数字电路第二章

•功耗 功耗P 功耗
<50mw
t pd =
t p1 + t p 2 2
3.3.5 TTL与非门举例 7400 与非门举例——7400 与非门举例
74LS00
7400是一种典型的 与非门器件， 7400是一种典型的TTL与非门器件，内部含有4个2输入端 是一种典型的 与非门器件 内部含有4 与非门，共有14个引脚。引脚排列图如图所示。 与非门，共有14个引脚。引脚排列图如图所示。 14个引脚
CC CC c4 b1 b1 4 3 2 1 1
I is
10-40nS <50mw
截止 D 截止
1
3
1
3
• 功耗 功耗P
输出低电平
3 2
I IL
I IL
T3 V5
I OL= I C3
饱和
3.3.4 TTL与非门的主要参数 与非门的主要参数
• • • • • • • •
•
I is
输出高电平U 输出高电平 OH >3.0V 3.6V 某一输入端接地，其它输入端悬空时（ 某一输入端接地，其它输入端悬空时（或接高 输出低电平U 输出低电平 OL <0.35V 电平）， ），流出该输入端的电流为输入短路电流 电平），流出该输入端的电流为输入短路电流 开门电平U 开门电平 ON <1.8V 额定灌电流为I 额定灌电流为 L 测法 关门电平U 关门电平 OFF >0.8V 输入短路电流I 输入短路电流Iis <2.2mA EC 输入交叉漏电流I 输入交叉漏电流 ih A 扇出系数N >8 扇出系数 平均传输延迟时间t 平均传输延迟时间 pd
2.4
TTL集成与非门电路 集成与非门电路
• 2.4.1 电路的组成 (TTL——晶体管-晶体管组成与非门 ) • 2.4.2 工作原理 • 2.4.3 TTL与非门的传输特性 与非门的传输特性 • 2.4.4 TTL与非门的主要参数 与非门的主要参数
3.3.1 电路的组成 部分） 电路的组成 (3部分） 部分
第一节
晶体管的开关特性
• 2.1.1 二极管的开关特性
半导体基本知识
PN结 特性 单向导电性 二极管的结构 正向导通 反向截止 PN结
晶体三极管结构、 晶体三极管结构、特点 结构 一般硅管导通压降约为0.7V,锗管导通压降约为 锗管导通压降约为0.2V 一般硅管导通压降约为 锗管导通压降约为
阳极
阴极
1
F A
F A
F
三极管非门电路
非门符号
2.2.4 复合门电路
DTL与非门 与非门
由二极管与门和三极管非门构成与非门电路,实现”与非” 二极管与门和三极管非门构成与非门电路 实现 与非” 构成与非门电路 实现” F 逻辑功能
EC A A F B UO B A B A B
= A⋅ B
F
&
F
F
与非门电路符号
1 1 2 5
V4管处于截止
3.3.2 工作原理
• 2．关门状态 ．
R1 R2 V3 V4 V1 A B V2 R5 F V5 R3 R4 EC= +5V
当输入端有一个（ 当输入端有一个（或几 处于低电平时（ 个）处于低电平时（约=0.3V） ） 极导通， ，则V1管基 极导通，基极电压
U B1 = 0.7 + 0.3 = 1V
与门符号
二Байду номын сангаас管与门电路 三种情况
2.2.2 二极管或门电路
实现或逻辑功能的电路称为或门
A B Va Vb
A ≥1 A
F
B
B
L=A+B F A = 1 B
+
F
A B F
或门符号
R
VA=4 VB=0 二极管或门电路
2.2.3 三极管非门电路
实现非逻辑功能的电路称为非门
E C R C U O F A R A
第二章
逻辑门电路
要点： 要点：１．分立元件逻辑门电路 ．ＴＴＬ集成与非门 ２．ＴＴＬ集成与非门 ．ＣＭＯＳ门 ３．ＣＭＯＳ门
能够实现各种基本逻辑关系的电子电路称为门电路。使 能够实现各种基本逻辑关系的电子电路称为门电路。 门电路 逻辑代数应用于实际的途径。 逻辑代数应用于实际的途径。
与基本逻辑运算“ 与基本逻辑运算“与”逻辑，或逻辑，非逻辑相应的逻 逻辑，或逻辑， 与门，或门和非门三种基本的逻辑门。 辑门也有与门，或门和非门三种基本的逻辑门。
