数字电子技术第二章逻辑门电路.ppt
第二章 逻辑门电路,二极管、三极管的开关特性 二极管逻辑门电路三.TTL逻辑门电路四.射极耦合逻辑门电路五.CMOS逻辑门电路六.各种工艺的逻辑门之间的接口问题,教学基本要求：1、了解半导体器件的开关特性。2、熟练掌握基本逻辑门（与、或、与非、或非、异或门）、三态门、OD门（OC门）和传输门的逻辑功能。3、学会门电路逻辑功能分析方法。4、掌握逻辑门的主要参数及在应用中的接口问题。,第二章 逻辑门电路,1、逻辑门:实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。,2、逻辑门电路的分类,二极管门电路,三极管门电路,TTL门电路,MOS门电路,PMOS门,CMOS门,分立门电路,NMOS门,第一节 二极管三极管的开关特性,(1)加正向电压VF时，二极管导通，管压降VD可忽略。二极管相当于一个闭合的开关。,一、二极管的开关特性,（一）二极管的静态开关特性,可见，二极管在电路中表现为一个受外加电压vi控制的开关。当外加电压vi为一脉冲信号时，二极管将随着脉冲电压的变化在“开”态与“关”态之间转换。这个转换过程就是二极管开关的动态特性。,(2)加反向电压VR时，二极管截止，反向电流IS可忽略。二极管相当于一个断开的开关。,（二）二极管开关的动态特性,给二极管电路加入一个方波信号，电流的波形怎样呢？,ts为存储时间，tt称为渡越时间，trets十tt称为反向恢复时间。使二极管开关速度受到限制,（三）产生反向恢复过程的原因：反向恢复时间tre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。,二三极管的开关特性,（一）三极管的三种工作状态,（1）截止状态：当VI小于三极管发射结死区电压时，IBICBO0，ICICEO0，VCEVCC，三极管工作在截止区，对应图（b）中的A点。三极管工作在截止状态的条件为：发射结反偏或小于死区电压,此时，若调节Rb，则IB，IC，VCE，工作点沿着负载线由A点B点C点D点向上移动。在此期间，三极管工作在放大区，其特点为ICIB。三极管工作在放大状态的条件为：发射结正偏，集电结反偏,（2）放大状态：当VI为正值且大于死区电压时，三极管导通。有,若再减小Rb，IB会继续增加，但IC已接近于最大值VCC/RC，不会再增加，三极管进入饱和状态。饱和时的VCE电压称为饱和压降VCES，其典型值为：VCES0.3V。三极管工作在饱和状态的电流条件为：IB IBS 电压条件为：集电结和发射结均正偏,（3）饱和状态：保持VI不变，继续减小Rb，当VCE 0.7V时，集电结变为零偏，称为临界饱和状态，对应图（b）中的E点。此时的集电极电流称为集电极饱和电流，用ICS表示，基极电流称为基极临界饱和电流，用IBS表示，有:,解：根据饱和条件IBIBS解题。,例1 电路及参数如图所示，设输入电压VI=3V，三极管的VBE=0.7V。（1）若60，试判断三极管是否饱和，并求出IC和VO的值。,（2）将RC改为6.8kW，重复以上计算。,IBIBS 三极管饱和。,IB不变，仍为0.023mA,IBIBS 三极管处在放大状态。,（3）将RC改为6.8kW，再将Rb改为60kW，重复以上计算。,由上例可见，Rb、RC、等参数都能决定三极管是否饱和。该电路的则饱和条件可写为：,即在VI一定（要保证发射结正偏）和VCC一定的条件下，Rb越小，越大，RC越大，三极管越容易饱和。在数字电路中总是合理地选择这几个参数，使三极管在导通时为饱和导通。,IBS0.029 mA,IBIBS 三极管饱和。,（二）三极管的动态特性,（1）延迟时间td 从输入信号vi正跳变的 瞬间开始，到集电极电流iC上升到0.1ICS所需的时间（2）上升时间tr集电极电流从0.1ICS上升到0.9ICS所需的时间。（3）存储时间ts从输入信号vi下跳变的瞬间开始，到集电极电流iC下降到0.9ICS所需的时间。（4）下降时间tf集电极电流从0.9ICS下降到0.1ICS所需的时间。,其中：td和tr之和称为开通时间ton，即ton=td+tr；是建立基区电荷时间,ts和tf之和称为关闭时间toff，即toff=ts+tf。是存储电荷消散时间,三极管的开启时间和关闭时间总称为三极管的开关时间，一般为几个纳秒到几十纳秒。三极管的开关时间对电路的开关速度影响很大，开关时间越小，电路的开关速度越高。,提高三极管开关速度的措施？,1、改进管子内部结构,（1）减小基区宽度和发射结、集点电结的面积（2）在基区掺金形成复合中心,2、外电路,适当选择正向基极电流和反向基极电流以及临界饱和电流,三.MOS开关及其等效电路,：MOS管工作在可变电阻区，输出低电平,:MOS管截止，输出高电平,当I VT,当I VT,MOS管相当于一个由vGS控制的无触点开关。,MOS管工作在可变电阻区，相当于开关“闭合”，输出为低电平。,MOS管截止，相当于开关“断开”输出为低电平。,当输入为低电平时：,当输入为高电平时：,一正与门电路,第二节 基本逻辑门电路,正负逻辑的概念：用H和L分别表示高、低电平规定 高电平为逻辑1，低电平为逻辑0，就是正逻辑；高电平为逻辑0，低电平为逻辑1为负逻辑。,门电路电平表示,正与门真值 表,负或门真值表,二或门电路,三、三极管非门电路,
