3章常见实用单元电路
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数字电路讲义 第三章
是构成数字电路的基本单元之一
CMOS 集成门电路 用互补对称 MOS 管构成的逻辑门电路。
TTL 集成门电路 输入端和输出端都用 三极管的逻辑门电路。
CMOS Complementary Metal-Oxide-Semiconductor TTL 即即 Transistor-Transistor Logic 按功能特点不同分 普通门 输出 三态门 CMOS (推拉式输出) 开路门 传输门 EXIT
E
B UBE(sat) iB ≥ IB(sat) E C
三极管 截止状态 等效电路
UCE(sat)
三极管 饱和状态 等效电路
EXIT
逻辑门电路
开关工作的条件
截止条件 uBE ＜ Uth 可靠截止条件为 uBE ≤ 0
VCC U CE(sat) RC VCC RC
饱和条件
iB ＞ IB(Sat)
逻辑门电路
[例] 下图中，已知 ROFF 800 ，RON 3 k，试对应 输入波形定性画出TTL与非门的输出波形。
A 3.6 V 0.3 V
逻辑0 (a)
逻辑1
O Ya t
(b)
解：图(a)中，RI = 300 < ROFF 800 相应输入端相当于输入低电平， O 也即相当于输入逻辑 0 。 Yb 不同因此 TTLY 系列， R R 不同。 ON、 OFF UOH 。 a 输出恒为高电平 图(b)中，RI = 5.1 k > RON 3 k 相应输入端相当于输入高电平， O 也即相当于输入逻辑 1 。 Yb A 1 A 因此，可画出波形如图所示。
0. 3 O
t
EXIT
逻辑门电路
二、三极管的动态开关特性
电子线路基础(梁明理)第3章
第3章 集成运算放大电路
3.4 基本运算电路 3. 积分电路
v1 i1 = = iC R1
iC = −C
dvo dt
1 1 vo =- ∫ iC dt = ∫ vi dt C R1C
第3章 集成运算放大电路
3.4 基本运算电路 4. 微分电路
vo =-iR = − RC dvi dt
第3章 集成运算放大电路
第3章 集成运算放大电路
3.1 集成运放的基本单元电路
集成运放是一个高放大倍数的多级直接耦合放大电路。 集成运放是一个高放大倍数的多级直接耦合放大电路。
vo = Avo (vP − vN )
第3章 集成运算放大电路
输入级
3.1 集成运放的基本单元电路
第3章 集成运算放大电路
中间级
3.1 集成运放的基本单元电路
第3章 集成运算放大电路
3.3 集成运放的基本电路 2. 同相放大电路
vP = vi
vn = R2 R1
R1 vo R1 + R2
Av = 1 +
第3章 集成运算放大电路
3.3 集成运放的基本电路 3. 差分输入放大电路
vi1 − vn vi1 − vo = R1 R2 R2 vp = vi2 R1 + R2
R p =R1 // R2 // R3 // R4 ≈ 1.3kΩ
R4 R4 =5 R1 = = 20kΩ R1 5 R4 R4 =0.2 R3 = = 500kΩ R3 0.2
第3章 集成运算放大电路
习题课
vI1 − vp R1 vI2 − vp R2 vI3 − vp R3
&# vI2 vI3 vp + + = + + R1 R2 R3 R1 R2 R3 令Rp = R1 // R2 // R3
数字逻辑第3章 门电路
逻辑式：Y=A + B
逻辑符号： A 1
B
Y
电压关系表
uA uB uY
0V 0V 0V 0V 3V 2.3V 3V 0V 2.3V 3V 3V 2.3V
真值表
ABY
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
三、三极管非门
5V
利用二极管的压降为0.7V， 保证输入电压在1V以下时，
电路可靠地截止。
A(V) Y(V) <0.8 5 >2 0.2
II H &
II L &
… …
NOH
I OH (max) I IH
N MIN ( NOH , NOL )
NOL
IOL(max) I IL
六、CMOS漏极开路门（OD）门电路（Open Drain）
1 . 问题的提出
普通门电路
在工程实践中，往往需要将两个门的输出端 能否“线与”？
并联以实现“与”逻辑功能，称为“ 线与 。
输入 0 10% tr tf
tPHL
输出
tPLH
tr：上升时间
tf：下降时间 tw：脉冲宽度 tPHL：导通传输时间
tPLH：截止传输时间
平均传输延迟时间 （Propagation delay)
tpd= tpHL+ tpLH 2
5、功耗： 静态功耗：电路的输出没有状态转换时的功耗。 动态功耗：电路在输出发生状态转换时的功耗。
PMOS
NMOS
3、增强型MOSFET的开关特性
iD管可变子类型恒
VGS1 击开/关的条（件1）N沟道增强开型/M关O的S等FE效T电：路
数字电子技术基础 第三章(1)11-优质课件
图3.1.2 正逻辑与负逻辑
一些概念
1、片上系统（SoC） 2、双极型TTL电路 3、CMOS
1961年美国TI公司,第一片数字集成电路 （Integrated Circuits, IC）。
