数电第2章门电路-PPT课件.ppt

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1、第二章门电路数字电子技术基础FundamentalsofDigitalElectronicTechnology1第二章门电路2.3最简单的与、或、非门电路2.4TTL门电路2.6CMOS逻辑门电路*2.5其它类型的双极型数字集成电路*2.7其它类型的MOS集成电路2.1概述2.2半导体二极管和三极管的开关特性2.8TTL电路与CMOS电路的接口2§2.1概述门电路：是用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的电子电路。实现与运算的叫与门，实现或运算的叫或门，实现非运算的叫非门，也叫做反相器，等等。分立元件

2、门电路和集成门电路:分立元件门电路：用分立的元件和导线连接起来构成的门电路。简单、经济、功耗低，负载差。集成门电路：把构成门电路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。现在使用最多的是CMOS和TTL集成门电路。3在数字电路中，一般用高电平代表1、低电平代表0，即所谓的正逻辑。反之，用高电平代表0、低电平代表1，即所谓的负逻辑。电位指绝对电压的大小,电平指一定的电压范围。高电平和低电平：在数字电路中分别表示两段电压范围。如在TTL电路中，通常规定高电平的额定值为3V，

3、但从2V到5V都算高电平；低电平的额定值为0.3V，但从0V到0.8V都算作低电平。关于高低电平的概念4100VVcc只要能判断高低电平即可K开------Vo=1,输出高电平K合------Vo=0,输出低电平对电路元件参数、电源的要求比模拟电路要低。ViVoKVccR可用二、三极管代替获得高、低电平的基本原理52.2半导体二极管和三极管的开关特性2.2.1半导体二极管的开关特性二极管具有单向导电性，外加正向电压时导通，外加反向电压时截止，相当于一个受外加电压极性控制的开关。6二极管等效电路应用于

4、二极管外电路电阻R值与其动态rD电阻等量级场合应用于二极管电路输入电压V正向幅值与VON差别不大，且R>>rD的场合，(数字电路属于此类)应用于二极管电路输入电压V正向峰值VPP>>VON，且R>>rD的场合(理想开关)VON≈0.7V（硅）0.3V（锗）rD≈几Ω～几十Ω等效电路7假定二极管D为理想开关元件，则：当VI=VIH=VCC时,D截止,VO=VOH=VCC;当VI=VIL=0时，D导通，VO=VOL=0。若二极管D为非理想开关元件,当VI=VIL=0时，D导通，VO=VOL=VON.一、

5、静态特性8二、动态特性给二极管电路加入一个方波信号.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，即浓度梯度建立产生的延迟.开通时间ton:二极管从截止变为导通所需的时间.外加电压由正向突然变为反向时，因PN结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于稳态时的反向饱和电流.反向恢复时间tre：二极管从导通到截止所需的时间。一般为纳秒数量级（通常tre≤5ns）。ts为存储时间，tt称为渡越时间。tre

6、＝ts十tt.一般:tre≥tonttvitstttontrevi00若输入信号频率过高，二极管会双向导通，失去单向导电作用。因此高频应用时需考虑此参数。92.2.2半导体三极管的开关特性1.静态特性及开关等效电路在数字电路中，三极管作为开关元件，主要工作在饱和和截止两种开关状态，放大区只是极短暂的过渡状态。三极管的三种工作状态（a）电路（b）输出特性曲线10截止时等效电路(1)截止状态条件：发射结反偏特点：电流iC,iB约为011(2)饱和状态条件：发射结正偏，集电结正偏特点：UBES=0.7V，

7、UCES=0.3V/硅饱和时等效电路122.三极管的开关时间（动态特性）三极管的开关时间开启时间ton上升时间tr延迟时间td关闭时间toff下降时间tf存储时间ts13(1)开启时间ton三极管从截止到饱和所需的时间。ton=td+trtd：延迟时间tr：上升时间(2)关闭时间toff三极管从饱和到截止所需的时间。toff=ts+tfts：存储时间（几个参数中最长的；饱和越深越长）tf：下降时间toff>ton。三极管开关时间一般在纳秒数量级。高频应用时需考虑。142.2.3MOS管的开关特性一、

8、MOS管是金属—氧化物—半导体场效应管的简称。（Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor）右图为N沟道增强型场效应管(NMOS)15P沟道增强型场效应管(PMOS)16MOS管特性N沟道增强型N沟道耗尽型P沟道增强型P沟道耗尽型17二、MOS管的输入特性和输出特性以N沟道增强型MOS管为例.MOS管是电压控制器件,用栅极电压VGS来控制漏极电流iD，如图所示的转移特性，表示在漏源电压VDS一定时，iD和VGS的关系