数字电子电路教案省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
《数字电子电路教案省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《数字电子电路教案省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx(73页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、EXIT概述概述第第 2 章逻辑门电路章逻辑门电路三极管开关特征三极管开关特征TTL集成逻辑门集成逻辑门CMOS集成逻辑门集成逻辑门集成逻辑门应用集成逻辑门应用本章小结本章小结第1页EXIT2.1 概概 述述主要要求:主要要求:了解逻辑门电路作用和惯用类型。了解逻辑门电路作用和惯用类型。了解高电平信号和低电平信号含义。了解高电平信号和低电平信号含义。第2页EXITTTL即即Transistor-TransistorLogicCMOS即即ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor 一、门电路作用和惯用类型一、门电路作用和惯用类型 按功效特点不一样分按功效特点不一
2、样分普通门普通门(推拉式输出推拉式输出)CMOS传输门传输门 输出输出开路门开路门三态门三态门门电路门电路(GateCircuit)指用以实现基本逻辑关系和指用以实现基本逻辑关系和惯用复合逻辑关系电子电路。惯用复合逻辑关系电子电路。是组成数字电路基本单元之一是组成数字电路基本单元之一按逻辑功效不一样分按逻辑功效不一样分与门与门 或门或门 非门非门 异或门异或门 与非门与非门 或非门或非门 与或非门与或非门 按电路结构不一样分按电路结构不一样分 TTL集成门电路集成门电路 CMOS集成门电路集成门电路 输输入入端端和和输输出出端端都都用用三极管逻辑门电路。三极管逻辑门电路。用互补对称用互补对称M
3、OS管组成逻辑门电路。管组成逻辑门电路。第3页EXIT二、高电平和低电平含义二、高电平和低电平含义 高电平和低电平为某高电平和低电平为某要求范围要求范围电位值,而非一固定值。电位值,而非一固定值。高电平信号是多大信号?低电高电平信号是多大信号?低电平信号又是多大信号?平信号又是多大信号?10高电平高电平低电平低电平01高电平高电平低电平低电平正逻辑体制正逻辑体制负逻辑体制负逻辑体制由门电路种类等决定由门电路种类等决定第4页EXIT2.2三极管开关特征三极管开关特征主要要求:主要要求:了解了解三极管开关特征。三极管开关特征。掌握三极管开关工作条件。掌握三极管开关工作条件。第5页EXIT三极管为何
4、能用作开关?三极管为何能用作开关?怎样控制它开和关?怎样控制它开和关?当输入当输入 uI为低电平,使为低电平,使 uBEUth时,三极管截止。时,三极管截止。iB 0,iC 0,C、E间相当间相当于开关断开。于开关断开。三极管关断条件和等效电路三极管关断条件和等效电路IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS负载线负载线临界饱和线临界饱和线 饱饱和和区区放大区放大区一、三极管开关作用及其条件一、三极管开关作用及其条件 截止区截止区uBEUthBEC三极管三极管截止状态截止状态等效电路等效电路uI=UILuBE+-Uth为门限电压为门限电压第6页EXITIC(sat)Q