VLSI(Very Large Scale Integration)
3.2 半导体二极管门电路
3.2.1 半导体二极管 的开关特性
图3.2.1 二极管开关电路
可近似用PN结方程和下图所 示的伏安特性曲线来描述。
i Is ev/VT 1
其中：i为流过二极管的电流。 v为加到二极管两端的电压。
nkT VT q
图3.2.2 二极管的伏安特性
图3.2.3 二极管伏安特性的几种近似方法
三、电源的动态尖峰电流
图3.5.23 TTL反相器电源电流的计算 （a）vO＝VOL 的情况 （b） vO＝VOH的情况
图3.5.24 TTL反相器的电源动态尖峰电流
图3.5.25 TTL反相器电源尖峰电流的计算
图3.5.26 电源尖峰电流的近似波形
例3.5.4 计算f=5MHz下电源电流的平均值
图3.3.xx CMOS三态门电路结构之二 （a）用或非门控制 （b）用与非门控制
图3.3.xx CMOS三态门电路结构之三 可连接成总线结构。还能实现数据的双向传输。
3.3.6 CMOS电路的正确使用
一、输入电路的静电防护
1、在存储和运输CMOS器件时最好采用金属屏蔽层 作包装材料，避免产生静电。
tPHL：输出由高电平跳变为低电 平的传输延迟时间。
tPLH：输出由低电平跳变为高电 平的传输延迟时间。
tPD: 经常用平均传输延迟时间tPD
来表示tPHL和tPLH（通常相等）
第3章 整流电路part1
可得到 I S
PAC PAC VS PF VS cos1
8
《电力电子技术》
第3章 整流电路
3.1 单相可控整流电路
3.1.1单相半波可控整流电路 3.1.2单相桥式全控整流电路
3.1.3单相全波可控整流电路
3.1.4单相桥式半控整流电路
9
《电力电子技术》
第3章 整流电路
3.1.1 单相半波可控整流电路
《电力电子技术》
第3章 整流电路
第3章
整流电路
3.1 单相可控整流电路
3.2三相可控整流电路
3.3 变压器漏感对整流电路的影响
3.4 电容滤波的不可控整流电路
3.5 整流电路的谐波和功率因数
3.6大功率可控整流电路
3.7整流电路的有源逆变工作状态 3.8整流电路相位控制的实现
1
《电力电子技术》
第3章 整流电路
wt
wt
e)
晶闸管的电流有效值IVT
I VT 1 p 2 p a I a I d d (wt ) 2p 2p d
O i VD f) O u VT g) O
R
wt
wt
wt
20
《电力电子技术》
u2
第3章 整流电路
（3）续流二极管的电流平均值 IdVDR与续流二极管的 电流有效值IVDR w w
22
《电力电子技术》
第3章 整流电路
3.1.2 单相桥式全控整流电路
单相桥式全控整流电路(Single Phase
Bridge Contrelled Rectifier)
1) 带电阻负载的工作情况
电路结构
a)
晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对 桥臂。在实际的电路中，一般都采用这种标注方法，即 上面为1、3，下面为2、4。请同学们注意。
第3章-组合逻辑电路
一、二进制译码器（最小项译码器） 输入：一组二进制代码 输出：一组与输入代码一一对应的高、低电平信号。
例：3位二进制（3线－8线）译码器框图如下所示：
图3.3.5
3线－8线译码器框图
二进制译码器可采用二极管与门阵列或三极管集 成门电路等构成。
（1）二极管与门阵列译码器电路 0(0V) 1(3V)
表3-3-4
74LS42功能表
74LS42逻辑电路图及各输出表达式如下所示：
Y 0 Y 1 Y 2 Y 3 Y 4 Y5 Y 6 Y 7 Y8 Y9 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0
Y3
Y2
Y1
Y0
§3.3 若干常用的组合逻辑电路
目前，一些常用的逻辑电路已经制成了中、小 规模集成化电路产品。
§3.3.1 编码器（Encoder）
“编码”：即为了区分一系列不同的事物，将其 中的每个事物用一个二值代码表示。 编码器的逻辑功能：把输入的每一个高、低电平 信号变成一个对应的二进制代码。
第三章
Chapter 3
组合逻辑电路
Combinational Logic Circuit
本章主要内容
第一节 第二节 第三节 概述 组合逻辑电路的分析和设计方法 若干常用组合逻辑电路
§3.3.1 编码器(Encoder) §3.3.2 译码器(Decoder) §3.3.3 数据分配器(Demultiplexer)
例：3位二进制（3线－8线）译码器框图如下所示：
图3.3.5
3线－8线译码器框图
二进制译码器可采用二极管与门阵列或三极管集 成门电路等构成。
（1）二极管与门阵列译码器电路 0(0V) 1(3V)
表3-3-4
74LS42功能表
74LS42逻辑电路图及各输出表达式如下所示：
Y 0 Y 1 Y 2 Y 3 Y 4 Y5 Y 6 Y 7 Y8 Y9 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0
Y3
Y2
Y1
Y0
§3.3 若干常用的组合逻辑电路
目前，一些常用的逻辑电路已经制成了中、小 规模集成化电路产品。
