电子技术4第9章基本门电路

1第9章基本门电路2020/5/15二极管、晶体管的开关特性基本逻辑门电路集成门电路及其芯片集成电路使用中的实际问题本章小结第9章基本门电路2第9章基本门电路2020/5/15掌握二极管、三极管的符号熟悉二极管、三极管的开关特性主要要求:9.1二极管、晶体管的开关特性3第9章基本门电路2020/5/159.1.1二极管的开关特性(switchingcharactericofdiode)1.开关二极管的等效模型+-DRi/mAuI/V（a）电路（b）伏安特性曲线当输入uI大于等于0.7V时，二极管导通；当输入电压小于0.5时，管子截止。4第9章基本门电路2020/5/15（a）近似模型：当二极管导通时，压降保持不变，即UD=0.7V。uI=UI，i=（UI-UD）/R（b）理想模型：当二极管导通时，压降忽略不计，即UD=0V，如同开关闭合。当硅二极管导通时，一般有两种类型，如图所示：5第9章基本门电路2020/5/15当硅二极管截止时，uI=0，一般认为I0，如同开关断开，如图所示。~~6第9章基本门电路2020/5/152.二极管的动态特性（a）输入电压波形（b）理想动态过程（c）实际动态过程较大的反向电流正常的反向电流反向恢复时间7第9章基本门电路2020/5/159.1.2晶体管的开关特性(switchingcharactericoftriode)1.晶体管的工作状态以下图为例分析一下它们的工作特点。8第9章基本门电路2020/5/15（1）截止状态当uI0.7V时，uBE小于开启电压，iB=0，B-E间截止，iC0，C-E间也截止，三极管工作在Q1点以下。故B-E和C-E间都相当于一个断开的开关。~~9第9章基本门电路2020/5/15（2）放大状态：B-E间导通，iC=βiB，（3）饱和状态UCE=0.3V，这种状态为三极管的饱和状态。10第9章基本门电路2020/5/15三极管从饱和到截止和从截止到饱和都需要时间。三极管从截止到饱和的时间为开通时间，用ton表示；从饱和到截止时间为关断时间，用toff表示。动态过程如图9.1.7三极管的开通时间和关断时间一般在纳秒（ns）数量级,通常toff〉ton，ts〉tf2.晶体管的动态特性tOn=td+trtOff=ts+tf11第9章基本门电路2020/5/15主要要求:熟悉分立元件构成的门电路掌握逻辑门电路及其符号9.2基本逻辑门电路12第9章基本门电路2020/5/159.2.1分立元件构成的门电路（gatecircuitcomposedsingledelments）1.二极管与门电路表9.2.1二极管与门电路输入输出关系ABF逻辑值（电压）逻辑值（电压）逻辑值（电压）逻辑值（电压）0（0V）0（0V）0（0V）0（0V）0（0V）0（0V）0（0V）1（+5V）1（+5V）1（+5V）1（+5V）1（+5V）输出与输入的关系式F=AB特点：见0出0，全1才出1。13第9章基本门电路2020/5/152.二极管或门电路表9.2.2二极管或门电路输入输出关系ABF逻辑值（电压）逻辑值（电压）逻辑值（电压）逻辑值（电压）0（0V）0（0V）0（0V）0（0V）0（0V）1（+5V）1（+5V）1（+5V）1（+5V）1（+5V）1（+5V）1（+5V）输出与输入的关系式F=A+B特点：见1出1，全0才出0。14第9章基本门电路2020/5/153.三极管非门电路AF逻辑值（电压）逻辑值（电压）表9.2.3三极管非门电路输入输出关系0（0V）0（0V）1（+5V）1（+5V）输出与输入的关系式F=A特点：见0出1，见1出0。15第9章基本门电路2020/5/15以上电路中都是用电平的高低代表逻辑值规定+5V（高电平）代表逻辑1，0V（低电平）代表逻辑0，这种逻辑称“正逻辑”；规定+5V（高电平）代表逻辑0，0V（低电平）代表逻辑1，则称这种逻辑为“负逻辑”。