数字电子技术基础(第三章 门电路)

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(b)转移特性 (a)共源极接法 图3.3.5 增强型PMOS管共源极接法和转移特性
当vGS>VGS(th)，管子截止， iD = 0 中英文日报导航站
D G S
(a)标准符号
D B G S
(b)简化符号
图3.3.4 增强型PMOS管的符号
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3.3.1 MOS管(绝缘栅）的开关特性
增强型PMOS共源极接法电路如图3.3.5（a）所示， 转移特性如(b)所示
+
vGS(th)
iD
0
vGS
v
+ GS -
vDS
Y 0V 2.3V 2.3V
2.3V
规定2.3V以上为1 0V以下为0
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3.2.2 二极管或门
二极管构成的门电路的缺点:
1.电平有偏移:输出的高低电平数值与输入的高低电平 数值相差一个二极管的压降，后级的二极管门电路电 平偏移，甚至使得高电平下降到门限值以下 2.带负载能力差：由于这种二极管门电路的输出电阻 比较低，故带负载能力差，输出电平会随负载的变化 而变化。 •只用于IC内部电路
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3.1 概述
由表中可以看出
正负逻辑式互为对偶式， 即若给出一个正逻辑的逻辑 式，则对偶式即为负逻辑的 逻辑式，如正逻辑为或门， 即Y=A+B，对偶式为YD＝ AB。正负逻辑的使用依个人 的习惯，但同一系统中采用 一种逻辑关系，本书采用
表3.1.1 正负逻辑对应的门电路 正逻辑 与门 或门 与非门 或非门 异或门 同或门 负逻辑 或门 与门 或非门 与非门 同或门 异或门
tre
3.2.2 二极管与门 简单的二极管与 门电路如图3.2.4所示 设VCC＝5V，输 入端A、B的高低电平 为VIH＝3V， VIL ＝0V，二极管的正向 导通压降为 VDF＝ 0.7V，则：
图3.2.4 二极管与门电路
当A、B中有一个是低电平0V时，至少有一个二极管导 通，使得输出Y的电压为0.7V，为低电平；只有A、B 中都加高电平3V时，两个二极管同时导通，使得输出Y 为3.7V，为高电平。 中英文日报导航站
正逻辑
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3.1 概述
3. 高低电平的实现 在数字电路中，输入输出 都是二值逻辑，其高低电平用 “0”和“1”表示。其高低电平 的获得是通过开关电路来实现， 如二极管或三极管电路组成。 如图3.1.2所示。 图3.1.2 高低电平实现原理电路 其原理为： 当开关S断开时，输出电压vo＝Vcc，为高电平“1”； 当开关闭合时，输出电压vo＝0，为低电平“0”；若开 关由三极管构成，则控制三级管工作在截止和饱和状 态，就相当开关S的断开和闭合。 中英文日报导航站

3.2.2 二极管与门 其输入输出及真值表如表 3.2.1和3.2.2所示 其输出Y和输入A、B是与的关系， 即
Y A B
表3.2.1 A B 0V 0V 0V 3V 3V 0V 3V 3V
表3.2.2 Y 0.7V 0.7V 0.7V 3.7V
规定3V以上为“1”
图3.1.1 正负逻辑示意图
3.1 概述
(2) 负逻辑：
在二值逻辑中，如果 用高电平表示逻辑“0” ， 低电平表示逻辑“1” ，在 这种规定下的逻辑关系称 为负逻辑，如图3.1.1所示。
图3.1.1 正负逻辑示意图
同一逻辑电路采用不同的逻辑关系，其逻 辑功能是完全不同的，如表3.1.1正负逻辑对应 的逻辑电路
3.2.1半导体二极管的开关特性
二极管的动态电流波形如图3.2.3所示 这是由于在输入电压转 换状态的瞬间，二极管由反 向截止到正向导通时，内电 场的建立需要一定的时间， 所以二极管电流的上升是缓 慢的；当二极管由正向导通 到反向截止时，二极管的电 流迅速衰减并趋向饱和电流 也需要一定的时间。由于时 间很短，在示波器是无法看 到的 图3.2.3 二极管动态电流波形 中英文日报导航站
图3.1.1 正负逻辑示意图
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3.1 概述
(2) 分类： 可分为分立元件逻辑门电路和集成逻辑门电路： 分立元件逻辑门电路是由半导体器件、电阻和电容连接 而成。集成逻辑门电路是将大量的分立元件通过特殊工 艺集成在很小的半导体芯片上。 数字集成电路根据规模可分为

