【正文】 第二講 邏輯門(mén)電路 基本要求 了解分立元件與 、 或 、 非 、 或非 、 與非門(mén)的電路組成 、 工作原理 、 邏輯功能及其描述方法； 掌握邏輯約定及邏輯符號(hào)的意義； 熟練掌握 TTL與非門(mén)典型電路的分析方法 、 電壓傳輸特性 、輸入特性 、 輸入負(fù)載特性 、 輸出特性；了解噪聲容限 、 TTL與非門(mén)性能的改進(jìn)方法； 掌握 OC門(mén) 、 三態(tài)門(mén)的工作原理和使用方法 ， 正確理解 OC門(mén)負(fù)載電阻的計(jì)算及線與 、 線或的概念； 掌握 CMOS反相器 、 與非門(mén) 、 或非門(mén) 、 三態(tài)門(mén)的邏輯功能分析 ， CMOS反相器的電壓及電流傳輸特性； 邏輯約定 數(shù)字電路中關(guān)于高、低電平的概念 VH —— 高電平 1 VL —— 低電平 0 邏輯電平： 由半導(dǎo)體電子元器件組成的邏輯電路 ,表現(xiàn)為 “ 0”和 “ 1”兩個(gè)不同的狀態(tài) ,常用一個(gè)電壓范圍表示叫做 邏輯 0 和 邏輯 1,或叫做 0態(tài) 和 1態(tài) ，統(tǒng)稱邏輯電平。 邏輯電平不是物理量，而是物理量的相對(duì)表示。 表示的是一定的電壓范圍，不是一個(gè)固定值 邏輯門(mén)電路的分類： ? 分立元件 ? 集成邏輯門(mén)電路 ? 雙極型 —— ? MOS —— 按所采用的半導(dǎo)體器件進(jìn)行分類 采用雙極型半導(dǎo)體器件作為元件 ,速度快、負(fù)載能力強(qiáng)，但功耗較大、 集成度較低。 采用金屬 氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管作為元件。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、集成度高、功耗低，但速度較慢。 雙極型集成電路又可進(jìn)一步可分為： ? 二極管 晶體管邏輯電路 DTL (Diode Transistor Logic ) ? 晶體管 晶體管邏輯電路 TTL (Transistor Transistor Logic)； ? 發(fā)射極耦合邏輯電路 ECL(Emitter Coupled Logic)。 ? 集成注入邏輯電路 I2L(Integrated Injection Logic) MOS集成電路又可進(jìn)一步分為： ? PMOS( Pchannel Metal Oxide Semiconductor)； ? NMOS(Nchannel Metal Oxide Semiconductor)； ? CMOS(Complement Metal Oxide Semiconductor)。 CMOS電路應(yīng)用較普遍 ， 不但適合通用邏輯電路的設(shè)計(jì) ， 而且綜合性能最好 。 小規(guī)模集成電路（ SSI） 0~9個(gè)二輸入門(mén) 中規(guī)模集成電路（ MSI） 10~99個(gè)門(mén) 大規(guī)模集成電路（ LSI） 100個(gè)門(mén)以上 超大規(guī)模集成電路（ VLSI） 超過(guò) 1000個(gè)門(mén) 按集成電路規(guī)模的大小進(jìn)行分類 數(shù)字集成電路 二 、三極管的開(kāi)關(guān)特性 第一節(jié) 二極管和三級(jí)管的開(kāi)關(guān)特性 一、二極管的開(kāi)關(guān)特性 ? TTL管的開(kāi)關(guān)特性 ? MOS管的開(kāi)關(guān)特性 u iRV Di D二極管的開(kāi)關(guān)特性 理想： ? 接通時(shí)，接觸電阻為 0，無(wú)壓降 ? 斷開(kāi)時(shí)，接觸電阻為 ∞ ，無(wú)電流 實(shí)際： ? 0ui≦U th時(shí)，二極管截止 ? uiUth后，二極管導(dǎo)通，當(dāng) Uth=， iD=()/R，二極管VD可等效為一個(gè)有 ? ui0時(shí)，二極管反向截止，等效為一個(gè)斷開(kāi)的開(kāi)關(guān) 一、二極管的開(kāi)關(guān)特性 i D / m A3 02 01 0U t h0 . 8u D / V0 . 0 10 . 0 2I R 在動(dòng)態(tài)情況下，即當(dāng)給二極管加上突變的電壓時(shí)，二極管的動(dòng)態(tài)特性如右圖所示 ,① 當(dāng)外加電壓由反向突然變?yōu)檎驎r(shí)，要等到 PN結(jié)內(nèi)部建立起足夠的電荷梯度后才能產(chǎn)生擴(kuò)散電流；② 當(dāng)外加電壓由正向突然變?yōu)榉聪驎r(shí)，由于 PN結(jié)內(nèi)堆積了一定數(shù)量的存儲(chǔ)電荷，有較大的瞬態(tài)反向電流，隨著電荷的消散，反向電流迅速減小并趨于零。人們把反向電流從峰值衰減到峰值的十分之一所經(jīng)過(guò)的時(shí)間定義為反向恢復(fù)時(shí)間 。 ret二極管的動(dòng)態(tài)特性 二 、三極管的開(kāi)關(guān)特性 ? TTL管的開(kāi)關(guān)特性 ? MOS管的開(kāi)關(guān)特性 （ 1） TTL管的開(kāi)關(guān)特性 u iV ccRcbceRbibu oi c在數(shù)字電路中，三極管常常工作于 截止和飽和狀態(tài)，并在這兩個(gè)狀態(tài) 之間進(jìn)行快速轉(zhuǎn)換。 +V CCR C+++NP N型硅三極管飽和時(shí)各電極電壓工作狀態(tài) 截止 放大 飽和 條件 ib ≈ 0 0ibIcs/ β ibIcs/β 偏置情況 發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反偏 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏 發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正偏 集電極電流 ic ≈ 0 ic=ib β ic=Ics ≈ Vcc/Rc且不隨ib增加改變 管壓降 Vce=Vcc Vce=VccicRc Vce ≈ C、 e間等效內(nèi)阻 很大，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi) 恒流源 很小，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉和 下圖示出了一個(gè)用雙極型三極管及其特性曲線 ?？芍?， 三極管可分別工作在飽和區(qū) 、 放大區(qū) 、 及截止區(qū) ， 開(kāi)關(guān)電路中 ， 三極管分別工作在飽和區(qū)和截止區(qū) 。 三極管開(kāi)關(guān)電路 三極管的特性曲線 u iV ccRcbceRbibu oi cib=0 ib=ics/β ib=20uA 在分析三極管開(kāi)關(guān)電路時(shí)，往往用左圖所示電路來(lái)等效三極管開(kāi)關(guān)電路。動(dòng)態(tài)時(shí)，即三極管在截止與飽和兩種狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)換時(shí)，三極管內(nèi)部電荷的建立和消散都需要一定的時(shí)間，所以集電極電流的變化往往滯后于輸入電壓的變化，因而輸出電壓 uo也必定滯后輸入電壓，如右圖所示。 三極管開(kāi)關(guān)的等效電路 三極管電路的動(dòng)態(tài)特性 (a) 截止?fàn)顟B(tài) (b)飽和狀態(tài) （ 2） MOS管的開(kāi)關(guān)特性 MOS管是金屬－氧化物－半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管 (Metaloxidesemiconductor FieldEffect Transistor)的簡(jiǎn)稱，因?yàn)樗挥幸环N載流子參與導(dǎo)電故也稱單極型三極管。 由 MOS管的輸出特性曲線可知，它在工作時(shí)也有三個(gè)區(qū)：可變電阻區(qū)（飽和區(qū)）、恒流區(qū)（放大區(qū)）及截止區(qū)，如左圖所示。在開(kāi)關(guān)電路中， MOS管分別工作在截止區(qū)和可變電阻區(qū)。MOS管的開(kāi)關(guān)電路見(jiàn)右圖。 實(shí)際電路中往往用下圖所示電路來(lái)等效 MOS的開(kāi)關(guān)電路，圖中 Ci表示 MOS管的柵極輸入電容。 Ci的值約為幾皮法。由于開(kāi)關(guān)電路的輸出端不可避免地帶有一定的負(fù)載電容，加之柵極輸入電容 Ci的影響，所以在動(dòng)態(tài)情況下，輸出電流 iD及輸出電壓 UDS都將滯后于輸入電壓的變化。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 18 A pr 2022 S he e t of F i l e : C : \ P r ogr a m F i l e s \ D e s i gn E xpl or e r 99 S E \ E xa m p l e s \ z xj .ddbD r a w n B y:dsg( b)dsg(a)RonCi Ci MOS管的開(kāi)關(guān)等效電路 (a) 截止?fàn)顟B(tài) (b) 飽和狀態(tài) TTL管的開(kāi)關(guān)特性等效圖 NPN型 bceUI=Ub’e （ b端接電阻后為 b’端） UI=0V，開(kāi)關(guān)打開(kāi) UI=5V，開(kāi)關(guān)合上 bcePNP型 UI=Ub’e （ b端接電阻后為 b’端） UI=0V，開(kāi)關(guān)打開(kāi) UI=5V，開(kāi)關(guān)合上 其實(shí)， NPN和 PNP型BJT具有幾乎相同的特征，只不過(guò)各電極端的電壓極性和電流流向不同而已 二、三極管的開(kāi)關(guān)特性等效圖 b c e MOS管的開(kāi)關(guān)特性等效圖 同樣， NMOS和 PMOS管具有幾乎相同的特征，只不過(guò)各電極端的電壓極性不同而已 GDSPMOS UI=UGS UI=0V，開(kāi)關(guān)打開(kāi) UI=5V，開(kāi)關(guān)合上 NMOS UI=UGS UI=0V，開(kāi)關(guān)打開(kāi) UI=5V，開(kāi)關(guān)合上 GDS G D S 一、二極管與門(mén)和或門(mén)電路 1． 與門(mén)電路 第二節(jié) 分立元件邏輯門(mén)電路 LAB+VDD3k Ω（ + 5 V ）RCC21amp。ABL = A B2．或門(mén)電路 ABLDD12R3k ΩABL = A + B≥1二、三極管非門(mén)電路 +VALT123RR bCCC（ + 5 V ）A L = A L = AA