数字电路第3章集成逻辑门电路

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1、第3章集成逻辑门电路作业：3-53-63-83-113-143-153-201第3章集成逻辑门电路本章重点讨论门电路的外特性，是对全书各种电路进行分析的基础。重点内容：1.半导体二极管、半导体三极管、MOS管的开关特性。2.TTL门电路的外特性及其应用。3.CMOS门电路的外特性及其应用。23.1概述3.2半导体二极管门电路3.3TTL集成门电路3.4CMOS门电路3.5各逻辑门的性能比较第3章集成逻辑门电路33.1概述用来实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路称为门电路。常用的门电路有与门、或门、非门、

2、与非门、或非门、与或非门、异或门等。从制造工艺方面来分类，数字集成电路可分为双极型、单极型和混合型三类。43.2半导体二极管门电路3.2.1正逻辑与负逻辑在数字电路中，用高、低电平来表示二值逻辑的1和0两种逻辑状态。获得高、低电平的基本原理电路如图表示。开关S为半导体二极管或三极管，通过输入信号控制二极管或三极管工作在截止和导通两个状态，以输出高低电平。5若用高电平表示逻辑1，低电平表示逻辑0，则称这种表示方法为正逻辑；若用高电平表示0，低电平表示1，则称这种表示方法为负逻辑。若无特别说明，本书中将采用正逻

3、辑。3.2.1正逻辑与负逻辑a）正逻辑b）负逻辑6由于在实际工作时只要能区分出来高、低电平就可以知道它所表示的逻辑状态了，所以高、低电平都有一个允许的范围。正因如此，在数字电路中无论是对元器件参数精度的要求还是对供电电源稳定度的要求，都比模拟电路要低一些。73.2.2半导体二极管的开关特性1.二极管的符号正极-P极负极-N极82.二极管的伏安特性600400200–0.1–0.200.40.7–50–100二极管/硅管的伏安特性V/VI/mA正向特性死区电压反向特性反向击穿特性9二极管（PN结）的单向导电性

4、：PN结外加正偏电压（P端接电源正极，N端接电源负极）时，形成较大的正向电流，PN结呈现较小的正向电阻；外加反偏电压时，反向电流很小，PN结呈现很大的反向电阻。2.二极管的伏安特性-二极管的单向导电性103.二极管等效电路图3-5二极管伏安特性的几种等效电路11导通电压VON硅管取0.7V锗管取0.2V结论：只有当外加正向电压（P极电压大于N极电压）大于VON时，二极管才导通。二极管导通后具有电压箝位作用。124.二极管的动态特性在动态情况下，亦即加到二极管两端的电压突然反向时，电流的变化过程如图所示。Tr

5、e为反向恢复时间，是反向电流衰减到峰值的1/10所经过的时间。tre数值很小，约几纳秒。Tre13因为半导体二极管具有单向导电性，即外加正向电压时导通，外加反向电压时截止，所以它相当于一个受外加电压极性控制的开关。5.半导体二极管的开关特性14VCC=5V当vI为高电平（取VCC）时，VD截止，vO为高电平。5.半导体二极管的开关特性当vI为低电平（取0V）时，VD导通，vO=0.7V，为低电平。153.2.3二极管与门电路A、B是输入逻辑变量，F是输出逻辑函数。当A、B中只要有一个为低电平（0V）时，相应

6、的二极管必然导通，输出F则为低电平（为二极管的导通电压，取0.7V）。163.2.3二极管与门电路当输入A、B都同时为高电平（VCC）时，两个二极管都截止，输出F为高电平（VCC）。17与门原理分析当A、B中只要有一个为低电平时，输出F则为低电平；只有当输入A、B都同时为高电平时，输出F为高电平。与门真值表实现了逻辑与的功能，即：F=AB。183.2.4二极管或门电路A、B为输入逻辑变量，F为输出逻辑函数。A、B中只要有一个输入高电平（VCC）时，相应的二极管导通，使F输出高电平（VCC-0.7V）。193

7、.2.4二极管或门电路当A、B都输入低电平（0V）时，由于R接的电源为-VEE，两个二极管都导通，F输出为低电平（-0.7V）。20A、B中只要有一个输入高电平时，相应的二极管导通，使F输出高电平，只有当A、B都输入低电平时，F输出为低电平。或门原理分析实现了逻辑或的功能，即：F=A+B。或门真值表213.3TTL（Transistor-Transistor-Logic)集成门电路由于TTL集成门电路中采用双极型三极管作为开关器件，所以在介绍TTL电路之前，我们首先介绍一下双极型三极管的开关特性。223.3

8、.1双极型三极管的开关特性1.双极型三极管的结构一个双极型三极管含有三个电极，分别为发射极（e）、基极（b）和集电极（c），分为NPN型和PNP型两种。由于它们在工作时有电子和空穴两种极性不同的载流子参与导电，故称为为双极型三极管。23图3.9双极型三极管的两种类型箭头表示PN结的正偏方向发射结集电结242.双极型三极管的输入特性和输出特性1）输入特性曲线以NPN管为例，若以发射极（e）作为输入回路和输出回路的公