数字电路基础第2章门电路.ppt

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1、第2章门电路2.1概述2.2半导体二极管和三极管的开关特性2.3分立元件门电路2.4TTL门电路2.5CMOS门电路2.1概述门电路是用以实现逻辑关系的电子电路。门电路分立元件门电路集成门电路双极型集成门（DTL、TTL）MOS集成门NMOSPMOSCMOS正逻辑：用高电平表示逻辑1，用低电平表示逻辑0负逻辑：用低电平表示逻辑1，用高电平表示逻辑0在数字系统的逻辑设计中，若采用NPN晶体管和NMOS管，电源电压是正值，一般采用正逻辑。若采用的是PNP管和PMOS管，电源电压为负值，则采用负逻辑比较方便。今后除非

2、特别说明，一律采用正逻辑。2.1概述一、正逻辑与负逻辑VI控制开关S的断、通情况。S断开，VO为高电平；S接通，VO为低电平。2.1概述二、逻辑电平105V0V0.8V2V高电平下限低电平上限实际开关为晶体二极管、三极管以及场效应管等电子器件逻辑电平高电平UH：输入高电平UIH输出高电平UOH低电平UL：输入低电平UIL输出低电平UOL逻辑“0”和逻辑“1”对应的电压范围宽，因此在数字电路中，对电子元件、器件参数精度的要求及其电源的稳定度的要求比模拟电路要低。2.1概述一、二极管伏安特性2.2半导体二极管和三极

3、管的开关特性门坎电压Uth反向击穿电压二极管的单向导电性：①外加正向电压（>Uth），二极管导通，导通压降约为0.7V；②外加反向电压，二极管截止。uD(V)iD(mA)0.7V2.2.1半导体二极管的开关特性利用二极管的单向导电性，相当于一个受外加电压极性控制的开关。当uI=UIL时，D导通，uO=0.7=UOL－－－开关闭合二、二极管开关特性2.2半导体二极管和三极管的开关特性假定：UIH=VCC，UIL=0当uI=UIH时，D截止，uo=VCC=UOH－－－开关断开2.2半导体二极管和三极管的开关特性一、

4、双极型三极管结构2.2.2双极型三极管的开关特性因有电子和空穴两种载流子参与导电过程，故称为双极型三极管。NPN型PNP型2.2半导体二极管和三极管的开关特性二、双极型三极管输入特性双极型三极管的应用中，通常是通过b,e间的电流iB控制c,e间的电流iC实现其电路功能的。因此，以b,e间的回路作为输入回路，c,e间的回路作为输出回路。输入回路实质是一个PN结，其输入特性基本等同于二极管的伏安特性。2.2半导体二极管和三极管的开关特性三、双极型三极管输出特性放大区：发射结正偏，集电结反偏；ube>uT，ubc<0

5、；起放大作用。截止区：发射结、集电极均反偏，ubc<0V，ube<0V；一般地，ube<0.7V时，ib0V，ic0V；即认为三极管截止。饱和区：发射结、集电极均正偏；ube>VT，ubc>VT；深度饱和状态下，饱和压降UCEs约为0.2V。2.2半导体二极管和三极管的开关特性四、双极型三极管开关特性利用三极管的饱和与截止两种状态，合理选择电路参数，可产生类似于开关的闭合和断开的效果，用于输出高、低电平，即开关工作状态。当uI=UIL时，三极管截止，uO=Vcc=UOH－开关断开假定：UIH=VCC，UIL

6、=0当uI=UIH时，三极管深度饱和，uo=USEs=UOL－开关闭合MOS管是金属—氧化物—半导体场效应管的简称。（Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor）由于只有多数载流子参与导电，故也称为单极型三极管。2.2半导体二极管和三极管的开关特性一、MOS管结构2.2.3MOS管的开关特性NMOS管电路符号PMOS管电路符号2.2半导体二极管和三极管的开关特性二、MOS管开关特性NMOS管的基本开关电路当uI=UIL时，MOS管截止，uO=VDD=UOH－开

7、关断开当uI=UIH时，MOS管导通，uo=0=UOL－开关闭合选择合适的电路参数，则可以保证2.3分立元件门电路一、二极管与门Y=AB2.3分立元件门电路二、二极管或门Y=A+B2.3分立元件门电路三、三极管非门输入为低，输出为高；输入为高，输出为低。利用二极管的压降为0.7V，保证输入电压在1V以下时，开关电路可靠地截止。AR14kWT1T2T4T5R4R31KW130W+VccR21.6KWYD1D2输入级中间级输出级2.4TTL门电路TTL非门典型电路一、74系列门电路推拉式输出级作用：降低功耗，提高带

8、负载能力2.4TTL门电路TTL与非门典型电路区别：T1改为多发射极三极管。2.4TTL门电路TTL或非门典型电路区别：有各自的输入级和倒相级，并联使用共同的输出级。2.4TTL门电路二、74S系列门电路74S系列又称肖特基系列。采用了抗饱和三极管，或称肖特基晶体管，是由普通的双极型三极管和肖特基势垒二极管SBD组合而成。SBD的正向压降约为0.3V，使晶体管不会进入深度饱和，其Ube