数字电子技术基础02A第二章门电路资料优秀PPT.ppt
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_05.gif)
《数字电子技术基础02A第二章门电路资料优秀PPT.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《数字电子技术基础02A第二章门电路资料优秀PPT.ppt(84页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、其次章其次章 门电路门电路2.1 2.1 概述概述2.2 2.2 半导体二极管、三极管的开关特性半导体二极管、三极管的开关特性2.3 2.3 分立元器件门电路分立元器件门电路2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。逻辑门电路逻辑门电路 逻辑门电路的分类逻辑门电路的分类二极管门电路二极管门电路三极管门电路三极管门电路双极型双极型PMOS门门CMOS门门逻辑门逻辑门 电路电路分立分立NMOS门门TTL-三极管三极管-三极管三极管HTL 高阈值高阈值ECL 射极耦合射极耦合I2L 集成注入集成注入集成集成单极
2、型单极型高抗干高抗干扰实扰实力力工作速度极高工作速度极高集成度高集成度高功耗小功耗小NMOS门门2.1 2.1 概述概述 高、低电平产生的原理高、低电平产生的原理当当S闭合,闭合,vO=0V当当S断开,断开,vO=+5V一、二极管导通条件及导通时的特点一、二极管导通条件及导通时的特点二极管二极管D D的符号的符号设二极管的外加正向电压为设二极管的外加正向电压为V VF F,正向导通时的管压降为,正向导通时的管压降为V VD D导通条件:导通条件:VF0.7V(Si)/0.2V(Ge)导通时特点:导通时特点:VD0.7V(Si)/0.2V(Ge)相当于开关闭合后有个相当于开关闭合后有个0.7/0
3、.2V的恒压降的恒压降2.2 2.2 半导体二极管、三极管的开关特性半导体二极管、三极管的开关特性2.2.1 2.2.1 二极管的开关特性二极管的开关特性二、二极管截止条件及截止时的特点二、二极管截止条件及截止时的特点截止条件:截止条件:截止时特点:截止时特点:电流电流ID接近于接近于0,相当于开关断开,相当于开关断开加正向电压时加正向电压时VF0.5V(Si)/0.1V(Ge)或加反向电压或加反向电压志向的开关应具有两个工作状态:志向的开关应具有两个工作状态:-要求阻抗越小越好,相当于短路(导通)要求阻抗越小越好,相当于短路(导通)-要求阻抗越大越好,相当于开路(截止)要求阻抗越大越好,相当
4、于开路(截止)在数字电路中,二极管和三极管工作在开关状态,即,不在数字电路中,二极管和三极管工作在开关状态,即,不是饱和导通,就是反向截止,好象一个开关一样。是饱和导通,就是反向截止,好象一个开关一样。当脉冲信号的频率很高时,开关状态的变更速度很快,每当脉冲信号的频率很高时,开关状态的变更速度很快,每秒可达百万次,这就要求器件的开关转换速度要在微秒甚至纳秒可达百万次,这就要求器件的开关转换速度要在微秒甚至纳秒内完成。秒内完成。因此有必要探讨一下二极管导通截止之间的转换过程。因此有必要探讨一下二极管导通截止之间的转换过程。接通状态接通状态断开状态断开状态1.1.关断特性:二极管从正向导通到反向截
5、止有一个反向复原过程关断特性:二极管从正向导通到反向截止有一个反向复原过程vitVF-VRIF-IRt1tstt0.1IRit在在O Ot t1 1期间,期间,vi i VF F,二二极管极管D导通,电路中有电流流过:导通,电路中有电流流过:RLviiD三、二极管的开关特性三、二极管的开关特性当当t t t1 t1 时,时,vi vi 突变到突变到 VR VR,志向时,二极管应马上截止,志向时,二极管应马上截止,电路中只有很小的反向电流电路中只有很小的反向电流 。但实际并非如此,见右图:但实际并非如此,见右图:通常将二极管从通常将二极管从导导通通转为转为截止截止所需的所需的时间时间称称为为反向
6、复原反向复原时间时间:tre=ts+tt=ns级级 vitVF-VRIF-IRt1tstt0.1IRit存存储时间储时间渡越渡越时间时间RLviiD 产生反向复原过程的缘产生反向复原过程的缘由是电荷存储效应所引起的。由是电荷存储效应所引起的。反向复原时间就是存储电荷反向复原时间就是存储电荷消逝所须要的时间,一般在消逝所须要的时间,一般在纳秒数量级。纳秒数量级。2.2.开通特性:主要体现在二极管的开通时间开通特性:主要体现在二极管的开通时间开通时间开通时间-二极管从截止转为正向导通所须要的二极管从截止转为正向导通所须要的时间时间 该时间与反向复原时间相比很小,对开关速度影响小,该时间与反向复原时
