数字电路与逻辑设计--第二章 ppt课件.ppt

《数字电路与逻辑设计--第二章 ppt课件.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、第二章逻辑门电路2.1数字集成电路的特点和分类2.3二极管逻辑门2.4三极管反相器2.5TTL集成逻辑门2.6ECL逻辑门路2.7CMOS反相器2.8不同工艺逻辑门之间的互联2.2晶体管的开关特性逻辑门电路门电路：用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路通称门电路。门电路是构成数字电路的基本器件，可以由分立元件构成，但实际中常用的是集成逻辑门。理解逻辑门的基本结构、工作原理；掌握基本逻辑门的外部特性。本章重点重点半导体集成电路半导体集成电路是采用外延生长、光刻、氧化物生长、离子注入等技术，将晶体管、电阻、电容等元件和内部电

2、路连线一起做在一块半导体基片上所构成的电路单元。它又称为集成电路组件。2.1数字集成电路特点和分类双极型集成电路MOS集成电路按有源器件类型分PMOSNMOSCMOSTTL、ECLI2L、HTL两类集成电路相比较：双极型集成电路工作速度高，驱动能力强，但功耗大，集成度低。MOS集成电路集成度高，功耗相对较低。缺点是工作速度略低。目前CMOS器件是主要的数字集成电路工艺。单位面积上晶体管数。2.1数字集成电路特点和分类按集成度分SSI（10-100个晶体管，10-20个等效门）MSI（100-1000个晶体管，20-100个等效

3、门）LSI（103-105个晶体管，100-1000个等效门）VLSI（>105个晶体管，>104个以上等效门）常用SSI、MSI：门、触发器、译码器、多路选择器、加法器、算术逻辑单元、寄存器、计数器、移位寄存器。常见LSI、VLSI：只读存储器、随机存取寄存器、可编程逻辑器件、大规模移位寄存器、微处理器、单片微处理机、位片式微处理器、高速乘法累加器、通用和专用数字信号处理器。2.1数字集成电路特点和分类按设计方法分通用芯片可编程逻辑器件半定制集成电路全定制集成电路逻辑门电路是构成数字器件的基本单元。功能固定，所实现的系统体积

4、和功耗都较大。通过对器件内部的连线编程来实现预期的逻辑功能。使用灵活，减少了系统的芯片数和功耗。门阵列、标准单元等构成的集成电路，内部连线向厂家定做，适用于器件需求较多时。针对用户的技术要求由器件生产厂家专门进行设计和制作，只适用于很大批量的生产。2.2　晶体管的开关特性2.2.1晶体二极管的开关特性半导体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。二极管的等效电路当二极管的正向导通压降和外加电压相比不能忽略，而导通电阻与外接电阻相比可以忽略时，近似特性曲线和等效电路如右下

5、图所示。在数字电路中，多数情况都符合外加电压较低而外接电阻较大的条件，因此常用这种近似方法。VDVD2.2.1晶体二极管的开关特性二极管由正向导通状态变为反向截止状态所需要的时间，称为反向恢复时间tR，它是扩散区所存储的电荷消散所需要的时间。影响二极管开关速度的主要因素是反向恢复时间。二极管由反向截止状态变为正向导通状态所需要的时间来，称为开通时间，它是在扩散区存储电荷所需要的时间，这个时间很短，可以忽略不计。二极管在导通与截止两种状态之间转换需要一定的时间，转换时间的长短决定了器件可以工作的最大速度。2.2.2双极型晶体管的

6、开关特性饱和区放大区截止区输出特性曲线在数字电路中，晶体管工作在饱和与截止状态。通过改变基极信号vI来控制C、E间的接通与断开。三极管的三种工作状态截止状态：发射结和集电结均反向偏置。iB≤0，iC=0，VBE≤0V(硅管<0.5V就基本截止)。放大状态：发射结正向偏置，集电结反向偏置。iB>0，iC=ßiB，有电流放大作用。饱和状态：发射结和集电结均正向偏置。iBIBS（iC<ßiB），VCE很小(VCE(sat)≈0.3V)，饱和得越深，VCE就越小，深度饱和时VCE(sat)≈0.1V。饱和压降基极临界饱和电流双极型三

7、极管的基本开关电路当νI=VILVth时，三极管导通。随着νI的增加，iB增加，RC上的压降增大，νO减小。VIL截止vI>Vth导通iBiCVCC双极型三极管的基本开关电路当vI增大到一定值时，三极管进入饱和状态，三极管相当于闭合的开关，νO=VCE（sat)=VOL≈0.3V。晶体管进入临界饱和状态时的集电极和基极电流分别记为ICS、IBS：双极型三极管的基本开关电路当RC上的压降增大到接近电源电压VCC时，三极管上的压降近似为0，三极管处于深度饱和

8、状态，νO=VCE（sat)=VOL≈0.1V。饱和状态时iBIBS（iC<ßiB）。如果外部负载电流流入晶体管的集电极（称为灌电流负载电流），会使晶体管脱离饱和状态而进入放大状态，输出电压开始升高。为使三极管处于饱和状态，输出保持为低电平，必须保证iB>IBS=ICS/β