數(shù)字電路第2章邏輯門電路(已修改)
2025-05-25 02:10 本頁面
【正文】 第 2章 邏輯門電路 邏輯門：完成一些基本邏輯功能的電子電路?，F(xiàn)使用的 主要為 集成邏輯門 。 集成電路分類： 小規(guī)模集成電路 (SSI): 1~10門 /片 或 1~100個(gè)元件 /片； 1. 按規(guī)模分類 中規(guī)模集成電路 (MSI): 10~100門 /片 或 100~1000個(gè)元件 /片； 大規(guī)模集成電路 (LSI): 100~10000門 /片 或 1000~100000個(gè)元件 /片； 超大規(guī)模集成電路 (VLSI): 10000門 /片以上或 100000個(gè)元件 /片以上 . MOS型 (單極型 ) NMOS (NChannel MetalOxideSemiconductor) CMOS (Complement MetalOxideSemiconductor) 2. 按器件類型分類 雙極型 DTL (Diode Transistor logic) TTL (Transistor— Transistor Logic) ECL (Emitter Coupled Logic) 晶體管的開關(guān)特性 在數(shù)字電路中 ,常將半導(dǎo)體二極管 ,三極管和場(chǎng)效應(yīng)管作 為開關(guān)元件使用。 理想開關(guān) : 接通時(shí)阻抗為 零 。斷開時(shí)阻抗為 無窮大 。 兩狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間為 零 。 實(shí)際半導(dǎo)體開關(guān) : 導(dǎo)通時(shí)具有一定的 內(nèi)阻 。截止時(shí)有一定 的 反向電流 。兩狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換需要 時(shí)間 。 半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性 下面以硅二極管為例 D (1) 導(dǎo)通條件及導(dǎo)通時(shí)的特點(diǎn) ID(mA) VD VO 0 硅二極管伏安特性 D + Vi R 電路圖 + Vi R VD 近似等 效電路 + Vi R K 簡化等 效電路 (2) 截止條件及截止時(shí)的特點(diǎn) D + Vi R 電路圖 + Vi R K 簡化等 效電路 (3) 開關(guān)時(shí)間 ① 開啟時(shí)間 : 由反向截止轉(zhuǎn)換為正向?qū)ㄋ枰臅r(shí)間 . 二極管的開啟時(shí)間很小 ,可忽略不計(jì)。 ② 關(guān)斷時(shí)間 : 由正向?qū)ㄞD(zhuǎn)換為反向截止所需要的時(shí)間。 二極管的關(guān)斷時(shí)間大約 幾納秒 。 RC IC Rb IB Vi Vo Vcc 三極管開關(guān)電路 (1) 飽和導(dǎo)通條件及飽和時(shí)的特點(diǎn) 飽和導(dǎo)通條件 : IB≥IBS= ICS β ≈ VCC βRC 飽和導(dǎo)通時(shí)的特點(diǎn) : VBE≈ VCE=VCES=~ 發(fā)射極和集電極之間如同閉合的開關(guān) 半導(dǎo)體三極管的開關(guān)特性 (2) 截止條件及截止時(shí)的特點(diǎn) 截止條件 : VBE (硅三極管發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓 ) 截止時(shí)的特點(diǎn) : 發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為反向偏置 ,IB≈IC≈0, 發(fā)射極和集電極之間如同斷開的開關(guān)。 + _ + _ ~ b c e 飽和時(shí) e c b 截止時(shí) 三極管開關(guān)的近 似直流等效電路 (3) 開關(guān)時(shí)間 開啟時(shí)間 ton : 三極管由截止到飽和所需要的時(shí)間 , 納秒 (ns)級(jí)。 關(guān)斷時(shí)間 toff : 三極管飽和由到截止所需要的時(shí)間 , 納秒 (ns)級(jí) , toff ton 。 toff的大小與工作時(shí)三極管飽和導(dǎo)通的深度有關(guān) ,飽和程度越深 , toff 越長 ,反之則越短。 MOS管的開關(guān)特性 G S D RD VCC MOS管的三個(gè)工作區(qū)： 截止區(qū)；非飽和區(qū)；飽和區(qū)。 MOS管作開關(guān)使用時(shí)，通常工作在 截止 區(qū)和 非飽和 區(qū)。 數(shù)字集成電路中常用的 MOS管為 P溝道增強(qiáng)型和 N溝道增強(qiáng)型。 NMOS 管開關(guān) 電路 (1) 導(dǎo)通條件及導(dǎo)通時(shí)的特點(diǎn) (以 NMOS管為例 ) 導(dǎo)通條件 : VGS VTN (VTN為 NMOS管的開啟電壓 ) 導(dǎo)通時(shí)的特點(diǎn) : 在開關(guān)電路中 ,MOS管導(dǎo)通時(shí)一般工作在非飽和區(qū) ,這時(shí)要求 VGS VTN +VDS ,導(dǎo)通電阻 RDS為 幾百 歐姆。 (2) 截止條件及截止時(shí)的特點(diǎn) 截止條件 : VGS VTN 截止時(shí)的特點(diǎn) : 漏 — 源之間沒有形成導(dǎo)電溝道 ,呈高阻狀態(tài) ,阻值一般為 109~1010Ω,MOS管截止。 NMOS管開關(guān)近 似直流等效電路 VDD RD RDS D G S (幾百 Ω) 導(dǎo)通狀態(tài) VDD RD D G S 截止?fàn)顟B(tài) (3) 開關(guān)時(shí)間 MOS管本身的開關(guān)時(shí)間很小 .組成開關(guān)電路時(shí) ,由于管子間的 寄生電容 和 布線電容 的存在 ,加上 MOS管的輸入、輸出阻抗較大 ,使輸入、輸出電路的 充放電時(shí)間常數(shù) 增加 ,影響了開關(guān)時(shí)間。 分立元件門電路 二極管門電路 1. 二極管與門 amp。 A B C F 邏輯符號(hào) DA DB DC RO VCC(5V) A B C F 原理圖 假設(shè) ：二極管為理想開關(guān)； 輸入信號(hào) VIL=0V,VIH=3V. 綜上所述 :
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