5、AuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS临界饱和线临界饱和线 饱饱和和区区放大区放大区一、三极管开关作用及其条件一、三极管开关作用及其条件 uI增大增大使使iB增大,增大,从而工作点上移,从而工作点上移,iC增增大,大,uCE减小。减小。截止区截止区uBEUth时,三极管开始导通,时,三极管开始导通,iB0,三极管工作于放大,三极管工作于放大导通状态。导通状态。第7页EXITIC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS临界饱和线临界饱和线 饱饱和和区区放大区放大区一、三极管开关作用及其条件一、三极管开关作用及其条件 截止区截止区uBEIB(sat)因为因为i
6、B=IHB-0.7VUR所以求得所以求得RBton二、三极管动态开关特征二、三极管动态开关特征 开关时间主要因为开关时间主要因为电电荷存放效应荷存放效应引发,要提升引发,要提升开关速度,必须降低三极开关速度,必须降低三极管饱和深度,加速基区存管饱和深度,加速基区存放电荷消散。放电荷消散。第13页EXITC E B SBD B C E 在在普普通通三三极极管管基基极极和和集集电电极极之之间间并并接接一个肖特基势垒二极管一个肖特基势垒二极管(简称简称SBD)。BCSBD抗饱和三极管开关速度高抗饱和三极管开关速度高 没有电荷存放效应没有电荷存放效应SBD导通电压只有导通电压只有0.4V而非而非0.7
7、V,所以所以UBC=0.4V时,时,SBD便导通,使便导通,使UBC钳在钳在0.4V上,降低了饱和深度。上,降低了饱和深度。三、三、抗饱和三极管介绍抗饱和三极管介绍第14页EXIT2.3TTL 集成逻辑门集成逻辑门主要要求:主要要求:了解了解TTL与非门组成和工作原理。与非门组成和工作原理。了解了解TTL集成逻辑门主要参数和使用常识。集成逻辑门主要参数和使用常识。掌握掌握TTL基本门逻辑功效和主要外特征。基本门逻辑功效和主要外特征。了解了解集电极开路门和三态门逻辑功效和应用集电极开路门和三态门逻辑功效和应用。第15页EXITABCV1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3R1R2R4R5RBR
8、CB1C1C2E2YVCC+5V输入级输入级中间倒相级中间倒相级输出级输出级STTL系列与非门电路系列与非门电路逻辑符号逻辑符号8.2k 900 50 3.5k 500 250 V1V2V3V5V6一、一、TTL 与非门基本组成与外特征与非门基本组成与外特征(一一)经典经典TTL与非门电路与非门电路除除V4外外,采采取取了了抗抗饱饱和和三三极极管管,用用以以提提升升门门电电路路工工作作速速度度。V4不不会会工工作作于于饱饱和和状状态态,所所以以用用普通三极管。普通三极管。输入级主要由多发射极管输入级主要由多发射极管V1和基和基极电阻极电阻R1组成,用以实现输入变量组成,用以实现输入变量A、B、
9、C 与运算。与运算。VD1VD3为输入钳位二极管,用以为输入钳位二极管,用以抑制输入端出现负极性干扰。正常信号抑制输入端出现负极性干扰。正常信号输入时,输入时,VD1VD3不工作,当输入负极不工作,当输入负极性干扰电压大于二极管导通电压时,二性干扰电压大于二极管导通电压时,二极管导通,输入端负电压被钳在极管导通,输入端负电压被钳在-0.7V上,这不但抑制了输入端负极性干扰,上,这不但抑制了输入端负极性干扰,对对V1还有保护作用。还有保护作用。中间级起倒相放大作中间级起倒相放大作用,用,V2集电极集电极C2和发射极和发射极E2同时输出两个逻辑电平同时输出两个逻辑电平相反信号,分别驱动相反信号,分
10、别驱动V3和和V5。RB、RC和和V6组成有组成有源泄放电路,用以减小源泄放电路,用以减小V5管开关时间,从而提升门管开关时间,从而提升门电路工作速度。电路工作速度。输出级输出级由由V3、V4、R4、R5和和V5组成。其中组成。其中V3和和V4组组成复合管,成复合管,与与V5组成推组成推拉式输出结拉式输出结构,提升了构,提升了负载能力。负载能力。第16页EXITVD1VD3在正常信号输在正常信号输入时不工作,所以下面分入时不工作,所以下面分析中不予考虑。析中不予考虑。RB、RC和和V6所组成有源泄放电路所组成有源泄放电路作用是提升开关速度,它们作用是提升开关速度,它们不影响与非门逻辑功效,不影
