数字电子技术第二章.pptx
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1、数字电子技术数字电子技术2.1 2.1 概述概述图图2.1.1 2.1.1 正逻辑和负逻辑正逻辑和负逻辑对元、器件参数精度和电源稳定度较模拟电路低一些。第1页/共86页数字电子技术数字电子技术2.1 2.1 概述概述图图2.1.2 2.1.2 获得高、低电平的基本原理获得高、低电平的基本原理(a)(a)单开关电路单开关电路(b)(b)互补开关电路互补开关电路4、获得高、低电平的基本原理如图2.1.2所示。缺陷?第2页/共86页2.22.2半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性2.2 2.2 半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性数字电子技术数字电子技术一、半导体二极管的开关特性一、半导体二
2、极管的开关特性图图2.2.1 2.2.1 二极管开关电路结构及电路示意二极管开关电路结构及电路示意 VON:硅0.60.7V;锗0.20.3V第3页/共86页2.2 2.2 半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性数字电子技术数字电子技术(a)图图2.2.2 2.2.2 二极管伏安特性的几种近似方法(静态分析)二极管伏安特性的几种近似方法(静态分析)(a)Von(a)Von和和r rD D均不可忽略均不可忽略 (b)(b)Von不可忽略 (c)(c)Von和rD均可忽略(b)(c)第4页/共86页2.2 2.2 半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性数字电子技术数字电子技术图图2.2.3 2
3、.2.3 二极管的动态电流波形二极管的动态电流波形V第5页/共86页2.2 2.2 半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性数字电子技术数字电子技术二、半导体三极管的开关特性二、半导体三极管的开关特性1、三极管的特点:图图2.2.4 2.2.4 双极型双极型(NPN)(NPN)三极管的输出特性曲线三极管的输出特性曲线思考:模电和数电的区别?bce第6页/共86页2.2 2.2 半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性数字电子技术数字电子技术2 2、三极管开关电路分析:、三极管开关电路分析:图图2.2.5 2.2.5 双极型三极管的开关等效电路双极型三极管的开关等效电路(a)(a)截止状态截止状
4、态 (b)(b)饱和导通状态饱和导通状态(a)(b)ICEO第7页/共86页2.2 2.2 半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性数字电子技术数字电子技术3 3、三极管开关电路动态分析:、三极管开关电路动态分析:图图2.2.6 2.2.6 双极型三极管的动态开关特性(结电容效应)双极型三极管的动态开关特性(结电容效应)第8页/共86页2.2 2.2 半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性数字电子技术基础数字电子技术基础三、三、MOSMOS管的开关特性管的开关特性1、MOS管的结构:图图2.2.7 MOS2.2.7 MOS管的结构和符号管的结构和符号VGS(TH):14V第9页/共86页2.
5、2 2.2 半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性数字电子技术数字电子技术2 2、MOSMOS管的输入特性和输出特性:管的输入特性和输出特性:图图2.2.8 MOS2.2.8 MOS管共源接法和输出特性曲线管共源接法和输出特性曲线(a a)共源接法)共源接法 (b b)输出特性曲线)输出特性曲线恒流区截止区可变电阻区第10页/共86页2.2 2.2 半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性数字电子技术数字电子技术3 3、MOSMOS管的基本开关电路:管的基本开关电路:图图2.2.9 MOS2.2.9 MOS管的基本开关电路及其等效电路管的基本开关电路及其等效电路第11页/共86页2.2 2.
