数字电子技术基础-第二章节--逻辑门电路基础资料课件

第二章 逻辑门电路基础本章主要内容l第一节第一节 二极管、三极管的开关特性二极管、三极管的开关特性l第二节第二节 二极管逻辑门电路二极管逻辑门电路l第三节第三节 TTL逻辑门电路逻辑门电路l第四节第四节 射极耦合逻辑门电路射极耦合逻辑门电路l第五节第五节 CMOS逻辑门电路逻辑门电路l第六节第六节 各种逻辑的门电路之间的接口问题各种逻辑的门电路之间的接口问题第一节第一节 二极管、三极管的开关特性二极管、三极管的开关特性l一、二极管的开关特性一、二极管的开关特性u（一）二极管的静态开关特性（一）二极管的静态开关特性u（二）二极管的动态开关特性（二）二极管的动态开关特性l（一）二极管的静态开关特性（一）二极管的静态开关特性二极管正偏时导通，管压降为0V，流过二极管的电流大小决定于外电路，相当于开关闭合。二极管反偏时截止，流过二极管的电流为0，相当于开关打开，二极管两端电压的大小决定于外电路。这就是二极管的静态开关特性。（二）二极管的动态开关特性（二）二极管的动态开关特性给二极管电路加入一个方波信号，电流的波形怎样呢？给二极管电路加入一个方波信号，电流的波形怎样呢？trets十十tt称称为反反向向恢恢复复时间时间ts为存储时间为存储时间tt称为渡越时间称为渡越时间l1.反向恢复过程反向恢复过程u通常把二极管从正向导通转为反向截止所经历通常把二极管从正向导通转为反向截止所经历的转换过程称为反向恢复过程。的转换过程称为反向恢复过程。产生反向恢复过程的原因：产生反向恢复过程的原因：电荷存储效应电荷存储效应 反向恢复时间反向恢复时间t trere就是存储电荷消散所需要的时间。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，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。一般可以忽略不计。l2.对输入信号对输入信号 vi的要求的要求u输入信号vi的负半周的宽度应大于tre，这样二极管才具有单向导电性。若小于，二极管还没有到达截止状态，就又必须随输入脉冲而导通，从而失去单向导电性。u输入信号vi的正半周的宽度要求比较低。u输入信号vi的频率不可太高，由tre时间决定l二、双极型三极管的开关特性二、双极型三极管的开关特性u（一）双极型三极管的静态开关特性（一）双极型三极管的静态开关特性u（二）双极型三极管的动态开关特性（二）双极型三极管的动态开关特性l（一）双极型三极管的静态开关特性（一）双极型三极管的静态开关特性u判断三极管工作状态的解题思路：判断三极管工作状态的解题思路：（1）把三极管从电路中拿走，在此电路拓扑结构下求三极管）把三极管从电路中拿走，在此电路拓扑结构下求三极管的发射结电压，若发射结反偏或零偏或小于死区电压值，则三的发射结电压，若发射结反偏或零偏或小于死区电压值，则三极管截止。若发射结正偏，则三极管可能处于放大状态或处于极管截止。若发射结正偏，则三极管可能处于放大状态或处于饱和状态，需要进一步判断。进入步骤（饱和状态，需要进一步判断。进入步骤（2）。）。（2）把三极管放入电路中，电路的拓扑结构回到从前。假设）把三极管放入电路中，电路的拓扑结构回到从前。假设三极管处于临界饱和状态（三极管既可以认为是处于饱和状态三极管处于临界饱和状态（三极管既可以认为是处于饱和状态也可以认为是处于放大状态，在放大区和饱和区的交界区域，也可以认为是处于放大状态，在放大区和饱和区的交界区域，此时三极管既有饱和状态时的特征此时三极管既有饱和状态时的特征VCES=0.3V，又有放大状态，又有放大状态时的特征时的特征IC=IB），求此时三极管的集电极临界饱和电流），求此时三极管的集电极临界饱和电流ICS，进而求出基极临界饱和电流进而求出基极临界饱和电流IBS。集电极临界饱和电流。集电极临界饱和电流ICS是三是三极管的集电极可能流过的最大电流。极管的集电极可能流过的最大电流。（3）在原始电路拓扑结构基础上，求出三极管的基极支路中）在原始电路拓扑结构基础上，求出三极管的基极支路中实际流动的电流实际流动的电流iB。（4）比较）比较iB和和IBS的大小：的大小：若若iB IBS（或者（或者 iB ICS），则三极管处于饱和状态。），则三极管处于饱和状态。若若iB IBS（或者（或者 iB tonl输入信号vi的负半周的宽度 toff以保证三极管能可靠进入饱和状态和截止状态以保证三极管能可靠进入饱和状态和截止状态三、三、MOS管的开关特性管的开关特性l（一）（一）MOS管的静态开关特性管的静态开关特性l（二）（二）MOS管的动态开关特性管的动态开关特性第二节第二节 二极管逻辑门电路二极管逻辑门电路l概念u高电平u低电平u正逻辑体制u负逻辑体制一、正与门电路一、正与门电路正逻辑体制负逻辑体制二、正或门电路二、正或门电路正逻辑体制正逻辑体制负逻辑体制呢负逻辑体制呢?三、非门电路三、非门电路第三节第三节 TTL逻辑门电路逻辑门电路一、标准生产工艺的一、标准生产工艺的TTL非门的工作原理非门的工作原理TTLTTL的的含义：含义：Transistor Transistor Transistor Transistor（一）输入（一）输入VI为高电平为高电平3.6V时时l（二）输入（二）输入VI为低电平为低电平0.3V 时时二、标准生产工艺的二、标准生产工艺的TTL非门的电非门的电路结构特点路结构特点1、输入级采用三极管以提高工作速度。