11、响与非门逻辑功效,所以下面工作原理分析中所以下面工作原理分析中也不予考虑。也不予考虑。因为抗饱和三极管因为抗饱和三极管V1集电结导通电压为集电结导通电压为0.4V,而而V2、V5发射结导通电压发射结导通电压为为0.7V,所以要使,所以要使V1集电集电结和结和V2、V5发射结导通,发射结导通,必须必须uB11.8V。0.3V3.6V3.6V 输入端有一个或数个为输入端有一个或数个为 低电平时,低电平时,输出高电平。输出高电平。输入低电平端对应发射结导输入低电平端对应发射结导通,通,uB1=0.7V+0.3V=1VV1管其它发射结因反偏而截止。管其它发射结因反偏而截止。1V这时这时V2、V5截止。
12、截止。V2截止截止使使V1集电极等效电阻很大,使集电极等效电阻很大,使IB1IB1(sat),V1深度饱和。深度饱和。V2截止使截止使uC2 VCC=5V,5V所以,输入有低电平时,输出为高电平。所以,输入有低电平时,输出为高电平。截止截止截止截止深度深度饱和饱和V3微饱和,微饱和,V4放大工作。放大工作。uY=5V-0.7V-0.7V=3.6V电路输出为高电平。电路输出为高电平。微饱和微饱和放大放大(二二)TTL与非门工作原理与非门工作原理 第17页EXIT总而言之总而言之,该电路实现了与非逻辑功效该电路实现了与非逻辑功效,即即3.6V3.6V3.6V所以,所以,V1发射结反偏而集电极发射结
13、反偏而集电极正偏,称正偏,称处于倒置放大状态。处于倒置放大状态。1.8V这时这时V2、V5饱和。饱和。uC2=UCE2(sat)+uBE5=0.3V+0.7V=1V使使V3导通,而导通,而V4截止。截止。1V uY=UCE5(sat)0.3V输出为低电平输出为低电平所以,输入均为高电平时,输出为低电平。所以,输入均为高电平时,输出为低电平。0.3VV4截止使截止使V5等效集电极电等效集电极电阻很大,使阻很大,使IB5IB5(sat),所以,所以V5深度饱和。深度饱和。倒置放大倒置放大饱饱和和饱和饱和截止截止导通导通TTL电路输入端悬电路输入端悬空时相当于输入高电平。空时相当于输入高电平。输入均
14、为高电平时,输入均为高电平时,输出低电平输出低电平 VCC经经R1使使V1集电结和集电结和V2、V5发射结导通,使发射结导通,使uB1=1.8V。深深注意注意2.TTL与非门工作原理与非门工作原理 第18页EXIT电压传输特征测试电路电压传输特征测试电路0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOLSTTL与非门与非门电压传输特征曲线电压传输特征曲线(三三)TTL与非门外特征及主要参数与非门外特征及主要参数 1.电压传输特征电压传输特征和噪声容限和噪声容限 输出电压随输入电压改变特征输出电压随输入电压改变特征 uI较小时工作于较小时工作于AB段,段,这时这时V
15、2、V5截止,截止,V3、V4导通,输出恒为高电平,导通,输出恒为高电平,UOH 3.6V,称与非门工,称与非门工作在截止区或处于关门状作在截止区或处于关门状态。态。uI较大时工作于较大时工作于BC段,这时段,这时V2、V5工作于工作于放大区,放大区,uI微小增大引微小增大引发发uO急剧下降,称与非急剧下降,称与非门工作在转折区。门工作在转折区。uI很大时工作于很大时工作于CD段,段,这时这时V2、V5饱和,输出恒为饱和,输出恒为低电平,低电平,UOL 0.3V,称与非,称与非门工作在饱和区或处于开门状门工作在饱和区或处于开门状态。态。电压传输特征测试电路电压传输特征测试电路0uO/VuI/V
