第三章-数字电路课件.ppt

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1、正逻辑：高电平表示1，低电平表示0负逻辑：高电平表示0，低电平表示1,高/低电平都有一个允许的范围,门电路分类：,分立元件门电路介绍二极管与门、或门,集成门电路介绍应用最为广泛的 CMOS门电路和TTL门电路,双极型三极管组成TTL门电路，功耗大制作中，小规模集成电路（MSI,SSI）,单极型三极管（互补MOS管）组成CMOS门电路，低功耗大规模集成电路（LSI）,3.2半导体二极管门电路半导体二极管的结构和外特性（Diode）,二极管的结构：PN结+引线+封装构成,(P),(N),D,二极管的开关等效电路：,3.2.1二极管的开关特性：,RL较小,二极管的开关等效电路：,理想二极管,3.2.

2、2 二极管与门,设VCC=5V加到A,B的 VIH=3V VIL=0V二极管导通时 VON=0.7V,规定3V以上为1,0.7V以下为0（正逻辑）,0.7V,0.7V,0.7V,3.7V,3.2.3 二极管或门,设加到A,B的 VIH=3V VIL=0V二极管导通时 VON=0.7V,规定2.3V以上为1,0V以下为0,0V,2.3V,2.3V,2.3V,二极管构成的门电路的缺点,电平有偏移带负载能力差只用于IC内部电路，不直接带负载,3.3 CMOS门电路3.3.1 MOS管的开关特性,一、MOS管的结构,S(Source)：源极G(Gate)：栅极D(Drain)：漏极B(Substrat

3、e):衬底,以N沟道增强型为例：,以N沟道增强型为例：当加+VDS时，VGS=0时，D-S间是两个背向PN结串联，iD=0,加上+VGS，且足够大至VGS VGS(th),D-S间形成导电沟道（N型层）,对于N沟道增强型:,二、输入特性和输出特性,输入特性：直流电流为0，没有输入特性。看进去有一个输入电容CI，对动态有影响。输出特性：iD=f(VDS)对应不同的VGS下得一族曲线。,漏极特性曲线（分三个区域）,截止区恒流区可变电阻区,漏极特性曲线（分三个区域）,截止区：VGS 109,漏极特性曲线（分三个区域）,可变电阻区：当VDS 较低（近似为0），VGS 一定时，这个电阻受VGS 控制、可

4、变。,截止区和可变电阻区可作开关状态用，这和三极管截止饱和是一样的。,漏极特性曲线（分三个区域）,恒流区：iD 基本上由VGS决定，与VDS 关系不大,三、MOS管的基本开关电路,四、等效电路,OFF，截止状态 ON，导通状态,五、MOS管的四种类型,1、N沟道增强型,导电沟道是N型，所以衬底是P型。,2、N沟道耗尽型,五、MOS管的四种类型,导电沟道是N型。,3、P沟道增强型,五、MOS管的四种类型,4、P沟道耗尽型,五、MOS管的四种类型,3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理,一、电路结构,反相器结构简单，利用NMOS与PMOS导电的互补性，叫互补对称式MOS电路，称CMOS电路

5、。,CMOS电路优点：静态时，流过T1T2的静态电流很小，始终有一个截止功耗为0；输出的高电平基本上是VDD，电源利用率高。,二、电压、电流传输特性,二、电压、电流传输特性,二、电压、电流传输特性,二、电压、电流传输特性,连起来：,三、输入噪声容限,结论：可以通过提高VDD来提高噪声容限,电流传输特性,3.3.3 CMOS 反相器的静态输入和输出特性,一、输入特性,二、输出特性,二、输出特性,3.3.4 CMOS反相器的动态特性,一、传输延迟时间,二、交流噪声容限（自学）三、动态功耗,三、动态功耗,3.3.5 其他类型的CMOS门电路,一、其他逻辑功能的门电路,1.与非门,两个PMOS并联，两

6、个NMOS串联,2.或非门,一、其他逻辑功能的门电路,二、漏极开路的门电路（OD门）,(a)结构,符号,三、CMOS传输门及双向模拟开关,1.传输门,并联，工作状态受C、C控制。,TP的B接高电平TN的B接低电平,假如uo加电阻接地,2.双向模拟开关,四、三态输出门,三态门的用途,3.5 TTL门电路3.5.1 半导体三极管的开关特性,一、双极型三极管的结构管芯+三个引出电极+外壳,二、三极管的输入特性和输出特性 三极管的输入特性曲线（NPN）,与二极管正向特性相似。,特性曲线分三个部分放大区：特点VBE=0.7V,VCE 0.7V,IB 0,IC=IB。饱和区：特点VBE=0.7V,IB 0

7、。IB增加，IC不再增加，VCE 0。截止区：特点VBE 0V,IB=0,IC=0,ce间“断开”。,三极管的输出特性,三、双极型三极管的基本开关电路,只要参数合理：VI=VIL时，T截止，VO=VOHVI=VIH时，T导通，VO=VOL,四、三极管的开关等效电路,截止状态,饱和导通状态,CE之间是断开的开关,CE之间近似是闭合的开关,六、三极管反相器,三极管的基本开关电路就是反相器实际应用中，为保证VI=VIL时T可靠截止，常在 输入接入负压。,参数合理？VI=VIL时，T截止，VO=VOHVI=VIH时，T饱和，VO=VOL,五、动态开关特性（自学）,例3.5.1：计算参数设计是否合理,5

8、V,-8V,3.3K,10K,1K,=20VCE(sat)=0.1V,VIH=5VVIL=0V,例3.5.1：计算参数设计是否合理,将基极外接电路化为等效的VB与RB电路,当当又因此，参数设计合理,3.5.2 TTL反相器的电路结构和工作原理一、电路结构设,二、电压传输特性,二、电压传输特性,二、电压传输特性,需要说明的几个问题：,三、输入噪声容限,3.5.3 TTL反相器的静态输入特性和输出特性,例：扇出系数（Fan-out），试计算门G1能驱动多少个同样的门电路负载。,输入,输出,3.5.4 TTL反相器的动态特性,一、传输延迟时间1、现象,3.5.5其他类型的TTL门电路,一、其他逻辑功能的门电路1.与非门,2.或非门,二、集电极开路的门电路,1、推拉式输出电路结构的局限性 输出电平不可调 负载能力不强，尤其是高电平输出 输出端不能并联使用 OC门,2、OC门的结构特点,OC门输出并联实现线与,3、外接负载电阻RL的计算,3、外接负载电阻RL的计算,3、外接负载电阻RL的计算,三、三态输出门（Three state Output Gate,TS）,三态门的用途,