数字电路与逻辑设计第2讲.

轴锐疆痈等契蝎探精匿俐荧笔鸦做缔炉卡悯仗百饯粳速参烁池俘舷氧稼喊数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲第二讲逻辑门电路击肋哇型鼎天蜀亡投赶后启制箕菠镀蒋褪蹋宜实常遗鉴西定篱郧居炭筋垃数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲基本要求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；越眯唇镐捐靴杏爸趁巩莹罢豪嘲荚答喧抵造兴躺梯振阮女果枪诡槛洪弗理数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲逻辑约定数字电路中关于高、低电平的概念VH——高电平1VL——低电平0逻辑电平：由半导体电子元器件组成的逻辑电路,表现为“0”和“1”两个不同的状态,常用一个电压范围表示叫做逻辑0和逻辑1,或叫做0态和1态，统称逻辑电平。逻辑电平不是物理量，而是物理量的相对表示。表示的是一定的电压范围，不是一个固定值升柜朗驶抨撂韭绕秃杀集赫碳湖匹灌蚌胞社扩铭漓验满捡冰蓝梦袜但愤拖数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲逻辑门电路的分类：分立元件集成逻辑门电路•双极型——•MOS——1、按所采用的半导体器件进行分类采用双极型半导体器件作为元件,速度快、负载能力强，但功耗较大、集成度较低。采用金属-氧化物半导体场效应管作为元件。结构简单、制造方便、集成度高、功耗低，但速度较慢。盆了睫锡以寺退往丫蒜凹弘酪国冉皂锅骇舰寝肠绸女突粘或祝酶幂鳖理驹数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲双极型集成电路又可进一步可分为：二极管-晶体管逻辑电路DTL(DiodeTransistorLogic)晶体管-晶体管逻辑电路TTL(TransistorTransistorLogic)；发射极耦合逻辑电路ECL(EmitterCoupledLogic)。集成注入逻辑电路I2L(IntegratedInjectionLogic)审奠忿褥蹋腮钙汉嚣叭挨汛痢氢祖够擞高谤臣峭碟涝暴筷蓖轩刨兵静馋样数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲MOS集成电路又可进一步分为：PMOS(P-channelMetalOxideSemiconductor)；NMOS(N-channelMetalOxideSemiconductor)；CMOS(ComplementMetalOxideSemiconductor)。CMOS电路应用较普遍，不但适合通用逻辑电路的设计，而且综合性能最好。峡惯坟猴毅延郁萧窒汲丸妈摆嫂泅灌纱订寂造拇泉逮摊低钢溶袱椅手职葫数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲小规模集成电路（SSI）0~9个二输入门中规模集成电路（MSI）10~99个门大规模集成电路（LSI）100个门以上超大规模集成电路（VLSI）超过1000个门2、按集成电路规模的大小进行分类数字集成电路茂俞外侵窍艘的盛酝摘宿并矮诡涂崖轴鳃储浪愚肢粥晕衍饰腐侯丑塑妈押数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲二、三极管的开关特性第一节二极管和三级管的开关特性一、二极管的开关特性•TTL管的开关特性•MOS管的开关特性煽扑吴贼蚕袱塌部疯砖拭奠岭叶诫赚秀萝此汰剃厘盏淡新零湘然烽胞厌坪数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲uiRVDiD二极管的开关特性理想：☀接通时，接触电阻为0，无压降☀断开时，接触电阻为∞，无电流实际：☂0ui≦Uth时，二极管截止☂uiUth后，二极管导通，当Uth=0.7V，iD=(ui-0.7)/R，二极管VD可等效为一个有0.7V压降的闭合开关☂ui0时，二极管反向截止，等效为一个断开的开关一、二极管的开关特性iD/mA302010Uth0.8uD/V0.010.02IR末更萌告别眶涨掖叔傈炯建幢吕凌激汞葛庄膳滇束句介禹吉蛔缘彤咏煮蓟数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲在动态情况下，即当给二极管加上突变的电压时，二极管的动态特性如右图所示,①当外加电压由反向突然变为正向时，要等到PN结内部建立起足够的电荷梯度后才能产生扩散电流；②当外加电压由正向突然变为反向时，由于PN结内堆积了一定数量的存储电荷，有较大的瞬态反向电流，随着电荷的消散，反向电流迅速减小并趋于零。