逻辑门电路基础.pptx
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1、 门电路概述门电路概述 半导体二极管的开关特性半导体二极管的开关特性 半导体三极管的开关特性半导体三极管的开关特性 半导体半导体MOS 管的开关特性管的开关特性 TTL 门电路门电路 CMOS 门电路门电路 TTL 电路与电路与CMOS 电路的接口电路的接口3.1 3.1 概述概述门电路门电路:实现基本运算、复合运算的基本运算、复合运算的单元元 电路,如路,如:与与门、与非、与非门、或、或门电路中以高门电路中以高/低电平表示逻辑状态的低电平表示逻辑状态的1和和0获得高、低电获得高、低电平的基本原理平的基本原理高高高高/低电低电低电低电平都允平都允平都允平都允许有一许有一许有一许有一定的变定的变
2、定的变定的变化范围化范围化范围化范围正正正正逻辑逻辑:高高高高电电平表示平表示平表示平表示1 1,低,低,低,低电电平表示平表示平表示平表示0 0负逻辑负逻辑:高高高高电电平表示平表示平表示平表示0 0,低,低,低,低电电平表示平表示平表示平表示1 13.23.2半导体二极管门电路半导体二极管门电路半半导体二极管的体二极管的结构和外特性构和外特性(Diode)VI=VIH D截止截止VO=VOH=VCCVI=VIL D导通导通VO=VOL=0.7V高电平:高电平:VIH=VCC低电平:低电平:VIL=0输输入入入入V VI I输输出出出出V Vo o3.2.1 3.2.1 二极管的开关特性:二
3、极管的开关特性:二极管的开二极管的开二极管的开二极管的开关等效关等效关等效关等效电电路:路:路:路:二极管的动态二极管的动态电流波形电流波形:对二极管开关电路可得下列等效电路,如图对二极管开关电路可得下列等效电路,如图3-1-3(a)(b)(c)。内阻内阻rD,导通压降,导通压降VON忽略忽略rD忽忽略略rD及及VON设设VCC=5VVIH=3V;VIL=0V二极管导通时二极管导通时VDF=0.6VA AB BY Y0V0V0V0V0.6V0.6V0V0V3V3V0.6V0.6V3V3V0V0V0.6V0.6V3V3V3V3V3.6V3.6VA AB BY Y0 00 00 00 01 10
4、01 10 00 01 11 11 1规定规定2.4V以上以上为逻辑为逻辑“1”0.8V以下以下为逻辑为逻辑“0”3.2.2 3.2.2 二极管与门二极管与门3.2.3 3.2.3 二极管或门二极管或门A AB BY Y0V0V0V0V0V0V0V0V3V3V2.4V2.4V3V3V0V0V2.4V2.4V3V3V3V3V2.4V2.4VA AB BY Y0 00 00 00 01 11 11 10 01 11 11 11 1VCC=5VVIH=3V;VIL=0V二极管导通时VDF=0.6V规定规定2.4V以上以上为逻辑为逻辑“1”规定规定0.8V以下以下为逻辑为逻辑“0”3.3 TTL门电路
5、门电路3.3.1 3.3.1 半导体三极管的开关特性半导体三极管的开关特性半导体三极管的开关特性半导体三极管的开关特性 双极型三极管的开关特性双极型三极管的开关特性(BJT,Bipolar Junction Transistor)一、双极型三极管的结构一、双极型三极管的结构管芯管芯管芯管芯 +三个引出电极三个引出电极三个引出电极三个引出电极 +外壳外壳外壳外壳基区薄基区薄低掺杂低掺杂集电区集电区低掺杂低掺杂发射区发射区高掺杂高掺杂以以NPN为例说明工作原理:为例说明工作原理:n当当VCC VBBnbe 结正偏结正偏,bc结反偏结反偏ne区发射大量的电子区发射大量的电子nb区薄,只有少量的空区薄
6、,只有少量的空穴穴nbc反偏,大量电子形成反偏,大量电子形成IC二、三极管的输入特性和输出特性二、三极管的输入特性和输出特性VON:开启电压:开启电压硅管,硅管,0.5 0.7V锗管,锗管,0.2 0.3V近似认为近似认为:VBE 0.7V 以后,基本为水平直线以后,基本为水平直线特性曲线分三个部分特性曲线分三个部分放大区放大区:条件条件VCE 0.7V,iB 0,iC随随iB成正成正比变化比变化,iC=iB。饱和区饱和区:条件条件VCE 0,VCE 很低,很低,iC 随随iB增加变缓,趋于增加变缓,趋于“饱和饱和”。截止区截止区:条件条件VBE=0V,iB=0,iC=0,ce间间“断开断开”
7、。仿真见NPN.EWB三、双极型三极管的基本开关电路三、双极型三极管的基本开关电路当:当:当:当:VI=VIL时,时,T截止,截止,VO=VOH当:当:当:当:VI=VIH时,时,T导通,导通,VO=VOLi)当当VI VON时,三极管导通;基极电流时,三极管导通;基极电流iB 当三极管处于饱和状态时的基极饱和电流为:当三极管处于饱和状态时的基极饱和电流为:为保证为保证三极管三极管处于饱处于饱和应使:和应使:*注意注意:处于饱和时:处于饱和时小于处于线性放大区的小于处于线性放大区的值。值。等效电路:等效电路:图解分析法:图解分析法:四、三极管的开关等效电路截止状态截止状态截止状态截止状态饱和导
8、通状态饱和导通状态饱和导通状态饱和导通状态五、动态开关特性五、动态开关特性从二极管已知,从二极管已知,PN结存在电容结存在电容效应。效应。在饱和与截止两在饱和与截止两个状态之间转换个状态之间转换时,时,iC 的变化将的变化将滞后于滞后于VI,则,则VO的变化也滞后的变化也滞后于于VI。六六 、三极管反相器、三极管反相器三极管的基本开关电路就是三极管的基本开关电路就是三极管的基本开关电路就是三极管的基本开关电路就是非非非非门实际应用中,门实际应用中,门实际应用中,门实际应用中,为保证为保证为保证为保证V VI I=V=VILIL时时时时T T可靠截止,可靠截止,可靠截止,可靠截止,常在输入接入负
9、压。常在输入接入负压。常在输入接入负压。常在输入接入负压。当:当:当:当:VI=VIL时,时,T截止,截止,VO=VOH当:当:当:当:VI=VIH时,时,T导通,导通,VO=VOL例例3.4.1:计算参数设计是否合理:计算参数设计是否合理VIH=5V VIL=0V=20;VCE(sat)=0.1VV VEEEE=-8V10K3.3K1KVcc=5V仿真见单管反相器仿真见单管反相器-例例.EWB将将发射极外接射极外接电路化路化为等效的等效的VB与与RB电路路当:当:当:当:又:又:因此,参数设计合理因此,参数设计合理3.4 TTL3.4 TTL反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原
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