最新数字电路及数字系统设计课件全解ppt课件.ppt

《最新数字电路及数字系统设计课件全解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、数字电路及数字系统设计课件全解§2.1概述一、正逻辑与负逻辑正逻辑：用高电平表示逻辑1，用低电平表示逻辑0负逻辑：用低电平表示逻辑1，用高电平表示逻辑0正负逻辑之间存在着简单的对偶关系，例如正逻辑与门等同于负逻辑或门等。在数字系统的逻辑设计中，若采用NPN晶体管和NMOS管，电源电压是正值，一般采用正逻辑。若采用的是PNP管和PMOS管，电源电压为负值，则采用负逻辑比较方便。今后除非特别说明，一律采用正逻辑。第二章门电路二、数字系统中所用的为两值逻辑0和1，一般用高、低电平来表示，我们利用开关S获得高、低电平。如图1示：VI控制开关S的断、通情况。S断

2、开，VO为高电平；S接通，VO为低电平。使用的实际开关为晶体二极管、三极管以及场效应管等电子器件。一、二极管伏安特性IS----二极管的反向饱和电流；k----玻尔兹曼常数1.381*10-23J/K；T----热力学温度；V----加到二极管两端的电压；q----电子电荷1.6*10-19C2.2半导体二极管和三极管的开关特性2.2.1半导体二极管开关特性二、二极管等效电路应用于二极管外电路电阻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

3、>>VON，且R>>rD的场合利用二极管的单项导电性，相当于一个受外加电压极性控制的开关。如图示：假定：VIH=VCC,VIL=0二极管D的正向电阻为0，反向电阻为（在数字电路中，为便于分析，取单一值：硅管0.7V，锗管0.3V）则当VI=VIH时，D截止，Vo=VOH=VCCVI=VLH时，D导通，VO=VOL=0导通条件及特点条件：VD>0.7V特点：相当于0.7V电压降的闭合开关截止条件及特点条件：VD<0.7V特点：相当于完全断开的开关三、二极管开关特性四、二极管动态特性（存储电荷消散时间和结电容）外加电压由反向突然变为正向时，要等到PN结内

4、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延迟时间由PN结正向动态结电容及其结电阻和外电路等效电阻形成的时间常数决定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延迟时间由PN结动态反向结电容及其反向结电阻和外电路等效电阻形成的时间常数决定2.2.2、晶体三极管开关特性一、稳态开关特性：晶体三极管工作于截止区时，内阻很大，相当于开关断开状态；工作于饱和区时，内阻很低，相当于开关接通状态。输入控制信号Vi为矩形电压脉冲

5、，电源电压Ec，负载电阻Rc共射晶体三极管的伏安特性如图11三极管开关电路如图10ViibVbeVo1.三极管输入特性Vce=0V时，等效为2个正向二极管的并联Vce>0V时，若Vbe一定，则发射电子能力一定，而集电极又有一定的电子收集能力，因此Ib必减小2.三极管输出特性截止区：两个PN结深度反偏，Vce<0V，Vbe<0V；Ib0V，Ic0V；一般地，Vbe<0.7V时，即认为三极管截止放大区：发射结正偏，集电结反偏；Vbe>VT，Vbc<0；此时Vbe稍增，必将较大增加Ie，而Ib稍增，Ic增加较大，即Ic较Ib增加许多倍饱和区：Vbe>VT

6、，Vbc>VT，均正向偏置；由于RC的存在，IC越大，VRC也越大，因此Vce到一定值后，基本不变。反偏状态：发射结加反向电压；集电结加正向电压。二、分区等效电路：（NPN晶体三极管）三、三极管的开关时间：三极管在理想情况下,其输出电压Vo应重现输入Vi的形状,只是对其有放大和倒相作用。实际中，晶体三极管也是有惰性的开关，截止状态和饱和状态之间的转换不能在瞬间完成。1.晶体三极管从截止向饱和转换的过渡过程：由延迟时间td和上升时间tr组成。即开启时间ton=td+tr延迟时间td:从输入信号正跃变开始，到集电极电流上升到0.1ics所需的时间。产生原因

7、是发射结位叠电容的正向充电过程。td的大小与晶体三极管的结构有关，发射结面积越大，结电容面积也越大，td越长。另外，三极管截止深度越大，td越长。上升时间tr:集电极电流ic从0.1ics开始，上升到0.9ics所需的时间。产生原因是集电极电流的形成要求电子在基区中有一定的浓度梯度，由于基区中的电子有一个逐渐积累的过程，不会随ib跃变而跃变。tr的大小与管子的结构有关，基区宽度越小，tr越小。外电路方面，基极正向驱动电流ib越大，则基区电子浓度分布建立越快，tr越短。通常td<

8、关闭时间toff，由存储时间ts与tf下降时间组成。toff=ts+tf存储时间ts：从输入信