哈工大《数字电路》课件第章门电路-课堂用-.docVIP

Harbin Institute of Technology 《数字电路》 课件----------------- 内部资料 第三章 门电路 在现代数字电子设备，如微机及各种数控装置中，执行逻辑及数字运算的电路，几乎都是选用各种功能的集成电路组装而成的。随着微电子技术的进步，集成电路不但性能日益改善，而且规模（即单位芯片面积中听容纳的晶体管数目）也不断增加，因而电路块的功能也愈显复杂。 众所周知，现代数字集成电路，就是在半导体硅一类材料的芯片上，用特殊工艺制造出大量晶体管，同时布上适当的连线，再经测试和封装而成。数字集成电路中的晶体管，多数是工作在开关状态的，与模拟电路中晶体管的小信号(线性)工作状态有很大的不同。 TTL，MOS及ECL。等类逻辑门的基本结构、工作原理、外部特性及应用知识。 3.1晶体管的开关特性及反相器 3.1.1 晶体二极管特性曲线及等效电路 作用：限幅、钳位 3.l.2 晶体管三极开关(反相器)及其特性 (1) 特性曲线的折线化和等效电路 NPN晶体管共射极开关电路，即反相器。 其中vi为输入控制方波 输入特性图(c) 输出特性图(d) 当电源电压Vcc及负载电阻Rc确定后，晶体管的工作点可以落在三种不同的区域，即放大(线性)区、饱和区及截止区，完全由基极电流来决定: ◆ 饱和区：iB≥IBS 临界饱和点: 集-射极间压降Vce很小 Vces≈0.2~0.3 ◆ 截止区：VBE 0 ◆ 饱和区、截止区等效电路 (4) 场效应管(FET)开关 特点：电压型，开关特性好，功耗低，容易集成 缺点：速度较慢 N沟道增强型MOS管反相器 RD可用有源负载代替 传输时延 3.2早期门电路 3.2.1二极管门电路 （a） F＝ABC （b） F＝A＋B＋C 3.2.2 电阻－晶体管逻辑门（RTL） 3.2.3 二极管－晶体管逻辑门（DTL） 3-3 晶体管—晶体管逻辑门(TTL) 3-3-1 TTL基本门的工作原理 （1）标准型TTL门电路 I区：输入级 II区：中间级 III区：输出级 (2) 快速型TTL 改进方法： T4微导通、电平移位 (3) 肖特基TTL门电路（S－TTL） 改进方法：利用肖特基管的抗饱和特性 (4) 低功耗肖特基 TTL门电路 （LS-TTL） (5) 高速TTL门电路（F-TTL） 3-3-2 TTL的外部特性 （1）电压传输特性 （2）输入、输出特性 输入 特性 多余输入端 的处理 输出特性： 门电路的驱动能力 输出为低电平时： 最大允许灌电流为 IOLmax 输出低电平扇出系数为： NOL＝IOLmax/IILmax 输出为高电平时： 最大允许拉电流为 IOHmax 输出高电平扇出系数为： NOH＝IOHmax/IIHmax （3）电源及功耗 3-3-3 TTL门电路的其它结构 （1）集电极开路门（OC门） 为什么要用OC门？ 功能：线与 输出逻辑直接相与 例3－4 （2）三态门（TS门） 三态门应用 3.3.4 其它TTL门电路 (2)异或门 3-3-5 集成电路的封装 3-4 射极耦合逻辑门（ECL） ECL门特性： 3-6 金属-氧化物-半导体逻辑门(MOSL) 3-6-2 静态CMOS门电路 CMOS传输门 CMOS三态反相器 3-6-3 NMOS逻辑门 3.7 TTL与ECL转换接口电路 23 由饱和经放大到截止时，电荷消散时间 (2) 分布电容对反相器的影响 (3) 开关特性 表3-1 二极管门电路的电平真值表 A B C F(V) A B C F(V) 0 0 0 0.7 VCC＝＋5V 0 0 0 0 0 0 5 0.7 VIL＝ 0V 0 0 5 4.3 0 5 0 0.7 VIH＝ 5V 0 5 0 4.3 0 5 5 0.7 0 5 5 4.3 5 0 0 0.7 5 0 0 4.3 5 0 5 0.7 5 0 5 4.3 5 5 0 0.7 5 5 0 4.3 5 5 5 5 5 5 5 4.3 VOHmin VOLmax IiHmax ICBO IOLmax IiLmax 图3-10 共射晶体管开关特性 结型FET：J-FET，主要用于模拟电路 金属-氧化物-半导体：MOS-FET，Metal Oxide Semiconductor－FET 主要用于数字电路 ON OC门的应用 C＝AB D＝A+B E＝AB+A+B F＝E＝AB+AB 阿爸AB 3-7-3双向总线收发器 F1 ＝A＋B F2 ＝A＋B （1）与或非门 F＝AB＋CD （3）施密特输入结构 VOHmin VOLmax I区 III区 II区