《数字逻辑设计》PPT课件

概述
集成逻辑门电路主要有TTL门电路和COMS门
电路。TTL门由双极型晶体管组成，CMOS门电
路由单极型MOS管组成。
TTL门电路的工作速度高，但功耗也百度文库大，
集成度不高；CMOS门电路功耗小，集成度高， 但工作速度较低。
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第6讲
各种门电路的输入和输出，只有高电平和低电
平两种不同的状态。高电平和低电平都有一定的 范围。
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第6讲
半导体二极管、三极管和MOS管，则是构成这 种电子开关的基本开关元件。
理想开关的开关特性： (1) 静态特性： 断开时，开关两端的电压不管多大，等
效电阻ROFF = 无穷，电流IOFF = 0。 闭合时，流过其中的电流不管多大，等效电阻
RON = 0，电压UAK = 0。
对于同一个门电路，可以采用正逻辑，也可以采 用负逻辑。 本书若无特殊说明，一律采用正逻辑体制。 同一个门电路，对正、负逻辑而言，其逻辑功能 是不同的。
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第6讲
3.2
半导体二极管和三极管的开关特性
3.2.1
二极管的开关特性
数字电路中的晶体二极管、三极管和MOS管工作 在开关状态。 导通状态：相当于开关闭合 截止状态：相当于开关断开。 逻辑变量←→两状态开关： 在逻辑代数中逻辑变量有两种取值：0和1； 电子开关有两种状态：闭合、断开。
A
0V 0V 5V 5V 二极管与门的真值表 A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 Y 0 0 0 1
容易导通，可分流三极管的一部分基极电流，使三极管工作 在浅饱和状态，从而大大缩短三极管的开关时间，提高工作
速度。在集成电路中肖特基二极管和三极管制作在一起。
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第6讲
3.3 分立元件门电路
门电路的概念： 实现基本和常用逻辑运算的电子电路，叫逻辑 门电路。实现与运算的叫与门，实现或运算的叫或 门，实现非运算的叫非门，也叫做反相器，等等。 分立元件门电路和集成门电路: 分立元件门电路：用分立的元件和导线连接起 来构成的门电路。简单、经济、功耗低，负载差。 集成门电路：把构成门电路的元器件和连线都 制作在一块半导体芯片上，再封装起来，便构成了 集成门电路。现在使用最多的是CMOS和TTL集成门 电路。 19 18.11.25
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第6讲
客观世界中，没有理想开关。 乒乓开关、继电器、接触器等的静态特性十分 接近理想开关，但动态特性很差，无法满足数字电 路一秒钟开关几百万次乃至数千万次的需要。
半导体二极管、三极管和MOS管做为开关使用
时，其静态特性不如机械开关，但动态特性很好。
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第6讲
1. 静态特性及开关等效电路
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第6讲
3.2.3 MOS管的开关特性
一般采用增强型MOS组成开关电路，并由栅源电 压uGS控制MOS管的截止或导通。
NMOS管电路图
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截止状态
导通状态
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第6讲
3.2.4
抗饱和三极管
它是在三极管基极和集电极之间并接一个肖特基二极管（简
称SBD）构成的。肖特基二极管的正向压降小，约为0.4V，
开关等效电路
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第6讲
(2)饱和条件
条件：发射结正偏，集电结正偏 特点：UBES=0.7V，UCES=0.3V/硅
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第6讲
I CS
VCC U CES VCC RC RC
I BS
I BS
VCC RC
三极管开关等效电路 饱和时
I CS
三极管的饱和条件：
第6讲
第3章 集成逻辑门电路
学习目标：
1.了解半导体二极管、三极管和CMOS管的开关特性及等效电 路。 2.了解TTL与非门的工作原理和主要性能指标。 3.掌握集电极开路门（OC门）、三态输出门的逻辑功能、特 点和用途。 4.熟悉TTL与非门、CMOS逻辑门使用注意事项。
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第6讲
3.1
第6讲
3.3.1 二极管与门电路
1. 电路
2. 工作原理
A、B为输入信号 （+5V或0V） Y 为输出信号 VCC＝+5V
电路输入与输出电压的关系 A 0V 0V 5V 5V B 0V 5V 0V 5V Y 0V 0V 0V 5V
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第6讲
3. 逻辑赋值并规定高低电平 用逻辑1表示高电平（此例为≥+3.6V） 用逻辑0表示低电平（此例为≤0.3V） 4. 真值表
3.6V
U SH
2.4V
U SL
0.8V 0V
标准高电平USH常取 3.6V；低电平USL常 取0.3V。
高低电平示意图
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第6讲
关于正逻辑和负逻辑的概念
1. 正负逻辑的规定 正逻辑体系：用1表示高电平，用0表示低电平。 负逻辑体系：用1表示低电平，用0表示高电平。
2. 正负逻辑的转换
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iB I BS
VCC RC
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第6讲
2. 三极管的开关时间（动态特性）
延迟时间td 上升时间tr 开启时间ton
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存储时间 ts 下降时间tf 关闭时间 toff 15
三极管的开关时间
第6讲
(1) 开启时间ton 三极管从截止到饱和所需的时间。 ton = td +tr td ：延迟时间 tr ：上升时间 (2) 关闭时间toff 三极管从饱和到截止所需的时间。 toff = ts +tf ts ：存储时间（几个参数中最长的；饱和越深越长） tf ：下降时间 toff > ton 。 开关时间一般在纳秒数量级。高频应用时需考虑。
正向导通时 UD(ON)≈0.7V（硅） 0.3V（锗）
RD≈几Ω ～几十Ω
相当于开关闭合
二极管的伏安特性曲线
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第6讲
反向截止时
反向饱和电流极小
反向电阻很大（约几百kΩ）
相当于开关断开
二极管的伏安特性曲线
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第6讲
2. 动态特性： 二极管从截止变为导通和从导通变为截止都需 要一定的时间。通常后者所需的时间长得多。一般 为纳秒数量级。
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第6讲
3.2.2
1.
三极管的开关特性
静态特性及开关等效电路 在数字电路中，三极管作为开关元件，主要 工作在饱和和截止两种开关状态，放大区只是极 短暂的过渡状态。
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三极管的三种工作状态 （a）电路 （b）输出特性曲线
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第6讲
(1) 截止条件
条件：发射结反偏 特点：电流约为0