第二章逻辑门电路基础优秀PPT.ppt
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1、第二章逻辑门电路基础第二章逻辑门电路基础第一页,本课件共有79页作 业n2-2n2-3n2-5(1,2)n2-18n2-19(c,d,e)5第二页,本课件共有79页本章主要内容本章主要内容n n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n n第二节第二节 二极管逻辑门电路二极管逻辑门电路n n第三节第三节 TTL逻辑门电路逻辑门电路n n第四节第四节 射极耦合逻辑射极耦合逻辑门电路门电路n n第五节第五节 CMOS逻辑门电路逻辑门电路n n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5第三页,本课件共有79页第一节第一节 二极管、三极管的开关特
2、性二极管、三极管的开关特性一、二极管的开关特性一、二极管的开关特性(一)二极管的静态开关特性(一)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(三)(三)二极管的近似直流等效电路二极管的近似直流等效电路5第四页,本课件共有79页5(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,管压降为二极管正偏时导通,管压降为0V0V,流过二极管,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管反偏时截止,流过二极管的电流为0 0,相当于开,相当于开关打开,二极管两端电压的大
3、小决定于外电路。这关打开,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。就是二极管的静态开关特性。二极管的静态开关特性是指二极管稳定地处于二极管的静态开关特性是指二极管稳定地处于导通和稳定处于截止时的特性。导通和稳定处于截止时的特性。第五页,本课件共有79页(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?二极管的动态开关特性是指二极管从一个状态到二极管的动态开关特性是指二极管从一个状态到另一个状态的过渡过程中的特性。另一个状态的过渡过程中的特性。5第六页,本课件共有79页5t t
4、reret ts s十十t tt t称为反向恢复时间称为反向恢复时间t ts s为存储时间为存储时间t tt t为渡越时间为渡越时间1.1.反向恢复过程反向恢复过程 通常把二极管从通常把二极管从通常把二极管从通常把二极管从正向导通转为反向截正向导通转为反向截正向导通转为反向截正向导通转为反向截止所经历的转换过程止所经历的转换过程止所经历的转换过程止所经历的转换过程称为反向恢复过程。称为反向恢复过程。第七页,本课件共有79页产生反向恢复过程的原因:电荷存储效应产生反向恢复过程的原因:电荷存储效应 反向恢复时间反向恢复时间t t 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
5、时间。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段时间称为开通时间。开通时间比反向恢复时间要小得多,一般可以忽略不计。多,一般可以忽略不计。5第八页,本课件共有79页2.2.对输入信号对输入信号vi i的要求的要求输入信号输入信号vi的负半周的宽度应大于的负半周的宽度应大于tre,这样二极,这样二极管才具有单向导电性。若小于,二极管还没有到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,从而达截止状态,就又必须
6、随输入脉冲而导通,从而失去单向导电性。失去单向导电性。输入信号输入信号vi的正半周的宽度要求比较低。的正半周的宽度要求比较低。输入信号输入信号vi的频率不可太高,由的频率不可太高,由tre时间决定。时间决定。5第九页,本课件共有79页(三)二极管的近似直流等效电路(三)二极管的近似直流等效电路正向时正向时反向时反向时5第十页,本课件共有79页二、双极型三极管的开关特性二、双极型三极管的开关特性(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(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 三极管的动态开关特性是指三极管从一个状态三极管的动态开关特性是指三极管从一
7、个状态到另一个状态的过渡过程中的特性。到另一个状态的过渡过程中的特性。三极管的静态开关特性是指三极管稳定地处三极管的静态开关特性是指三极管稳定地处于饱和或截止状态时的特性。于饱和或截止状态时的特性。5(三)三极管的的似直流等效电路(三)三极管的的似直流等效电路第十一页,本课件共有79页(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: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 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)把三极管从电路中拿走