TTL门的命名 门的命名 国产T1253， T表示 表示TTL， 第一位数字表示性能 后三位为品种代号 ， 如 后三位为品种代号， 国产 ， 表示 ， 第一位数字表示性能,后三位为品种代号 T1000系列等 系列等 国外54/74系列，如74LS00是四个二输入集成与非门 系列， 是四个二输入集成与非门. 国外 系列 是四个二输入集成与非门
10-40nS <50mw
• 功耗 功耗P
N = I L / I is
3.3.4 TTL与非门的主要参数 与非门的主要参数
平均传输延迟时间
导通延迟时间t 导通延迟时间 P1——从输入波形上升沿的中点到输出波形下降沿的中 从输入波形上升沿的中点到输出波形下降沿的中 点所经历的时间。 点所经历的时间。 截止延迟时间t 截止延迟时间 P2——从输入波形下降沿的中点到输出波形上升沿的中 从输入波形下降沿的中点到输出波形上升沿的中 点所经历的时间。 点所经历的时间。 与非门的传输延迟时间t 的平均值。 与非门的传输延迟时间 pd是tP1和tP2的平均值。即
• 2.1.2 三级管的开关特性
IC /mA 4
截止
饱和 放大
3 2 截止区 1 0 3
饱和区 100μA 80μA 放 60μA 大 40μA 区 6 9 20μA IB =0 12 U CE /V
三极管作为开关电路时， 两种状态， 三极管作为开关电路时，主要工作在截止和饱和两种状态， 断开” 闭合” 截止相当于开关的“断开”，饱和相当于开关“闭合”。
– AB段：关门状态 段 – BC段 段 – CD段：转折区 段 – DE段 段
UO
UI
3.3.4 TTL与非门的主要参数 与非门的主要参数
• • • • • • • •
• 一个输入端低电平， 输出高电平U 输出高电平 OH >3.0V 3.6V 一个输入端低电平，输出端空载条件输出电平 额定负载下， 额定负载下，输入端全为高电平输出电平 输出低电平U 输出低电平 OL <0.35V 输出达到规定低电平U 输出达到规定低电平 OL的最小输入高电平 开门电平U 开门电平 ON <1.8V 空载条件下，输出电压U 为额定高电平U 空载条件下，输出电压 0为额定高电平 ON的 关门电平U 关门电平 OFF >0.8V 90%时所对应的最大输入低电平 时所对应的最大输入低电平 某一输入端接地，其它输入端悬空时（ 输入短路电流I 输入短路电流Iis <2.2mA 某一输入端接地，其它输入端悬空时（或接高 电平）， ），流出该输入端的电流为输入短路电流 电平），流出该输入端的电流为输入短路电流 输入交叉漏电流I 输入交叉漏电流 ih +V （+5V） +V R 扇出系数N >8 扇出系数 R R 4K 4K T V4 平均传输延迟时间t 平均传输延迟时间 pd
C
此电压小于前述2.1V，不足 ， 此电压小于前述 以使V1集电结正偏，从而也不 以使 集电结正偏， 满足V2、V5的正向偏置，此时V2、V5截止。由于V2截 满足 的正向偏置，此时 截止。由于 管导通，则输出端F 止，接近电源电压5V，使V3、V4管导通，则输出端 接近电源电压 ， 的电位,5-0.7-0.7=3.6v,输出高电平，即逻辑“1”。 输出高电平，即逻辑“ 。 的电位 输出高电平
截止时等效电路
饱和时等效电路
三极管的开关特性
• １．三极管饱和、截止特性 三极管饱和、 • ２．开关参数
(1)饱和压降 饱和压降UCES，(输出导通压降 , 硅管约为 输出导通压降) 饱和压降 ， 输出导通压降 硅管约为0.3V, 锗管为0.1V； UBES (输入导通电压 ,硅管 0.7V锗管 输入导通电压) 锗管为 ； 输入导通电压 硅管 锗管 0.1V (2) 开启时间 开启时间ton = td 延迟时间 + tr 上升时间 (3) 关闭时间 关闭时间toff =ts+tf(存储，下降） 开关速度 存储， 存储 下降） 电荷的建立与消散过程
3.3.2 TTL与非门工作原理 与非门工作原理
F = A ⋅ B ⋅ C 各管工作状态
输入 全高 有低 输出 0 1 V1 倒置 深饱和 V2 饱和 截止 V3 微导通 微饱和 V4 截止 导通 V5 饱和 截止
• 3．特点
– 截止延迟时间较小，开关速度快 – 较强的带负载能力