§3.3.1 编码器（Encoder）
“编码”：即为了区分一系列不同的事物，将其 中的每个事物用一个二值代码表示。 编码器的逻辑功能：把输入的每一个高、低电平 信号变成一个对应的二进制代码。
第三章
Chapter 3
组合逻辑电路
Combinational Logic Circuit
本章主要内容
第一节 第二节 第三节 概述 组合逻辑电路的分析和设计方法 若干常用组合逻辑电路
§3.3.1 编码器(Encoder) §3.3.2 译码器(Decoder) §3.3.3 数据分配器(Demultiplexer)
(完整word版)最常用单元电路分析
－电源电路单元前面介绍了电路图中的元器件的作用和符号。
一张电路图通常有几十乃至几百个元器件，它们的连线纵横交叉，形式变化多端，初学者往往不知道该从什么地方开始，怎样才能读懂它。
其实电子电路本身有很强的规律性，不管多复杂的电路，经过分析可以发现，它是由少数几个单元电路组成的。
好象孩子们玩的积木，虽然只有十来种或二三十种块块，可是在孩子们手中却可以搭成几十乃至几百种平面图形或立体模型。
同样道理，再复杂的电路，经过分析就可发现，它也是由少数几个单元电路组成的。
因此初学者只要先熟悉常用的基本单元电路，再学会分析和分解电路的本领，看懂一般的电路图应该是不难的。
按单元电路的功能可以把它们分成若干类，每一类又有好多种，全部单元电路大概总有几百种。
下面我们选最常用的基本单元电路来介绍。
让我们从电源电路开始。
一、电源电路的功能和组成每个电子设备都有一个供给能量的电源电路。
电源电路有整流电源、逆变电源和变频器三种。
常见的家用电器中多数要用到直流电源。
直流电源的最简单的供电方法是用电池。
但电池有成本高、体积大、需要不时更换（蓄电池则要经常充电）的缺点，因此最经济可靠而又方便的是使用整流电源。
电子电路中的电源一般是低压直流电，所以要想从 220 伏市电变换成直流电，应该先把220 伏交流变成低压交流电，再用整流电路变成脉动的直流电，最后用滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分后才能得到直流电。
有的电子设备对电源的质量要求很高，所以有时还需要再增加一个稳压电路。
因此整流电源的组成一般有四大部分，见图 1 。
其中变压电路其实就是一个铁芯变压器，需要介绍的只是后面三种单元电路。
二、整流电路整流电路是利用半导体二极管的单向导电性能把交流电变成单向脉动直流电的电路。
（ 1 ）半波整流半波整流电路只需一个二极管，见图 2 （ a ）。
在交流电正半周时 VD 导通，负半周时 VD 截止，负载 R 上得到的是脉动的直流电（ 2 ）全波整流全波整流要用两个二极管，而且要求变压器有带中心抽头的两个圈数相同的次级线圈，见图2 （ b ）。
九年级物理上册 第3章 认识电路单元总结(含解析)(新版)教科版-(新版)教科版初中九年级上册物理试
第三章认识电路单元总结知识要点知识要点一：电荷间的相互作用规律同种电荷互相排斥；异种电荷互相吸引。
（2019 某某某某市）甲、乙、丙三个轻质小球用绝缘细绳悬挂，相互作用情况如图所示，如果丙带正电荷，则甲（）A. 一定带正电荷B. 一定带负电荷C. 可能带负电荷D. 可能带正电荷【答案】C【解析】如图乙、丙相互排斥，因为同种电荷排斥，已知丙带正电荷，所以乙也带正电；如图所示，乙、丙相互排斥，因为同种电荷排斥，已知丙带正电荷，所以乙也带正电；如图所示，甲、乙相互吸引，因为异种电荷相互吸引，所以甲可能带负电；又因为带电体有吸引轻小物体的性质，所以甲也可能不带电。
故C正确，ABD错误。
（2019 某某市）在探究“电荷间的相互作用”的实验中，用绝缘细线悬挂两个小球，静止时的状态如图所示。
下列判断正确的是（）A. 两球一定带同种电荷B. 两球可能带异种电荷C. 两球可能一个带电，一个不带电D. 两球均只受两个力【答案】A【解析】A．同种电荷互相排斥，两带电小球表现出排斥现象，故A正确；B．异种电荷互相吸引，两带电小球没有吸引紧贴，故B错误；C．带电体会吸引不带电的物体，若一个带电一个不带电，则两球会相互吸引紧贴，故C错误；D．由受力分析可得，两小球均受到重力、绳子给的拉力、小球所带同种电荷间的排斥力，故两球均受三个力，故D错误。
两个轻小物体如果互相排斥，那一定是带同种电荷。
两个轻小物体如果互相吸引，则有两个可能：一种可能是一个带电，另一个不带电，再一种可能是带异种电荷。
知识要点二：判断串联、并联电路串联电路并联电路连接特点电路元件首尾顺次相连电路元件首首、尾尾并列相连电流路径电流只有一条路径电流有多条路径（至少两条）用电器是否影响各用电器之间互相影响用电器可独立工作，互不影响开关控制所有用电器，开关干路开关控制整个电路，支路开关只控制它所在的那条支路开关作用位置对电路无影响电路图21.(2019 某某市)(多项选择)如图所示，下列说法正确的是( )A. 闭合S2，断开S1、S3，灯L1、L2串联B. 闭合S1、S3，断开S2，灯L1、I2串联C. 闭合S2、S3，断开S1，只有灯L1亮D. 闭合S1、S2，断开S3，只有灯L1亮【答案】AC【解析】A．由电路图知道，当闭合S2，断开S1、S3时，灯L1、L2首尾顺次连接，属于串联，故A正确；B．当闭合S1、S3，断开S2时，灯L1、L2 首首相连、尾尾相连，属于并联，故B错误；C．当闭合S2、S3，断开S1时，只有灯L1 接入电路，灯L2 被短路，即只有灯L1亮，故C正确；D．当闭合S1、S2，断开S3时，只有灯L2 接入电路，灯L1被短路，即只有灯L2亮，故D错误。