7、间相比很小,对开关速度影响小,可以忽视不计。可以忽视不计。一、三极管处于三种工作区的条件一、三极管处于三种工作区的条件截止区:截止区:B、E加正向电压时加正向电压时VF0.5V(Si)/0.1V(Ge)或或加反向电压加反向电压放大区:放大区:放射结正偏、集电结反偏放射结正偏、集电结反偏饱和区:饱和区:放射结正偏、集电结正偏放射结正偏、集电结正偏临界饱和:临界饱和:UBC=0IB=IC=0 IC=IBUCE=0.10.3V典型值典型值UCE=0.3V2.2.2 2.2.2 三极管的开关特性三极管的开关特性三极管工作在饱和状态的三极管工作在饱和状态的电流条件电流条件为:为:I IB B I IBS
8、 BS 二、三极管的动态特性三极管的动态特性(1 1)延迟时间)延迟时间tdtd 从输入信号从输入信号vivi正跳变的正跳变的 瞬间起先,到集电极电流瞬间起先,到集电极电流iCiC上升到上升到0.1ICS0.1ICS所需的时间所需的时间 (2 2)上升时间)上升时间trtr集电极电流从集电极电流从0.1ICS0.1ICS上上升到升到0.9ICS0.9ICS所需的时间。所需的时间。(3 3)存储时间)存储时间tsts从输入信号从输入信号vivi下跳变的下跳变的瞬间起先,到集电极电流瞬间起先,到集电极电流iCiC下降到下降到0.9ICS0.9ICS所需的时间。所需的时间。(4 4)下降时间)下降时
9、间tftf集电极电流从集电极电流从0.9ICS0.9ICS下降下降到到0.1ICS0.1ICS所需的时间。所需的时间。2.3 2.3 基本逻辑门电路基本逻辑门电路2.3.1 2.3.1 二极管与门电路二极管与门电路2.3.3 2.3.3 非门电路非门电路 三极管反相器三极管反相器2.3.2 2.3.2 二极管或门电路二极管或门电路2.3.4 2.3.4 复合逻辑门电路复合逻辑门电路2.3.1 2.3.1 二极管与门电路二极管与门电路二极管与门电路二极管与门电路与逻辑符号及表达式与逻辑符号及表达式 VCC+(5V)R 3kW L D1 D2 D3 A B C VCC+(5V)R 3kW L D1
10、 D2 D3 A B C 0.7V 三个输入端中,只三个输入端中,只要有一个为要有一个为0V,其余为其余为+5V时:时:输入与输出电压关系输入与输出电压关系0V5V5V 输 入输 出VAVBVCVL0V0V0V0V0V+5 V0V+5 V0V0V+5 V+5 V+5 V0V0 V+5 V0V+5 V+5 V+5 V0V0.7V压差大的管子导通VCC+(5V)R 3kW L D1 D2 D3 A B C 5 V 只有当只有当A、B、C三个输入端均为高电三个输入端均为高电平平+5V时:时:5V5V5V 输 入输 出ABCL00000010010001101000101011001111 真真 值值
11、 表表 2.3.2 2.3.2 二极管或门电路二极管或门电路二极管或门电路二极管或门电路或逻辑符号及表达式或逻辑符号及表达式11输入端输入端A、B、C都为都为0V 0 V或或逻辑逻辑真真值值表表输 入输 出ABCL00000011010101111001101111011111输 入输 出ABCL000000110101011110011011110111110V0V0V输入端中只要有一个为输入端中只要有一个为+5V4.3 V或或逻辑逻辑真真值值表表输 入输 出ABCL00000011010101111001101111011111输 入输 出ABCL000000110101011110011
12、011110111110V5V5V二极管与门和或门电路的缺点:二极管与门和或门电路的缺点:(1 1)电电平平偏偏移移:在在多多个个门门串串接接运运用用时时,会会出出现现低低电电平平偏偏离标准数值的状况。离标准数值的状况。(2 2)负载实力差)负载实力差只用于只用于IC内部内部电电路路三极管三极管 反相电路反相电路非逻辑符号及表达式非逻辑符号及表达式2.3.3 2.3.3 非门电路非门电路 三极管反相器三极管反相器当输入为当输入为逻辑逻辑0 0时时:0 vcc1输入A输出L01非逻辑真值表非逻辑真值表 当输入为当输入为逻辑逻辑1 1时时:1 0输入A输出L0110非逻辑真值表非逻辑真值表 2.3
