数字电子技术 门电路

《数字电子技术 门电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电子技术 门电路（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第三章第三章 门电路门电路3.13.1 导论导论3.23.2 分立元件门电路分立元件门电路3. 3.3 TTL3 TTL门电路门电路3.43.4 其它类型其它类型TTLTTL门电路门电路3. 3.5 CMOS5 CMOS逻辑门逻辑门3.13.1 导论导论逻辑门电路的分类：逻辑门电路的分类： 分立元件分立元件 集成逻辑门电路集成逻辑门电路 双极型双极型 MOS MOS1 1、按所采用的半导体器件进行分类、按所采用的半导体器件进行分类 采用双极型半导体器件作为元件采用双极型半导体器件作为元件, , 速度快、负载能力强，但功耗较速度快、负载能力强，但功耗较 大、大、 集成度较低。集成度较低。 采用金

2、属采用金属- -氧化物半导体场效应管氧化物半导体场效应管 作为元件。结构简单、制造方便作为元件。结构简单、制造方便 、集成度高、功耗低，但速度较、集成度高、功耗低，但速度较 慢。慢。双极型集成电路又可进一步可分为：双极型集成电路又可进一步可分为： DTLDTL 晶体管晶体管- -晶体管逻辑电路晶体管逻辑电路TTLTTL( (Transistor Transistor Transistor LogicTransistor Logic) )； 发射极耦合逻辑电路发射极耦合逻辑电路ECL(ECL(Emitter Emitter Coupled LogicCoupled Logic) )。 集成注入逻

3、辑电路集成注入逻辑电路I I2 2L L(Integrated (Integrated Injection Logic)Injection Logic) TTLTTL电路电路的的“ “性能价格比性能价格比” ”佳，应用广泛。佳，应用广泛。 MOSMOS集成电路又可进一步分为：集成电路又可进一步分为： PMOSPMOS( P-channel Metel Oxide Semiconductor)( P-channel Metel Oxide Semiconductor)； NMOSNMOS(N-channel Metel Oxide Semiconductor)(N-channel Metel O

4、xide Semiconductor)； CMOSCMOS(Complement Metal Oxide Semiconductor)(Complement Metal Oxide Semiconductor)。CMOSCMOS电路应用较普遍，不但适合通用电路应用较普遍，不但适合通用 逻辑电路的设计，而且综合性能最好逻辑电路的设计，而且综合性能最好 。 小规模集成电路（SSI） 09个二输入门 中规模集成电路（MSI） 1099个门大规模集成电路（LSI） 10010000门以上超大规模集成电路（VLSI） 超过10000个门2 2、按集成电路规模的大小进行分类、按集成电路规模的大小进行分类数

5、字集成电路数字集成电路两大类工艺技术的特点：速度 功耗集成度TTL 快 大 低MOS 慢 小 高目前最常用的工艺: CMOS按封装（外形）分：双列直插、扁平封装、表面封装、针式数字电路中关于高、低电平的概念数字电路中关于高、低电平的概念V VH H 高电平高电平 1 1V VL L 低电平低电平 0 0逻辑电平：逻辑电平：由半导体电子元器件组成的逻辑电路由半导体电子元器件组成的逻辑电路, , 表现为表现为“ “0 0” ”和和“ “1 1” ”两个不同的状态两个不同的状态, ,常用常用 一个电压范围表示叫做一个电压范围表示叫做逻辑逻辑0 0 和和逻辑逻辑 1 1, ,或叫做或叫做0 0态态和和

6、1 1态态，统称逻辑电平。，统称逻辑电平。逻辑电平不是物理量，而是物理量的相对表示。逻辑电平不是物理量，而是物理量的相对表示。表示的是一定的 电压范围，不是 一个固定值复习二极管开关特性复习三极管开关特性一、PN（二极管）的开关特性PNPN结外电 场外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与 PN结内电场方向相反，削弱了内电场。于是，内电场 对多数载流子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。 扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响， PN结呈现低阻性。内电 场PN 内电场IF正向导通内电场对多子扩散运 动的阻碍增强，扩散电流 大大减小。此时PN结区的 少子在内电场作用下形成 的漂移电流大于

7、扩散电流 ，可忽略扩散电流，PN结 呈现高阻性。PNPN结内电 场IS外电 场在一定的温度条件下 ，由本征激发决定的少子 浓度是一定的，故少子形 成的漂移电流是恒定的， 基本上与所加反向电压的 大小无关，这个电流也称 为反向饱和电流 IS 。PN 内电场反向截止饱和截止二、NPN三极管开关特性3.23.2 分立元件门电路分立元件门电路+12VABDADBRFuA uBuF 0V 0V0V 0V 3V0V 3V 0V0V 3V 3V3VA BF 0 00 0 10 1 00 1 11F=AB12VABDADB RFF=A+B晶体管非门电路(反相器)F=A+12VRcTRAAF+5VT1R1R2T

8、2T3T4 R3R4Yk4.6k1130k1AD3.3 TTL门电路一、结构与原理TTL非门TTL与非门电路二、特性ui/Vii/mA012 1 IISIIHIILIIH 输入高电平电流(输入漏电流40A)IIS 输入短路电流(1.6mA)IIL 输入低电平电流1、 输入伏安特性F+5Vuiii12、 输入端负载特性1 F+5VRiuiuiRb1T1+5VRiRi较小时，uiUT，ui=“1”临界时 ui=Ri+Rb1Ri(5Ube)=1.4Ron开门电阻，Ri Ron(2.5K)，ui为高电平。Roff 关门电阻，Ri Roff(0.8K)，ui为低电平。TTL门电路输入端悬空时为“1”。i