教科版九年级上册物理第三章认识电路单元教学设计
2.提出问题：让学生思考电路是如何将这些电器设备连接起来并工作的，激发学生的探究欲望。
3.引入新课：在此基础上，引出本章主题——认识电路，让学生初步了解电路的基本概念和组成。
（二）讲授新知
1.电路的基本概念：讲解电路的定义、电路的组成部分（电源、导线、用电器）等，让学生对电路有一个整体的认识。
2.电路图的认识：介绍电路图的概念，教授如何识别电路图中的各个元件，以及电路图的绘制方法。
b.串并联电路的特点及实际应用
c.欧姆定律在电路分析中的应用
2.讨论：小组成员共同探讨，分享各自的观点和认识，形成小组共识。
3.汇报：每个小组选派一名代表进行汇报，其他小组成员补充，教师进行点评和指导。
（四）课堂练习
1.设计练习题：针对本节课的教学内容，设计具有代表性的练习题，包括判断题、选择题、计算题等。
2.学生答题：学生在课堂上独立完成练习题，巩固所学知识。
3.解答疑问：教师针对学生在答题过程中出现的问题，进行解答和指导。
（五）总结归纳
1.学生总结：让学生回顾本节课所学内容，分享自己的收获和感悟。
2.教师总结：针对学生的总结，教师进行点评，强调重点知识，梳理知识体系。
3.归纳提升：通过本节课的学习，让学生认识到电路知识在实际生活中的应用，激发学生学习物理的兴趣，培养他们的科学素养。
2.重点：电路实验操作技能的培养，包括电阻、电流、电压的测量方法。
难点：实验操作中的注意事项，如安全操作规范、减少实验误差的方法等。
3.重点：电路中能量转换的过程，理解电能转化为其他形式能量的原理。
难点：将能量转换的过程与实际应用相结合，分析电路中的能量损耗和效率问题。
（二）教学设想
1.教学方法：
（1）采用启发式教学法，引导学生从生活实例中提出问题，激发学生的探究欲望。
3.引入新课：在此基础上，引出本章主题——认识电路，让学生初步了解电路的基本概念和组成。
（二）讲授新知
1.电路的基本概念：讲解电路的定义、电路的组成部分（电源、导线、用电器）等，让学生对电路有一个整体的认识。
2.电路图的认识：介绍电路图的概念，教授如何识别电路图中的各个元件，以及电路图的绘制方法。
b.串并联电路的特点及实际应用
c.欧姆定律在电路分析中的应用
2.讨论：小组成员共同探讨，分享各自的观点和认识，形成小组共识。
3.汇报：每个小组选派一名代表进行汇报，其他小组成员补充，教师进行点评和指导。
（四）课堂练习
1.设计练习题：针对本节课的教学内容，设计具有代表性的练习题，包括判断题、选择题、计算题等。
2.学生答题：学生在课堂上独立完成练习题，巩固所学知识。
3.解答疑问：教师针对学生在答题过程中出现的问题，进行解答和指导。
（五）总结归纳
1.学生总结：让学生回顾本节课所学内容，分享自己的收获和感悟。
2.教师总结：针对学生的总结，教师进行点评，强调重点知识，梳理知识体系。
3.归纳提升：通过本节课的学习，让学生认识到电路知识在实际生活中的应用，激发学生学习物理的兴趣，培养他们的科学素养。
2.重点：电路实验操作技能的培养，包括电阻、电流、电压的测量方法。
难点：实验操作中的注意事项，如安全操作规范、减少实验误差的方法等。
3.重点：电路中能量转换的过程，理解电能转化为其他形式能量的原理。
难点：将能量转换的过程与实际应用相结合，分析电路中的能量损耗和效率问题。
（二）教学设想
1.教学方法：
（1）采用启发式教学法，引导学生从生活实例中提出问题，激发学生的探究欲望。
第三章(1)门电路---CMOS
G2 门 v I 范围
输入低电平的上限值 VIL(max)
输入高电平的下限值 VIH(min)
输出高电平的下限值 VOH(min)
输出低电平的上限值 VOL(max)
3.1.2 逻辑门电路的一般特性
2.噪声容限：在保证输出电平不 变的条件下，输入电平允许波动 的范围。它表示门电路的抗干扰
驱动门
01 1
数据输入端
EN A B
其他三态与非门： A
&
逻辑符号 B
低电平有效
2.产生的高、低电平半导体器件
iC
VCC Rc
Rb vI
VCC Rc
vo
vCE VCC
工作在饱和区:输出低电平 工作在截止区:输出高电平
3.1.3 MOS开关及其等效电路
场效应三极管
利用电场效应来控制电流的三极管，称为场效应管，也 称单极型三极管。
由金属、氧化物和半导体制成。称为金属 -氧化物-半导体场 效应管，或简称 MOS 场效应管。
2、 逻辑门电路的分类 分立门电路
逻辑门电路 集成门电路
二极管门电路 三极管门电路
MOS门电路
TTL门电路
NMOS 门 PMOS门 CMOS门
TTL系列门
开关速度较快 平均延迟时间：3~10ns 结构复杂、集成度低 功耗高（2~20mw ）
MOS门
开关速度稍低
平均延迟时间：75ns 结构和制造工艺简单 容易实现高密度制作 功耗低（0.01mw）
IOL= nIIL
IIL
…
灌电流
1
IIL n个
NOL
?
