CH2 门电路(孔敏)资料

• 逻辑“0”和逻辑“1”对应的电压范围宽， 因此在数字电路中，对电子元件、器件 参数精度的要求及其电源的稳定度的要 求比模拟电路要低。
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2.2数字电路与逻辑设计 半导体二极管和三极管的开关特性
Rc Rb
2.3 分立元件门电路
+VCC iC uo
A(V) <0.8 >2
Y(V) 5 0.2
b iB
c
ui
e
三极管开关电路 0.7V，保证 利用二极管的压降为 输入电压在1V以下时，开关电路 可靠地截止。 A Y 输入为低，输出为高；
输入为高，输出为低。 0 1
YA
A 1
Y
17
1
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0
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数字电路与逻辑设计 一、74系列门电路
R1
4kW R2
1.6K W
2.4 TTL门电路
R4 130 W T4 +Vcc
A(V)
e
b
Y(V) 3.6
c
0.2 3.4
A D1
T2 T1 R3 1K W
今后除非特别说明，一律采用正逻辑。
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数字电路与逻辑设计
2.1
概述
5V
二、逻辑电平
Vcc
高电平下限
1
2V
VI S
Vo
低电平上限 0.8V
0V
0
实际开关为晶体二极 管、三极管以及场效 VI控制开关S的断、通情况。 应管等电子器件
三、双极型三极管输出特性
c
饱和区 ic(mA)
iC
b iB e
0
放大区
硅料 NPN 型三极管
uces 截止区
iB=0mA A uce(V)
放大区：发射结正偏，集电结反偏；ube>uT， ubc<0；起放大作用。 截止区：发射结、集电极均反偏，ubc<0V，ube<0V；一般地，ube<0.7V时， ib0V，ic0V；即认为三极管截止。 饱和区：发射结、集电极均正偏； ube>VT， ubc>VT；深度饱和状态下， 饱和压降UCEs 约为0.2V。
S断开，VO为高电平；S接通，VO为低电平。
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数字电路与逻辑设计
2.1
概述
逻辑电平
• 高电平UH：
– 输入高电平UIH – 输出高电平UOH
• 低电平UL：
– 输入低电平UIL – 输出低电平UOL
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数字电路与逻辑设计
2.4 TTL门电路
区别：有各自的输入级和倒相级，并联使用共同的输出级。
uA(V) uB(V)
0.2 0.2 3.4 3.4 0.2 3.4 0.2பைடு நூலகம்3.4
uY(V)
3.6 0.2 0.2 0.2
A
0 0 1 1
NMOS管的基本开关电路
选择合适的电路参数，则可以保证 当uI=UIH时，MOS管导通，uo=0=UOL 当uI=UIL时，MOS管截止，uO=VDD=UOH
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－ 开关闭合 － 开关断开
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区别：T1改为多发射极三极管。
uA(V) uB(V)
0.2 e1 0.2 e
2
b
uY(V)
3.6 3.6 3.6 0.2
c
0.2 3.4 0.2 3.4
3.4 3.4
多发射极等效电路
A
0 0 1 1
B
0 1 0 1
Y
1 1 1 0
TTL与非门典型电路
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Y AB
孔敏
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2.2.1 半导体二极管的开关特性
一、二极管伏安特性
反向击穿电压
iD(mA)
UBR
0 0.5 0.7
门坎电压Uth
uD(V)
硅 PN 结伏安特性
二极管的单向导电性： ①外加正向电压（>Uth），二极 管导通，导通压降约为0.7V； ②外加反向电压，二极管截止。
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iD(mA)
0.7V
c
iB(μ A)
iC
b iB e
0
硅料 NPN 型三极管
0.5
0.7 uBE(V)
输入特性曲线
输入回路实质是一个PN结，其输入特性基本等同于 二极管的伏安特性。 2018/11/12 10
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2.2数字电路与逻辑设计 半导体二极管和三极管的开关特性
c
b e
NPN 型三极管
NMOS管电路符号 2018/11/12
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PMOS管电路符号
孔敏
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2.2数字电路与逻辑设计 半导体二极管和三极管的开关特性
二、MOS管开关特性
+VDD RD D G ui S iD uo
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数字电路与逻辑设计
2.1
概述
门电路是用以实现逻辑关系的电子电路。
分立元件门电路
门 电 路
双极型集成门（DTL、TTL）
集成门电路 MOS集成门 NMOS PMOS CMOS
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－－－ 开关断开 －－－ 开关闭合
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2.2数字电路与逻辑设计 半导体二极管和三极管的开关特性
2.2.2 双极型三极管的开关特性 一、双极型三极管结构 因有电子和空穴两种载流子参与导电过程，故 称为双极型三极管。
输入级
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D2
Y T5
T1 等效电路
0.2
Y 1 0
A
推拉式输出级作用： 降低功耗，提高带 1 负载能力
0
中间级
输出级
TTL非门典型电路
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YA
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数字电路与逻辑设计
2.4 TTL门电路
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数字电路与逻辑设计 一、二极管与门
2.3 分立元件门电路
+VCC(+5V) R
uA uB
0V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V
uY
0.7V 0.7V 0.7V 5V
VD1 VD2 导通 导通 导通 截止 截止 导通 截止 截止
VD1 A VD2 B
Y
A
0 0 1 1
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B
