
哈工大《数字电路》课件第3章 门电路-课堂用.doc
23页Harbin Institute of Technology《数字电路》课件-----------------内部资料第三章 门电路在现代数字电子设备,如微机及各种数控装置中,执行逻辑及数字运算的电路,几乎都是选用各种功能的集成电路组装而成的随着微电子技术的进步,集成电路不但性能日益改善,而且规模(即单位芯片面积中听容纳的晶体管数目)也不断增加,因而电路块的功能也愈显复杂众所周知,现代数字集成电路,就是在半导体硅一类材料的芯片上,用特殊工艺制造出大量晶体管,同时布上适当的连线,再经测试和封装而成数字集成电路中的晶体管,多数是工作在开关状态的,与模拟电路中晶体管的小信号(线性)工作状态有很大的不同TTL,MOS及ECL等类逻辑门的基本结构、工作原理、外部特性及应用知识3.1晶体管的开关特性及反相器3.1.1 晶体二极管特性曲线及等效电路作用:限幅、钳位3.l.2 晶体管三极开关(反相器)及其特性(1) 特性曲线的折线化和等效电路 NPN晶体管共射极开关电路,即反相器其中vi为输入控制方波输入特性图(c)输出特性图(d)当电源电压Vcc及负载电阻Rc确定后,晶体管的工作点可以落在三种不同的区域,即放大(线性)区、饱和区及截止区,完全由基极电流来决定:◆ 饱和区:iB≥IBS临界饱和点:集-射极间压降Vce很小Vces≈0.2~0.3◆ 截止区:VBE < 0◆ 饱和区、截止区等效电路(2) 分布电容对反相器的影响(3) 开关特性由饱和经放大到截止时,电荷消散时间图3-10 共射晶体管开关特性(4) 场效应管(FET)开关结型FET:J-FET,主要用于模拟电路金属-氧化物-半导体:MOS-FET,Metal Oxide Semiconductor-FET主要用于数字电路特点:电压型,开关特性好,功耗低,容易集成缺点:速度较慢N沟道增强型MOS管反相器RD可用有源负载代替传输时延3.2早期门电路3.2.1二极管门电路(a) F=ABC(b) F=A+B+C表3-1 二极管门电路的电平真值表ABCF(V)ABCF(V)0000.7VCC=+5V00000050.7VIL= 0V0054.30500.7VIH= 5V0504.30550.70554.35000.75004.35050.75054.35500.75504.355555554.33.2.2 电阻-晶体管逻辑门(RTL)3.2.3 二极管-晶体管逻辑门(DTL)III区II区I区3-3 晶体管—晶体管逻辑门(TTL)3-3-1 TTL基本门的工作原理(1)标准型TTL门电路I区:输入级II区:中间级III区:输出级(2) 快速型TTL改进方法: T4微导通、电平移位(3) 肖特基TTL门电路(S-TTL)改进方法:利用肖特基管的抗饱和特性(4) 低功耗肖特基TTL门电路(LS-TTL)(5) 高速TTL门电路(F-TTL)3-3-2 TTL的外部特性(1)电压传输特性VOHminVOLmax(2)输入、输出特性输入特性多余输入端的处理输出特性:l 门电路的驱动能力输出为低电平时: 最大允许灌电流为 IOLmax输出低电平扇出系数为: NOL=IOLmax/IILmax输出为高电平时:最大允许拉电流为 IOHmax输出高电平扇出系数为: NOH=IOHmax/IIHmax(3)电源及功耗3-3-3 TTL门电路的其它结构(1)集电极开路门(OC门)为什么要用OC门?功能:线与输出逻辑直接相与例3-4IiLmaxVOHminVOLmaxONICBOIOLmaxIiHmaxOC门的应用(2)三态门(TS门)三态门应用(3)施密特输入结构(1)与或非门F=AB+CD3.3.4 其它TTL门电路(2)异或门C=ABD=A+BE=AB+A+BF=E=AB+AB阿爸AB3-3-5 集成电路的封装F1 =A+BF2 =A+B3-4 射极耦合逻辑门(ECL)ECL门特性:3-6 金属-氧化物-半导体逻辑门(MOSL)3-6-2 静态CMOS门电路CMOS传输门CMOS三态反相器3-6-3 NMOS逻辑门3.7 TTL与ECL转换接口电路3-7-3双向总线收发器。