I OL (驱动门) I IL (负载门)
3.1.2 逻辑门电路的一般特性
输入低电平的上限值 VIL(max)
输入高电平的下限值 VIH(min)
输出高电平的下限值 VOH(min)
输出低电平的上限值 VOL(max)
3.1.2 逻辑门电路的一般特性
2.噪声容限：在保证输出电平不 变的条件下，输入电平允许波动 的范围。它表示门电路的抗干扰
驱动门
01 1
数据输入端
EN A B
其他三态与非门： A
&
逻辑符号 B
低电平有效
2.产生的高、低电平半导体器件
iC
VCC Rc
Rb vI
VCC Rc
vo
vCE VCC
工作在饱和区:输出低电平 工作在截止区:输出高电平
3.1.3 MOS开关及其等效电路
场效应三极管
利用电场效应来控制电流的三极管，称为场效应管，也 称单极型三极管。
由金属、氧化物和半导体制成。称为金属 -氧化物-半导体场 效应管，或简称 MOS 场效应管。
2、 逻辑门电路的分类 分立门电路
逻辑门电路 集成门电路
二极管门电路 三极管门电路
MOS门电路
TTL门电路
NMOS 门 PMOS门 CMOS门
TTL系列门
开关速度较快 平均延迟时间：3~10ns 结构复杂、集成度低 功耗高（2~20mw ）
MOS门
开关速度稍低
平均延迟时间：75ns 结构和制造工艺简单 容易实现高密度制作 功耗低（0.01mw）
IOL= nIIL
IIL
…
灌电流
1
IIL n个
NOL
?
I OL (驱动门) I IL (负载门)
3.1.2 逻辑门电路的一般特性
第3章 门电路(打印)
片组件内含100~1000个元件(或20~100个等效门)。 大规模集成电路(LSI-Large Scale Integration)， 每片 组件内含1000~100 000个元件(或100~1000个等效门)。 超大规模集成电路(VLSI-Very Large Scale Integration)， 每片组件内含100 000个元件(或1000个以上等效门)。
噪声容限
74系列典型值为：
VOH（min) = 2.4V
VOL（max) = 0.4V
VIH（min) = 2.0V VIL（max) = 0.8V VNH=0.4V VNL=0.4V
VNL =VIL(max) - VOL(max) VNH =VOH(min) - VIH(min)
二、输入特性
iIL iIH
四、输入负载特性 输入端 “1”,“0”？
ui
RP
简化电路
A
R1
VCC
ui
ui
T1
RP
be
2
be 0
5
RP
RP较小时
RP ui (Vcc Von ) RP R1
当RP<<R1时, ui ∝ RP
简化电路
A
R1
VCC
ui
ui
T1
RP
1.4V
be
2
be 0
5
RP
RP增大时
Ruiui≥UT （1.4V）时，输入变高， 由于钳位作用， ui 动态固定为1.4V 。
N1 ≤ IOH /IIH N1 ≤400μA/40μA=10
前级输出为 低电平时
前级
后级
IOL IIL
N2
IIL
噪声容限
74系列典型值为：
VOH（min) = 2.4V
VOL（max) = 0.4V
VIH（min) = 2.0V VIL（max) = 0.8V VNH=0.4V VNL=0.4V
VNL =VIL(max) - VOL(max) VNH =VOH(min) - VIH(min)
二、输入特性
iIL iIH
四、输入负载特性 输入端 “1”,“0”？
ui
RP
简化电路
A
R1
VCC
ui
ui
T1
RP
be
2
be 0
5
RP
RP较小时
RP ui (Vcc Von ) RP R1
当RP<<R1时, ui ∝ RP
简化电路
A
R1
VCC
ui
ui
T1
RP
1.4V
be
2
be 0
5
RP
RP增大时
Ruiui≥UT （1.4V）时，输入变高， 由于钳位作用， ui 动态固定为1.4V 。
N1 ≤ IOH /IIH N1 ≤400μA/40μA=10
前级输出为 低电平时
前级
后级
IOL IIL
N2
IIL
《数字电子技术》第3章 组合逻辑电路
Y1 I2 I3 I6 I7
Y3 ≥1 I9 I8
Y3
I2I3I6I7
&
Y0 I1 I3 I5 I7 I9
I1I3I5I7I9
I9 I8
逻辑图
Y2
Y1
Y0
≥1
≥1
≥1
I7I6I5I4
I3I2
(a) 由或门构成
Y2
Y1
I1 I0 Y0
&
&
&
I7I6I5I4
I3I2
(b) 由与非门构成
A
消除竞争冒险
B
C
Y AB BC AC
2
& 1
1
3
&
4
&
5
≥1
Y
3.2 编码器
编码
将具有特定含义的信息编 成相应二进制代码的过程。
编码器(即Encoder)
实现编码功能的电路
被编 信号
编 码 器
编码器
二进制编码器 二-十进制编码器
二进制 代码 一般编码器
优先编码器 一般编码器 优先编码器
（1） 二进制编码器
A B F AB AB B
&
&
00
1
01
0
C
&
F &
10 11
0F AABA BC1 AB &
1
AAB BC AB
（4）分析得出逻辑功A能 A B B C AB
A =1
同或逻辑 AB AB B
F
F AB AB A☉B
