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时间:2020-04-01
《数字电子技术基础简明教程教学教案第2章_门电路.ppt》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、肖合九教授数字电子技术基础简明教程1第2章门电路2第2章门电路概述2.1半导体二极管、三极管和MOS管的开关特性2.2分立元器件门电路2.3CMOS集成门电路2.4TTL集成门电路31、什么是门电路:实现基本和常用逻辑运算的电子电路,称为逻辑门电路。它是数字电路中最基本的单元。2、门电路的主要类型:门电路的主要类型有与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等。概述一、门电路的概念二、逻辑变量与两状态开关在二值逻辑中,逻辑变量的取值不是0就是1,是一种二值量。在数字电路中,与之对应的是电子开关的两种状态。半导体二极
2、管、三极管和MOS管是构成这种电子开关的基本开关元件。41、高电平和低电平:高电平和低电平是两种状态,是两个不同的可以截然区别开来的电压范围。右图2.4~5V范围内的电压,都称为高电平,用UH表示。0~0.8V范围内的电压,都称为低电平,用UL表示。2、正逻辑和负逻辑:用1表示高电平,用0表示低电平,称为正逻辑赋值,简称正逻辑。用1表示低电平,用0表示高电平,称为负逻辑赋值,简称负逻辑。三、高、低电平与正、负逻辑5四、分立元件门电路和集成门电路1、用分立的元器件和导线连接起来构成的门电路,称为分立元件门电路。2、把构成门电路
3、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。2、数字集成电路按照集成度分类小规模集成电路(SSI):<100个元器件/片中规模集成电路(MSI):100~999个元器件/片大规模集成电路(LSI):1000~99999个元器件/片超大规模集成电路(VLSI):>100000个元器件/片五、数字集成电路的集成度1、集成度:一般把在一块芯片中含有等效逻辑门的个数或元器件的个数,定义为集成度。62.1半导体二极管、三极管和MOS管的开关特性2.1.1理想开关的开关特性一、静态特性1、断开时,其等效电阻R
4、OFF=∞,通过其中的电流IOFF=0。2、闭合时,其等效电阻RON=0,其两端电压UAK=0。二、动态特性1、开通时间ton=0,即开关由断开状态转换到闭合状态不需要时间,可以瞬间完成。2、关断时间toff=0,即开关由闭合状态转换到断开状态不需要时间,可以瞬间完成。AKS理想开关7半导体二极管最显著的特点是具有单向导电性能。2.1.2半导体二极管的开关特性R导通截止相当于开关断开相当于开关闭合S3V0VSRRD3V0V8一、静态特性1、半导体二极管的结构示意图、符号和伏安特性半导体二极管的结构示意图、符号和伏安特性如下图
5、所示。92、半导体二极管的开关作用⑴开关应用举例下图是最简单硅半导体二极管开关电路。输入电压为uI,其低电平UIL=-2V,高电平为UIH=3V。①uI=UIL时,半导体二极管反偏,D处于反向截止区,如同一个断开了的开关,直流等效电路如图(b)。②uI=UIH时,半导体二极管正偏,D工作在正向导通区,如同一个具有0.7V压降、闭合了的开关,直流等效电路如图(c)。10⑵、静态开关特性硅半导体二极管具有下列静态开关特性:①导通条件及导通时的特点:当外加正向电压UD>0.7V时,二极管导通,硅半导体二极管如同一个具有0.7V压降
6、、闭合了的开关。②截止条件及截止时的特点:当外加正向电压UD<0.5V时,二极管截止,硅半导体二极管如同一个断开了的开关。11二、动态特性1、二极管的电容效应二极管存在结电容Cj和扩散电容CD,Cj和CD的存在极大地影响了二极管的动态特性,无论是开通还是关断,伴随着Cj、CD的充、放电过程,都要经过一段延迟时间才能完成。2、二极管的开关时间下图所示是一个简单的二极管开关电路及相应的uI和iD的波形。12⑴开通时间当输入电压uI由UIL跳变到UIH时,二极管D要经过延迟时间td、上升时间tr之后,才能由截止状态转换到导通状态。
7、半导体二极管的开通时间为:ton=td+tr⑵关断时间当输入电压uI由UIH跳变到UIL时,二极管D要经过存储时间ts、下降时间(也称为渡越时间)tf之后,才能由导通状态转换到截止状态。半导体二极管的关断时间为:toff=ts+tf132.1.3半导体三极管的开关特性饱和截止3V0VuO0相当于开关断开相当于开关闭合uOUCC+UCCuiRBRCuOTuO+UCCRCECuO+UCCRCEC3V0V14一、静态特性1、结构示意图、符号和输入、输出特性半导体三极管的结构示意图、符号如下图所示。15半导体三极管的输入、输出特
8、性如下图所示。输入特性指的是基极电流iB和基极-发射极间电压uBE之间的关系曲线。输出特性指的是基极电流iC和集电极-发射极间电压uCE之间的关系曲线。在数字电路中,半导体三极管不是工作在截止区,就是工作在饱和区,而放大区仅仅是一种瞬间即逝的工作状态。162、半导体三极管的静态开关特性⑴饱
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