数字电路逻辑设计第三章集成逻辑门ppt课件.ppt

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1、F1=ABF2=A+BABF=1F=AB?内部电路是什么样的,如何实现相应的逻辑功能?内部电路不同,逻辑功能相同,如何正确使用??知识回顾在数字集成电路的发展过程中,同时存在着两种器件的发展。一种是由三极管组成的双极型集成电路,例如晶体管—晶体管逻辑电路(简称TTL电路)。另一种是由MOS管组成的单极型集成电路,例如N—MOS逻辑电路和互补MOS(简称CMOS)逻辑电路。第3章 集成逻辑门第3章 集成逻辑门TTL系列逻辑电路出现在19世纪60年代,它在此之前占据了数字集成电路的主导地位.随着计算技术和半导体技术的发展,

2、19世纪80年代中期出现了CMOS电路。虽然它出现晚一些,但因为它有效地克服了TTL和ECL集成电路中存在的单元电路结构复杂,器件之间需要外加电隔离,以及功耗大,影响电路集成密度提高的严重缺点,因而在向大规模和超大规模集成电路的发展中,CMOS集成电路已占有统治地位,而且这一优势将继续延伸。内容概述集成逻辑门双极型集成逻辑门MOS集成逻辑门按器件类型分PMOSNMOSCMOS按集成度分SSI(100以下个等效门)MSI(〈103个等效门)LSI(〈104个等效门)VLSI(>104个以上等效门)本章内容基本逻辑门的基本结

3、构、工作原理以及外部特性TTL、ECLI2L、HTL第3章 集成逻辑门§3.1晶体管的开关特性§3.2基本逻辑门电路§3.3TTL集成逻辑门§3.4MOS逻辑门电路§3.5集成逻辑门电路的应用§3.1晶体管的开关特性晶体二极管开关特性:晶体二极管是由PN结构成,具有单向导电的特性。在近似的开关电路分析中,晶体二极管可以作为一个理想开关来分析;在严格的电路分析中或者在高速开关电路中,晶体二极管则不能当作一个理想开关。注意数字电路中的二极管与三极管一、二极管伏安特性§3.1晶体管的开关特性(a)二极管电路表示(b)二极管伏安

4、特性(1)加正向电压VF时,二极管导通,管压降VD可忽略。二极管相当于一个闭合的开关。二、二极管的开关特性1.二极管的静态特性§3.1晶体管的开关特性可见,二极管在电路中表现为一个受外加电压vi控制的开关。当外加电压vi为一脉冲信号时,二极管将随着脉冲电压的变化在“开”态与“关”态之间转换。这个转换过程就是二极管开关的动态特性。(2)加反向电压VR时,二极管截止,反向电流IS可忽略。二极管相当于一个断开的开关。2.二极管开关的动态特性给二极管电路加入一个方波信号,电流的波形怎样呢?ts为存储时间,tt称为渡越时间,tre

5、=ts十tt称为反向恢复时间。反向恢复时间:tre=ts十tt产生反向恢复过程的原因:反向恢复时间tre就是存储电荷消散所需要的时间。同理,二极管从截止转为正向导通也需要时间,这段时间称为开通时间。开通时间比反向恢复时间要小得多,一般可以忽略不计。三、晶体三极管的开关特性基本单管共射电路单管共射电路传输特性1.三极管稳态开关特性三、三极管的开关特性三极管的三种工作状态(1)截止状态:当VI小于三极管发射结死区电压时,IB=ICBO≈0,IC=ICEO≈0,VCE≈VCC,三极管工作在截止区,对应图1.4.5(b)中的A点

6、。三极管工作在截止状态的条件为:发射结反偏或小于死区电压此时,若调节Rb↓,则IB↑,IC↑,VCE↓,工作点沿着负载线由A点→B点→C点→D点向上移动。在此期间,三极管工作在放大区,其特点为IC=βIB。三极管工作在放大状态的条件为:发射结正偏,集电结反偏(2)放大状态:当VI为正值且大于死区电压时,三极管导通。有若再减小Rb,IB会继续增加,但IC已接近于最大值VCC/RC,不会再增加,三极管进入饱和状态。饱和时的VCE电压称为饱和压降VCES,其典型值为:VCES≈0.3V。三极管工作在饱和状态的电流条件为:IB>

7、IBS电压条件为:集电结和发射结均正偏(3)饱和状态:保持VI不变,继续减小Rb,当VCE=0.7V时,集电结变为零偏,称为临界饱和状态,对应图(b)中的E点。此时的集电极电流称为集电极饱和电流,用ICS表示,基极电流称为基极临界饱和电流,用IBS表示,有:解:根据饱和条件IB>IBS解题。例1.4.1电路及参数如图1.4.6所示,设输入电压VI=3V,三极管的VBE=0.7V。(1)若β=60,试判断三极管是否饱和,并求出IC和VO的值。(2)将RC改为6.8kW,重复以上计算。∵IB>IBS∴三极管饱和。IB不变,仍

8、为0.023mA∵IB<IBS∴三极管处在放大状态。(3)将RC改为6.8kW,再将Rb改为60kW,重复以上计算。由上例可见,Rb、RC、β等参数都能决定三极管是否饱和。则该电路的饱和条件可写为:即在VI一定(要保证发射结正偏)和VCC一定的条件下,Rb越小,β越大,RC越大,三极管越容易饱和。在数字电路中总是合理

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