9、3、输出特性拉电流负载(输出高电平有效)IOHIOH 输出高电平电流(拉电流400A)灌电流负载(输出低电平有效)IOLIOL输出低电平电流(灌电流16mA)“0”“1”FR1“0”“1”F+5VR14、电压传输特性Vi1 FA Vo+5VRuo /V1234ui /V012UOHUOLUOHminUffUon开门电平 (输出低电平的最大值 0.4V )U0LmaxUonUff关门电平 (输出高电平的最小值 2.4V)uiuoUOHUOL理想化 UTUT 阈值电压(门槛电平)UT=1.4V三、门电路级联：前一个器件的输出就是后一个 器件的输入，后一个是前一个的负 载，两者要相互影响。“0”“1

10、”“0”II LIOLT4T5+5VT1+5VRb1II LIOLT4T5+5V“1”T1+5VRb1 IOHII H11“1”“0” IOHII H11负载能力的计算“1”IOHII HII HII HII HIOH=NIIHN=IOH/IIH=400/40=10“0”IOLII LII LII LII LIOL=NIILN=IOL/IIL=16/1.6=10N 扇出系数1&1 &直流参数低电平输入电流 IIL1.6 mA高电平输入电流 IIH 40 A 低电平输出电流 IOL16 mA高电平输出电流 IOH 400 uA低电平输出电压 VOL0.4V (10个负载)高电平输出电压 VOH

11、2.4V (10个负载) 传输延迟时间 AFA F理想波形实际波形tPd150%50%tPd2tpd1前沿传输延迟时间tpd2后沿传输延迟时间平均传输 延迟时间tpd=tpd1+tpd22FA1四、集电极开路（OC）与非门为什么需要OC门？普通与非门输出不能直接连在一起实现“线与”！F=F1F2 T4T5+5VF1T4T5+5VF2F?FF“1”“0”I T5饱和程度降低， 输出低电平抬高,输 出“不高不低”。T5电流过大 被烧毁。F11F21OC门电路+5VA B CT1R1R2T2R3T5F+VCCRCOC门必须外接电阻RC和电源VCC才能正常工作逻辑符号：&ABFABFOC门可以实现“线

12、与”F=F1F2VCCRCF&ABF1&CDF2RC的计算方法OC门输出全为“1”时：UOHIOHIOH T5集电极漏电流IIHIRCUOH=VCC IRCRC=VCC(nIOH+mIIH)RCRC UOH当UOH=UOHmin 时：RCmax=VCCUOHmin nIOH+mIIHVCCRCn个m个&RC的计算方法OC门输出中有 一个为“0”时：UOL“0 ” “1 ” “1 ”IOLIILIRCUOL=VCC-(IOL-mIIL)RCRC IOL UOL 当UOL=UOLmax 时：RCmin=VCCUOLmax IOL-mIILVCCRCn个m个&五、输出三态门主 机1外设23总线+5V

13、A BT1R1R2T2T3 T4T5 R3R5R4FDG1、工作原理G=0：F=ABG=1：T2、T5截止D导通,T3、T4截止输出呈现高阻状态。2、三态门符号A BENAF& EN ENBEN=0： F=ABEN=1：F=Z Z为高阻AF& EN ENBBENAFEN=1： F=ABEN=0：F=Z Z为高阻A BENBENAF3、三态门应用多路开关ENA11EN A2F1EN1G1G2三态门应用双向总线驱动器，又称收发器DIDODBE双向总线11ENEN六、六、 TTLTTL系列系列系 列延迟功耗乘 积(微微焦耳 )传输延 迟/ns功耗 /mW中速TTL(74)1001010 高速TTL(

14、74H)132622 肖特基(甚高速)TTL (74S)57319低功耗肖特基TTL (74LS)199.52* * 肖特基二极管利用特殊原理制成 的二极管。又称为金属-半导体二极管 这种二极管比pn结二极管有更高的使用 频率和开关速度，噪声低，但工作电流 较小，反向耐压较低。* *命名方式命名方式SN 74 ALS 00表明生产者为表明生产者为 德州仪器公司德州仪器公司5454：军用（：军用（-55-55125125）7474：商用（：商用（0 0 7070）子系列子系列逻辑功能：逻辑功能：0000：与非门：与非门3232：与门：与门0202：或门：或门0404：非门：非门等等* *封装形式

15、封装形式 双列直插封装双列直插封装 （DIPDIP） 扁平封装扁平封装 （QFPQFP） 阵阵阵阵列封装列封装 针针针针式式阵阵阵阵列列（PGAPGA） 球球栅阵栅阵栅阵栅阵 列列（BGABGA）实际的与非门器件74LS002输入4与非门74LS308输入与非门17148&17148&2 2-5 -5 CMOS逻辑门电路1CMOS非门VOVIVDDTPTN设VDD（VTN+|VTP|）， 且VTN=|VTP|（1）当Vi =0V时，TN截止， TP导通。输出VOVDD。（2）当Vi =VDD时，TN导通，TP截止，输出VO0V。增强型场效应管2.CMOS与非门和或非门电路与非门或非门FVDDTP2TP1TN1TN2AB TN1TN2TP1TP2VDDF AB带缓冲极的CMOS门与非门带缓冲极的CMOS门解决方法控制端： C=0 截止 高阻态（断开）C=1 导通 低阻态输入端与输出端对称，双向器件模拟开关：导通