16、0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOLSTTL与非门与非门电压传输特征曲线电压传输特征曲线饱饱和和区区:与与非非门门处于开门状态。处于开门状态。截截止止区区:与与非非门门处于关门状态。处于关门状态。转折区转折区第19页EXIT下面介绍与下面介绍与电压传输特电压传输特征相关主要参数:征相关主要参数:相关参数相关参数0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOL电压传输特征曲线电压传输特征曲线标准高电平标准高电平USH当当uOUSH时,则认为输出高时,则认为输出高电平,通常取电平,通常取USH=3V。标准低电平标准低电平USL当当uOUSL
17、时,则认为输出低时,则认为输出低电平,通常取电平,通常取USL=0.3V。关门电平关门电平UOFF确确保保输输出出大大于于标标准准高高电电平平USH时时,允许输入低电平最大值。允许输入低电平最大值。开门电平开门电平UON确确保保输输出出不不高高于于标标准准低低电电平平USL时时,允许输入高电平最小值。允许输入高电平最小值。阈值电压阈值电压UTH转转折折区区中中点点对对应应输输入入电电压压,又又称门槛电平。称门槛电平。USH=3VUSL=0.3VUOFFUONUTH近似分析时认为:近似分析时认为:uIUTH,则与非门开通,则与非门开通,输出低电平输出低电平UOL;uIUTH,则与非门关闭,则与非
18、门关闭,输出高电平输出高电平UOH。第20页EXIT噪声容限越大,抗干扰能力越强。噪声容限越大,抗干扰能力越强。指输入低电平时,允许最大正向噪声电压。指输入低电平时,允许最大正向噪声电压。UNL=UOFFUIL指输入高电平时,允许最大负向噪声电压。指输入高电平时,允许最大负向噪声电压。UNH=UIHUON输入信号上叠加噪声电压只要不超出允许值,输入信号上叠加噪声电压只要不超出允许值,就不会影响电路正常逻辑功效,这个允许值称为就不会影响电路正常逻辑功效,这个允许值称为噪声容限噪声容限。输入高电平噪声容限输入高电平噪声容限UNH输入低电平噪声容限输入低电平噪声容限UNL第21页EXIT输入负载特征
19、测试电路输入负载特征测试电路 输入负载特征输入负载特征曲线曲线0uI/VR1/k UOFF1.1FNROFFRON2.输入负载特征输入负载特征 ROFF称关门电阻。称关门电阻。RIRON时时,对对应应输输入入端端相相当当于输入高电平。对于输入高电平。对STTL系列,系列,RON 2.1k。RONROFFUOFF第22页EXIT 例例 下列图中,已知下列图中,已知 ROFF 800,RON 3k,试对应,试对应输入波形定性画出输入波形定性画出TTL与非门输出波形。与非门输出波形。(a)(b)tA0.3V3.6VO不一样不一样TTL系列,系列,RON、ROFF不一样。不一样。对应输入端相当于输入低
20、电平,对应输入端相当于输入低电平,也即相当于输入逻辑也即相当于输入逻辑0。逻辑逻辑0所以所以Ya输出恒为高电平输出恒为高电平UOH。对应输入端相当于输入高电平,对应输入端相当于输入高电平,也即相当于输入逻辑也即相当于输入逻辑1。逻辑逻辑1所以,可画出波形如图所表示。所以,可画出波形如图所表示。YbtOYatUOHO解:图解:图(a)中,中,RI=300 RON 3k 第23页EXIT3.负载能力负载能力 负载电流流入与负载电流流入与非门输出端。非门输出端。负载电流从与非门负载电流从与非门输出端流向外负载。输出端流向外负载。负载电流流入驱动门负载电流流入驱动门IOL负载电流流出驱动门负载电流流出
