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1、第12章 集成逻辑门电路,12.1 半导体二极管和晶体管的开关特性 12.2 TTL“与非”门电路 12.3 场效应晶体管与MOS逻辑门 12.4 正逻辑与负逻辑,12.1 半导体二极管和晶体管的开关特性,12.1.1 晶体二极管的开关特性 12.1.2 晶体管的开关特性 12.1.3 由二极管与晶体管组成的基本逻辑门电路,12.1.1 晶体二极管的开关特性,12.1.1.1 晶体二极管开关的静态特性曲线 12.1.1.2 二极管的瞬态开关特性 12.1.1.3 产生反向恢复过程的原因,图12-1 二极管的静态特性曲线,12.1.1.1 晶体二极管开关的静态特性曲线,图12-2 二极管线性化
2、特性曲线,12.1.1.1 晶体二极管开关的静态特性曲线,图12-3 理想二极管的伏安特性,12.1.1.1 晶体二极管开关的静态特性曲线,12.1.1.2 二极管的瞬态开关特性,1)当tt1时，ui=UF，二极管正向导通，此时 2)当t=t1瞬间，输入电压ui(t)突然由UF跃降到-UR，在满足条件rRR的条件下，如果二极管是一个理想开关，则通过它的电流应从UF/R突然下降到-IS，二极管上的压降则应近似等于所加的反向电压-UR，其iD(t)、uD(t)的理想波形如图12-5b、c所示。 3)当t=t2时，输入电压ui(t)由-UR返回到UF，二极管将由反向截止过渡到正向导通。,12.1.1
3、.2 二极管的瞬态开关特性,图12-4 二极管开关电路,图12-5 理想二极管的开关特性,12.1.1.2 二极管的瞬态开关特性,图12-6 二极管的瞬态开关特性,12.1.1.2 二极管的瞬态开关特性,图12-7 二极管多余的少数载流子浓度分布,12.1.1.3 产生反向恢复过程的原因,12.1.2 晶体管的开关特性,12.1.2.1 晶体管的稳态开关特性 12.1.2.2 晶体管的瞬态开关特性,12.1.2.1 晶体管的稳态开关特性,图12-8 基本单管共射电路及其传输特性,12.1.2.2 晶体管的瞬态开关特性,1.延迟时间(Delay 2.上升时间tr的产生 3.存储时间ts的产生 4
4、.下降时间tf的产生,12.1.2.2 晶体管的瞬态开关特性,图12-9 晶体管的瞬态开关特性,12.1.3 由二极管与晶体管组成的基本逻辑门电路,12.1.3.1 二极管“与”门和“或”门电路 12.1.3.2 晶体管“非”门电路 12.1.3.3 复合门电路,12.1.3.1 二极管“与”门和“或”门电路,1.“与”门电路 2.“或”门电路,1.“与”门电路,图12-10 二极管“与”门电路,2.“或”门电路,图12-11 二极管“或”门电路,12.1.3.2 晶体管“非”门电路,图12-12 晶体管“非”门电路,12.1.3.3 复合门电路,图12-13 DTL“与非”门电路,12.2
5、TTL“与非”门电路,12.2.1 典型TTL“与非”门电路 12.2.2 TTL“与非”门的电压传输特性 12.2.3 TTL“与非”门的主要参数 12.2.4 TTL门电路的改进 12.2.5 集电极开路TTL电路(OC门) 12.2.6 三态TTL门(TSL门),12.2.1 典型TTL“与非”门电路,12.2.1.1 电路结构 12.2.1.2 TTL“与非”门的工作原理,12.2.1.1 电路结构,图12-14 典型TTL“与非”门电路,12.2.1.2 TTL“与非”门的工作原理,图12-15 输入全为高电平时的工作情况,12.2.2 TTL“与非”门的电压传输特性,图12-16
6、TTL“与非”门的传输特性,12.2.3 TTL“与非”门的主要参数,1.输出高电平UOH 2.输出低电平UOL 3.输入端短路电流IIS 4.扇出系数N 5.空载功耗 6.开门电平Uon 7.关门电平Uoff 8.高电平输入电流IIH 9.平均传输延迟时间tpd,图12-17 平均传输延迟时间的定义,12.2.3 TTL“与非”门的主要参数,12.2.4 TTL门电路的改进,图12-18 浅饱和TTL电路,12.2.4.1 浅饱和TTL电路,1.提高工作速度 2.提高抗干扰能力,12.2.4.1 浅饱和TTL电路,图12-19 浅饱和TTL电路的传输特性,12.2.4.2 肖特基TTL电路,
7、图12-20 肖特基TTL电路,12.2.5 集电极开路TTL电路(OC门),1.求负载电阻的最大值RLmax 2.求负载电阻的最小值RLmin,12.2.5 集电极开路TTL电路(OC门),图12-21 两个TTL“与非” 门输出端并联,12.2.5 集电极开路TTL电路(OC门),图12-22 集电极开路TTL电路(OC门),图12-23 输出端为高电平,12.2.5 集电极开路TTL电路(OC门),图12-24 输出端为低电平,12.2.5 集电极开路TTL电路(OC门),12.2.6 三态TTL门(TSL门),图12-25 TSL门,12.2.6 三态TTL门(TSL门),表12-1
