數(shù)字電路與邏輯設(shè)計第2講

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1、數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)第二講邏輯門電路基本要求1、了解分立元件與、或、非、或非、與非門的電路組成、工作原理、邏輯功能及其描述方法；2、掌握邏輯約定及邏輯符號的意義；3、熟練掌握TTL與非門典型電路的分析方法、電壓傳輸特性、輸入特性、輸入負(fù)載特性、輸出特性；了解噪聲容限、TTL與非門性能的改進(jìn)方法；4、掌握OC門、三態(tài)門的工作原理和使用方法，正確理解OC門負(fù)載電阻的計算及線與、線或的概念；5、掌握CMOS反相器、與非門、或非門、三態(tài)門的邏輯功能分析，CMOS反相器的電壓及電流傳輸特性；邏輯約定數(shù)字電路中關(guān)于高、低電平的概念VH——高電平1VL——低電平0邏輯電平：由半導(dǎo)體電子元器件

2、組成的邏輯電路,表現(xiàn)為“0”和“1”兩個不同的狀態(tài),常用一個電壓范圍表示叫做邏輯0和邏輯1,或叫做0態(tài)和1態(tài)，統(tǒng)稱邏輯電平。邏輯電平不是物理量，而是物理量的相對表示。表示的是一定的電壓范圍，不是一個固定值邏輯門電路的分類：分立元件集成邏輯門電路雙極型——MOS——1、按所采用的半導(dǎo)體器件進(jìn)行分類采用雙極型半導(dǎo)體器件作為元件,速度快、負(fù)載能力強，但功耗較大、集成度較低。采用金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管作為元件。結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、集成度高、功耗低，但速度較慢。雙極型集成電路又可進(jìn)一步可分為：二極管-晶體管邏輯電路DTL(DiodeTransistorLogic)晶體管-晶體管邏輯

3、電路TTL(TransistorTransistorLogic)；發(fā)射極耦合邏輯電路ECL(EmitterCoupledLogic)。集成注入邏輯電路I2L(IntegratedInjectionLogic)MOS集成電路又可進(jìn)一步分為：PMOS(P-channelMetalOxideSemiconductor)；NMOS(N-channelMetalOxideSemiconductor)；CMOS(ComplementMetalOxideSemiconductor)。CMOS電路應(yīng)用較普遍，不但適合通用邏輯電路的設(shè)計，而且綜合性能最好。小規(guī)模集成電路（SSI）0~9個二輸入

4、門中規(guī)模集成電路（MSI）10~99個門大規(guī)模集成電路（LSI）100個門以上超大規(guī)模集成電路（VLSI）超過1000個門2、按集成電路規(guī)模的大小進(jìn)行分類數(shù)字集成電路二、三極管的開關(guān)特性第一節(jié)二極管和三級管的開關(guān)特性一、二極管的開關(guān)特性TTL管的開關(guān)特性MOS管的開關(guān)特性二極管的開關(guān)特性理想：?接通時，接觸電阻為0，無壓降?斷開時，接觸電阻為∞，無電流實際：?0Uth后，二極管導(dǎo)通，當(dāng)Uth=0.7V，iD=(ui-0.7)/R，二極管VD可等效為一個有0.7V壓降的閉合開關(guān)?ui<0時，二極管反向截止，等效為一個斷開的開關(guān)一、二極管的開關(guān)

5、特性在動態(tài)情況下，即當(dāng)給二極管加上突變的電壓時，二極管的動態(tài)特性如右圖所示,①當(dāng)外加電壓由反向突然變?yōu)檎驎r，要等到PN結(jié)內(nèi)部建立起足夠的電荷梯度后才能產(chǎn)生擴散電流；②當(dāng)外加電壓由正向突然變?yōu)榉聪驎r，由于PN結(jié)內(nèi)堆積了一定數(shù)量的存儲電荷，有較大的瞬態(tài)反向電流，隨著電荷的消散，反向電流迅速減小并趨于零。人們把反向電流從峰值衰減到峰值的十分之一所經(jīng)過的時間定義為反向恢復(fù)時間。二極管的動態(tài)特性二、三極管的開關(guān)特性TTL管的開關(guān)特性MOS管的開關(guān)特性（1）TTL管的開關(guān)特性在數(shù)字電路中，三極管常常工作于截止和飽和狀態(tài)，并在這兩個狀態(tài)之間進(jìn)行快速轉(zhuǎn)換。工作狀態(tài)截止放大飽和條件ib≈00

6、Ics/β偏置情況發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反偏發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正偏集電極電流ic≈0ic=ib×βic=Ics≈Vcc/Rc且不隨ib增加改變管壓降Vce=VccVce=Vcc-icRcVce≈0.3VC、e間等效內(nèi)阻很大，相當(dāng)于開關(guān)斷開恒流源很小，相當(dāng)于開關(guān)閉和下圖示出了一個用雙極型三極管及其特性曲線?？芍?，三極管可分別工作在飽和區(qū)、放大區(qū)、及截止區(qū)，開關(guān)電路中，三極管分別工作在飽和區(qū)和截止區(qū)。三極管開關(guān)電路三極管的特性曲線ib=0ib=ics/βib=20uA在分析三極管開關(guān)電路時，往往用左圖所示電路來等效三極管開關(guān)電路。動態(tài)時，即三

7、極管在截止與飽和兩種狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)換時，三極管內(nèi)部電荷的建立和消散都需要一定的時間，所以集電極電流的變化往往滯后于輸入電壓的變化，因而輸出電壓uo也必定滯后輸入電壓，如右圖所示。三極管開關(guān)的等效電路三極管電路的動態(tài)特性(a)截止?fàn)顟B(tài)(b)飽和狀態(tài)（2）MOS管的開關(guān)特性MOS管是金屬－氧化物－半導(dǎo)體場效應(yīng)管(Metal-oxide-semiconductorField-EffectTransistor)的簡稱，因為它只有一種載流子參與導(dǎo)電故也稱單極型三極管。由MOS管的輸出特性曲線可知，它在工作時也有三個