数字逻辑门电路.pptx

1 集成门电路集成门电路:构成门电路的元器件和连线，都集成在半导体构成门电路的元器件和连线，都集成在半导体 芯片上。芯片上。5 5 数字集成电路的集成度：数字集成电路的集成度：集成度：把一块芯片上含有等效逻辑门的个数或元器件的集成度：把一块芯片上含有等效逻辑门的个数或元器件的 个数。个数。根据集成电路规模的大小，通常将其分为：根据集成电路规模的大小，通常将其分为：SSI SSI、MSI MSI、LSI LSI、VLSIVLSI SSI(Small ScaleC Integration)SSI(Small ScaleC Integration)小规模集成电路；小规模集成电路；MSI(Medium Scale Integration)MSI(Medium Scale Integration)中规模集成电路；中规模集成电路；LSI(Large Scale Integration)LSI(Large Scale Integration)大规模集成电路；大规模集成电路；VLSI(Very Large Scale Integration)VLSI(Very Large Scale Integration)超大规模集成电超大规模集成电 路。路。第1页/共42页22.1 2.1 半导体二、三级和半导体二、三级和MOSMOS管开关特管开关特性性 一一 理想开关的开关特性理想开关的开关特性SAK1 1 静态特性：静态特性：(1)(1)断开时：断开时：R ROFFOFF=,I=,IOFFOFF=0;=0;(2)(2)闭合时：闭合时：R RONON=0,U=0,UAKAK=0;=0;2 2 动态特性：动态特性：(1)(1)开通时间：开通时间：t tonon=0;=0;(2)(2)关断时间：关断时间：t toffoff=0;=0;第2页/共42页3二二 半导体二极管的开关特性半导体二极管的开关特性(一一)静态特性静态特性1 1 二极管的结构图、符号和伏安特性二极管的结构图、符号和伏安特性(1)(1)结构图：结构图：P区N区AK阳极阳极阴极阴极PNPN结结AK+-ID结构图结构图符号符号第3页/共42页4(2)(2)伏安特性伏安特性伏安特性曲线：伏安特性曲线：反映加在二极管两端的电压反映加在二极管两端的电压U UD D和流过其中的电流和流过其中的电流I ID D之间的关系的曲线叫伏安特性曲线。之间的关系的曲线叫伏安特性曲线。I ID DU UD D正向导通区正向导通区反向反向击穿击穿区区UBRU UBRBR:反向击穿电压反向击穿电压第4页/共42页52 静态特性静态特性 二极管的静态特性是指二极管在导通和截止两种稳定二极管的静态特性是指二极管在导通和截止两种稳定状态下的特性。状态下的特性。正向电压正向电压 UFUTH：管子处于截止状态，电阻很大、正向：管子处于截止状态，电阻很大、正向 电流电流IF接近于接近于0，二极管类似于开关的断开状态；，二极管类似于开关的断开状态；正向电压正向电压U UF F=U=UTHTH ：管子开始导通，正向电流：管子开始导通，正向电流 IF IF 上升；当正上升；当正 向电压向电压U UF FU UTHTH达到一定值达到一定值(一般锗管为一般锗管为0.3V0.3V，硅管为，硅管为 0.7V)0.7V)时，管子处于充分导通状态，电阻变得很小，时，管子处于充分导通状态，电阻变得很小，正向电流正向电流I IF F 急剧增加，此时二极管类似于开关的接通急剧增加，此时二极管类似于开关的接通 状态。状态。第5页/共42页6(二)动态特性动态特性1二极管的电容效应二极管的电容效应2 (1)结电容（结电容（CJ）：）：3 二极管中的电荷量随外加电压的变化而变化。二极管中的电荷量随外加电压的变化而变化。4 (2)扩散电容（扩散电容（CD）5 在外加正向电压时，在外加正向电压时，PN结中的电荷形成一定的浓度结中的电荷形成一定的浓度6 梯度分布；并随外加电压的变化而变化。梯度分布；并随外加电压的变化而变化。2 二极管的开关时间：二极管的开关时间：(1)开通时间开通时间ton：二极管从反向截止到正向导通的时间：二极管从反向截止到正向导通的时间;由两部分组成：由两部分组成：td+tr;td:导通延迟时间；导通延迟时间；tr:上升时间上升时间第6页/共42页7(2)关断时间关断时间toff：极管从正向导通到反向截止所需要的时间：极管从正向导通到反向截止所需要的时间;由两部分组成：由两部分组成：ts+tf ts：存储电荷消散时间存储电荷消散时间；tf：CD放电时间和放电时间和CJ充电时间充电时间 toff又叫反向恢复时间又叫反向恢复时间第7页/共42页uouou ui i0V0V时，二极管截止，时，二极管截止，如同开关断开，如同开关断开，u uo o0V0V。