8、,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,若发射结的发射结电压,若发射结的发射结电压,若发射结的发射结电压,若发射结反偏反偏反偏反偏或或或或零偏零偏零偏零偏或或或或小于死区电压值小于死区电压值小于死区电压值小于死区电压值,则三,则三,则三,则三极管极管极管极管截止截止截止截止。若发射结。若发射结。若发射结。若发射结正偏正偏正偏正偏,则三极管可能处于,则三极管可能处于,则三极管可能处于,则三极管可能处于放大放大放大放大状态或处于状态或处于状态或处于状态或处于饱和饱和饱和饱和状态,需要进一步判断。进入步骤(状态,需要进一步判断。进入步骤(状态,需要
9、进一步判断。进入步骤(状态,需要进一步判断。进入步骤(2 2)。)。)。)。(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)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
10、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,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V VCESCES=0.3V=0.3V,又有放大状态,又有放大状态,又有放大状态,又有放大状态时的特征时的特征时的特征时的特征I IC C=IIB B),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),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I ICS CS,进而求出基极临界饱和电流,进而求出基极临界饱和电流,
11、进而求出基极临界饱和电流,进而求出基极临界饱和电流I IBS BS。集电极临界饱和电流。集电极临界饱和电流。集电极临界饱和电流。集电极临界饱和电流I ICSCS是三极管的集电极可能流过的最大电流。是三极管的集电极可能流过的最大电流。是三极管的集电极可能流过的最大电流。是三极管的集电极可能流过的最大电流。(3 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)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实际流动的电流实际流动的电流i iB B。(4 4)比较)比
12、较)比较)比较i iB B和和和和I IBSBS的大小:的大小:的大小:的大小:若若若若i iB B I IBSBS(或者(或者(或者(或者 i iB B I ICSCS),则三极管处于),则三极管处于),则三极管处于),则三极管处于饱和饱和饱和饱和状态。状态。状态。状态。若若若若i iB B I IBSBS(或者(或者(或者(或者 i iB B I ICSCS),则三极管处于),则三极管处于),则三极管处于),则三极管处于放大放大放大放大状态。状态。状态。状态。5第十二页,本课件共有79页例例2-1 判断图电路中三极管的状态,其中判断图电路中三极管的状态,其中Rb=2k,RC=2k,VCC=
13、12V,=50。将三极管拿开,将三极管拿开,发射结零偏,所以发射结零偏,所以三极管截止。三极管截止。5第十三页,本课件共有79页例例2-2 电路及参数如图所示,三极管的电路及参数如图所示,三极管的VBE=0.7V,60,输入电压,输入电压vi取值取值3V和和-2V。(1)当)当vi3V时判断三极管的状态,并求出时判断三极管的状态,并求出iC和和vo的值。的值。(2)当)当vi-2V时判断三极管的状态,并求出时判断三极管的状态,并求出iC和和vo的值。的值。5第十四页,本课件共有79页5解:(解:(1)vi3V 因为因为iBIBS 所以三极所以三极管处于饱和状态,如右图管处于饱和状态,如右图中的
14、中的E点所示。点所示。第十五页,本课件共有79页(2)vi-2V 因为因为vBE tonn n输入信号输入信号vi的负半周的宽度的负半周的宽度 toff几个时间概念几个时间概念5第二十页,本课件共有79页(三)三极管的近似直流等效电路(三)三极管的近似直流等效电路正向时正向时反向时反向时5第二十一页,本课件共有79页三、三、MOS管的开关特性管的开关特性(一)(一)MOS管的静态开关特性管的静态开关特性viVT时,管子处于线性电时,管子处于线性电阻区,阻区,vo=0。5第二十二页,本课件共有79页MOS管相当于一个由管相当于一个由vGS控制的无控制的无触点开关。触点开关。MOS管工作在可变电阻
15、区,管工作在可变电阻区,相当于开关相当于开关“闭合闭合”,输出为低电平。输出为低电平。MOS管截止,管截止,相当于开关相当于开关“断开断开”输出为低电平。输出为低电平。1.当输入为低电平时:当输入为低电平时:2.当输入为高电平时:当输入为高电平时:(二)(二)MOS管的动态开关特性管的动态开关特性5第二十三页,本课件共有79页第二节第二节 二极管逻辑门电路二极管逻辑门电路n n概念概念高电平:高电平:电压在电压在3.5V-5.0V,用,用H表示表示低电平:低电平:电压在电压在0V-1.5V,用,用L表示表示正逻辑体制正逻辑体制负逻辑体制负逻辑体制5第二十四页,本课件共有79页正逻辑体制和负逻辑
