第章-门电路说课材料.ppt

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1、逻辑设计的物理实现要靠器件，逻辑门是构成数字系统的最基本的单元电路。第三章门电路在实现数字系统时，不仅要考虑逻辑实现，还要考虑实现该系统的物理器件的性能、技术指标。器件的性能是由其物理结构决定的。目前使用的逻辑门一般为集成逻辑门。主要有：双极型（TTL和ECL）、MOS型（NMOS、CMOS、BiMOS）。3.1概述3.2半导体二极管门电路3.5TTL门电路3.3CMOS门电路退出第三章门电路集成电路（IntegratedCircuit，简称IC)：将数字电路的半导体元、器件、电阻、电容和连线制作在同一个半导体基片（硅片）上，构成一个完整

2、的电路，封装在一个管壳内。与分立元件电路相比，具有体积小、重量轻、可靠性高、寿命长、功耗小、成本低、工作速度快等优点。。集成电路的分类：按照集成度（每一硅片中所含的元、器件数）分为小规模集成电路（SmallScaleIntegrated，简称SSI）1-10个门(10-100个元件)；中规模集成电路（MediumScaleIntegrated，简称MSI）10-100个门(100-1000个元件)；大规模集成电路（LargeScaleIntegrated，简称LSI）>100个门(1000个元件)；超大规模集成电路（VeryLargeSc

3、aleIntegrated，简称LSI）>10万个元件。根据制造工艺的不同，分为双极型和单极型两大类。TTL电路是目前双极型数字集成电路中用的最多的一种。3.1概述获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导通、截止（即开、关）两种工作状态。逻辑0和1：电子电路中用高、低电平来表示。逻辑门电路：用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。简称门电路。基本和常用门电路有与门、或门、非门（反相器）、与非门、或非门、与或非门和异或门等。74系列TTL集成电路，VIL≤0.8V，VIH≥2V。74系列TTL集成电路，VOL≤0.2V，VOH

4、≥3.5V。开关S断开时，输出电压为高电平；S接通后输出便为低电平。单开关电路功耗大输入信号输出信号R输入信号输出信号S1、S2开关状态相反；vI使S2接通的同时，使S1断开，则输出vo便为低电平。互补开关电路vI使S1接通的同时，使S2断开，则输出vo便为高电平。无论vo是高电平还是低电平，S1和S2总有一个是断开的，所以流过S1和S2的电流始终为零，电路的功耗极小。开关S由半导体二极管或三极管组成。由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时就起到开关作用。10正逻辑01负逻辑正逻辑：以高电平表示逻辑1，低电平表示逻辑0；负

5、逻辑相反。每一种逻辑都有允许的高低电平的范围。因此数字电路对元、器件参数精度及供电电源稳定度的要求比模拟电路要低些。3.2半导体二极管门电路3.2.1半导体二极管的开关特性3.2.2二极管与门退出3.2.3二极管或门3.2.1半导体二极管的开关特性二极管符号：阳极阴极＋vD　－由于半导体二极管具有单向导电性，DR++--而当vI=VIL=0时，D导通，vo=VoL=0。理想二极管：设VIH=VCC,VIL=0,D为理想开关元件。则当vI=VIH时，D截止，vo=VoH=VCC；所以它相当于一个受外加电压即外加正向电压时导通，外加反向电压时

6、截止，极性控制的开关。v<0.5V时，二极管截止，i=0。v>0.5V时，二极管导通。实际上二极管的特性并不是理想的开关特性，其特性可近似的用PN结方程和伏安特性曲线表示。实际二极管：分析二极管组成的电路时，要通过近似分析迅速判断二极管的开关状态。必须利用二极管的近似等效电路。当外电路的等效电源和等效电阻都很小时，二极管的正向导通压降和正向电阻都不能忽略。二极管近似等效电路：当二极管的正向导通压降和正向电阻与电源电压和外接电阻相比均可以忽略时，可看作理想开关。当二极管的正向导通压降和外加电源电压相比不能忽略，且与外接电阻相比二极管的正向电

7、阻可以忽略时。常用这种近似方法。uououi＝0V时，二极管截止，如同开关断开，uo＝0V。ui＝5V时，二极管导通，如同0.7V的电压源，uo＝4.3V。vt0it0反向电流持续的时间用反向恢复时间来定量描述，二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度。在动态情况下，由于外加电压由反向突然变为正向时，要等到PN结内部建立起足够的电荷梯度后才开始有扩散电流形成，因而正向导通电流的建立要稍微滞后一些。当外加电压突然由正向变为反向时，因为PN结内部尚有一定数量的存储电荷，所以有较大的瞬态反向电流流过。随着存储电荷的消散，反向电流迅速衰减并趋近

8、于稳态时的反向饱和电流。Y=AB3V以上为高电平，0.7V以下为低电平缺点：将发生信号的高、低电平的偏移；3.2.2二极管与门ABＹ当输出端对地接上负载电阻时，负载电阻的改变有时会影响输出的高