数字电路与逻辑设计基础配套教学课件项华珍 第3章 集成门电路.ppt

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1、第3章集成门电路本章要点本章在介绍三极管反相器的基础上，对TTL反相器的结构、工作原理、主要性能参数进行了详细分析，并对不同功能、不同系列的TTL门作了简单介绍。另外，讲述了CMOS门电路的结构、工作原理、主要参数、应用特点及两种集成门电路的接口。你知道吗？数字系统已经渗透到通信、生产和生活的各个领域，数字系统的最基本单元——集成门电路，是构成复杂数字系统的物理基础。集成门电路主要分两大类：TTL（晶体管－晶体管逻辑）CMOS（互补对称MOS管逻辑）优点是功耗低、集成度高缺点是速度低、驱动能力差本章首先介绍三极管构成的反相器，再介绍两类门电路的组成、主要性能参数、接口。3.1三极管反相

2、器开关电路开关电路高低电平BJT、FET或二极管3.1.1三极管的开关特性特性三极管开关电路BJT作为开关三极管截止三极管饱和导通输出高电平输出低电平3.1.2三极管反相器的工作原理实用的三极管反相器电路逻辑符号逻辑表达式保证三极管可靠截止例3-1在右图中，若VCC＝5V，－VEE＝－8V，Rc=1kΩ,Rb1=3.3kΩ,Rb2=10kΩ,β=20,UCES=0.1V。当输入的高、低电平分别为VIH＝5V、VIL＝0.6V时，试计算对应的输出电平。并说明电路参数的设计是否合理？解：这时加在发射结上的是反向电压，故三极管截止。先断三极管，用戴维南定理求b的电位VB,以便于判断三极管是

3、导通还是截止。由于有：当时，得：显然当时，得：这时加在三极管发射结上的是正向电压，三极管导通。三极管一旦导通，发射结的电压约为0.7V。可得基极电流为临界饱和时的基极电流为三极管工作在饱和区。输出电位为所以，电路参数的设计是合理的。由此也可以看出，这种反相器电路对低电平的正向干扰具有较强的抑制能力。3.1.3三极管的开关时间三极管开关的动态特性当输入信号由高电平变为低电平或由低电平变为高电平时，三极管不可能立即实现从饱和到截止或从截止到饱和的转换。的变化总是落后于的变化，从而的变化也落后于的变化开启时间关断时间3.1.4三极管反相器的负载能力三极管反相器的负载能力：指反相器输出端接

4、其他电路时输出电流的能力。负载分为灌电流负载和拉电流负载①灌电流负载vI为高电平，vO输出低电平时，三极管饱和导通，从负载流入三极管的电流。②拉电流负载vI为低电平，vO输出高电平时，三极管截止，从VCC经RC流入负载的电流。三极管饱和程度下降输出高电平的最小值③推拉式输出为了提高带负载能力，即矛盾推拉式输出改进:T2是射极输出器，输出电阻很低3.2TTL集成反相器3.2.1TTL反相器的工作原理1.电路结构组成：输入级、倒相级、输出级及输入保护电路输入级T1和R1倒相级T2和R2、R3输出级T3、T4、T5及R5、R3构成推拉式输出输入保护电路D12.工作原理设电源电压VCC=5

5、V，输入信号的高、低电平分别为VOH=3.4V、VOL=0.2V，PN结的特性用折线等效模型代替，开启电压和工作电压VON=0.7V，三极管的饱和压降为VCES=0.2V。（1）当输入为低电平A＝0（VIL=0.2V)0.2V0.9V0.2V①T2、T5截止②T1深度饱和，VCES1≈0③T3、T4导通5V3.4VY＝1（2）当输入为高电平A＝1（VIH=3.4V)3.4V2.1V1.4V0.7V①T1倒置状态（发射结反偏，集电结正偏）②T2、T5饱和导通③T3导通，T4截止0.9V0.2VY＝0则3.2.2TTL反相器的外特性及主要电气参数1.电压传输特性电压传输特性电压传输特性是

6、指输出电压随输入电压变化的关系曲线。TTL反相器电路（1）AB段（截止区）：输入电压vI<0.7V,vB1<1.3V,T2、T5截止，T3、T4导通，输出vO为高电平3.4V（2）BC段（线性区）：输入电压0.7V≤vI<1.4V,vB1<1.3V,T2工作在放大区，T5截止，T3、T4导通，输出vO随vI的增大线性下降（3）CD段（转折区）：输入电压vI接近1.4V,vB1接近2.1V,T2、T5导通,T2、T5、T3、T4均处于放大状态，输出vO随vI的快速线性下降阀值电压或门槛电压VTH：转折区中点所对应的输入电压（3）DE段（饱和区）：输入电压vI>1.4V,vB1=2.1V

7、,T2、T5饱和，T3、T4截止，输出vO为低电平0.2V对于典型的TTL反相器，阀值电压VTH一般约为1.4V。可以粗略地认为，当vI>VTH时，反相器导通，输出低电平；当vI