数字逻辑电路09版课件2010版 第2章 逻辑门电路.ppt

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1、第2章逻辑门电路逻辑门：完成一些基本逻辑功能的电子电路。现使用的主要为集成逻辑门。首先介绍晶体管的开关特性着重讨论的TTL和CMOS门电路的逻辑功能和电气特性简要介绍其他类型的双极型和MOS门电路2.1晶体管的开关特性在数字电路中,常将半导体二极管,三极管和场效应管作为开关元件使用。理想开关:接通时阻抗为零;断开时阻抗为无穷大;两状态之间的转换时间为零。实际半导体开关:导通时具有一定的内阻;截止时有一定的反向电流;两状态之间的转换需要时间。2.1.1半导体二极管的开关特性下面以硅二极管为例D(1)导通条件及导通时的特点ID(mA)VDVO0.50硅二极管伏安特性D+-Vi>0.7R电路图+-V

2、i>0.7RVD近似等效电路+-Vi>0.7RK简化等效电路(2)截止条件及截止时的特点D+-Vi<0.5R电路图+-Vi<0.5RK简化等效电路(3)开关时间①开启时间:由反向截止转换为正向导通所需要的时间.二极管的开启时间很小,可忽略不计。②关断时间:由正向导通转换为反向截止所需要的时间。二极管的关断时间大约几纳秒。RCICRbIBViVoVcc三极管开关电路(1)饱和导通条件及饱和时的特点饱和导通条件:IB≥IBS=ICSβ≈VCCβRC饱和导通时的特点:VBE≈0.7VVCE=VCES=0.1~0.3V发射极和集电极之间如同闭合的开关2.1.2半导体三极管的开关特性(2)截止条件及截止

3、时的特点截止条件:VBE<0.5V(硅三极管发射结导通电压)截止时的特点:发射结和集电结均为反向偏置,IB≈IC≈0,发射极和集电极之间如同断开的开关。+_+_0.7V0.1~0.3Vbce饱和时ecb截止时三极管开关的近似直流等效电路(3)开关时间开启时间ton:三极管由截止到饱和所需要的时间,纳秒(ns)级。关断时间toff:三极管饱和由到截止所需要的时间,纳秒(ns)级,toff>ton。toff的大小与工作时三极管饱和导通的深度有关,饱和程度越深,toff越长,反之则越短。2.1.3MOS管的开关特性GSDRDVCCMOS管的三个工作区：截止区；非饱和区；饱和区。MOS管作开关使用时，

4、通常工作在截止区和非饱和区。数字集成电路中常用的MOS管为P沟道增强型和N沟道增强型。NMOS管开关电路(1)导通条件及导通时的特点(以NMOS管为例)导通条件:VGS>VTN(VTN为NMOS管的开启电压)导通时的特点:在开关电路中,MOS管导通时一般工作在非饱和区,这时要求VGS>VTN+VDS,导通电阻RDS为几百欧姆。(2)截止条件及截止时的特点截止条件:VGS

5、开关时间很小.组成开关电路时,由于管子间的寄生电容和布线电容的存在,加上MOS管的输入、输出阻抗较大,使输入、输出电路的充放电时间常数增加,影响了开关时间。2.2分立元件门电路2.2.1二极管门电路1.二极管与门&ABCF逻辑符号DADBDCROVCC(5V)ABCF原理图假设：二极管为理想开关；输入信号VIL=0V,VIH=3V.综上所述:电路为二极管与门DADBDCROVCC(5V)ABCF分两种情况分析：1)A、B、C三端输入均为3V二极管DA、DB、DC均导通F=3V3V3V3V3V2)A、B、C三端输入有0V信号输入时，如A、B为0V,C端输入3V二极管DA、DB导通,DC截止F=0

6、V0V0V3V0V2.二极管或门≥1ABCF逻辑符号3V3V3V0V0V0V0V0VDADBDCROVCC(-5V)ABCF原理图假设：二极管为理想开关；输入信号VIL=0V,VIH=3V。分两种情况分析：A、B、C三端输入均为0V，二极管DA、DB、DC均导通F=0V2)A、B、C三端输入有3V信号输入时，如A、B为3V,C端输入0V，二极管DA、DB导通,DC截止F=3V2.2.2三极管门电路1.非门工作原理(设三极管电流放大倍数β=30)Vi=0V,则三极管基极电位VB<0V,满足截止条件VBE<0.5V,三极管截止,IC=0,VO=Vcc=3V,为高电平。RCR1ViVoVcc(3V)

7、三极管非门电路1.5kΩR2VBB(-5V)10kΩ1kΩVB而三极管饱和时所需要的最小基极电流IBS=ICS/β=(Vcc－VCE)/(RC·β)=(3－0.3)/(1×30)=0.09mA②Vi=3V，三极管饱和。因为饱和时VB=0.7V,基极电流IB=(Vi－VB)/R1－(VB－VBB)/R2=(3－0.7)/1.5－(0.7－(－5))/10=0.96mARCR1ViVoVcc(3V)三