ui5V时，二极管导通，如同0.7V的电压源，uo4.3V。二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度。Ui0.5V时，二极管导通。第8页/共42页9二二 半导体三极管的开关特性半导体三极管的开关特性(一一)静态特性静态特性半导体三级管的特点：具有放大作用半导体三级管的特点：具有放大作用1 结构图及符号表示：结构图及符号表示：集电区集电区基区基区发射区发射区bceb+iB-eiEiCc+基极基极集电极集电极发射极发射极UBEUCE2 输入特性：输入特性：反映的是基极电流反映的是基极电流iB和基极和基极-发射极发射极UBE电压之间的关系曲线。电压之间的关系曲线。第9页/共42页103 输出特性：输出特性：反映的是集电极电流反映的是集电极电流iC和集电极和集电极-发射极发射极UCE之间的关系曲线。之间的关系曲线。*反映了反映了iB对对iC的控制作用。的控制作用。iB第10页/共42页11RbRc+VCCbce截止状态饱和状态iBIBSui=UIL0.5Vuo=+VCCui=UIHuo=0.3VRbRc+VCCbce0.7V0.3V第11页/共42页12ui=1V时，三极管导通，基极电流：时，三极管导通，基极电流：因为因为0iBIBS，三极管工作在饱和状态。输出电压：，三极管工作在饱和状态。输出电压：uoUCES0.3Vui=0.3V时，因为时，因为uBE0.5V，iB=0，三极管工作，三极管工作在截止状态，在截止状态，ic=0。因为。因为ic=0，所以输出电压：，所以输出电压：uo=VCC=5V第13页/共42页145 静态开关特性：静态开关特性：（1）饱和导通条件和特点：饱和导通条件和特点：条件：基极电流大于临界饱和时的数值时。条件：基极电流大于临界饱和时的数值时。特点：特点：uBE0.7V uCE=UCES 0.3V（2）截止条件和特点：截止条件和特点：条件：基极条件：基极-发射极发射极UBE小于死区电压小于死区电压U0(0.5V)。特点：电流特点：电流iB=0 电流电流iC=0 二二 动态特性：动态特性：第14页/共42页15工作原理电路转移特性曲线输出特性曲线uiuiGDSRD+VDD二二 MOSMOS管的开关特性管的开关特性第15页/共42页16GDSRD+VDDGDSRD+VDD截止状态uiUTuo0第16页/共42页172.2 分立元器件门电路分立元器件门电路一一 二极管与门和或门二极管与门和或门1 二极管与门：二极管与门：电路电路符号符号Y=AB第17页/共42页18电压关系表电压关系表真值表真值表第18页/共42页192 二极管或门：二极管或门：电路电路符号符号Y=A+B第19页/共42页20电压关系表电压关系表真值表真值表第20页/共42页21（1）电路图和符号）电路图和符号（2）原理：）原理：u uA A0V0V时时,三极管截止三极管截止,i iB B0,0,i iC C0 0，输出电压，输出电压u uY YV VCCCC5V.5V.u uA A5V5V时，三极管导通。基极电流为时，三极管导通。基极电流为:三极管临界饱和时的基极电流为：三极管临界饱和时的基极电流为：i iB BI IBSBS，三极管工作在饱和状态。输出电压，三极管工作在饱和状态。输出电压u uY YU UCESCES0.3V0.3V。二二 三极管非门三极管非门第21页/共42页22(3)真值表和逻辑表达式真值表和逻辑表达式第22页/共42页23三三 MOS三极管非门三极管非门1 电路图和符号电路图和符号2 原理：原理：当当u uA A0V0V时，由于时，由于u uGSGSu uA A0V0V，小于开启电压，小于开启电压U UT T，所以，所以 MOSMOS管截止。输出电压为管截止。输出电压为u uY YV VDDDD10V10V。当当u uA A10V10V时，由于时，由于u uGSGSu uA A10V10V，大于开启电压，大于开启电压U UT T，所以，所以 MOSMOS管导通，且工作在可变电阻区，导通电阻很小，只有管导通，且工作在可变电阻区，导通电阻很小，只有 几百欧姆。输出电压为几百欧姆。输出电压为u uY Y0V0V。第23页/共42页243 真值表真值表u1uy010100电压关系表电压关系表真值表真值表AY0110第24页/共42页252.3 CMOS集成门电路集成门电路一一 CMOS反相器反相器1 电路：电路：2 原理：原理：uA0V时，TN截止，TP导通。