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数字电子技术概述—门电路

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3 门电路

3 门电路
N OH I OHmax (drive) I IH (load)

总的扇出系数是高、低电平状态下扇出系数中较小 的一个。
N O min( N OL , N OH )

IOLmax: 保证输出不高于VOLmax的低电平最大灌电流。 IOHmax:保证输出不低于VOHmin的高电平最大拉电流。
Digital Electronics Technology 2013-8-4
2013-8-4
电工理论与应用电子系
Digital Electronics Technology
3.3. 2 CMOS反相器的电路结构和工作原理 二、电压、电流传输特性
AB段：VI VGS (TH ) N
BC段：转折区 T1导通，T2截止 VO VOH VDD 阈值电压UTH≈VDD/2 CD段：VI VDD VGS ( TH ) P 转折区中点：电流最大 T2导通，T1截止 VO VOL 0
BC段：VGS (TH ) N VI VDD VGS (TH ) P T1 , T2同时导通 1 1 若T1 , T2参数完全对称， I VDD时，VO VDD V 2 2 CMOS反相器在使用 时应尽量避免长期工 作在BC段。
3.3. 2 CMOS反相器的电路结构和工作原理 三、输入噪声容限
1. 与非门
A B
T1 T2 T3 T4
Y
0 0 通 不 通 不 1 0 1 通 不 不 通 1 1 0 不 通 通 不 1 1 1 不 通 不 通 0
3.3.5 其他类型的CMOS门电路 2.或非门
A B
T1 T2 T3 T4
Y
0 0 通 不 通 不 1
0 1 通 不 不 通 0 1 0 不 通 通 不 0 1 1 不 通 不 通 0

(数字电子技术基础)第2章. 门电路

(数字电子技术基础)第2章. 门电路
（2-13）
• 小规模集成电路(SSI-Small Scale 小规模集成电路(SSI(SSI Integration)， 每片组件内包含10~100 10~100个元件 Integration)， 每片组件内包含10~100个元件 10~20个等效门 个等效门) (或10~20个等效门)。 • 中规模集成电路(MSI-Medium Scale 中规模集成电路(MSI (MSIIntegration)，每片组件内含100~1000 100~1000个元件 Integration)，每片组件内含100~1000个元件 20~100个等效门 个等效门) (或20~100个等效门)。 • 大规模集成电路(LSI-Large Scale 大规模集成电路(LSI (LSIIntegration)， 每片组件内含1000~100 000个 Integration)， 每片组件内含1000~100 000个 元件( 100~1000个等效门 个等效门) 元件(或100~1000个等效门)。 • 超大规模集成电路(VLSI-Very Large Scale 超大规模集成电路(VLSI (VLSIIntegration)， 每片组件内含100 000个元件 Integration)， 每片组件内含100 000个元件 1000个以上等效门 个以上等效门) (或1000个以上等效门)。
•
+5V
R1
T1
T5 R3
•
（2-30）
前级
后级
灌电流的计算
饱和
I OL
5 − T5压降 − T1的be结压降 = R1
5 − 0.3 − 0.7 ≈ 1.4mA = 3
（2-31）
关于电流的技术参数
名称及符号 输入低电平电流 IiL 输入高电平电流 IiH IOL 及其极限 IOL（max） IOH 及其极限 IOH (max) 含义 输入为低电平时流入输 入端的电流-1 入端的电流 .4mA。 。 输入为高电平时流入输 入端的电流几十 几十μ 。 入端的电流几十μA。 当 IOL> IOL(max)时，输出 不再是低电平。 不再是低电平。 当 IOH >IOH(max)时， 输出 不再是高电平。 不再是高电平。

数字电子技术 (2)

数字电子技术 (2)

