）单极型IC:MOS晶体管中只有一种载流子（空穴或自由电子）参与导电基本开关元件：MOS晶体管常见单极型IC：PMOS、NMOS、CMOS（ComplementarySymmetryMetalOxideSemiconductor，互补对称金属氧化物半导体）集成电路特点：功耗低，集成度高，但速度较双极型IC低8我们为什么要学习门电路？门电路是组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、程序逻辑电路的理论基础要学好后面的电路，必须先了解门电路的电路结构、工作原理及逻辑功能组合逻辑电路是由各种逻辑门以一定的方式组合在一起构成的数字典路。触发器是由多个逻辑门（大多是与非

6、门）交叉耦合构成的。时序逻辑电路是由组合逻辑电路和触发器构成的。程序逻辑电路主要由控制电路（计数器、寄存器等，译码器、运算器等）和存储器（地址译码器、存储矩阵和输出控制电路）构成。9门电路与后续电路的关系示意图组合逻辑电路逻辑门组合触发器逻辑门交叉耦合时序逻辑电路组合逻辑电路触发器逻辑门组合逻辑门交叉耦合程序逻辑电路控制电路存储器计数器、寄存器等译码器、运算器等地址译码器存储矩阵输出控制电路若干存储单元（三极管或MOS管）构成三态缓冲器103.2常用半导体器件（补充）3.2.1半导体基础知识3.2.2PN结3.2.3半导体二极管3.2.4半导体三极管内容概要113.2.1半导体基

7、础知识导电能力介于导体和绝缘体之间的物体称为半导体。如：硅（Si）、锗（Ge）、硒（Se）以及大多数金属氧化物和硫化物。半导体特性1.热敏特性：温度导电能力可做成各种热敏元件2.光敏特性：受光照导电能力可做成各种光电器件3.纯净的半导体掺入微量杂质导电能力（几十万~几百万倍）可制做半导体器件。如半导体二极管、三极管、场效应管及晶闸管等。12半导体的共价键结构原子由具有正电荷的原子核和带负电荷的电子组成。电子按一定规律分布在核外的不同壳层上，最外壳层上的电子称为