3.1.3 组合逻辑电路的设计
组合逻辑电路的设计就是根据给出的实际逻 辑问题求出实现这一关系的逻辑电路。
Y3 ≥1 I9 I8
Y3
I2I3I6I7
&
Y0 I1 I3 I5 I7 I9
I1I3I5I7I9
I9 I8
逻辑图
Y2
Y1
Y0
≥1
≥1
≥1
I7I6I5I4
I3I2
(a) 由或门构成
Y2
Y1
I1 I0 Y0
&
&
&
I7I6I5I4
I3I2
(b) 由与非门构成
A
消除竞争冒险
B
C
Y AB BC AC
2
& 1
1
3
&
4
&
5
≥1
Y
3.2 编码器
编码
将具有特定含义的信息编 成相应二进制代码的过程。
编码器(即Encoder)
实现编码功能的电路
被编 信号
编 码 器
编码器
二进制编码器 二-十进制编码器
二进制 代码 一般编码器
优先编码器 一般编码器 优先编码器
（1） 二进制编码器
A B F AB AB B
&
&
00
1
01
0
C
&
F &
10 11
0F AABA BC1 AB &
1
AAB BC AB
（4）分析得出逻辑功A能 A B B C AB
A =1
同或逻辑 AB AB B
F
F AB AB A☉B
3.1.3 组合逻辑电路的设计
组合逻辑电路的设计就是根据给出的实际逻 辑问题求出实现这一关系的逻辑电路。
第3章 组合逻辑电路
第3章 组合逻辑电路
3.1 组合逻辑电路的分析方法和设计方法
组合逻辑电路可以有一个或多个输入端，也可以 有一个或多个输出端。其一般框图如图所示。在组合 逻辑电路中，数字信号是单向传递的，即只有从输入 端到输出端的传递，没有反向传递，所以各输出仅与 各输入的即时状态有关。
输 入 I0 I1
„„
组合逻辑电路
1 3 2
F0 = A3 + A1
第3章 组合逻辑电路
一、二进制编码器 1.ASCII码 ASCII码是一种通用的编码，用于大多数计算机 和电子设备中。大多数计算机键盘都以ASCII码为标 准。当输入一个字母、数字、符号或者控制命令时， 相应的ASCII码就会进入计算机中。ASCII码是一种 字母数字混合编码，其中包含字母、数字、标点和其 他一些特殊符号。 ASCII码的标准形式是由7位二进制码表示的128 种字符和符号。
第3章 组合逻辑电路
据二进制译码器的功能，可列出三位二进制译 码器的真值表。
三位二进制译码器的真值表
输入 输出
逻辑表达式：
0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
Y0=A2A1A0 Y1=A2A1A0 Y2=A2A1A0 Y3=A2A1A0 Y4=A2A1A0 Y5=A2A1A0 Y6=A2A1A0 Y7=A2A1A0
第3章 组合逻辑电路
其步骤是：
1.根据给定的逻辑电路图，写出各输出端的逻辑表 达式。
2.将得到的逻辑表达式化简。 3.由简化的逻辑表达式列出真值表。 4.根据真值表和逻辑表达式对电路进行分析，判断 该电路所能完成的逻辑功能，作出简要的文字描述， 或进行改进设计。
第3章集成逻辑门电路
随着扩散运动的进行，N区出现正离子区 ，P区出现负离子区，这个不能移动的电荷 区叫空间电荷区。因没有载流子，也叫耗尽 层、势垒区、阻挡层。
22
PN结的形成
由空间电荷区产生的、方向为N区指向P区 的内建电场阻碍了扩散运动，同时使少子产生 漂移运动，即N区的空穴向P区漂移， P区的电 子向N区漂移。
当漂移运动和扩散运动达到动态平衡时， 扩散电流等于漂移电流且方向相反，PN结中电 流为零，PN结宽度及电位差Uho为恒定值。
PN结的形成由两个运动共同形成：多子的 扩散运动和少子的漂移运动。
19
PN结的形成
多子扩散
P区
空间电荷区
N区
内电场方向
20
PN结的形成
空间电荷区
P区
N区
多子扩散 内电场方向 少子漂移
21
PN结的形成
由于载流子的浓度差，P区的空穴向N区 扩散，N区的电子向P区扩散。这种由于浓 度差引起的运动称为扩散运动。
双极型电路的缺点：功耗大。
应用领域：SSI，MSI。
5
3.1 概述
随着集成规模的增加，LSI，VLSI的出现，TTL 已不能适用，CMOS电路（单极型）得到了广泛的 使用。CMOS电路的最大优点：功耗低。随着技术 的发展，速度和驱动能力和TTL基本相同。
在单极型电路中，还包括NMOS和PMOS等。
23
PN结的形成
P区
P N结
N区
内电场方向
室温下，内电场建立的电位差： 硅：（0.6～0.8）V 锗：（0.1 ～0.3）V 24
PN 结的单向导电性
所谓“单向导电性”是指PN结在不同极性 外加电压作用下，其导电能力有极大差异的 特性。PN结最显著的特性为单向导电性。
22
PN结的形成
由空间电荷区产生的、方向为N区指向P区 的内建电场阻碍了扩散运动，同时使少子产生 漂移运动，即N区的空穴向P区漂移， P区的电 子向N区漂移。
当漂移运动和扩散运动达到动态平衡时， 扩散电流等于漂移电流且方向相反，PN结中电 流为零，PN结宽度及电位差Uho为恒定值。
PN结的形成由两个运动共同形成：多子的 扩散运动和少子的漂移运动。
19
PN结的形成
多子扩散
P区
空间电荷区
N区
内电场方向
20
PN结的形成
空间电荷区
P区
N区
多子扩散 内电场方向 少子漂移
21
PN结的形成
