《数字逻辑设计》ppt课件

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1、第3章集成逻辑门电路学习目标：1.了解半导体二极管、三极管和CMOS管的开关特性及等效电路。2.了解TTL与非门的工作原理和主要性能指标。3.掌握集电极开路门（OC门）、三态输出门的逻辑功能、特点和用途。4.熟悉TTL与非门、CMOS逻辑门使用注意事项。7/23/202113.1概述集成逻辑门电路主要有TTL门电路和COMS门电路。TTL门由双极型晶体管组成，CMOS门电路由单极型MOS管组成。TTL门电路的工作速度高，但功耗也较大，集成度不高；CMOS门电路功耗小，集成度高，但工作速度较低。7/23/20212各种门电

2、路的输入和输出，只有高电平和低电平两种不同的状态。高电平和低电平都有一定的范围。高低电平示意图标准高电平USH常取3.6V；低电平USL常取0.3V。7/23/20213关于正逻辑和负逻辑的概念正逻辑体系：用1表示高电平，用0表示低电平。负逻辑体系：用1表示低电平，用0表示高电平。1.正负逻辑的规定2.正负逻辑的转换对于同一个门电路，可以采用正逻辑，也可以采用负逻辑。本书若无特殊说明，一律采用正逻辑体制。同一个门电路，对正、负逻辑而言，其逻辑功能是不同的。7/23/202143.2半导体二极管和三极管的开关特性3.2.1

3、二极管的开关特性数字电路中的晶体二极管、三极管和MOS管工作在开关状态。导通状态：相当于开关闭合截止状态：相当于开关断开。逻辑变量←→两状态开关：在逻辑代数中逻辑变量有两种取值：0和1；电子开关有两种状态：闭合、断开。7/23/20215半导体二极管、三极管和MOS管，则是构成这种电子开关的基本开关元件。(1)静态特性：断开时，开关两端的电压不管多大，等效电阻ROFF=无穷，电流IOFF=0。闭合时，流过其中的电流不管多大，等效电阻RON=0，电压UAK=0。理想开关的开关特性：7/23/20216客观世界中，没有理想开

4、关。乒乓开关、继电器、接触器等的静态特性十分接近理想开关，但动态特性很差，无法满足数字电路一秒钟开关几百万次乃至数千万次的需要。半导体二极管、三极管和MOS管做为开关使用时，其静态特性不如机械开关，但动态特性很好。7/23/202171.静态特性及开关等效电路正向导通时UD(ON)≈0.7V（硅）0.3V（锗）RD≈几Ω～几十Ω相当于开关闭合二极管的伏安特性曲线7/23/20218反向截止时反向饱和电流极小反向电阻很大（约几百kΩ）相当于开关断开二极管的伏安特性曲线7/23/202192.动态特性：二极管从截止变为导通和

5、从导通变为截止都需要一定的时间。通常后者所需的时间长得多。一般为纳秒数量级。7/23/2021103.2.2三极管的开关特性1.静态特性及开关等效电路在数字电路中，三极管作为开关元件，主要工作在饱和和截止两种开关状态，放大区只是极短暂的过渡状态。三极管的三种工作状态（a）电路（b）输出特性曲线7/23/202111开关等效电路(1)截止条件条件：发射结反偏特点：电流约为07/23/202112(2)饱和条件条件：发射结正偏，集电结正偏特点：UBES=0.7V，UCES=0.3V/硅7/23/202113三极管开关等效电路

6、饱和时三极管的饱和条件：7/23/2021142.三极管的开关时间（动态特性）三极管的开关时间开启时间ton上升时间tr延迟时间td关闭时间toff下降时间tf存储时间ts7/23/202115(1)开启时间ton三极管从截止到饱和所需的时间。ton=td+trtd：延迟时间tr：上升时间(2)关闭时间toff三极管从饱和到截止所需的时间。toff=ts+tfts：存储时间（几个参数中最长的；饱和越深越长）tf：下降时间toff>ton。开关时间一般在纳秒数量级。高频应用时需考虑。7/23/2021163.2.3MOS管

7、的开关特性一般采用增强型MOS组成开关电路，并由栅源电压uGS控制MOS管的截止或导通。截止状态导通状态NMOS管电路图7/23/2021173.2.4抗饱和三极管它是在三极管基极和集电极之间并接一个肖特基二极管（简称SBD）构成的。肖特基二极管的正向压降小，约为0.4V，容易导通，可分流三极管的一部分基极电流，使三极管工作在浅饱和状态，从而大大缩短三极管的开关时间，提高工作速度。在集成电路中肖特基二极管和三极管制作在一起。7/23/202118门电路的概念：实现基本和常用逻辑运算的电子电路，叫逻辑门电路。实现与运算的叫

8、与门，实现或运算的叫或门，实现非运算的叫非门，也叫做反相器，等等。分立元件门电路和集成门电路:分立元件门电路：用分立的元件和导线连接起来构成的门电路。简单、经济、功耗低，负载差。集成门电路：把构成门电路的元器件和连线都制作在一块半导体芯片上，再封装起来，便构成了集成门电路。现在使用最多的是CMOS和TTL集成门电路。