门电路-数字电子技术-课件-天津科技大学-3-共6讲
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门电路PPT课件
如二极管或三极管电路组成。
如图3.1.2所示。 其原理为：
图3.1.2 高低电平实现原理电路
当开关S断开时，输出电压vo＝Vcc，为高电平“1”； 当开关闭合时，输出电压vo＝0，为低电平“0”；若开 关由三极管构成，则控制三级管工作在截止和饱和状态， 就相当开关S的断开和闭合。
.
6
3.1 概述
单开关电路功耗较大，目前出现互补开关电路 （如CMOS门电路），即用一个管子代替图3.1.2中的电 阻，如图3.1.3所示
•只用于IC内部电路
.
21
3.3 CMOS门电路
CMOS逻辑门电路是在TTL器件之后，出现的应 用比较广泛的数字逻辑器件，在功耗、抗干扰、带负 载能力上优于TTl逻辑门，所以超大规模器件几乎都采 用CMOS门电路，如存储器ROM、可编程逻辑器件 PLD等
国产的CMOS器件有CC4000(国际 CD4000/MC4000)、高速54HC/74HC系列（国际 MC54HC/74HC),此外还有兼容型的74HCT和74BCT系 列（BiCMOS）
图3.1.1 正负逻辑示意图
同一逻辑电路采用不同的逻辑关系，其逻 辑功能是完全不同的，如表3.1.1正负逻辑对应 的逻辑电路
.
4
3.1 概述由表中Fra bibliotek以看出表3.1.1 正负逻辑对应的门电路
正负逻辑式互为对偶式， 即若给出一个正逻辑的逻辑 式，则对偶式即为负逻辑的
正逻辑 与门
负逻辑 或门
逻辑式，如正逻辑为或门，
iD
+
vDS
+
vGS
-
v GS(off) 0
vGS
(a)共源极接法
(b)转移特性
图3.3.7 耗尽型NMOS管共源极接法和转移特性
数字电子技术基础课件第二章：门电路
AB Y 00 0 01 1 10 1 11 1
三、三极管非门
第 二 章 门 电 路
Vi Vo 0V VCC VCC 0.2V
AY 01 10
二极管与门和或门电路的缺点：
（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。
第 二
（2）负载能力差
章
门 电 路
D1
0V
D2 5V
+VCC （ +5V）
• MOS型工艺可分为NMOS、PMOS、CMOS
一、TTL逻辑门
第
1、TTL反相器的结
二
构和原理
章
门
1）结构
电
路
TTL反相器由三部
分构成：输入级、中
间级和输出级。
2）原理
A为低电平时(0.2V) ，
T1 饱 和 ， VB1≈0.9V ，
第
VB2≈0.2V ， T2 和 T5 截
二
止 ， T4 和 D2 导 通 ， Y
R 3kΩ
0.7V D1
D2 5V
+VC.4V L
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。
第 二
+VCC （ +5V）
+V
CC
（
+5V）
章
R
RC
门
3kΩ
电
D1
路
A
LA
Rb 1
3
T
L
2
D2 B
2.4 TTL集成门电路
• 集成电路：把二极管、三极管、电阻和连线都
章
为高电平；
门
电 路
A 为 高 电 平 时 (3.4V) ， VB1≈2.1V ， T1 倒 置 ，
三、三极管非门
第 二 章 门 电 路
Vi Vo 0V VCC VCC 0.2V
AY 01 10
二极管与门和或门电路的缺点：
（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。
第 二
（2）负载能力差
章
门 电 路
D1
0V
D2 5V
+VCC （ +5V）
• MOS型工艺可分为NMOS、PMOS、CMOS
一、TTL逻辑门
第
1、TTL反相器的结
二
构和原理
章
门
1）结构
电
路
TTL反相器由三部
分构成：输入级、中
间级和输出级。
2）原理
A为低电平时(0.2V) ，
T1 饱 和 ， VB1≈0.9V ，
第
VB2≈0.2V ， T2 和 T5 截
二
止 ， T4 和 D2 导 通 ， Y
R 3kΩ
0.7V D1
D2 5V
+VC.4V L
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。
第 二
+VCC （ +5V）
+V
CC
（
+5V）
章
R
RC
门
3kΩ
电
D1
路
A
LA
Rb 1
3
T
L
2
D2 B
2.4 TTL集成门电路
• 集成电路：把二极管、三极管、电阻和连线都
章
为高电平；
门
电 路
A 为 高 电 平 时 (3.4V) ， VB1≈2.1V ， T1 倒 置 ，
数字电子技术基础第三章 门电路
• 电平有偏移 • 带负载能力差
• 只用于IC内部电路
