数字电子技术与应用配套教学课件宋雪臣PPT及答案 课题2 集成门电路.ppt

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1、课题2集成逻辑门电路及其应用知识目标了解晶体管开关特性及TTL逻辑门的基本工作原理；了解MOS管开关特性及CMOS逻辑门的基本工作原理；熟悉各类门电路的外部电气特性、电压传输特性、输入输出特性、抗干扰特性、电源特性等。技能目标掌握TTL和CMOS门的逻辑功能、外部特性、主要参数和正确使用方法；掌握门电路标准推拉输出、开路输出、三态输出的特点和应用。能正确处理多余输入端，能正确解决不同类型电路间的接口问题及抗干扰问题。课题描述图2.1常见的集成电路板随着微电子技术的发展，人们把实现各种基本逻辑功能的元器件及其连线都集中制造在同一块半

2、导体材料小片上，并封装在一个壳体中，通过引线与外界联系，我们把这种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、与非门、或非门、与或非门、异或门等。它们是构成数字集成电路（IntegratedCircuit简写IC）的基本单元。作为信息产业的基础，数字集成电路已经成为国家基础性战略性产业，它不仅在工、民用电子设备中得到广泛的应用，同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的应用。如图2.1所示。数字集成电路的类型较多，根据所采用的半导体器件进行分类，分为双极型集成电路、单极型集成电路和混合型集成

3、电路。双极型集成电路的制作工艺复杂，功耗较大，包括TTL(晶体管―晶体管逻辑电路)、ECL(射极耦合逻辑)电路和I2L(集成注入逻辑)电路等几种类型，单极型集成电路的制作工艺简单，功耗也较低，易于制成大规模集成电路，代表集成电路有CMOS、NMOS、PMOS等类型，混合型集成电路是前二者的组合（BiCMOS）门电路；按集成度高低不同可分为小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路。小规模集成电路（SSI）仅包含10个以内的门电路。中规模集成电路(MSI)包含10～100个门电路。大规模集成电路(LSI)包含10

4、00～10000个门电路。超大规模集成电路(VLSI)包含10000以上的门电路。数字集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。2.1二极管基本门电路2.1.1晶体二极管的开关特性数字电路中的晶体二极管、三极管和MOS管等器件一般是以开关方式工作的，其工作状态相当于相当于开关的“接通”与“断开”。1.静态特性静态特性是指二极管在导通和截止两种稳定状态下的特性。典型二极管的静态特性曲线(又称伏安特性曲线)如图2.2示。(a)(b)图2.2二极管静态特性(a)电路图(b)

5、伏安特性曲线1）正向特性门槛电压(UTH)：使二极管开始导通的正向电压，有时又称为导通电压(一般锗管约0.1V，硅管约0.5V)。正向电压UF≤UTH时，管子截止，电阻很大、正向电流IF接近于0，二极管类似于开关的断开状态；正向电压UF=UTH时，管子开始导通，正向电流IF开始上升；正向电压UF＞UTH(一般锗管为0.3V，硅管为0.7V)时管子充分导通，电阻很小，正向电流IF急剧增加，二极管类似于开关的接通状态。2）反向特性二极管在反向电压UR作用下，处于截止状态，反向电阻很大，反向电流IR很小（将其称为反向饱和电流，用IS表

6、示，通常可忽略不计），二极管的状态类似于开关断开。而且反向电压在一定范围内变化基本不引起反向电流的变化。使用注意事项：（1）正向导通时可能因电流过大而导致二极管烧坏。组成实际电路时通常要串接一只电阻R，以限制二极管的正向电流；（2）反向电压超过某个极限值时，将使反向电流IR突然猛增，致使二极管被击穿（通常将该反向电压极限值称为反向击穿电压UBR），一般不允许反向电压超过此值。由于二极管的单向导电性，所以在数字电路中经常把它当作开关使用。实际的二极管不是理想开关，且电压和电流之间是非线性关系。2.动态特性(a)(b)图2.3二

7、极管动态特性电路图(b)过渡过程工作波形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。晶体二极管在外加大信号电压时，将由导通转向截止或由截止转向导通，如图2.3所示。1）由导通转向截止iD由IR=–VR/R降至0.9IR所需驱散存储电荷的时间，称为存储时间ts。iD由0.9IR逐渐下降至0.1IR所需驱散存储电荷的时间，称为下降时间tf。trr=ts+tf时间称为反向恢复时间。2）由截止转向导通iDmax=(VR+VF)/R下降至iD=VF/R所需的时间，称为

8、二极管正向恢复时间tr。一般trtrr，所以可以忽略不计。上升时间、恢复时间都很小，基本上由二极管的制作工艺决定，存储时间与正向电流，反向电压有关。当vi为一矩形电压时，二极管电流的变化过程不够陡峭（不理想），这就限制了二极管的最高