杂质硅的原子图象和能带图 a) N型半导体 b) P型半导体
半导体 N型 P型
所掺杂质 施主杂质 受主杂质
多数载流子 （多子） 电子 空穴
少数载流子 （少子） 空穴 电子
特性
电子浓度nn≥空 穴浓度pn
电子浓度np≤空 穴浓度pp
PN结
1. PN结的形成
—— 空穴
—— 电子 —— 受主离子 —— 施主离子
Vbe
Vbc
截止 反偏 反偏， ib＝ic ＝0，开关断开。 放大 正偏 反偏， ic ＝ βib， 线性放大。 饱和 正偏 正偏， ib >Ibs ， 开关闭合。
Vcc Vces ib I bs RC
,
Vces 0.7V
双极型三极管开关等效电路（理想情况下）
开关 闭合
当VI为高电平VIH时， T饱和
v1 VEE v B v1 R1 R1 R2
总结： 1. V1=V1L=0V 时 ，Vbe= -2V， 此时加在b-e结上的是反向电压，T可靠截止； ic=0, Vo= Vcc =VoH=5V
2. V1=V1H=5V 时 , Vbe=1.8V>VON , T导通，
是否深度饱和？ V VON ib cc 0.44 mA RB
(2) 关闭时间toff 三极管从饱和到截止所需的时间。 toff = ts +tf ts ：存储时间（几个参数中最长的；饱和越深越长） tf ：下降时间
toff > ton 。 开关时间一般在纳秒数量级。高频应用时需考虑。 四. MOS管的开关特性(调到3.5节前讲)
§3—3 最简单的与、或、非门电路
0V 5V
D2 D 1
+VCC （+5V） R 3kΩ

数字电路第1章数字电路概述

数字电路第1章数字电路概述
分立元件电路是将独立的晶体管、电阻等元器件用
导线连接起来的电路；
集成电路是将元器件及导线均采用半导体工艺 集成制作在同一硅片上，并封装于一个壳体内的 电路。一块芯片上集成的元器件数量的多少，称 为集成电路的集成度。
小规模集成电路(SSI， 数十器件/片) 中规模集成电路(MSI， 数百器件/片)
JHR
第1章 数字电子技术概述
一、本章主要介绍内容
1.数字电子技术与模拟电子技术的区别，数字 信号和数字电路的基本概念。
2.半导体器件（二极管、三极管、MOS管）在 数字电路中主要工作于开关状态，重点介绍它们的 开关运用特性。 3.数字系统中信息可分为数值和文字符号两大 类。数值的计数体制常用的有二进制、十进制、十 六进制，重点介绍它们的
方法二：按位、权值进行转换。 在十进制数中，小数点左侧第一位称为个位，其 权值为100，第二位称为十位，其权值为101，依
此类推。
例如：十进制数3954代表：
3 9 5 4
（3103）＋（9102）＋（5101）＋（4100） （31000）＋（9100）＋（510）＋（41） 3000 ＋ 900 ＋ 50 ＋ 4＝3954
3.八进制数
数码：0、1、2、3、4、5、6、7、八个数码。 基数：8 计数规律： 逢八进一、借一当八
n 1
一般表达式： N 8
im
K i 8i
如 .7 ) 8 3 8 2 2 81 5 8 0 7 8 1 (325 ( 213 .875 )10
（N）10＝（b2b1b0）2
则
（b2b1b0）2 ＝（b2×22＋b1×21＋b0×20）10
此式说明 （N）10÷2＝b2×21＋b1……余数b0