由于载流子的浓度差，P区的空穴向N区 扩散，N区的电子向P区扩散。这种由于浓 度差引起的运动称为扩散运动。
双极型电路的缺点：功耗大。
应用领域：SSI，MSI。
5
3.1 概述
随着集成规模的增加，LSI，VLSI的出现，TTL 已不能适用，CMOS电路（单极型）得到了广泛的 使用。CMOS电路的最大优点：功耗低。随着技术 的发展，速度和驱动能力和TTL基本相同。
在单极型电路中，还包括NMOS和PMOS等。
23
PN结的形成
P区
P N结
N区
内电场方向
室温下，内电场建立的电位差： 硅：（0.6～0.8）V 锗：（0.1 ～0.3）V 24
PN 结的单向导电性
所谓“单向导电性”是指PN结在不同极性 外加电压作用下，其导电能力有极大差异的 特性。PN结最显著的特性为单向导电性。
3章常见实用单元电路
2) 差模放大作用
当两个输入端的信号大小相等， 极性相反时，称为差模输入方式。 此时，ui1 = - ui2 ，
u 两个输入信号之差称为差模输入 信号，用uid表 示，即： uid = ui1-ui2 = 2 ui1 ui1 ui2 1 uid
i
+VCC
Rb1 + Rb2 ui1
RC
uo + VT
ui
Rb1
RC + VT
uo
_ VT
RC
Rb1
+ Rb2 ui1
Rb2
Re
ui2 _
Auc
U oc U oc1 U oc2 0 U ic U ic
差动放大电路对共模信号有很强的抑制作用。
+VCC
3）共模抑制作用
Rb1 RC + VT uo _ VT RC Rb1
Auc
U oc U oc1 U oc2 0 U ic U ic
2．温度升高使ICBO增加 ICBO是集电区少子漂移 形成的，它会随温度升高而 增加。一般温度每升高 10°C，ICBO增加一倍。硅 半导体中少子浓度比锗低， 受温度影响比锗管小。
O
iB (mA)
Q′ Q
uBE
图3-1 温度对输入特性的影响
3．温度升高使β增加，ICQ增加
由于基区掺杂浓度很低， 多子所占的比例相对很小，温 度升高时，多子所占的比例会 更小。这样，发射区多数载流 子在从发射区运动到集电区的 过程中，被复合的机会相对减 小，使电流放大系数β增加， 并最终使集电极电流IC增加。 如图3-2所示，虛线表示温度 升高以后的输入特性曲线。温 度每升高1°C，β增加0.51％， 输出特性曲线间的间隔随温度 升高而加大。
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I CQ I BQ 图3-4 图3-3的直流通路 β UCEQ VCC ICQ Rc IEQ Re VCC ICQ (Rc Re )
(5 ~ 10)I BQ I1 (10 ~ 20)I BQ (硅管） (锗管）
U BQ U BEQ Re
UBQ
(3 ~ 5)V (1 ~ 3)V
ui
Rb1
RC + VT
uo
_ VT
RC
Rb1
+ Rb2 ui1
Rb2
Re
ui2 _
Auc
U oc U oc1 U oc2 0 U ic U ic
差动放大电路对共模信号有很强的抑制作用。
+VCC
3）共模抑制作用
Rb1 RC + VT uo _ VT RC Rb1
Auc
U oc U oc1 U oc2 0 U ic U ic
+
C1
Rb2
_
工作点稳定电路的组合
图3-6 差动放大电路的组成
3.2.1 差动放大电路的结构及工作原理
1.差动放大电路的组成 在静态，两个集电极电位相等，故可将输出耦合电容省掉。 发射极电位相等，电阻用其并联值代替并将电容去掉。 输入耦合电容用电阻代替，成为直接耦合方式。
+VCC RC C2 + VT Re uo C2 RC + VT +VCC
单管电路的 放大倍数
3）共模抑制作用
+VCC
当两个输入端的信号大小相等， 极性相同时，称为共模输入方式。 此时，ui1= ui2= uic， uic称为共模输 入信号。 由于ui1 = ui2 = uic，所以有uo1 = uo2，输出 两端的电压差等于零， 用uoc表示， uoc称为共模输出信号。 共模放大倍数：
3.放大性能分析
ic i1 Rs us + ib + VT RC Rb1 Rb2 _ uo RL Rs us + ui _ Rb1 Rb2 rbe i1 ib ic +
ui
_
RC
uo
RL
_
图3-5 (a)交流通路 (b)交流等效电路 图3-2电路的交流等效电路 1．输入电阻 Ui Ui Ri Rb1 //Rb2 //rbe U U U Ii i i i R b1 R b2 rbe
(硅管） (锗管）
3.放大性能分析
Rb1 + RS
ic i1 + Rs us ui _ Rb1 Rb2 _
+VCC Rc + IBQ I2 ICQ VT C2
I1
+ RL
+
C1 Rb2
uS
+
Re
+
Ce
ib
VT RC uo RL
图3-3 分压式负反馈放大电路
图3-5 (a)交流通路 图3-3电路的交流等效电路
I1
I1
uS
Rb2
Re
+
Ce
Rb2
图3-3 分压式负反馈放大电路
图3-4 图3-3的直流通路
2.静态分析
将图3-1所示电路中所有电容 均断开即可得到该放大电路的直 流通路。
Rb1 I1 IBQ Rc ICQ VT Re VCC
U BQ