6、2 半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性数字电子技术数字电子技术4 4、MOSMOS管的四种类型(列表):管的四种类型(列表):第12页/共86页2.2 2.2 半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性数字电子技术数字电子技术4 4、MOSMOS管的四种类型(续):管的四种类型(续):第13页/共86页2.2 2.2 半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性数字电子技术数字电子技术第14页/共86页2.32.3分立元件门电路分立元件门电路2.3 2.3 分立元件门电路分立元件门电路数字电子技术数字电子技术一、二极管与门一、二极管与门图图2.3.1 2.3.1 二极管与门二极管与门第15页/
7、共86页2.3 2.3 分立元件门电路分立元件门电路数字电子技术数字电子技术二、二极管或门二、二极管或门图图2.3.2 2.3.2 二极管或门二极管或门第16页/共86页2.3 2.3 分立元件门电路分立元件门电路数字电子技术数字电子技术三、三极管非门(反相器)三、三极管非门(反相器)图图2.3.3 2.3.3 三极管非门(反相器)三极管非门(反相器)第17页/共86页2.3 2.3 分立元件门电路分立元件门电路数字电子技术数字电子技术四、其它电路四、其它电路图图2.3.4 2.3.4 与非门电路与非门电路第18页/共86页2.3 2.3 分立元件门电路分立元件门电路数字电子技术数字电子技术思
8、考:如何用分立元件画出与或非门、异或门和同或门的电路图?图图2.3.5 2.3.5 或非门电路或非门电路第19页/共86页2.42.4双极型集成门电路双极型集成门电路2.4 2.4 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术数字电子技术2.4.1 集成电路概述集成电路概述 目前,数字电路中,集成电路已几乎取代了分立元件电路。所谓集成电路,即把电路中的半导体器件、电阻、电容及连线等制作在一个半导体基片上,构成一个完整的电路,并封装在一个管壳内。集成电路的优点:体积小、重量轻、可靠性高、寿命长、功耗小、成本低、工作速度高。通常把一个封装内含有等效逻辑门的个数或元器件的个数定义为集成度。第20页/
9、共86页2.4 2.4 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术数字电子技术图图2.4.1 2.4.1 集成电路图例集成电路图例第21页/共86页亚微米(0.5到1微米)深亚微米(小于0.5 m)超深亚微米(小于0.25 m,目前已经到了0.03 m)。集成电路工艺特征尺寸集成电路工艺特征尺寸第22页/共86页单个芯片上的晶体管数单个芯片上的晶体管数第23页/共86页集成电路芯片面积集成电路芯片面积第24页/共86页集成电路的电源电压集成电路的电源电压第25页/共86页集成电路的时钟频率集成电路的时钟频率第26页/共86页平均每个晶体管价格平均每个晶体管价格第27页/共86页SSI-MSI
10、-LSI-VLSI-ULSI-GSI-SOC集成电路发展的规模集成电路发展的规模第28页/共86页集成电路发展集成电路发展 集成电路的迅速发展,集成电路的迅速发展,关键就在于集成电路的关键就在于集成电路的布图布图设计水平设计水平的迅速提高,集成的迅速提高,集成电路的布图设计由此而日益电路的布图设计由此而日益复杂而精密。这些技术的发复杂而精密。这些技术的发展,使得集成电路的发展进展,使得集成电路的发展进入了一个新的发展的入了一个新的发展的里程碑里程碑。第29页/共86页2.4 2.4 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术数字电子技术 数字集成电路按输出结构分可分为:#推拉式输出或CMOS
11、CMOS反相器输出#OC#OC输出或ODOD输出 三态输出第30页/共86页2.4 2.4 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术数字电子技术 数字集成电路按制造工艺不同可分为:双极型:*TTL常用之一,速度较快,功率较大;*HTL抗干扰强,速度低;*ECL速度快,功耗大;*IIL 集成度很大,功耗最低,抗干扰差,速度低;MOS型:*CMOS常用之一,低功耗,抗干扰能力强;*NMOS *PMOS Bi-CMOS型:功率小,输出阻抗小。第31页/共86页2.4 2.4 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术数字电子技术2.4.2 TTL集成门电路集成门电路(一)(一)TTLTTL集成
12、门电路的结构集成门电路的结构图图2.4.2 TTL2.4.2 TTL集成门电路结构图集成门电路结构图第32页/共86页2.4 2.4 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术数字电子技术1 1、输入级形式(一)、输入级形式(一)第33页/共86页2.4 2.4 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术数字电子技术1 1、输入级形式(二)、输入级形式(二)第34页/共86页2.4 2.4 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术数字电子技术2 2、中间级、中间级形式形式第35页/共86页2.4 2.4 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术数字电子技术3 3、输出级形式(一)、