数字电子技术 门电路

数字电子技术 门电路
第二章
2.1 2.2 概述
门电路
半导体二极管和三极管的开关特性
2.3
2.4 2. 5
最简单的与、或、非门电路
TTL门电路 CMOS门电路
2.1 概述
一、二值逻辑在电路中的表示 数字系统中所用的为二值逻辑0和1，一般用高、 低电平来表示，我们利用开关S获得高、低电平。
V cc
VI控制开关S的断、通情况。 S断开，VO为高电平；
总目录 章目录 返回 上一页 下一页
vI 8 vB vI 3.3 13.3
iB
当vI＝VIH＝5V时， vB＝1.8V
∴ 三极管导通
∵ 深度饱和时
vB VBE 1.8 0.7 iB 0.44mA 3 RB 2.5 10
I BS VCC VCE(sat) RC 5 0.1 0.25mA 3 20 1 10
总目录 章目录 返回 上一页 下一页
例：
在反相器电路中，若VCC＝5V，VEE＝8V,RC=1kΩ ， R1＝3.3kΩ , R2＝10kΩ ，三极管的电路放大系数 β ＝20，饱和压降VCE(sat)=0.1V，输入的高、低电 平分别为VIH＝5V、VIL＝0V。试计算输入高、低电 平时对应的输出电平，并说明电路参数的设计是 否合理。 解： 利用戴氏定 理将发射结 的外接电路 化简为
G1
G2
总目录 章目录 返回
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2.4.2 TTL反相器的特性
一、输入特性 1.输入伏安特性─即iI和vI的关系曲线
这里， iI为每个输入端上的电流。
总目录 章目录 返回 上一页 下一页
(1) 当vI=VIL=0.2V时， iI从输入端流出。
I IL VCC v BE1 VIL 1mA R1

数字电子技术逻辑门电路课件

数字电子技术逻辑门电路课件
F 1 0
数字电子技术-逻辑门电路
二极管与门/或门电路的缺点
（1）在多个门串接使用时，会出现低电平偏离标准数值 的情况。 （2）负载能力差。
+VCC（+5V）
R 3kΩ
D1
0V
D2
5V
D1
p
5V
D2
0.7V
+VCC（+5V） R 3kΩ
L
RL
1.4V
数字电子技术-逻辑门电路
解决办法：
将二极管与门（或门）电路和三极管非门电路组 合起来。
1
3
2T 3
Hale Waihona Puke R e21kΩ输入级
中间级
输出级
数字电子技术-逻辑门电路
TTL与非门的逻辑关系分析
1、输入全为高电平3.6V时。
T2、T3饱和导通， 由于T2饱和导通，VC2=1V。
由于T3饱和导通，输出电压为： VO=VCES3≈0.3V
T4和二极管D都截止。
实现了与非门的逻 辑功能之一： 输入全为高电平时， 输出为低电平。 A
管相当于一个闭合的开关。
D
K
V
F
IF
RL
V
F
IF
RL
数字电子技术-逻辑门电路
半导体二极管的理想开关特性
(2)加反向电压VR时，二极管截止，反向电流IS可忽略。二
极管相当于一个断开的开关。
D
K
V
R
IS
RL
V
R
RL
iD
理想二极管 伏安特性
uD
0V
数字电子技术-逻辑门电路
半导体二极管的实际开关特性
实际的硅二极管正向导通时，存在 一个0.7V的门槛电压（锗二极管为 0.3V),其伏安特性曲线为：

《数字电子技术基础》第六版--门电路-1117省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件


S
D
B
不论D、S间有无电压， 均无法导通，不能导电
第 章 门电路
3.3.1 MOS管旳开关特征 以N沟道增强型为例研究通电情况：
数字电子技术基础 第六版
2、添加垂直电压VGS
形成电场G—B,把衬底中旳电子吸引 到上表面，除复合外，剩余旳电子在 上表面形成了N型层（反型层）为D、 S间旳导通提供了通道。
VGS(th)称为阈值电压(开启电压）
第 章 门电路
数字电子技术基础 第六版
3.3.1 MOS管旳开关特征
MOS管输入特征和输出特征
① 输入特征：直流电流为0，看进去有一种输入电 容CI，对动态有影响。
② 输出特征： iD = f (VDS) 相应不同旳VGS下得一族曲线 。
第 章 门电路
3.3.1 MOS管旳开关特征 输出特征曲线（分三个区域）
第 章 门电路
3.2.2 二极管或门 二极管构成旳门电路旳缺陷
• 电平有偏移 • 带负载能力差
数字电子技术基础 第六版
• 只用于IC内部电路
第 章 门电路
集成门电路
数字电子技术基础 第六版
集成门电路
双极型 TTL (Transistor-Transistor Logic Integrated Circuit)
第 章 门电路
数字电子技术基础 第六版
3.3.2 CMOS反相器旳电路构造和工作原理 三、输入噪声容限
噪声容限－－衡量门电路旳抗干扰能力。 噪声容限越大，表白电路抗干扰能力越强。
测试表白：CMOS电路噪声容限VNH=VNL＝30％VDD，且 随VDD旳增长而加大。所以能够经过提升VDD来提升噪声容限
第 章 门电路
半导体基础知识（2）