R b2 VCC R b1 R b2
I2 Rb2
I CQ I EQ
3.放大性能分析
ic i1 + Rs us ui _ Rb1 Rb2 _ ib + VT RC uo RL Rs us ui _ Rb1 Rb2 rbe i1 ib ic + RC uo _
+
RL
图3-5 (a)交流通路 图3-3电路的交流等效电路
图3-5 (b)交流等效电路 图3-3电路的交流等效电路
2) 差模放大作用
当两个输入端的信号大小相等， 极性相反时，称为差模输入方式。 此时，ui1 = - ui2 ，
u 两个输入信号之差称为差模输入 信号，用uid表 示，即： uid = ui1-ui2 = 2 ui1 ui1 ui2 1 uid
i
+VCC
Rb1 + Rb2 ui1
RC
uo + VT
将任意双输入信号ui1、ui2分解为差模信号与共模 信号的公式为
uid ui1 ui2
从而：
；
ui1 ui2 uic 2
uid ui2 uic 2
uid ； ui1 uic 2
4）任意双输入 信号的分解
uid ui1 uic 2
Rb1 Rb2 RC
+VCC
Rb1 + + ui _ C1 Rb2
Rb1 + C1 Rb2 ui ui2 _ Rb1 + Rb2 ui1
RC + VT
uo _
RC
Rb1 Rb2
VT
Re
+ C3 _
C3
+
Re
(a) 工作点稳定电路的组合
(b) 基本差动放大电路
图3-6 差动放大电路的组成
2.差动放大电路的工作原理
1) 静态分析
+ Rb2 ui1 ui ui2 _
Rb2
Re
温度变化或电源电压波动引起两管集电极电流变化， 可以等效地视为在输入端加共模信号的结果。可见，差动 放大电路对温度漂移具有很强的抑制作用。另外，伴随输 入信号一起引入到两个基极的外界干扰信号也都可以看作 共模输入信号而被抑制。
4）任意双输入信号的分解 当两个输入端的信号既不是差模信号，又不是共 模信号时，可以看作是差模信号与共模信号叠加 的结果。
2．温度升高使ICBO增加 ICBO是集电区少子漂移 形成的，它会随温度升高而 增加。一般温度每升高 10°C，ICBO增加一倍。硅 半导体中少子浓度比锗低， 受温度影响比锗管小。
O
iB (mA)
Q′ Q
uBE
图3-1 温度对输入特性的影响
3．温度升高使β增加，ICQ增加
由于基区掺杂浓度很低， 多子所占的比例相对很小，温 度升高时，多子所占的比例会 更小。这样，发射区多数载流 子在从发射区运动到集电区的 过程中，被复合的机会相对减 小，使电流放大系数β增加， 并最终使集电极电流IC增加。 如图3-2所示，虛线表示温度 升高以后的输入特性曲线。温 度每升高1°C，β增加0.51％， 输出特性曲线间的间隔随温度 升高而加大。
uo RC
ui1
1 2
+
+ VT
_ VT
Rb1
uid ui2 uic 2
_
Rb2
ui2
+
uid_
+
Re
1 _ 2
uid
+
uid ui1 ui2
_ ic
u
ui1 ui2 uic 2
5）共模抑制比
差模电压放大倍数Aud与共模电压放大倍数 Auc之比的绝对值，称为共模抑制比，记作
VEE U BEQ I Re R e
+ uo _
RC2 _ ui2
ui1
+
T1
RL
T2
Re -VEE RC1 T1 VEE Re VCC
IRe 2IE 2(1 β)IBQ
V EE U B EQ V EE IB Q 2(1 β)R e 2βR e ICQ βIBQ UCQ VCC ICQ RC
+VCC Rb1 + RS uS + C1 Rb2 Rc + IBQ I2 Re + Ce C2 + RL
I1
ICQ VT
图3-3 分压式负反馈放大电路
2.静态分析
+VCC Rb1 Rc + IBQ I2 ICQ VT RL C2 + Rb1 Rc IBQ I2 ICQ VT Re VCC
+
RS + C1
1．温度升高使UBEQ减小，IBQ增加 三极管由半导体材料制成，而半导体具有热敏性，温度升 高时，少数载流子的浓度会明显增加，导电能力增强，从输入 特性曲线上看，会导致输入特性曲线左移，UBEQ减小，IBQ增 加。如图3-1所示，虛线表示温度升高以后的输入特性曲线。一 般温度升高1°C，UBEQ减小22.5mV。
3.2 差动放大电路
3.2.1 差动放大电路的结构及工作原理 1.差动放大电路的组成
Rb1 + + C1 Rb2 ui Re + C3 _ C3 + Re RC C2 + VT +VCC RC 示。构成 所谓双入、双 出结构。
uo
C2
Rb1
+VCC
Rb1 + I1 IBQ I2 Re + Ce Rc
+
ICQ VT
C2 + RL
+
C1
Rb2
图3-3 分压式负反馈放大电路
3.1.2 分压式射极偏置放大电路
1.电路组成及Q点稳定原理
（2） 发射极上串接一 个电阻Re，当温度升高引 起ICQ增加时，Re上电压随 之增加。由于基极电位UBQ 基本不变，发射结上的电 压UBEQ = UBQ - IEQRe将减 RS 小，使IBQ自动减小，结果 uS 抑制了ICQ的增加，达到稳 定Q点的目的。该电路又叫 分压式负反馈放大电路。
2．输出电阻
Ro Rc
3．电压放大倍数
Uo R c //R L R Au β β L Ui rbe rbe