3.3 CMOS门电路
3.3.1MOS管的开关特性
金属层
一、MOS管的结构
氧化物层 半导体层
PN结
S (Source)：源极 G (Gate)：栅极 D (Drain)：漏极 B (Substrate):衬底
以N沟道增强型为例：
i f (u)
u
击穿
iIS(eU T1) (常温 U T下 2m 6 V)电压
温度的 电压当量
材料 硅Si 锗Ge
开启电压 0.5V 0.1V
导通电压 0.5~0.8V 0.1~0.3V
反向饱 开启 和电流 电压
反向饱和电流 1µA以下 几十µA
三、二极管的等效电路
理想 二极管
导通时i与u成 线性关系
浓度差 多子的扩散运动
扩散和漂移 这一对相反的 运动最终达到 动态平衡，空 间电荷区的厚 度不再改变。
（动画1-3）
6 PN结的导电性
(1) PN结加正向电压时的导电情况
PN结加正向电压时的导电情况如图01.07所示。
外加的正向电压， 方向与PN结内电场方向 相反，削弱了内电场。 扩散电流加大。扩散电 流远大于漂移电流，可 忽略漂移电流的影响， PN结呈现低阻性。
图01.02 本征激发和复合的过程（动画1-1、动画1-2 ）
因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出 现的，称为电子空穴对。游离的部分自由电子也可能 回到空穴中去，称为复合，如图01.02所示。
本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。
3 杂质半导体
(1) N（Negative）型半导体 (2) P（Positive）型半导体
掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。
• 只用于IC内部电路
3.3 CMOS门电路
3.3.1MOS管的开关特性
金属层
一、MOS管的结构
氧化物层 半导体层
PN结
S (Source)：源极 G (Gate)：栅极 D (Drain)：漏极 B (Substrate):衬底
以N沟道增强型为例：
i f (u)
u
击穿
iIS(eU T1) (常温 U T下 2m 6 V)电压
温度的 电压当量
材料 硅Si 锗Ge
开启电压 0.5V 0.1V
导通电压 0.5~0.8V 0.1~0.3V
反向饱 开启 和电流 电压
反向饱和电流 1µA以下 几十µA
三、二极管的等效电路
理想 二极管
导通时i与u成 线性关系
浓度差 多子的扩散运动
扩散和漂移 这一对相反的 运动最终达到 动态平衡，空 间电荷区的厚 度不再改变。
（动画1-3）
6 PN结的导电性
(1) PN结加正向电压时的导电情况
PN结加正向电压时的导电情况如图01.07所示。
外加的正向电压， 方向与PN结内电场方向 相反，削弱了内电场。 扩散电流加大。扩散电 流远大于漂移电流，可 忽略漂移电流的影响， PN结呈现低阻性。
图01.02 本征激发和复合的过程（动画1-1、动画1-2 ）
因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出 现的，称为电子空穴对。游离的部分自由电子也可能 回到空穴中去，称为复合，如图01.02所示。
本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。
3 杂质半导体
(1) N（Negative）型半导体 (2) P（Positive）型半导体
掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。
数字电子技术基础第二章门电路PPT课件
或门
实现逻辑或运算，当至少 一个输入为高电平时，输 出为高电平；否则输出为 低电平。
非门
实现逻辑非运算，当输入 为高电平时，输出为低电 平；当输入为低电平时， 输出为高电平。
门电路的分类
按功能分类
可分为与门、或门、非门、 与非门、或非门等。
按结构分类
可分为晶体管-晶体管逻辑 门（TTL）、金属氧化物 半导体逻辑门（MOS）等。
实践能力。
02 门电路的基本概念
逻辑门电路
逻辑门电路是数字电路的基本 单元，用于实现逻辑运算。
常见的逻辑门电路有与门、或 门、非门、与非门、或非门等。
逻辑门电路通常由晶体管、电 阻、电容等元件组成，具有高 电平、低电平和高阻态三种输 出状态。
常用逻辑门电路
01
02
03
与门
实现逻辑与运算，当所有 输入都为高电平时，输出 为高电平；否则输出为低 电平。
门电路在其他领域的应用
自动化控制
门电路可以用于实现自动化控制中的逻辑控制、 顺序控制等功能。
电子游戏
门电路可以用于实现电子游戏中的逻辑运算、状 态检测等功能。
智能家居
门电路可以用于实现智能家居中的控制逻辑、传 感器检测等功能。
05 门电路的实例分析