13、输出级形式(一)输出电阻很低;输出高低电平固定;驱动能力较弱。输出电平可变;驱动能力增强;可“线与”。第36页/共86页2.4 2.4 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术数字电子技术3 3、输出级形式(二)、输出级形式(二)达林顿结构,可加速开关过程;输出电阻减小,速度增快;静态功耗增加,驱动能力增强。第37页/共86页2.4 2.4 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术数字电子技术一、TTL反相器(二)几种典型的TTL集成门电路AAAA电路结构电路结构第38页/共86页2.3 2.3 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术数字电子技术一、TTL反相器电压传输特性电压传
14、输特性第39页/共86页2.3 2.3 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术数字电子技术一、TTL反相器输入噪声容限输入噪声容限噪声容限:噪声容限:在保证输出高、低电平基本不变(或者说变化的大小不超过允许限度)的条件下,允许输入电平有一定的波动范围。74系列门电路输入高电平和低电平时的噪声容限分别为:系列门电路输入高电平和低电平时的噪声容限分别为:VNH=VOH(min)-VIH(min)=0.4V VNL=VIL(max)-VOL(max)=0.4V第40页/共86页2.4 2.4 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术数字电子技术二、TTL集成与非门ABABABAB悬空?第4
15、1页/共86页2.4 2.4 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术数字电子技术三、其它逻辑功能的TTL门电路A+BABA+BA+B或非门1、几种复合门电路第42页/共86页2.4 2.4 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术数字电子技术ABCDAB+CDAB+CDAB+CD与或非门第43页/共86页2.4 2.4 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术基础数字电子技术基础A+BAB异或门AB第44页/共86页2.4 2.4 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术数字电子技术2、集电极开路(OC)与非门图图2.4.3 2.4.3 推拉式输出级并联的情况推拉式输出级并联
16、的情况第45页/共86页2.4 2.4 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术数字电子技术图图2.4.4 OC2.4.4 OC门与非门电路结构及国标符号门与非门电路结构及国标符号第46页/共86页2.4 2.4 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术数字电子技术图图2.4.5 OC2.4.5 OC门输出并联的接法和逻辑图门输出并联的接法和逻辑图第47页/共86页2.3 2.3 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术数字电子技术 工作时需工作时需外接外接负载电阻(负载电阻(R RL L)和电源()和电源(VVcccc);可根据要求选择电源,灵活得到下级电路可根据要求选择电源,灵
17、活得到下级电路所需电压所需电压;可将可将OCOC门输出端直接并联,进行门输出端直接并联,进行“线与线与”;有些有些OCOC门的输出管设计尺寸较大,足以门的输出管设计尺寸较大,足以承受较大电承受较大电 流和较高电压流和较高电压,可以直接驱动小型继电器。,可以直接驱动小型继电器。集电极开路(OC)门的特点第48页/共86页2.4 2.4 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术数字电子技术3、三态输出门使T4也截止,输出呈高阻态第49页/共86页2.4 2.4 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术数字电子技术图图2.4.6 2.4.6 三态与非门的电路结构和逻辑符号三态与非门的电路结构
18、和逻辑符号(a a)高电平有效三态门()高电平有效三态门(b b)低电平有效三态门)低电平有效三态门使T4也截止,输出呈高阻态第50页/共86页2.4 2.4 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术数字电子技术图图2.4.7 2.4.7 用三态输出门用三态输出门接成总线结构接成总线结构图图2.4.8 2.4.8 用三态输出门实用三态输出门实现数据的双向传输现数据的双向传输第51页/共86页2.3 2.3 双极型集成门电路双极型集成门电路数字电子技术数字电子技术 三态:低电平、高电平、三态:低电平、高电平、高阻高阻;可实现在同一根导线上分时传送若干门电路的输出可实现在同一根导线上分时传送若
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