《数字电子技术基础》——集成逻辑门电路


（6）扇入扇出数。
扇入数：
--门电路输入端的个数，用NI表示。 扇出对数于：一个2输入的“或非”门，其扇入数NI＝2。
--门电路在正常工作时，
所能带同类门电路的最大数目， 它表示带负载能力。
&
IOH IIH
拉电流负载：（存在高电平下限值）。
&
N OH
I
（驱动门）
OH
I
（负载门）
IH
IIH &
...
2.2 TTL集成逻辑门电路
2.2.1 TTL与非门电路 2.2.2 TTL集电极开路门和三态门电路 2.2.3 TTL集成电路的系列产品
2.2.1 TTL与非门电路
输入级和输出级均采用晶体三极管，称为晶体三极 管-晶体三极管逻辑电路，简称TTL电路。
1.电路结构
R1
R2
R4 +UCC
A B
D1
T1 D2
T3
T2
D3
F
T4 R3
输入级 中间级 输出级
（1）输入级。
对输入变量实现“与”运算，
输入级相当于一个与门。
A
（2）中间级。
B D1
实现放大和倒相功能。向后级
提供两个相位相反的信号，分
别驱动T3、T4管。
（3）输出级。
R1 T1 D2
输入级
R2 T2
R3 中间级
R4 +UCC T3
D3 F
1.二极管的开关特性
（1）静态特性。
iD /mA
阳极
阴极
0.5 0.7 uD/V
(VT)
（a） 电路符号
（b）特性曲线
二极管当作开关来使用正是利用了二极管的单向导电性。

数字电子技术基础：第三章 逻辑门电路


逻辑符号
C
vI /vO
TG
vO /vI
C
C
υo/ υI
2. CMOS传输门电路的工作原理
vI /vO
5V到+5V
C
+5V
TP +5V vO /vI
5V TN
5V
C
设TP:|VTP|=2V， TN:VTN=2V
I的变化范围为－5V到+5V。
c=0=-5V， c =1=+5V
1）当c=0， c =1时 GSN= -5V (－5V到+5V)=(0到-10)V
在由于电路具有互补对称的性质，它的开通时间与关 闭时间是相等的。平均延迟时间：<10 ns。
动态功耗
CMOS反相器的PD与f和 2 VDD
CMOS反相器从一个稳定状态转变到另一个稳定状态时所产生的功耗
PD=PC+PT
分布电容CL充放电引起的功耗： PC CL fVD2D
CMOS管瞬时交替导通引起的功耗：PT CPD fVD2D
74标准系列 74LS系列
74AS系列
74LVC 74VAUC 低(超低)电压 速度更加快 与TTL兼容 负载能力强 抗干扰 功耗低
74ALS
3.1 概述
门电路：实现基本逻辑/复合逻辑运算的单元电路
逻辑状态的描述—— 正逻辑：高电平→1，低电平→0 负逻辑：高电平→0，低电平→1
缺点：功耗较大/速度较慢
VDD VIH(min) I OH(total) I IH(total)
… …
I0H（total) &1
+V DD RP
&
&1
IIH（total) &