实例一：基本逻辑门电路的应用
基本逻辑门电路
包括与门、或门、非门等，是数字电路中最基本的逻辑单 元。
06 总结与展望
门电路的重要性和作用
门电路是数字电子技术的核心组件，它在数字电路中起到逻辑运算和信号控制的作 用。
门电路能够实现逻辑函数的运算，从而实现各种复杂的逻辑功能，是构成各种数字 系统和电子设备的基础。
门电路在计算机、通信、自动化等领域中有着广泛的应用，对现代科技的发展起着 至关重要的作用。
数字电子技术门电路PPT
第2章 门电路
2.2.3 TTL与非门的电气性能
1. TTL与非门的输入特性 输入特性是描述输入电流与输入电压之间的关系曲线 ，如图 示：
第2章 门电路
2. TTL与非门的输出特性 输出电压与负载电流之间的关系曲线，称为输出特性。 (1)输出为低电平时的输出特性曲线：
第2章 门电路
(2)输出为高电平时的输出特性曲线：
第2章 门电路
真值表为：
逻辑表达式为： F A B
第2章 门电路
3.三极管非门电路 非门：实现非运算的电路。 电路及其逻辑符号如图所示。当输入A为低电平时，三极 管截止，输出F为高电平，输入A为高电平时，三极管饱和，
输出F为低电平。逻辑表达式F= A 。
第2章 门电路
2.1.2 与非门、或非门电路
时间 tPLH 。通常把二者的平均值称作平均传输延迟时间，
t 以
pd
表示。 t pd
tPHL tPLH 2
2章 门电路
2. 动态尖峰电流 与非门从导通状态转换为截止状态或从截止状态转换为导通 状态，在这个转换过程中，都会出现T4、T5两管瞬间同时导 通，这瞬间的电源电流比静态时的电源电流要大，但持续时 间较短，故称之为尖峰电流或浪涌电流，如图示。
第2章 门电路
2. TTL门驱动CMOS门 当TTL电路和CMOS电路相连接时，必须考虑它们之间电流 驱动能力及高、低电平的配合等接口技术问题。当TTL门驱 动CMOS门时，可能出现TTL门输出高电平低于CMOS门要 求输入高电平的值，所以，常用TTL OC门作为接口电路， 其输出端上拉电阻R必须接到CMOS门的正电源VDD上，如 图示。
第2章 门电路
抗干扰能力分为输入低电平的抗干扰能力VNL和输入高电平 的抗干扰能力VNH。 低电平的抗干扰能力为：
数字电子技术基础 第二章 门电路1PPT课件
+VCC +12V 2 k
+ T 100uo
IBSICSVCRCcUCESVC RcC110202mA 0.06mA
因为 iB IBS 所以 T 饱和 uOUCE≤S0.3V
二、动态特性 三极管饱和程 t度 off
uI / V
3
0
-2
iC
0.9ICS 0.1ICS
0
uO / V ton
3
t
t t off
超大规模集成电路VLSI
> 10 000 门/片
(Very Large Scale Integration) 或 > 100 000 元器件/片
2. 2 半导体二极管 、三极管 和 MOS 管的开关特性
理想开关的开关特性
一、 静态特性
A
1. 断开
R OF F， IOF 0 F
2. 闭合 R O N0， U AK 0
< 10 门/片 或 < 100 元器件/片
中规模集成电路 MSI
10 ~ 99 门/片
(Medium Scale Integration) 或 100 ~ 999 元器件/片
大规模集成电路 LSI
(Large Scale Integration)
100 ~ 9 999 门/片 或 1 000 ~ 99 999 元器件/片
一、门电路
概述
实现基本逻辑运算和常用复合逻辑运算的电子电路
与与 门 或或 门 非非 门
与与非非门 或或非非门 与与或或非非门 异异或或门
二、逻辑变量与两状态开关
二值逻辑: 所有逻辑变量只有两种取值(1 或 0)。
数字电路: 通过电子开关 S 的两种状态(开或关)
门电路(电子技术课件)
门电路一、基本逻辑门二、TTL系列、CMOS系列门电路三、主要参数指标概述1.门电路是用以实现逻辑关系的单元电路，与基本逻辑关系相对应。
门电路主要有：与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等。
2.高低电平◼高电平：数字电路中较高电平代数值的范围。
◼低电平：数字电路中较低电平代数值的范围。
3.正负逻辑◼正逻辑：用高电平代表1、低点平代表0。
在数字电路中，一般采用正逻辑系统。
◼负逻辑：用高电平代表0、低点平代表1。
一、逻辑门—非门（The Inverter）输出总是与输入相反——NOT（非）操作逻辑门—非门（The Inverter）逻辑门—与门（The AND Gate）•仅当所有输入都高时，输出才为高•——AND（与）操作逻辑门—与门（The AND Gate）四输入与门（4-Input OR Gate）......逻辑门—或门（The OR Gate）•当一个或多个输入为高时输出为高。