8、TSL门的真值表,12.2.6 三态TTL门(TSL门),图12-26 三态门用于总线传输,12.3 场效应晶体管与MOS逻辑门,12.3.1 N沟道增强型MOS管的开关特性 12.3.2 NMOS反相器 12.3.3 CMOS逻辑门电路,12.3.1 N沟道增强型MOS管的开关特性,12.3.1.1 NMOS管的开关作用 12.3.1.2 NMOS管的开关时间,12.3.1.1 NMOS管的开关作用,1.工作原理 2.特性曲线与电流方程,12.3.1.1 NMOS管的开关作用,图12-27 绝缘栅场效应晶体管的结构及符号,1.工作原理,图12-28 =0时对导电沟道的影响,1.工作原理,图1
9、2-29 是大于的某一值时对的影响,2.特性曲线与电流方程,图12-30 N沟道增强性MOS管的特性曲线,2.特性曲线与电流方程,图12-31 NMOS管开关电路,12.3.2 NMOS反相器,12.3.2.1 负载管工作在饱和状态 12.3.2.2 负载管工作在非饱和区,12.3.2.1 负载管工作在饱和状态,图12-32 负载管工作于饱和 状态时的倒相器,12.3.2.1 负载管工作在饱和状态,图12-33 V管的伏安特性,12.3.2.2 负载管工作在非饱和区,1)当负载管工作于非饱和状态的倒相器，输出的高电平为UDD，它比负载管工作于饱和状态时的倒相器的输出高电平要高出一个开启电平UT
10、，因而可得到大的输出幅度。 2)对于负载管工作在非饱和状态的电路，当倒相器从饱和状态转向截止时，负载管的导通电阻Ron不会变得很大(参考有关书籍，通过负载线可得)，倒相器的关闭时间要比负载管工作于饱和状态时小，从而提高了倒相器的工作速度。 3)负载管工作在非饱和状态电路的明显缺点是需要两个电源。,12.3.2.2 负载管工作在非饱和区,图12-34 非饱和型负载 倒相器,12.3.3 CMOS逻辑门电路,图12-35 CMOS反相器,12.3.3.1 CMOS反相器,1)无论输入是高电平 2)两管总是一个管子充分导通，这使得输出端的等效电容CL能通过低阻抗充放电，改善了输出波形，同时提高了工作
11、速度。 3)由于输出低电平约为0V，输出高电平为UDD，因此，输出高电平时的电压值大。,图12-36 CMOS反相器电压 的传输特性,12.3.3.2 CMOS“与非”门电路,12.3.3.3 CMOS“或非”门电路,图12-37 CMOS“与非”门,12.3.3.3 CMOS“或非”门电路,图12-38 CMOS“或非”门,12.3.3.3 CMOS“或非”门电路,图12-39 CMOS传输门,12.3.3.4 CMOS传输门电路,1)当c端接低电平(-5V)时，VTN的栅压为-5V(c端)，ui为-55V范围内的任意值，VTN不导通。 2)当c端接高电平(5V)时，此时VTN的栅压为5V(
12、c端)，ui为-55V范围内的任意值，VTN导,图12-40 CMOS模拟开关,12.3.3.4 CMOS传输门电路,1)利用CMOS传输门构成三态门电路，如图12-41所示。 2)利用CMOS倒相器(由VT1、VT2构成)附加一个PMOS管和一个NMOS管构成三态门电路，如图12-42所示。,12.3.3.5 CMOS三态门电路,图12-41 用CMOS传输门 构成三态门,12.3.3.5 CMOS三态门电路,图12-42 附加MOS管构成三态门,12.3.3.5 CMOS三态门电路,12.4 正逻辑与负逻辑,12.4.1 正负逻辑的基本概念 12.4.2 正负逻辑变换规则,12.4.1 正
13、负逻辑的基本概念,图12-43 逻辑电平和逻辑极性,12.4.2 正负逻辑变换规则,1)正逻辑“与”门等同于负逻辑“或”门。 2)正逻辑“或”门等同于负逻辑“与”门。 3)正逻辑“与非”门等同于负逻辑“或非”门。 4)正逻辑“或非”门等同于负逻辑“与非”门。 5)正逻辑“异或”门等同于负逻辑“同或”门。 6)正逻辑“同或”门等同于负逻辑“异或”门。 (1)A接10V，B接0.3V，输出Uo为多少伏？ (2)A、B都接10V，输出Uo为多少伏？ (3)A接0.3V，B悬空，测UB为多少伏。,12.4.2 正负逻辑变换规则,图12-44 二极管门电路,12.4.2 正负逻辑变换规则,表12-2 电平高低表示的真值表,12.4.2 正负逻辑变换规则,表12-3 电路正逻辑表示的真值表,12.4.2 正负逻辑变换规则,表12-4 电路负逻辑表示的真值表,图12-45 正负逻辑符号对比,12.4.2 正负逻辑变换规则,图12-46 例12-1逻辑图,12.4.2 正负逻辑变换规则,