21、驱动门IOH输入均为输入均为高电平高电平输入有输入有低电平低电平输出为低电平输出为低电平输出为高电平输出为高电平灌电流负载灌电流负载拉电流负载拉电流负载不不论论是是灌灌电电流流负负载载还还是是拉拉电电流流负负载载,负负载载电电流流都都不不能能超超出出其其最最大大允允许许电电流流,不不然然将将造造成成电路不能正常工作,甚至烧坏门电路。电路不能正常工作,甚至烧坏门电路。实用中惯用实用中惯用扇出系数扇出系数NOL表示电路负载能力。表示电路负载能力。门电路输出低电平时允许带同类门电路个数。门电路输出低电平时允许带同类门电路个数。通常按照负通常按照负载电流流向将与载电流流向将与非门负载分为非门负载分为
22、灌电流负载灌电流负载拉电流负载拉电流负载第24页EXIT因因为为三三极极管管存存在在开开关关时时间间,元元、器器件件及及连连线线存存在在一一定定寄寄生生电电容容,所所以以输输入入矩矩形形脉冲时,输出脉冲将延迟一定时间。脉冲时,输出脉冲将延迟一定时间。输入信号输入信号UOm0.5UOm0.5UImUIm输出信号输出信号4.传输延迟时间传输延迟时间 输入电压波形下降沿输入电压波形下降沿0.5UIm处到输出电压上升沿处到输出电压上升沿0.5Uom处间隔时间称处间隔时间称截止延迟时间截止延迟时间tPLH。输入电压波形上升沿输入电压波形上升沿0.5UIm处到输出电压下降沿处到输出电压下降沿0.5Uom处
23、间隔时间称处间隔时间称导通延迟时间导通延迟时间tPHL L。平均传输延迟时间平均传输延迟时间tpdtPHLtPLHtpd越小,则门电越小,则门电路开关速度越高,工路开关速度越高,工作频率越高。作频率越高。0.5UIm0.5UOm第25页EXIT5.功耗功耗-延迟积延迟积 惯用功耗惯用功耗P 和平均传输延迟时间和平均传输延迟时间tpd乘积乘积(简称简称功耗功耗延迟积延迟积)来来综合评价门电路性能,即综合评价门电路性能,即M=P tpd性能优越门电路应含有功耗低、工作速度高性能优越门电路应含有功耗低、工作速度高特点,然而这二者矛盾。特点,然而这二者矛盾。M 又称品质原因,值越小,说明综合性能越好。
24、又称品质原因,值越小,说明综合性能越好。第26页EXIT使用时需使用时需外接外接上拉电阻上拉电阻RL即即Opencollectorgate,简称简称OC门。门。惯惯用用有有集集电电极极开开路路与与非非门门、三三态态门门、或或非非门门、与与或或非非门门和和异异或或门门等等。它它们们都都是是在在与与非非门门基基础础上上发发展展出出来来,TTL与非门上述特征对这些门电路大多适用。与非门上述特征对这些门电路大多适用。VC能够等于能够等于VCC也可不等于也可不等于VCC 二、其它功效二、其它功效 TTL 门电路门电路(一一)集电极开路与非门集电极开路与非门 1.电路、逻辑符号和工作原理电路、逻辑符号和工
25、作原理 输入都为高电平时,输入都为高电平时,V2和和V5饱和导通,输出饱和导通,输出为低电平为低电平UOL 0.3V。输入有低电平时,输入有低电平时,V2和和V5截止,输出为高电平截止,输出为高电平UOH VC。所以含有与非功效。所以含有与非功效。工作原理工作原理 OC门门第27页EXIT相当于与门作用。相当于与门作用。因为因为Y1、Y2中有低电中有低电平时,平时,Y 为低电平;只有为低电平;只有Y1、Y2均为高电平时,均为高电平时,Y才为高电平,故才为高电平,故Y=Y1Y2。2.应用应用 (1)实现线与实现线与两个或多个两个或多个OC门输出端直接相连,相门输出端直接相连,相当于将这些输出信号
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 数字 电子电路 教案 公共课 一等奖 全国 获奖 课件
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【精****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【精****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。