数字电子技术基础 第3章 集成逻辑门电路课件.ppt

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1、第3章集成逻辑门电路13.1概述3.2半导体二极管门电路3.3TTL集成门电路3.4CMOS门电路3.5各逻辑门的性能比较2作业3-53-63-83-113-133-153-163-7733.1概述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。从制造工艺方面来分类，数字集成电路可分为双极型、单极型和混合型三类。43.2半导体二极管门电路3.2.1正逻辑与负逻辑在数字电路中，用高、低电平来表示二值逻辑的1和0两种逻辑状态。获得高、低电平的基本原理电路如图表示。开关S为半导

2、体二极管或三极管，通过输入信号控制二极管或三极管工作在截止和导通两个状态，以输出高低电平。5若用高电平表示逻辑1，低电平表示逻辑0，则称这种表示方法为正逻辑；反之，若用高电平表示0，低电平表示1，则称这种表示方法为负逻辑。若无特别说明，本书中将采用正逻辑。3.2.1正逻辑与负逻辑6由于在实际工作时只要能区分出来高、低电平就可以知道它所表示的逻辑状态了，所以高、低电平都有一个允许的范围。正因如此，在数字电路中无论是对元器件参数精度的要求还是对供电电源稳定度的要求，都比模拟电路要低一些。正逻辑负逻辑73.2.2半导体二极管的开关特性1.二极管的符号正极-

3、P极负极-N极82.二极管的伏安特性600400200–0.1–0.200.40.7–50–100二极管/硅管的伏安特性V/VI/mA正向特性死区电压反向特性反向击穿特性9二极管（PN结）的单向导电性：PN结外加正偏电压（P端接电源正极，N端接电源负极）时，形成较大的正向电流，PN结呈现较小的正向电阻；外加反偏电压时，反向电流很小，PN结呈现很大的反向电阻。2.二极管的伏安特性-二极管的单向导电性正极-P极负极-N极103.二极管等效电路图3-5二极管伏安特性的几种等效电路11导通电压VON硅管取0.7V锗管取0.2V结论：只有当外加正向电压（P极电

4、压大于N极电压）大于VON时，二极管才导通。二极管导通后具有电压箝位作用。124.二极管的动态特性在动态情况下，亦即加到二极管两端的电压突然反向时，电流的变化过程如图所示。13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。5.半导体二极管的开关特性14VCC=5V当vI为高电平（取VCC）时，VD截止，vO为高电平。当vI为低电平（取0V）时，VD导通，vO=0.7V，为低电平。5.半导体二极管的开关特性153.2.3二极管与门电路二极管与门电路及逻辑符号与门真值表16与门原理分析

5、上图中A、B是输入逻辑变量，F是输出逻辑函数。当A、B中只要有一个为低电平（例如0V）时，相应的二极管必然导通，输出F则为低电平（即为二极管的导通电压，取0.7V）；只有当输入A、B都同时为高电平（例如VCC）时，两个二极管都截止，输出F为高电平（VCC），实现了逻辑与的功能，即：F=AB。173.2.4二极管或门电路二极管或门电路及逻辑符号或门真值表18图中A、B为输入逻辑变量，F为输出逻辑函数，A、B中只要有一个输入高电平（例如VCC）时，相应的二极管导通，使F输出高电平（VCC-0.7V），只有当A、B都输入低电平（例如0V）时，由于R接的电源

6、为-VEE，两个二极管都导通，F输出为低电平（-0.7V），实现了逻辑或的功能，即：F=A+B。或门原理分析193.3TTL（Transistor-Transistor-Logic)集成门电路由于TTL集成门电路中采用双极型三极管作为开关器件，所以在介绍TTL电路之前，我们首先介绍一下双极型三极管的开关特性。203.3.1双极型三极管的开关特性1.双极型三极管的结构一个双极型三极管含有三个电极，分别为发射极（e）、基极（b）和集电极（c），分为NPN型和PNP型两种。由于它们在工作时有电子和空穴两种极性不同的载流子参与导电，故称为为双极型三极管。21

7、图3.9双极型三极管的两种类型箭头表示PN结的正偏方向发射结集电结222.双极型三极管的输入特性和输出特性1)输入特性曲线以NPN管为例，若以发射极（e）作为输入回路和输出回路的公共电极，则称该电路为共发射极电路。可以测出表示输入电压vBE和输入电流iB之间的特性曲线。此曲线称为输入特性曲线。输入回路输出回路23三极管的输入特性曲线与PN结（二极管）的伏安特性曲线很相似，分析时可采用PN结（二极管）的等效模型。24也可测出共发射极电路在不同iB值下集电极电流iC和集电极电压vCE之间关系的曲线，此曲线称为输出特性曲线。2)输出特性曲线iB取不同值时对

8、应不同的曲线25三极管输出特性上的三个工作区截止区：发射结反偏，集电结反偏iC/mAuCE/V0放大区iB=