13、.4 DTL2.3.4 DTL复合门电路复合门电路 VCC+(5V)R 3kW D1 D2 D3 A B C 1、DTL与非门电路与非门电路 2、DTL或非门电路或非门电路2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路 集成逻辑门电路是把门电路的全部元器件及集成逻辑门电路是把门电路的全部元器件及连接导线制作在一块半导体硅片上,构成集成逻连接导线制作在一块半导体硅片上,构成集成逻辑门。辑门。若这种电路的输入级和输出级都接受半导体若这种电路的输入级和输出级都接受半导体三极管,则称为三极管三极管,则称为三极管三极管集成逻辑门电路三极管集成逻辑门电路(Transistor Transistor Lo
14、gic),即),即TTL门门电路。电路。集成电路的特点:体积小,重量轻,功耗小,价集成电路的特点:体积小,重量轻,功耗小,价格低,牢靠性等。格低,牢靠性等。分类门/片元器件/片SSI(Small Scale Integrated circuit)11210100MSI(Medium Scale Integrated circuit)1399100999LSI(Large Scale Integrated circuit)1009999100099999VLSI(Very Large Scale Integrated circuit)10000100000 集成电路依据一块芯片上所集成的门数多少
15、或集成电路依据一块芯片上所集成的门数多少或元件多少可分为小、中、大和超大规模集成电路。元件多少可分为小、中、大和超大规模集成电路。逻辑门逻辑门和触和触发发器是目前常用的器是目前常用的SSI译码译码器、器、数据数据选择选择器、器、加法器、加法器、计计数器、数器、移位寄存器等移位寄存器等组组件是常用的件是常用的MSI。常常见见的的LSI、VLSI有只有只读读存存储储器、器、随机存取存随机存取存储储器、器、微微处处理理器、高速乘法累加器、器、高速乘法累加器、通用和通用和专专用数字信号用数字信号处处理器等。理器等。集成集成逻辑门逻辑门是最基本的数字集成是最基本的数字集成电电路,是路,是组组成成数字数字
16、逻辑逻辑的基的基础础。常用的集成常用的集成门电门电路,大多接受双列直插式封路,大多接受双列直插式封装(装(Dual-In-line Package,缩缩写成写成DIP)。)。集成集成门电门电路外形路外形图图槽口槽口1 2 3 3 4 6 714 13 12 11 10 9 8管脚管脚编编号号 集成芯片表面有一个缺口(引脚集成芯片表面有一个缺口(引脚编编号的参考号的参考标标记记),假如将芯片插在),假如将芯片插在试验试验板上且缺口朝左板上且缺口朝左边边,则则引脚的排列引脚的排列规规律律为为:左下管脚:左下管脚为为1引脚,其余以逆引脚,其余以逆时针时针方向从小到大依次排列。方向从小到大依次排列。一
17、般引脚数一般引脚数为为:14、16、20等。等。槽口槽口1 2 3 3 4 6 714 13 12 11 10 9 8管脚管脚编编号号 绝绝大多数状况下,大多数状况下,电电源从芯片左上角的引脚接源从芯片左上角的引脚接入,地接右下引脚。入,地接右下引脚。一一块块芯片中可集成若干个(芯片中可集成若干个(1、2、4、6等)同等)同样样功能但又各自独立的功能但又各自独立的门电门电路,每个路,每个门电门电路路则则具有具有若干个(若干个(1、2、3等)等)输输入端。入端。输输入端数有入端数有时时称称为为扇入(扇入(Fan-in)数。)数。(a)7404(六反相器六反相器)(b)7400(四四2输输入与非入
18、与非门门)2.4.1 TTL2.4.1 TTL与非门的工作原理与非门的工作原理D4kR2R11.6k1kR3130R4ABC+VCC+5VuOuIT4T1T2T3Y一、组成一、组成输入级:输入级:T T1 1,R,R1 1中间级:中间级:T T2 2,R,R2 2,R,R3 3输出级:输出级:T T3 3,T,T4 4,R,R4 4,D,D输入级输入级中间级中间级输出级输出级是爱护二极管,为是爱护二极管,为防止输入电压过低防止输入电压过低而设置而设置多放射极三极管多放射极三极管T1T1作用作用:实现实现“与与”的功能的功能ABCbc+VCCABCbcABCT1bc 输输入入级级由多放射极由多放
19、射极三极管三极管T1和基极和基极电组电组R1组组成,它成,它实现实现了了输输入入变变量量A、B、的与运、的与运算。算。(1)输输入入级级 中中间级间级(倒相(倒相级级)是放大是放大级级,由,由T2、R2和和R3组组成,成,T2的集的集电电极极C2和放射极和放射极E2可以可以分供分供应应两个相位相反的两个相位相反的电压电压信号,以信号,以满满足足输输出出级级的的须须要。要。(2)中中间级间级 输输出出级级由由T3、T4、D和和R4组组成,其中其中成,其中其中D、T3作作为为由由T4组组成的成的反相器的有源反相器的有源负载负载。T3与与T4组组成推拉式成推拉式输输出出结结构,具有构,具有较较强强的