输出电压uYVDD10V。uA10V时，TN导通，TP截止。输出电压uY0V。第25页/共42页26二二 CMOSCMOS与非门与非门A A、B B当中有一个或全为低电平时，T TN1N1、T TN2N2中有一个或全部截止，T TP1P1、T TP2P2中有一个或全部导通，输出Y Y为高电平。只有当输入A A、B B全为高电平时，T TN1N1和T TN2N2才会都导通，T TP1P1和T TP2P2才会都截止，输出Y Y才会为低电平。第26页/共42页27电压关系表：电压关系表：uAuBuY 0010010101001010100ABY 001011101110真值表真值表第27页/共42页28二二 CMOSCMOS或非门或非门只要输入只要输入A A、B B当中有一个或全为高电当中有一个或全为高电平，平，T TP1P1、T TP2P2中有一个或全部截止，中有一个或全部截止，T TN1N1、T TN2N2中有一个或全部导通，输出为低电平中有一个或全部导通，输出为低电平只有当只有当A A、B B全为低电平时，全为低电平时，T TP1P1和和T TP2P2才才会都导通，会都导通，T TN1N1和和T TN2N2才会都截止，输出才会都截止，输出Y Y才会为高电平。才会为高电平。电路图电路图分析：分析：第28页/共42页29电压关系表：电压关系表：uAuBuY 00100100100010100ABY 001010100110真值表真值表第29页/共42页30三三 CMOSCMOS与门和或门与门和或门(一一)与门与门(二二)或门或门第30页/共42页31四四 CMOSCMOS与或非门和异或门与或非门和异或门(一一)CMOSCMOS与或非门与或非门第31页/共42页32(二二)CMOSCMOS异或门异或门TP1TP2TN2TN1TP3TP4TN5TP5TN4TN3TP1、TP2、TN1、TN2 组成或非门，组成或非门，输出输出P。P 当当P为为0时，时，TP5导通，导通，TN5截止截止 此时此时TP3、TP4、TN3、TN4 组成组成 与非门。与非门。当当P为为1时，时，TP5截止，截止，TN5导通导通 输出为：输出为：0综上分析：综上分析：ABPY 0010010110011100AB+ABAB+ABY=第32页/共42页33也可以由与非门组成：也可以由与非门组成：第33页/共42页342.4 TTL集成门电路集成门电路一一 TTLTTL反相器反相器A=0时，T2、T3截止，T1、T4导通，Y=1。A=1时，T2、T3、T5导通，T4截止，Y=0。YA第34页/共42页35二二 TTLTTL与非门和或非门与非门和或非门（1）A、B、C中只要有一个为低电平时：中只要有一个为低电平时：T2、T3截止，截止，T4导通，导通，Y=1（2）A、B、C都为高电平时：都为高电平时：T2、T3导通，导通，T4截止截止,Y=01 TTL与非门与非门第35页/共42页3674LS00内含4个2输入与非门，74LS20内含2个4输入与非门。第36页/共42页372 TTL或非门或非门(1)电路组成：电路组成：(2)分析：分析：当当A、B由一个是高电平时，由一个是高电平时，Y=0 当当A=B=0时，时，Y=1ABY 001010100110第37页/共42页38三三 TTLTTL与门、或门及与或非门与门、或门及与或非门1 与门与门2 或门或门第38页/共42页393 与或非门与或非门第39页/共42页40四四 TTLTTL异异或门或门第40页/共42页4174：标准系列，前面介绍的TTL门电路都属于74系列，其典型电路与非门的平均传输时间tpd10ns，平均功耗P10mW。74H：高速系列，是在74系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd6ns，平均功耗P22mW。74S：肖特基系列，是在74H系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd3ns，平均功耗P19mW。74LS：低功耗肖特基系列，是在74S系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd9ns，平均功耗P2mW。74LS系列产品具有最佳的综合性能，是TTL集成电路的主流，是应用最广的系列。五、五、TTLTTL系列集成电路及主要参数系列集成电路及主要参数第41页/共42页42感谢您的观看。第42页/共42页