•——OR（或）操作逻辑门—或门（The OR Gate）三输入或门（3-Input OR Gate）逻辑门—与非门（The NAND Gate）•先与操作，再非操作•仅当所有输入为1时，输出为波形图？逻辑门—与非门（The NAND Gate ）•三输入与非门逻辑门—或非门（The NOR Gate）•先或操作，再非操作•仅当所有输入为0时，输出为1德·摩根定理（DeMorgan’s Theorem）逻辑门—异或门（Exclusive-OR Gate/XOR）•当两输入不同时，输出为1逻辑门—同或门（Exclusive-NOR Gate/XNOR）•当两输入相同时，输出为1小结：•基本逻辑门：•Inverter（非门）•AND Gate（与门）•OR Gate（或门）•NAND Gate（与非门）•NOR Gate（或非门）•Exclusive-OR Gate（异或门）•Exclusive-NOR Gate（同或门）掌握：逻辑符号、真值表、布尔值表达式，时序图（数字波形）二、TTL系列、CMOS系列门电路•实际中，单独的逻辑门电路并不生产，而是将形成多个逻辑门的元器件和连线制作在同一硅片上，形成集成门电路，最常用的是TTL系列和CMOS系列。
教学课件PPT门电路
IC(sat)，uC UCE(sat)。
VCC
UCE(sat) O
上例中三极管反相 器的工作波形是理想波 形，实际波形为 ：
t
EXIT
二、三极管的动态开关特性
uI UIH
UIL O iC 0.9IC(sat)
0.1IC(sat) O uO VCC
IC(sat)
ton
toff
UCE(sat) O
uI 正跳变到 iC 上升到 0.9IC(sat) 所需的时间 ton 称 为三极管开通时间。
4000系列
速度慢 与TTL不ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ兼容 抗干扰 功耗低
74HC 74HCT
速度加快 与TTL兼容 负载能力强 抗干扰 功耗低
74VHC 74VHCT
速度更快 与TTL兼容 负载能力强 抗干扰 功耗低
74LVC 74VAUC
低(超低)电压 速度更加快 与TTL兼容 负载能力强 抗干扰功耗低
TTL 集成电路 广泛应用于中大规模集成电路
倒置放大
导通
1V
截止
这时 V2、V5 饱和。 uC2 = UCE2(sat) + uBE5
= 0.3 V + 0.7 V = 1 V 使 V3 导通，而 V4 截止。
3.6 V 3.6 V 3.6 V
饱和
0.3 V
深 饱 和
V4 截止使 V5 的等效集电极
电阻很大，使 IB5 >> IB5(sat) ，因
+VDD
t
t
0V
EXIT
开关工作的条件
截止条件
饱和条件
uBE ＜ Uth 可靠截止条件为
uBE ≤ 0
iB ＞ IB(Sat) iB 愈大于 IB(Sat) ， 则饱和愈深。
数字电子技术第3章门电路
23
青岛科技大学电工电子教研室
R1
4k
vB1
A
(vI )
T1
D1
R2
1.6k
vC 2
T2
vE 2
R3
1k
VCC R4
130
T4
D2 Y
T5
(vO )
输入级 倒相级
输出级
TTL反相器的典型电路
vI = VIH = 3.4V时
vB1 = VIH + VON = 4.1V
T2、T5导通， vB1被钳位在2.1V，
正逻辑与负逻辑
高低电电平平用用逻逻辑辑0高低表1 电表电示平示平用，用逻逻辑辑1表0 表示示 ，
• 非特别说明用正逻辑。
•本书中一律采用正逻辑。 高←→1；低←→0。
• 高低电平的允许范围
图3.1.2 正逻辑与负逻辑
5
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3.2 半导体二极管和三机关的开关特性 3.2.1 半导体二极管的开关特性
* 3.6其他类型的双极性数字集成电路
* 3.7 Bi-MOS电路 * 3.8 TTL电路与MOS电路的接口
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退出2
§3-1 概述
门电路 用于实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的
单元电路。 常用：与门、或门、非门、或非门、与非门的
电路等。
3
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单开关电路
17
五、动态开关特性
从二极管已知，PN 结存在电容效应。
在饱和与截止两个 状态之间转换时， iC的变化将滞后于VI， 则VO的变化也滞后 于VI。
18
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六 、三极管反相器