3.3.3 TTL与非门的传输特性 与非门的传输特性 • 电压传输特性：TTL门输出电压 0与输入 电压传输特性： 门输出电压U 门输出电压 电压U 电压 i的关系曲线
DTL与非门电路
与非真值表
2.3 复合门电路
或非门
由二极管或门和三极管非门构成或非门电路
+VCC（+5V）
A
F = A+ B
+
F A B F
RC
3 1 2
B
=1
F
A B
或非门电路符号
D1 A D2 B R 3kΩ
A
Rb
L
L
T
或非门
或非真值表
内容回顾： 一、逻辑函数的卡诺图化简法 二、第二章，晶体二极管、三极管 的开关特性 三、基本逻辑门电路的实现 作业：
第4节 节
MOS门电路 门电路
场效应管只有一种载流子（电子或空穴）导电，故称单极型， 场效应管只有一种载流子（电子或空穴）导电，故称单极型， 单极型 而三极管是空穴、电子都参与导电， 双极型。 而三极管是空穴、电子都参与导电，称双极型。场效应管是用 MOSFET 电场效应来控制导电能力，故称场效应管。 电场效应来控制导电能力，故称场效应管。
二极管的结构 与符号
二极管的静态伏安特性曲线
二极管的开关特性
• 利用二极管的单向导通特性，可以把它作为开关使用。当 利用二极管的单向导通特性，可以把它作为开关使用。 加正向电压时， 二极管两端加正向电压时 二极管导通， 二极管两端加正向电压时，二极管导通，导通的状态相当 开关接通。 于开关接通。 • 当二极管两端加反向电压，二极管截止，呈现的反向电阻 当二极管两端加反向电压，二极管截止， 加反向电压 很大，只有很小的反向电流I 流过二极管，若忽略I 很大，只有很小的反向电流IS流过二极管，若忽略IS，相 当于开关的断开状态 断开状态。 当于开关的断开状态。 • 注意：二极管导通时，正向电阻并不为零，正向压降也不 注意：二极管导通时，正向电阻并不为零， 为零；二极管反向·截止时 他的反向电阻也并非无穷大； 截止时， 为零；二极管反向 截止时，他的反向电阻也并非无穷大； 因此二极管座位开关使用时有一定的局限性， 因此二极管座位开关使用时有一定的局限性，但是只要它 的正向电阻和反向电阻有较大差别，就可以作为开关使用。 的正向电阻和反向电阻有较大差别，就可以作为开关使用。
• 输出级： 输出级：
– 由V3、V4、V5和R4、 、 、 和 、 R5组成 组成
3.3.2 工作原理
1．开门状态 ．
当输入端全为高电平（约为 当输入端全为高电平（约为3.6V）时， ）
三极管V 三极管 1由于发射结都处于 反向偏置，集电结正向偏置, 反向偏置，集电结正向偏置 V1处于倒置状态,即发射结做 处于倒置状态 即发射结做 集电结用,集电结作发射结用 电源（ 集电结作发射结用。 集电结用 集电结作发射结用。电源（+5V）经R1和V1的集电 ） 结向V 基极注入电流i 管饱和导通， 的射极又向V 结向 2基极注入电流 B2，使V2管饱和导通，V2的射极又向 5 管基极注入电流， 管也饱和导通。 管基极注入电流，使V5管也饱和导通。此时输出端的电位等 管的饱和压降U ），因此输出低电平 于V5管的饱和压降 CES5（0.3V），因此输出低电平，即处 ），因此输出低电平， 于 0”状态，实现与非关系箝制在2.1V左右 状态， “V 的基极电位，被V 、V 、V 箝制在 左右 U C 2 = 1V 状态 实现与非关系。 。 的基极电位，
• 输入级： 输入级：
– 由多发射极 由多发射极NPN硅晶体 硅晶体 和电阻R1组成 管V1和电阻 组成 和电阻
A B C R3
TTL与非门电原理图 与非门电原理图
R2 R1 V3 V4 V1 V2 R5 F V5 R4 EC = +5V
• 中间级： 中间级：
– 由晶体管 和电阻R2、 由晶体管V2和电阻 、 和电阻 R3组成 组成
共发射极开关电路
三极管的开关时间
2.2
基本逻辑门电路
• 2.2.1 二极管与门电路 • 2.2.2 二极管或门电路 • 2.2.3 三极管非门电路 • 2.3 复合门
2.2.1 二极管与门电路
实现“ 实现“与”逻辑功能的电路称为与门
+VCC （+5V） R 3kΩ D1 A D2 B L F
A B & L=A¡¤B