16、体制正逻辑体制和负逻辑体制正逻辑体制正逻辑体制:将高电平用逻辑将高电平用逻辑1 1表示,低电平用逻辑表示,低电平用逻辑0 0表示表示负逻辑体制负逻辑体制:将高电平用逻辑将高电平用逻辑0 0表示,低电平用逻辑表示,低电平用逻辑1 1表示表示5第二十五页,本课件共有79页一、正与门电路一、正与门电路5第二十六页,本课件共有79页正逻辑体制正逻辑体制逻辑符号逻辑符号逻辑表达式逻辑表达式5第二十七页,本课件共有79页负逻辑体制负逻辑体制逻辑符号逻辑符号逻辑表达式逻辑表达式5第二十八页,本课件共有79页二、正或门电路二、正或门电路5第二十九页,本课件共有79页正逻辑体制正逻辑体制负逻辑体制呢负逻辑体制呢
17、?5第三十页,本课件共有79页三、非门电路三、非门电路5第三十一页,本课件共有79页 二二极极管管逻逻辑辑门门电电路路,电电路路结结构构简简单单,简简单单的的串串联联连连接接就就可可以以实实现现更更复复杂杂的的逻逻辑辑运运算算,但但是是这这些些电电路路的的输输出出电电阻阻大大,带带载载能能力力差差,开开关关性性能能不不理理想想,所所以以引引入入TTLTTL逻辑门电路。逻辑门电路。5第三节第三节 TTL逻辑门电路逻辑门电路与非与非或非或非第三十二页,本课件共有79页第三节第三节 TTL逻辑门电路逻辑门电路TTL集成电路分为:集成电路分为:74系列:用于民用电子产品的设计和生产,系列:用于民用电子
18、产品的设计和生产,工作温度为工作温度为0-70。54系列:用于军用电子产品的设计和生产,系列:用于军用电子产品的设计和生产,工作温度为工作温度为-55-+125。TTL的含义:的含义:Transistor Transistor Logic 5 TTL逻辑门电路由若干双极型三极管逻辑门电路由若干双极型三极管(BJT)和电阻组成。和电阻组成。第三十三页,本课件共有79页一、标准生产工艺的一、标准生产工艺的TTLTTL非门的工作原理非门的工作原理 TTL:Transistor Transistor Logic 输出级输出级T3、D、T4和和Rc4构成推拉式的输出构成推拉式的输出级。用于提高开关速级。
19、用于提高开关速度和带负载能力。度和带负载能力。中间级中间级T2和电阻和电阻Rc2、Re2组成,从组成,从T2的集的集电结和发射极同时输电结和发射极同时输出两个相位相反的信出两个相位相反的信号,作为号,作为T3和和T4输输出级的驱动信号;出级的驱动信号;输入级输入级T1和电阻和电阻Rb1组成。用于提高电路组成。用于提高电路的开关速度的开关速度5第三十四页,本课件共有79页5(一)输入(一)输入VI为高电平为高电平3.6V时时VB1=5VVBE1=1.4VVB1=4.3VVB1=2.1V倒置状态倒置状态Vo=0.3VVC2=1V饱和饱和饱和饱和截止截止截止截止,输出为低电平输出为低电平0.3V开门
20、开门第三十五页,本课件共有79页5(二)输入(二)输入VI为低电平为低电平0.3V 时时VB1=5VVBE1=4.7VVB1=1V饱和饱和Vo=3.6VVB4=5V截止截止截止截止饱和饱和导通导通,输出为高电平输出为高电平3.6V关门关门第三十六页,本课件共有79页(三)标准生产工艺的(三)标准生产工艺的TTL非门的电路结构特点非门的电路结构特点1 1、输入级采用三极管以提高工作速度。、输入级采用三极管以提高工作速度。2 2、采采用用了了推推拉拉式式输输出出级级,输输出出阻阻抗抗比比较较小小,可可迅迅速速给给负负载载电电容容充充放放电电,提提高高开开关关速速度度和和带带负负载能力。载能力。5第
21、三十七页,本课件共有79页二、二、TTLTTL非门的电压传输特性曲线和电路参数非门的电压传输特性曲线和电路参数(一)电压传输特性曲线(一)电压传输特性曲线截止区截止区过渡区过渡区饱和区饱和区5开门开门关门关门输出高电平输出高电平标准输出高电平标准输出高电平V VSHSH输出低电平输出低电平标准输出低电平标准输出低电平V VSLSL输入高电平输入高电平开门电平开门电平输入低电平输入低电平关门电平关门电平第三十八页,本课件共有79页(二)从电压传输特性曲线上可以得出的电路参数(二)从电压传输特性曲线上可以得出的电路参数1 1输出高电平输出高电平输出高电平输出高电平V VOHOH(2.4V-5V2.
22、4V-5V之间,典型值为之间,典型值为之间,典型值为之间,典型值为3.4V3.4V)2标准输出高电平标准输出高电平V VSHSH V V OHOH(minmin)(2.4V)3输出低电平输出低电平VOLOL(0V-0.4V0V-0.4V之间,典型值为之间,典型值为之间,典型值为之间,典型值为0.2V0.2V)4 4标准输出低电平标准输出低电平标准输出低电平标准输出低电平V VSL SL V V OL(max)(0.4V0.4V)5 5输入高电平输入高电平输入高电平输入高电平V VIH IH(2V-5V2V-5V之间)之间)之间)之间)6输入高电平的下限输入高电平的下限 VIHIH(minmin
23、)(开门电平开门电平开门电平开门电平VON)()(2V)7输入低电平输入低电平VILIL(0V-0.8V之间)之间)8输入低电平的上限输入低电平的上限V ILIL(maxmax)(关门电平(关门电平(关门电平(关门电平V VOFFOFF)()()()(0.8V)9噪声容限电压噪声容限电压(1)输入高电平噪声容限电压)输入高电平噪声容限电压(最大允许负向干扰电压最大允许负向干扰电压)(2 2)输入低电平噪声容限电压)输入低电平噪声容限电压)输入低电平噪声容限电压)输入低电平噪声容限电压(最大允许正向干扰电压最大允许正向干扰电压最大允许正向干扰电压最大允许正向干扰电压)5第三十九页,本课件共有79
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