注意一般同一个电路，正逻辑下与门，负逻辑下就是或门；反之，正逻辑下或门，则负逻辑下就是与门。16第9章基本门电路2020/5/159.2.2常用基本逻辑门电路及其符号1.与门与门的逻辑关系为F=ABC特点：见0出0，全1才出1。与门符号如图（a）为新国家标准（GB312.12）符号；（b）以前国内常用符号（SJ1223-77标准）；（c）为国外常用符号（MIL-STD-806标准）。17第9章基本门电路2020/5/152.或门与门的逻辑关系F=A+B+C特点：见1出1，全0才出0。（a）为新国家标准（GB312.12）符号；（b）以前国内常用符号（SJ1223-77标准）；（c）为国外常用符号（MIL-STD-806标准）。提示：其他各种门电路的逻辑符号同样分（a），（b），（c）三种，以后不再说明。18第9章基本门电路2020/5/153.非门非门的逻辑关系为F=A特点：见1出0，见0出1。4.与非门特点：见0出1，全1出0。与非门的逻辑关系F=ABC19第9章基本门电路2020/5/155.或非门或非门的逻辑关系F=A+B+C特点：见1出0，全0出1。6.异或门异或门的逻辑关系F=AB特点：AB不同出1，AB相同出0。20第9章基本门电路2020/5/157.与或非门与或非门的逻辑关系为F=AB+CD21第9章基本门电路2020/5/15主要要求:理解集成电路的定义掌握集成芯片的应用9.3集成门电路及其芯片22第9章基本门电路2020/5/15集成电路按集成度分类如下：小规模数字集成电路（SSI）-100个门以下，包括门电路等；中规模数字集成电路（MSI）-100-1000个门，包括计数器等；大规模数字集成电路（LSI）-1000-10000个门，包括各类专用的存储器，各类ASIC芯片等；超大规模数字集成电路（VLSI）-10000个门以上，包括各类CPU等。集成电路分类23第9章基本门电路2020/5/159.3.1TTL门电路1.TTL与非门工作原理：当ABC三输入只要有一个为低电平，输出F即为高电平；当ABC三输入全为高电平时，输出F即为低电平。所以，右图为与非门电路。24第9章基本门电路2020/5/152.集电极开路OC门符号如下：&BABA25第9章基本门电路2020/5/153）实现线与功能。线与输入输出关系F=ABCD2）实现电平转换；1）实现大电流驱动；集电极开路OC门的特点：26第9章基本门电路2020/5/153.三态门1）特点：输出有三个状态：高电平，低电平，高阻态（悬浮态）2）三态非门的逻辑符号27第9章基本门电路2020/5/15EAF01001101高阻高阻高电平控制的三态非门由表可知，当控制端E=1时，该电路与普通门一样工作；当E=0时，输出处于高阻状态。注：低电平控制的三态门，正好与高电平控制的工作原理相反，这里不再累赘。28第9章基本门电路2020/5/153）三态门的应用：有4个设备A，B，C，D共用一条数据线，任意时刻，只要其中一个设备的控制信号为1，其他的控制信号为0（低电平控制的三态门，此时可使其他设备与总线间呈高阻态），则该设备的输出送入总线。29第9章基本门电路2020/5/15利用三态门也可实现双向信息的传输控制，如图所示：它有两个控制端，EIN/EOUT当EIN=1且EOUT=0时，信号由B1→B2；当EIN=0且EOUT=1时，信号由B2→B1；当EIN=0且EOUT=0时，B2和B1间为高阻。EIN与EOUT不能同时为1。30第9章基本门电路2020/5/159.3.2MOS门电路1.用NMOS管制成的非门电路UDD（+10V）AFRDSDG令该管开启电压为UT〉0V，当UA=0V（低电平），即UAUT时，管子截止，UF=+UDD（高电平）；当UA=+UDD（高电平），即UAUT时，管子导通，UF=0V（低电平）。规定+10V代表1，0V代表0，其真值表如表9.3.4所示：AF0110表9.3.4NMOS非门电路真值表31第9章基本门电路2020/5/152.