第三章 数字电路 门电路.ppt

3.1 概述 1. 门电路 门电路：实现基本运算、复合运算的单元电路，如与门、与非门、或门 ······ 2. 获得高、低电平的方法 正逻辑：高电平表示1，低电平表示0负逻辑：高电平表示0，低电平表示1 3.2.1 二极管的开关特性 3.2.1 二极管的开关特性 二极管的开关等效电路： 二极管的动态电流波形： 3.2.2 二极管与门 3.2.3 二极管或门 二极管构成的门电路的缺点 电平有偏移 带负载能力差 只用于IC内部电路 3.3 CMOS门电路3.3.1 MOS管的开关特性 一、MOS管的结构 N沟道增强型： P沟道增强型： 二、输入特性和输出特性 漏极特性曲线（分三个区域） 截止区 恒流区 可变电阻区 截止区：VGSVGS(th)，iD = 0, ROFF 109Ω 恒流区： iD 基本上由VGS决定，与VDS 关系不大 可变电阻区：当VDS 较低（近似为0）， VGS 一定时，这个电阻受VGS 控制、可变。 三、MOS管的基本开关电路 四、等效电路 3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理 一、电路结构 3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理 工作原理： 二、电压、电流传输特性 三、输入噪声容限 结论：可以通过提高VDD来提高噪声容限 3.3.3 CMOS 反相器的静态输入和输出特性 一、输入特性 二、输出特性 课堂思考： 3.3.4 CMOS反相器的动态特性 一、传输延迟时间 二、动态功耗 3.3.5 其他类型的CMOS门电路 一、其他逻辑功能的门电路 带缓冲极的CMOS门 (1) 与非门 带缓冲极的CMOS门 (2) 解决方法 二、漏极开路的门电路（OD门） 1.可以将输出并联使用，实现线与连接。2. 使用时需要外接RL和VDD,且VDD可以不等于OD门的VDD。 三、 CMOS传输门及双向模拟开关 1. 传输门 四、三态输出门( TS ) 三态门的用途 3.3.6 CMOS门电路的正确使用 一、输入电路的静电防护 3.3.7 CMOS数字集成电路的各种系列 一、早期的4000系列，如CD4060 双极型三极管的开关特性 （BJT, Bipolar Junction Transistor） 一、双极型三极管的基本开关电路 工作状态分析： 图解分析法： 二、三极管的开关等效电路 三、动态开关特性 四 、三极管反相器 三极管的基本开关电路就是非门 实际应用中，为保证 VI=VIL时T可靠截止，常在 输入接入负压。 3.5.2 TTL反相器的电路结构和工作原理 一、电路结构 二、电压传输特性 需要说明的几个问题： 三、输入噪声容限 例：扇出系数（Fan-out）， 试计算门G1能驱动多少个同样的门电路负载。 3.5.4 TTL反相器的动态特性 一、传输延迟时间 1、现象 二、交流噪声容限 当输入信号为窄脉冲，且接近于tpd时，输出变化跟不上，变化很小，因此交流噪声容限远大于直流噪声容限。 三、电源的动态尖峰电流 3.5.5其他类型的TTL门电路 一、其他逻辑功能的门电路 1. 与非门 2. 或非门 习题3.13 习题3.13 二、集电极开路的门电路 1、推拉式输出电路结构的局限性 ① 输出电平不可调 ② 负载能力不强，尤其是输出高电平 ③ 输出端不能并联使用 2、OC门的 结构特点 OC门实现的线与 三、三态输出门（Three state Output Gate ,TS） 三态门的用途 课堂思考： 一、高速系列74H/54H （High-Speed TTL） 电路的改进 (1)输出级采用复合管（减小输出电阻Ro） (2)减少各电阻值 2. 性能特点 速度提高但功耗也增加 。 二、肖特基系列74S/54S（Schottky TTL） 电路改进 采用抗饱和三极管 用有源泄放电路代替74H系列中的R3 减小电阻值 2. 性能特点 速度进一步提高，电压传输特性没有线性区，功耗增大 三、低功耗肖特基系列 74LS/54LS （Low-Power Schottky TTL） 四、74AS,74ALS （Advanced Low-Power Schottky TTL） · · · 2.5 其他类型的双极型数字集成电路* DTL：输入为二极管门电路，速度低，已经不用 HTL：电源电压高，Vth高，抗干扰性好，已被CMOS替代 ECL