3.1 概述
单开关电路功耗较大，目前出现互补开关电路 （如CMOS门电路），即用一个管子代替图3.1.2中的电 阻，如图3.1.3所示
Vcc S1
输 入v I 信 号 输 vo 出 信 号
S2
图3.1.3 互补开关电路
图3.1.2高低电平实现原理电路 中英文日报导航站
小规模（SSI－Small Scale Integration） 中规模（MSI - Medium Scale Integration) 按规模分（每片IC所含元器件数）大规模（LSI －Large Scale Integration) 超大规模（VLSI －Very Large Scale 3~ 105 /片 10 Integration）
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3.3.1 MOS管(绝缘栅）的开关特性
一、MOS管的类型和符号 a. 增强型NMOS
符号如图3.3.1所示
G
D B S G
D
S
(b)简化符号
(a)标准符号
图3.3.1 增强型NMOS管的符号
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3.3.1 MOS管(绝缘栅）的开关特性

3.3.1 MOS管(绝缘栅）的开关特性
(a) (b) 图3.3.3 NMOS管共源极接法电路
VGS >VGS (th) 时,管子导通，iD∝ V 2GS， RON<1kΩ 中英文日报导航站

3.3.1 MOS管(绝缘栅）的开关特性
b. 增强型PMOS 符号如图3.3.4所示
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3.2.1半导体二极管的开关特性
当vI＝VIL＝0时，D导通， 输出电压vo＝ VOL ＝0
即可以用输入电压vi的高低电 平控制二极管的开关状态，并在 输出端得到相应的高低电平 2.二极管动态特性：
图3.2.1 二极管的开关电路
当电路处于动态状态，即二极管两端电压突然反 向时，半导体二极管所呈现的开关特性称为动态开关 特性（简称动态特性）
第三章 门电路
内容提要：
本章主要讲述数字电路的基本逻辑单元－－门电 路，有TTL逻辑门、MOS逻辑门。在讨论半导体二极 管和三极管及场效应管的开关特性基础上，讲解它们 的电路结构、工作原理、逻辑功能、电器特性等等， 为以后的学习及实际使用打下必要的基础。本章重点 讨论TTL门电路和CMOS门电路。
本章主要内容
0.7V以下为“0”
A 0 0 1 1
B 0 1 0 1
Y 0 0 0 1
3.2.3 二极管或门
二极管或门电路如图 3.2.5所示 设输入端A、B的高 低电平为VIH＝3V， VIL＝0V，二极管的正 向导通压降为VDF＝ 0.7V，则：
图3.2.5 二极管或门电路
当A、B中有一个是低电平0V时，至少有一个二极管导 通，使得输出Y的电压为0.7V，为低电平；只有A、B 中都加高电平3V时，两个二极管同时导通，使得输出Y 为3.7V，为高电平。
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3.2 半导体二极管门电路
3.2.1半导体二极管的开关特性 1. 稳态开关特性 将图3.1.2中的开关用二极管代替，则可得到图 3.2.1所示的半导体二极管开关电路
图3.1.2高低电平实现原理电路
图3.2.1 二极管的开关电路
3.2.1半导体二极管的开关特性 对于图3.2.1所示二极管开关 电路，由于二极管具有单向导电性， 故它可相当受外加电压控制的开关。 将电路处于相对稳定状态下， 晶体二极管所呈现的开关特性称为 稳态开关特性 图3.2.1 二极管的开关电路 设vi的高电平为VIH＝VCC， vi的低电平为VIL＝0，且D 为理想元件，即正向导通电阻为0，反向电阻无穷大， 则稳态时当vI＝VIH＝VCC时，D截止，输出电压vD＝ VOH＝ VCC
中英文日报导航站 105 以上/片
≤100/片
（100～1000）/片
3.1 概述
按导电类型可分为
单极型（FET ） 按导电类型双极型（BJT ） 兼容型（FET ＋BJT ）
数字集成电路的基本逻辑单元是集成逻辑门，因 此本章先介绍CMOS和TTL数字集成逻辑门的结构、 工作原理
互补开关电路由于两个开关总有一个是断开的， 流过的电流为零，故电路的功耗非常低，因此在数字 电路中得到广泛的应用
3.1 概述
4. 数字电路的概述 （1）优点： 在数字电路中由于采 用高低电平，并且高低电 平都有一个允许的范围， 如图3.1.1所示，故对元器 件的精度和电源的稳定性 的要求都比模拟电路要低， 抗干扰能力也强。
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3.2.2 二极管或门
其输入输出及真值表 如表3.2.3和3.2.4所示 其输出Y和输入A、B是与 的关系，即
Y A B
表3.2.3 A B 0V 0V 0V 3V 3V 0V 3V 3V
图3.2.5 二极管或门电路 表3.2.4 A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1
NMOS共源极接法电路如图3.3.2（a）所示，输出特 性如(b)所示
图3.3.2 NMOS管共源极接法电路及其输出特性 中英文日报导航站

3.3.1 MOS管(绝缘栅）的开关特性
增强型NMOS共源极接法电路如图3.3.3（a）所示，转 移特性如(b)所示
开启电压
(a) (b) 图3.3.3 NMOS管共源极接法电路 当vGS<VGS(th)，管子截止， iD = 0, ROFF > 109Ω 中英文日报导航站