用CMOS管制成的非门电路UDD（+10V）AFS1D1G1V1S2D2G2V2令两管开启电压均为UT=3V，当UA=+10V（高电平），V1管导通，V2管截止，相当于开关S2断开，UF=0V（低电平）；当UA=0V（低电平），V1管截止，V2管导通，相当于开关S1断开，UF=+10V（高电平）。规定+10V代表1，0V代表0，其真值表如表9.3.5所示：AF0110表9.3.5CMOS非门电路真值表32第9章基本门电路2020/5/153.用NMOS管制成的三态门电路UDD（+10V）AFEF1RDV1F2V2111工作原理：当E端为低电平时，F1和F2都为0，F为高阻；当E端为高电平时若A=1，F1为1，F2为0，F=1若A=0，F1为0，F2为1，F=033第9章基本门电路2020/5/154.CMOS传输门工作原理（设两管的开启电压均为２Ｖ）CG2S1V1uIV2UDD（+10V）uOG1S2CD1D2（ａ）电路图ＴＧCCuIuO（ｂ）符号10VIu0当Ｃ为高电平（１０Ｖ），Ｃ为低电平时（０Ｖ）时，ｕＯ＝ｕＩ。相当于开关闭合，ｕＩ与ｕＯ间导通。当Ｃ为低电平（０Ｖ），Ｃ为高电平时（１０Ｖ）时，ｕＯ≠ｕＩ。相当于开关断开，ｕＩ与ｕＯ间不导通。34第9章基本门电路2020/5/159.3.3常用集成电路芯片1.常用TTL集成电路TTL数字集成电路分54系列（军品，工作温度-55—1250C）74系列7474H74S74AS（向高速发展）7474LS74ALS（向低功耗发展）（民品，工作温度0—700C）35第9章基本门电路2020/5/151413121110986547321UCCGNDA1B1Y1A2B2Y2Y4A4B4B3A3Y3常用TTL集成门电路芯片（以74LS系列为例）74LS00（四2输入与非门）；74LS02（四2输入或非门）等等。1413121110981237456UCCGND&&&&A1B1B1A1Y1B2A2Y2Y1A2B2Y2B3A3Y3B4A4Y4Y4A4B4B3A3Y3ABY即：B1A1Y1B2A2Y2B3A3Y3B4A4Y4BAY即：36第9章基本门电路2020/5/152.常用CMOS集成电路常见的CMOS集成电路4000/4500系列引脚按工作类型分为三类：1）电源正极（UDD）（+3V—+18V），电源负极USS一般接地；2）信号输入；3）信号输出。（1）4000CMOS系列（2）74HCCMOS系列74HC和74LS的逻辑功能、外部引脚排列完全兼容，工作电压为+5V。37第9章基本门电路2020/5/159.3.4集成门电路应用举例1.用门控制的报警器38第9章基本门电路2020/5/152.用或门控制的报警器39第9章基本门电路2020/5/153.光电耦合器4N25的接口电路40第9章基本门电路2020/5/15主要要求:了解各类集成电路的主要参数掌握集成电路的主要特性9.4集成电路使用中的实际问题41第9章基本门电路2020/5/159.4.1有关集成电路的主要参数及其特性曲线主要参数及其特性以TTL与非门为例:VVuiuoABCR＋UCC&(a)TTL与非门的电压传输特性的测试电路42第9章基本门电路2020/5/15TTL与非门的电压传输特性01234abcde0.61.31.52.4UNLUNHUSHUonUSLuo/Vui/V(b)Uoff43第9章基本门电路2020/5/151）ab段(截止区)0≤ui＜0.6V,uo=3.6V。2）bc段(线性区)0.6V≤ui＜1.3V,uo线性下降。3）cd段(转折区)1.3V≤ui＜1.5V,uo急剧下降。4）de段(饱和区)ui≥1.5V,uo=0.3V44第9章基本门电路2020/5/15（1）输出高电平UoH和输出低电平UoLUoH是指输入端有一个或一个以上为低电平时的输出高电平值；UoL是指输入端全部接高电平时的输出低电平