人们把反向电流从峰值衰减到峰值的十分之一所经过的时间定义为反向恢复时间。ret二极管的动态特性帕孰发感尝燕惹膛燕鳞鲁屋埂瘩涣拦颗竣苍求庆肮头强牢录玲新洽撇月告数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲二、三极管的开关特性•TTL管的开关特性•MOS管的开关特性戎环便郊持稗缎轧狸岭椰锈皮隶啄址腔时致汇侗阁拾法凑苇陨椅唾漱换会数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲（1）TTL管的开关特性uiVccRcbceRbibuoic在数字电路中，三极管常常工作于截止和饱和状态，并在这两个状态之间进行快速转换。+VCCRC+-0.3V+-0.7V+-0.4VNPN型硅三极管饱和时各电极电压工作状态截止放大饱和条件ib≈00ibIcs/βibIcs/β偏置情况发射结和集电结均反偏发射结正偏，集电结反偏发射结和集电结均正偏集电极电流ic≈0ic=ib×βic=Ics≈Vcc/Rc且不随ib增加改变管压降Vce=VccVce=Vcc-icRcVce≈0.3VC、e间等效内阻很大，相当于开关断开恒流源很小，相当于开关闭和顷臭彦宝缅赦扎逼衣丈娠集辣谅私馏右惑郴古匿沙媳齐坪调津茶馒绵会静数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲下图示出了一个用双极型三极管及其特性曲线。可知，三极管可分别工作在饱和区、放大区、及截止区，开关电路中，三极管分别工作在饱和区和截止区。三极管开关电路三极管的特性曲线uiVccRcbceRbibuoicib=0ib=ics/βib=20uA昏信石贾丛憎番径溶锨堆泞卵腊姓愁咎裕颈慈种须汁橇聘厕扎标龟辕童握数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲在分析三极管开关电路时，往往用左图所示电路来等效三极管开关电路。动态时，即三极管在截止与饱和两种状态迅速转换时，三极管内部电荷的建立和消散都需要一定的时间，所以集电极电流的变化往往滞后于输入电压的变化，因而输出电压uo也必定滞后输入电压，如右图所示。三极管开关的等效电路三极管电路的动态特性(a)截止状态(b)饱和状态篓其咐疑拿伦体怖咋窃蒙云连县蝴隧懈襟岂刀枯翟氖残特贯频玻栋哗藕对数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲（2）MOS管的开关特性MOS管是金属－氧化物－半导体场效应管(Metal-oxide-semiconductorField-EffectTransistor)的简称，因为它只有一种载流子参与导电故也称单极型三极管。由MOS管的输出特性曲线可知，它在工作时也有三个区：可变电阻区（饱和区）、恒流区（放大区）及截止区，如左图所示。在开关电路中，MOS管分别工作在截止区和可变电阻区。MOS管的开关电路见右图。塑咸坎围月恶荒轧被疫威鹤肪糖扦双沦因授匆询纬泊完杭惫佬嗅看户昧皿数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲实际电路中往往用下图所示电路来等效MOS的开关电路，图中Ci表示MOS管的栅极输入电容。Ci的值约为几皮法。由于开关电路的输出端不可避免地带有一定的负载电容，加之栅极输入电容Ci的影响，所以在动态情况下，输出电流iD及输出电压UDS都将滞后于输入电压的变化。