2、采用了推拉式输出级，输出阻抗比较小，可迅速给负载电容充放电,提高开关速度和带负载能力。三三、TTL非非门门的的电电压压传传输输特特性性曲曲线线和和从从其其上上可可以得出的电路参数以得出的电路参数（一）电压传输特性曲线（一）电压传输特性曲线（二）从电压传输特性曲线上可以（二）从电压传输特性曲线上可以得出的电路参数得出的电路参数l1输出高电平输出高电平VOHl2标准输出高电平标准输出高电平VSH V OH（min）l3输出低电平输出低电平VOLl4标准输出低电平标准输出低电平VSL V OL（max）l5输入高电平输入高电平VIH l6输入高电平的下限输入高电平的下限 VIH（min）(开门电平开门电平VON）l7输入低电平输入低电平VIL l8输入低电平的上限输入低电平的上限V IL（max）（关门电平（关门电平VOFF）l9噪声容限电压噪声容限电压u（1）输入高电平噪声容限电压（最大允许负向干扰电压）输入高电平噪声容限电压（最大允许负向干扰电压）u（2）输入低电平噪声容限电压（最大允许正向干扰电压）输入低电平噪声容限电压（最大允许正向干扰电压）输入高电平噪声容限VNHV OH（min）-VONV OH（min）-V IH（min）2.4V-2.0V0.4V。输入低电平噪声容限VNLV OFF-V OL（max）V IL（max）-V OL（max）0.8V-0.4V0.4V。四、四、TTL非门输入特性和从其非门输入特性和从其上可以得出的参数上可以得出的参数1输入低电平电流输入低电平电流IIL2输入高电平电流输入高电平电流IIH五、五、TTL非门的输入负载特性和从其非门的输入负载特性和从其上可以得出的参数上可以得出的参数1关门电阻关门电阻ROFF2开门电阻开门电阻RON六、六、TTL非门的输出负载特性和从其非门的输出负载特性和从其上可以得出的参数上可以得出的参数l（一）（一）TTL非门的低电平输出负载特性非门的低电平输出负载特性2最大输出低电平电流最大输出低电平电流I OL（max)3输出低电平时的扇出系数输出低电平时的扇出系数（二）（二）TTL非门的高电平输出负载特性非门的高电平输出负载特性2最大输出高电平电流最大输出高电平电流I OH（max）3输出高电平时的扇出系数输出高电平时的扇出系数l（三）扇出系数（三）扇出系数l一般NOLNOH，常取两者中的较小值作为门电路的扇出系数，用NO表示。七、传输延迟时间七、传输延迟时间导导通通延延迟迟时时间间tPHL从从输输入入波波形形上上升升沿沿的的中中点点到到输输出出波波形形下下降降沿沿的中点所经历的时间。的中点所经历的时间。截止延迟时间截止延迟时间tPLH从输入波形下降沿的中点到输出波形上升沿从输入波形下降沿的中点到输出波形上升沿的中点所经历的时间。的中点所经历的时间。与非门的传输延迟时间与非门的传输延迟时间tpd是是tPHL和和tPLH的平均值。即的平均值。即 一般一般TTL与非门传输延迟时间与非门传输延迟时间tpd的值为几纳秒十几个纳秒。的值为几纳秒十几个纳秒。l八、功率损耗（功耗）八、功率损耗（功耗）PDl九、功耗九、功耗-延时积延时积DP十、十、TTL门电路芯片的封装门电路芯片的封装十一、其它逻辑功能的十一、其它逻辑功能的TTL门电路门电路l（一）（一）TTL正与非门正与非门l（二）（二）TTL正或非门正或非门l（三）（三）TTL正与或非门正与或非门l（四）（四）TTL异或门异或门十二、集电极开路（十二、集电极开路（OC）的）的TTL门门电路电路外接上拉电阻值的计算方法外接上拉电阻值的计算方法 OC门上拉电阻最大值的计算 为保证OC与非门输出的高电平不低于高电平的下限VOH(min)，Rp的值不能选得太大，即要保证 Rp(max)=OC门上拉电阻最小值的计算。应当确保在最不利的情况下，即只有一个OC与非门的输出级三极管T3处于饱和状态。这时所有负载电流全部流入唯一的那个处于饱和状态的输出级三极管T3的集电极，输出的低电平要低于输出低电平的上限V OL(max)。R p(min)=l特别提醒读者注意的是，在上面计算上拉电阻最小值和最大值时，应使驱动门的输出高、低电平满足其要求，而不是以输入门的输入高、低电平满足其要求。因为，还要考虑连接输入和输出信号的导线上应该有一定的抗干扰能力。十三、十三、TTL三态输出门电路三态输出门电路l（一）（一）TTL三态输出的与非门电路的工作原三态输出的与非门电路的工作原理理十四、其它生产工艺类型的十四、其它生产工艺类型的TTL门电门电路路第五节第五节 CMOS门电路门电路l一、一、CMOS反相器反相器l二、其它的二、其它的CMOS门电路门电路u（一）（一）CMOS传输门传输门 第六节第六节 各种工艺的逻辑门之间的接各种工艺的逻辑门之间的接口问题口问题l一、一、TTL与与CMOS器件之间的接口问题器件之间的接口问题l驱动门的VOH（min）负载门的VIH（min）l驱动门的VOL（max）负载门的VIL（max）l驱动门的IOH（max）负载门的IIH（总）l驱动门的IOL（max）负载门的IIL（总）