数字电子技术基础ppt课件


R
vo K合------vo=0, 输出低电平
vi
K
只要能判
可用三极管 代替
断高低电 平即可
在数字电路中，一般用高电平代表1、低 电平代表0，即所谓的正逻辑系统。
2.2.2 二极管与门
VCC
A
D1
FY
B
D2
二极管与门
A
B
【 】 内容 回顾
AB Y 00 0 01 0 100 11 1
&
Y
2.2.2 二极管或门
一般TTL门的扇出系数为10。
三、输入端负载特性
输入端 “1”,“0”？
A
ui
RP
R1 b1
c1
T1
D1
•
R2
•
T2
•
R3
VCC
•
R4
T4 D2
•
Y
T5
•
简化电路
R1
VCC
ui
A ui
T1
be
RP
2
be 0
RP
5
RP较小时
ui
RP RP R1
(Vcc Von )
当RP<<R1时, ui ∝ RP
•
R4
T4 D2
•
Y
T5
•
TTL非门的内部结构
•
R1
R2
A
b1 c1
T1
•
T2
D1
•
R3
VCC
•
R4
T4 D2
•
Y
T5
•
前级输出为 高电平时
•
R2
R4
VCC
T4 D2
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数字电子技术概述 —门电路
2.1 概述
•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 ······
门电路中以高/低电平表 示逻辑状态的1/0
获得高、低电平的基本原理
高/低电平都允许 有一定的变化范 围
正逻辑：
高电平表示为1，低电平表示为0
负逻辑： 高电平表示为0，低电平表示为1
2.2.1半导体二极管开关特性
半导体二极管的结构和外特性（Diode）
• 二极管的结构： PN结 + 引线 + 封装构成 P N
2.2.1二极管的开关特性：
高电平：VIH=VCC 低电平：VIL=0
• VI=VIH D截止，VO=VOH=VCC
VI=VIL D导通，VO=VOL=0.7V
2.2.1二极管的开关特性：
<0.7V 24.13V
1.4V
0.7V
0.2V
vI 全为高电平 (3.6V)
T1 倒置放大
T2 导通
T3 导通
T4 截止
vO 低电平0.2V）
需要说明的几个问题：
⑴ T2的输 VC2出 和 Ve2变化方,故 向称 相倒 反相级。
⑵ 输出级在稳T4态 和T下 5总， 有一个导通止 、。 一个截
既 能 降 低 功 耗带 又负 提载 高能 了力 ，。 称 推 拉 式
只要电路参数合理，
VI=VIL时，T截止，VO=VOH。 VI=VIH时，T饱和，VO=VOL
2.4 TTL门电 路
TTL: （Transister-Transister-Logic的缩写）
双极型三极管输入－双极型三极管输出的逻辑电路。
2.4.1 TTL反相器
一、电路组成及工作原理 1. 电路组成
V CC
0 A
Rb
vcc
Rc Y
1
T
非逻辑真值表
输入A
0
输出Y
1
2.3.3 非门电路 ─ 三极管反相器
当输入为逻辑1时:
1
A
Rb
V CC
Rc
0.3v
Y
T
0
非逻辑真值表
输入A
0 1
输出Y
1 0
2.3.3、三极管反相器
实际应用中，为保证VI=VIL时T可靠截止，常 在 输入接入负压。
1
A
Y= A
非逻辑符号
规定3V左右为1 0V左右为0
A BY 0 00 0 10 1 00 1 11
2.3.2. 二极管或门
设VCC = 5V 加到A,B的 VIH=3V
VIL=0V
AB
灯
不通 不通 不亮
A
二极管导通时 VDF=0.7V 不通 通
亮
B
通 不通
亮
通通
亮
A BY
A BY
规定2.3V以上为1 0 0 0
0V 0V 0V
⑶ D1抑 制 负 向 干 扰
