搜索
课程数字电子技术章节第2章教师陈燕熙审批课题2.1-2.3逻辑门电路课时2授课日期授课班级教学目的与要求1.掌握二极管和三极管的开关特性2.掌握基本门电路的电路符号和逻辑功能3.掌握几种常见的逻辑门电路的逻辑符号和逻辑功能教学重点各种逻辑门电路的逻辑符号和逻辑功能教学难点二极管和三极管的开关特性授课类型专业理论课教学方法班级授课教具多媒体解决重难点的措施1.各种逻辑门电路对照学习2.开关特性主要是对二极管和三极管的工作状态的掌握和升华。导入过程设计用来接通或断开电路的开关器件应具有两种工作状态：一种是接通(要求其阻抗很小，相当于短路),另一种是断开(要求其阻抗很大，相当于开路)。在数字电路中，二极管和三极管(BJT)工作在开关状态。它们在脉冲信号的作用下，时而导通，时而截止，相当于开关的“接通”和“关断”。研究它们的开关特性，就是具体分析导通和截止之间的转换问题。当脉冲信号频率很高时，开关状态变化的速率非常快，可达每秒百万次数量级，这就要求器件的导通与截止两种状态的转换要在微秒甚至纳秒数量级的时间内完成。教学过程一、教学内容：2.1二极管和三极管的开关特性2.1.1二极管的开关特性1.二极管的开关作用用来接通或断开电路的开关器件应具有两种工作状态：一种是接通(要求其阻抗很小，相当于短路),另一种是断开(要求其阻抗很大，相当于开路)。在数字电路中，二极管和三极管(BJT)工作在开关状态。它们在脉冲信号的作用下，时而导通，时而截止，相当于开关的“接通”和“关断”。研究它们的开关特性，就是具体分析导通和截止之间的转换问题。当脉冲信号频率很高时，开关状态变化的速率非常快，可达每秒百万次数量级，这就要求器件的导通与截止两种状态的转换要在微秒甚至纳秒数量级的时间内完成。2.二极管开通时间二极管从截止转为正向导通所需的时间称为开通时间，这个时间同反向恢复时间相比很短，它对开关速度的影响很小，以致忽略不计。通过以上讨论看出，二极管的暂态开关过程就是PN结电容的充、放电过程。二极管由截止过渡到导通时，相当于电容充电，二极管由导通过渡到截止时，相当于电容放电。二极管结电容越小，充、放电时间越短，过渡过程越短，则二极管的暂态开关特性越好。ui＝0V时，二极管截止，如同开关断开，uo＝0V。二极管加反向电压ui＝5V时，二极管导通，如同0.7V的电压源，uo＝4.3V。二极管加正向电压2.1.2三极管的开关特性1.三极管的开关条件(1)、截止当输入时，基射间的电压小于其门限电压Uth（0.5V）,三极管截止，电流≈0，电流≈0，输出＝≈VCC，这时，三极管工作在上图中的A点。为了使三极管能可靠截止，应使发射结处于反偏，因此，三极管+uiRL－+uo－D开关电路+ui=0VRL－+uo－Dui=0V时的等效电路+uiRL－+uo－D开关电路++－ui=5VRL－+uo－D0.7Vui=5V时的等效电路的可靠截止条件为:。三极管截止时，E、B、C三个极互为开路。(2)、饱和当输入时，使三极管工作在临界饱和状态，如上图中的S点。在该点上：因此，三极管饱和条件为：当三极管饱和时，达到最大；达到最小。C、B、E为连通。2.3基本逻辑门电路2.3.1二极管与门电路输入与输出量之间能满足与逻辑关系的电路，称为与门电路。图4.3.1(a)表示由半导体二极管组成的与门电路，图4.3.1(b)为它的逻辑符号。图中A、B、C为输入端,L为输出端。用电子电路来实现逻辑运算时，它的输入、输出量均为电压（以V为单位）或电平（用1或0表示）。输入量作为条件，输出量作为结果，输入信号为+5V或0V。(a)电路(b)逻辑符号图4.3.1二极管与门此电路按输入信号的不同有下述两种情况：1.若输入端中任意一个，例如VA为0V，另两个为+5V，在这种情况下，D1导通，使L点电压VL被钳制在0V。此时，D2、D3受反向电压作用而截止，所以VL≈0V。由此可见，与门几个输入端中，只有加低电压输入的二极管才导通，并把L钳制在低电压(接近0V)，而加高电压输入的二极管都截止。2.输入端A、B、C都为高电压+5V，这时，D1、D2、D3都截止，此时输出端L点的电压VL与VCC相等，即VL=+5V。把上述分析结果归纳起来列入表4.3.1中，可见图4.3.1的电路满足与逻辑的要求：只有所有输入端都是高电压时，输出才是高电压，否则输出就是低电压，所以它是一种与门。表4.3.1输入输出关系输入输出VA/VVa/VVc/VVL/V000000+500+5000+5+50+5000+50+50+5+500+5+5+5+5如果,规定+5V为高电平并用逻辑1表示；0V为低电平并用逻辑0表示，可以得到三变量的与逻辑真值表。如表4.3.2所示。表4.3.2与逻辑真值表输入输出ABCL00000010010001101000101011001111从表4.3.2可明显地看出，L与A、B、C之间的关系，只有当A、B、C都是1时，L才为1，否则L为0，其逻辑表达式为L=A·B·C。2.3.2二极管或门电路图4.3.2（a）表示由二极管组成的或门电路，图4.3.2（b）是它的逻辑符号。(a)电路(b)逻辑符号图4.3.2二极管或门此电路按输入信号不同分为两种情况进行分析：(1)输入端A、B、C都为0V时，D1、D2、D3都处于截止状态，VL=0V。(2)若输入端中有任意一个，例如VA为+5V，而另两个为0V时，D1导通，VL为高电压，D2、D3受反向电压作用而截止，这时VL=+5V。如用二值数字逻辑中的1和0分别表示高、低电平，则上述逻辑关系可列成真值表，如表4.3.3所示。A、B、C中只要有一个为1，L就是1，这就是或逻辑关系，即：L=A+B+C表4.3.3或逻辑真值表输入输出ABCL000000110101011110011011110111112.3.3非门电路--BJT反相器图4.3.3（a）表示一基本反相器电路，图4.3.3（b）表示反相器的传输特性，图中标出了BJT的三个工作区域，图4.3.3(c)为它的逻辑符号。由传输特性可见，当输入为逻辑0时，BJT将截止，输出电压将接近于VCC，即逻辑1；当输入为逻辑1时，BJT将饱和导通，输出电压约为0.2～0.3V，即逻辑0。可见反相器的输出与输入量之间的逻辑关系满足非逻辑运算，其真值表如表4.3.4所示。表4.3.4BJT真值表输入A输出L0110二、课堂练习1.三个基本门电路是：2.与门的逻辑功能是：3.或门的逻辑表达式：4.非门的逻辑表达式:5.画出三种基本逻辑门电路的逻辑符号。三、教学小结：以上所讨论的是基本的与、或、非门，利用它们可以实现与、或、非逻辑运算。但是它们的输出电阻比较大，带负载的能力差，开关性能也不理想。四、练习题2-12-2