20、的负载实负载实力。力。(3)输输出出级级二、工作原理二、工作原理D4kR2R11.6k1kR3130R4ABC+VCC+5VuOuIT4T1T2T3Y(1)(1)当输入端当输入端ABCABC中中至少至少有有 一个为低电平一个为低电平0.3V0.3V时时低电平低电平(0.3V)深饱和深饱和T1深度饱和,则深度饱和,则0.3V1VuIT1T2T3T4uO高电平高电平(3.6V)截止截止截止截止导通导通T4截止,截止,T3导通导通3.6V3.6V二、工作原理二、工作原理D4kR2R11.6k1kR3130R4ABC+VCC+5VuOuIT4T1T2T3Y(2)(2)当输入端当输入端ABCABC都为都
21、为高电高电 平平3.6V3.6V时时高电平高电平(3.6V)倒置倒置3.6V2.1VuIT1T2T3T4uO4.3V3.6V3.6V1.4V假设假设T1放射结度正向导通,则放射结度正向导通,则T1放射结反偏,集电结正偏,放射结反偏,集电结正偏,工作在倒置状态,即集电极和工作在倒置状态,即集电极和放射极颠倒运用,此时电流放放射极颠倒运用,此时电流放大系数大系数i在在0.02左右左右假设假设T2饱和导通,则饱和导通,则1V二、工作原理二、工作原理D4kR2R11.6k1kR3130R4ABC+VCC+5VuOuIT4T1T2T3Y(2)(2)当输入端当输入端ABCABC都为都为高电高电 平平3.6
22、V3.6V时时高电平高电平(3.6V)倒置倒置3.6V2.1VuIT1T2T3T4uO低电平低电平(0.3V)饱和饱和饱和饱和截止截止4.3V3.6V3.6V1.4V1V故故T2饱和的假设成立且饱和的假设成立且T3和和D截止截止对于对于T4的状况的状况由于由于T3和和D截止,故截止,故故故T4深度饱和,输出为低电平深度饱和,输出为低电平(2)(2)当输入端当输入端ABCABC都为都为高电平高电平3.6V3.6V时时(1)(1)当输入端当输入端ABCABC中中至至少少有一个为低电平有一个为低电平0.3V0.3V时时输出为高电平输出为高电平3.6V3.6V输出为低电平输出为低电平0.3V0.3V综
23、上:综上:故输入输出满足关系:故输入输出满足关系:该电路为该电路为TTLTTL与非门电路与非门电路(1)(1)当接受多放射极三极管加快了存储电荷的消散过程。当接受多放射极三极管加快了存储电荷的消散过程。TTLTTL与非门提高工作速度的原理与非门提高工作速度的原理()接受了推拉式输出级,输出阻抗比较小,可快速给负接受了推拉式输出级,输出阻抗比较小,可快速给负载电容充放电。载电容充放电。自学自学2.4.2 TTL2.4.2 TTL与非门传输延迟时间与非门传输延迟时间t tpdpd导导通通延延迟迟时时间间tPHLtPHL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
24、点所经验的时间。的中点所经验的时间。截截止止延延迟迟时时间间tPLHtPLH从从输输入入波波形形下下降降沿沿的的中中点点到到输输出出波波形形上上升升沿沿的中点所经验的时间。的中点所经验的时间。与非门的传输延迟时间与非门的传输延迟时间tpdtpd是是tPHLtPHL和和tPLHtPLH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的值为的值为几纳秒十几个纳秒几纳秒十几个纳秒。2.4.3 TTL2.4.3 TTL与非门的电压传输特性及抗干扰实力与非门的电压传输特性及抗干扰实力1电压传输特性曲线:电压传输特性曲线:Vo=f(Vi)特性曲线分为特性曲线分为AB、BC
25、、CD、DE四段:四段:AB段:段:VI0.6VVB11.3VT2、T4截止截止,而,而T3、D导通输出导通输出电压为高电平电压为高电平3.6V,基本不变,基本不变BC段:段:VI0.61.3VT2已经起先导通,但已经起先导通,但VB21.3V,故,故T4截止,截止,T2处于放大状态,处于放大状态,R2上的电流随着上的电流随着VI的的而线性而线性,即,即R2上的压降随着上的压降随着VI的的而线而线性性,因此输出,因此输出VO将随着将随着VI的的而线性而线性CD段:段:1.3VVI1.4V,T4已经导通并已经导通并快速饱和,快速饱和,T3快速截止,故快速截止,故VO快速快速,称,称CD段为转折段
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 数字 电子技术 基础 02 第二 章门 电路 资料 优秀 PPT
![提示](https://www.taowenge.com/images/bang_tan.gif)
限制150内