二、电压传输特性
vo = f (vi)
A ABB 段 段： ：截截 止 V止 I区 V0I区 .6V0,.6 VV,B1 V 1.3BV1 1.3V
T T11导 导通 通T， 2T， ,2 T,5T 截 5截 止止 T， 4导T， 4通 导 V通 O HV VO CCHVV R2CCVBV E4R2VDV 2 BE 34.4VVD2 3.4V B BCC 段 段： ：线线 性0性 .7区 V0.7区 V VIV 1.I3V1.3V T T2 2导 导通 通且且工工 作作 在,T在 5放 截 ,T大 5放 止 截区 T， 大 4导 止通 区 T， 4导 V， I 通 VV， OI VO C CD 段 段 D： ： 转V 转 折 IV IV 区 T折 V HT 1 H .4区 V 1 .,4 V 所 , 所 以 VB1 V 以 2 B 1 .1V 2 .1 V T T 22,,T T 55 同 同 时 时 导T4导 通 T 截 4截 ， 止 通 所 止 ， 所 以 V ， O迅 ， V 以 O 迅 速 V 速 OL V 0 OL 0 D DE 段 段 E： ： 饱V 饱 和 IV 继 I继 区 和 续 ， 续 ， 区 而 VO不 V 而 O 不 变,V 变 OV OL
A 1 YA A 1 YA
(a)
(b)
输入级 中间级 输出级
2. TTL反相器的工作原理
（1）当输入为低电平
0.9V 0.导通
3.6V
T2 截止 T3 截止 T4 导通 vO 高电平
（3.6V）
2. TTL反相器的工作原理
当输入为高电平（vI = 3.6 V）
3.6V
导截通止
D
3V
0V
3V
R
0V
相当于
S
开关闭合
R
相当于
S
开关断开
R
2.2 .2 BJT的开关特性
1.三极管的基本开关电路
只要参数合理： VI=VIL时，T截止，VO=VOH; VI=VIH时，T导通，VO=VOL.
3、三极管的开关等效电路
截止状态
饱和导通状态
截止状态等效电路
饱和导通等效电路
简化等效电路
3V（1.8V以上） 0.3V（0.8V以下）
2.2 二极管、三极管的开关特性
数字电路中，二极管、三极管工作在开关状态：
• 正向导通时：导通电阻很小，两端相当于短路； • 反向截止时：等效电阻很大，两端相当于开路。 • 管子开关特性表现在正向导通和反向截止状态之
间的转换过程（即动态特性）：
当脉冲信号的频率很高时，开关状态的变化速度很快， 每秒可达百万次，这就要求器件的开关转换速度要在微秒 甚至纳秒内完成。
正与 = 负或 正或 = 负与 正与非 = 负或非
正或非 = 负与非
正逻辑 （与门）
AB Y
00
0
01
0
10
0
11 1
高电平VH用逻辑 1表示，低电平 VL用逻辑0表示
负逻辑 （或门）
AB Y
11
1
10
1
01
1
00
0
高电平VH用逻辑 0表示，低电平 VL用逻辑1表示
2.3.3 三极管反相器
当输入为逻辑0时:
0 11
0V 3V 2.3V 3V 0V 2.3V
0V左右为0
1 01 1 11
3V 3V 2.3V
Y=A+B
≥1 Y=A+B
(d)
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
正逻辑与负逻辑
电平关系
AB Y VL VL VL VL VH VL VH VL VL VH VH VH
4、动态开关特性
从二极管已知， PN结存在电容效应。 在饱和与截止两个状 态之间转换时，iC的 变化将滞后于VI，则 VO的变化也滞后于VI。
2.3.1二极管与门
设VCC = 5V 加到A,B的 VIH=3V
VIL=0V 二极管导通时 VDF=0.7V
A
& Y=A·B
B
A BY 0V 0V 0.7V 0V 3V 0.7V 3V 0V 0.7V 3V 3V 3.7V