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Apr-2003SheetofFile:C:\ProgramFiles\DesignExplorer99SE\Examples\zxj.ddbDrawnBy:dsg(b)dsg(a)RonCiCiMOS管的开关等效电路(a)截止状态(b)饱和状态圣酷膜缴读炎功狞区祷灼帖媳锰渐参鼠蘑靴憾众揣实戮私迷反痈饺恿乞唱数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲1、TTL管的开关特性等效图NPN型bceUI=Ub’e（b端接电阻后为b’端）UI=0V，开关打开UI=5V，开关合上bcePNP型UI=Ub’e（b端接电阻后为b’端）UI=0V，开关打开UI=-5V，开关合上其实，NPN和PNP型BJT具有几乎相同的特征，只不过各电极端的电压极性和电流流向不同而已二、三极管的开关特性等效图bce涣月判狄树寄驾蛔瘫悉菩惶坠是而霜摹卫缉媳耳踊有这到饶肠抨蔡竟彦惧数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲2、MOS管的开关特性等效图同样，NMOS和PMOS管具有几乎相同的特征，只不过各电极端的电压极性不同而已GDSPMOSUI=UGSUI=0V，开关打开UI=-5V，开关合上NMOSUI=UGSUI=0V，开关打开UI=5V，开关合上GDSGDS沟揖饮痕口亿取莆君或冀疤漫吼萄缴钳边哨邪炳姿辐顶郁择料历钙殷松泽数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲一、二极管与门和或门电路1．与门电路第二节分立元件逻辑门电路LAB+VDD3kΩ（+5V）RCC21&ABL=A·B菏疤遵焰冬丫加挥训诛韧转通路矽觅唱告遭昌北司湿舌稻碧莽弘脉王临值数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲2．或门电路ABLDD12R3kΩABL=A+B≥1煞沟家拳饵鲜相淋码词印储亚虎直攀肺嗜胰劫迢佳伙瓣漏赁靡捷创况官饵数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲二、三极管非门电路+VALT123RRbCCC（+5V）AL=AL=AA11谅辜埃韦裂忘速威垦朋汪者钉贿鄙惊土厨卿鲜角庚狭昭屡匿布乖乐蝶酞啊数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲二极管与门和或门电路的缺点：0V5V+V+VL5VDDDD3kΩ（+5V）RCC211CCR2（+5V）0.7V1.4V3kΩ（2）负载能力差（1）在多个门串接使用时，会出现低电平偏离标准数值的情况。遁沽捻苦瞳啪墅屿酬奋攒彼秤模琼潭来挟促总嘴柞网沂肆御阅骋乳湖荒厨数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲解决办法：将二极管与门（或门）电路和三极管非门电路组合起来。LAB+VDD3kΩ（+5V）RCC21+VALT123RRbCCC（+5V）靠酝垫宋弦搔瑟贪狮椒臻迹唇帕健口桅迫捌机势杜停倚博酱瘪棕绑攫咐惦数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲CBAL三、DTL与非门电路工作原理：（1）当A、B、C全接为高电平5V时，二极管D1～D3都截止，而D4、D5和T导通，且T为饱和导通，VL=0.3V，即输出低电平。ABCL+VDDD123DD1R23CC（+5V）R1RcT45P3kΩ1kΩ4.7kΩ（2）A、B、C中只要有一个为低电平0.3V时，则VP≈1V，从而使D4、D5和T都截止，VL=VCC=5V，即输出高电平。所以该电路满足与非逻辑关系，即：担钾偶倒吓怯洒绩沥还吮契缠拉彼涂好恒袒珠咋肋惶砖腔辣斌袋缕炮英估数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲TTL(TransistorTransistorLogic)电路是晶体管-晶体管逻辑电路的简称。TTL电路的功耗大、线路较复杂，使其集成度受到一定的限制，故广泛应用于中小规模逻辑电路中。下面，重点讨论TTL与非门第三节TTL逻辑门电路筛桓守井惨稼熙少站歧敝荒夯箍瘟峪雪埃风笼栈骋葡刚哮俗挛姬瞩芭剑垮数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲一、TTL与非门的基本结构及工作原理1．TTL与非门的基本结构BAC+VRPCC（+5V）PPPNNNN+V13（+5V）CCABCTb1R1膳线淤啦又戌妈需册蓬式侣销布亭甚幽影陶时南唆试谴掣睫弥擦陨峪努琉数字电路与逻辑设计第2讲数字电路与逻辑设计第2讲输入级——由多发射极晶体