0 1 0 1
Y
0 0 0 1
Y=AB
A B
&
Y
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孔敏
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数字电路与逻辑设计 二、二极管或门
A VD1 B VD2 R Y
2.3 分立元件门电路
uA uB
0V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V
SBD iD
i
ib (a ) (b )
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抗饱和三极管
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数字电路与逻辑设计 三、TTL系列门电路
2.4 TTL门电路
性能比较好的门电路应该是工作速度既快，功耗又小的 门电路。因此，通常用功耗和传输延迟时间的乘积(简称功 耗—延迟积)来评价门电路性能的优劣。功耗—延迟积越小， 门电路的综合性能就越好。
uY
0V 4.3V 4.3V 4.3V
VD1 VD2 截止 截止 截止 导通 导通 截止 导通 导通
A
0 0 1 1
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B
0 1 0 1
Y
0 1 1 1
Y=A+B
A B
孔敏
≥1
Y
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数字电路与逻辑设计 三、三极管非门
假定：UIH=VCC ，UIL=0 当uI=UIH时，三极管深度饱和，uo=USEs=UOL － 开关闭合 当uI=UIL时，三极管截止，uO=Vcc=UOH
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－ 开关断开
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uD(V)
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孔敏
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2.2数字电路与逻辑设计 半导体二极管和三极管的开关特性
二、二极管开关特性
Vcc R uI D uo
二极管开关电路
利用二极管的单向导电 性，相当于一个受外加电压 极性控制的开关。
假定：UIH=VCC ，UIL=0 当uI=UIH时，D截止，uo=VCC=UOH 当uI=UIL时，D导通，uO=0.7=UOL
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B
0 1 0 1
Y
1 0 0 0
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TTL或非门典型电路
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Y A B
孔敏
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数字电路与逻辑设计 二、74S系列门电路
2.4 TTL门电路
74S系列又称肖特基系列。采用了抗饱和三极管，或称 肖特基晶体管，是由普通的双极型三极管和肖特基势垒二极 管 SBD 组合而成。 SBD 的正向压降约为 0.3V ，使晶体管不会 进入深度饱和，其 Ube 限制在 0.3V 左右，从而缩短存储时间， 提高了开关速度。
数字电路与逻辑设计
第二章 门电路
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6
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概述 半导体二极管和 三极管的开关特性 分立元件门电路 TTL门电路 CMOS门电路 集成逻辑们电路的应用
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①74：标准系列； ②74H：高速系列； ③74S：肖特基系列； ④74LS：低功耗肖特基系列；74LS系列成为功耗延迟积较 小的系列。74LS系列产品具有最佳的综合性能，是TTL集成 电路的主流，是应用最广的系列。 ⑤74AS：先进肖特基系列； ④74ALS：先进低功耗肖特基系列。
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数字电路与逻辑设计
基本要求
1、了解分立元件与、或、非、或非、与非门的电路组成、 工作原理、逻辑功能及其描述方法； 2、掌握逻辑约定及逻辑符号的意义； 3、熟练掌握TTL与非门典型电路的分析方法、电压传输特 性、输入特性、输入负载特性、输出特性；了解噪声容限、 TTL与非门性能的改进方法； 4、掌握OC门、三态门的工作原理和使用方法，正确理解 OC门负载电阻的计算及线与、线或的概念； 5、掌握CMOS反相器、与非门、或非门、三态门的逻辑功 能分析，CMOS反相器的电压及电流传输特性； 6、熟练掌握CMOS传输门及双向模拟开关。
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3 Lab of CVPR of West AnHui University 孔敏
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数字电路与逻辑设计
一、正逻辑与负逻辑
2.1
概述
正逻辑：用高电平表示逻辑1，用低电平表示逻辑0 负逻辑：用低电平表示逻辑1，用高电平表示逻辑0
在数字系统的逻辑设计中，若采用NPN晶体管 和NMOS管，电源电压是正值，一般采用正逻辑。 若采用的是PNP管和PMOS管，电源电压为负值， 则采用负逻辑比较方便。
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孔敏
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2.2数字电路与逻辑设计 半导体二极管和三极管的开关特性
四、双极型三极管开关特性
Rc Rb b c
+VCC iC uo
ui
iB e
三极管开关电路
利用三极管的饱和与截 止两种状态，合理选择电路 参数，可产生类似于开关的 闭合和断开的效果，用于输 出高、低电平，即开关工作 状态。
2.2数字电路与逻辑设计 半导体二极管和三极管的开关特性
2.2.3 MOS管的开关特性 一、MOS管结构 MOS管是金属—氧化物—半导体场效应管的简称。 （Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor） 由于只有多数载流子参与导电，故也称为单极型三极管。
NPN型
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PNP型
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2.2数字电路与逻辑设计 半导体二极管和三极管的开关特性
二、双极型三极管输入特性
双极型三极管的应用中，通常是通过b,e间的电流iB控制 c,e间的电流iC实现其电路功能的。因此，以b,e间的回路作为 输入回路，c,e间的回路作为输出回路。