数字电子技术基础 第二章 门电路 课件

• PN节的动态开关特性
– 动态开关特性是指二极管由导通到截止，或由截止到 导通，瞬变状态下的特性
v
动态时，加到两边的电压突
t
然反向时，电流的变化要稍
微滞后，这是因为PN结要建
i
立起足够的电荷梯度后才有
扩散运动
t
三极管的开关特性
数字电路中，三极管作为开关使用， 它工作在饱和区和截 止区，对应电路的两个状态
三极管非门
+12V
A RA
Rc F
T
F=A
TTL 非门电路
• 结构与原理
4kW R1
R2
1.6kW
Avl
T1
T2
D1
3 1kW R
+5V
130W R4
T3 D2
T4 vOY
输入级
倒相级
输出级
• vi =VL=0.2V,T1发射级导通，导通后T1基极电压 为0.7v +0.2v=0.9v , T2,T5截止，T2集电极为5V， T4导通。vo上电压为3.6 v，高电平;
• 静态输入特性
– 描述输入电流随输入电压变化的特性；
iI
1.0 0.5 0.5 1.0 1.5 2.0
0.5
vI
1.0
1.5
• 静态输出特性
2.0
TTL反向器的外部特性
• 传输延迟
– TTL电路中，二极管和三极管从导通到截止动态变化都 需要一定的时间，同时二极管、三极管，电阻都有电 容的存在都使输出电压的波形比输入电压的波形要滞 后，并且上升和下降沿都将变坏
VOHMIN ：输出高电平的下限，它对应在输入低电平的上限VILMAX VOLMAX：输出低电平的上限，它对应在输入低电平的下限VIHMIN
前一级门的输出为后一级门电路的输入，所以有
高电平噪声容限VHN= VOHMIN –VIHMIN; 低电平噪声容限VNL=VILMAX-VOLMAX
TTL反向器的外部特性
– CD段，Vi>1.4v,vb1为2.1V,T2和T4 A
B
同时导通，T4截止，输出电压急剧 3
为低电平，转则区中点对应的输入 2
电压为门槛电压VTH
C
1
DE
0.5 1.0 1.5
vI
2 输入端噪声容限 在保证输出高电平，低电平基本不变的条件下，输入电平的允许
波动的范围。
从非门电压输入输出特性曲线，定义
半导体的开关特性
• 半导体构成的器件：二极管、三极管和MOS管 • 导通状态时，有电信号通过，称开态，截止时，
没有电信号，称关态，这就是开关特性 • 半导体的开关特性分为：静态和动态
二极管的静态特性
• 二极管的工作机理
正向导通
PN结 P 外电场 N
内内电电场场
IF
外加的正向电压有一 部分降落在PN结区，方 向与PN结内电场方向相 反，削弱了内电场。于是， 内电场对多数载流子扩散 运动的阻碍减弱，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。
• 外部特性是指通过集成电路芯片引脚反映出来的特性
• 电压传输特
– 曲线段AB，因为vi<0,6,所以vb1<1.3v ,T2和T5导通，T4截止;
vo=VCC-Vr2-vb4-Vd2=3.6v
– BC段，1.3> vi>0,6,T2通，T5截止，T2工作在放大区，随vi增加，
Vc2和vo线形下降
vO
第二章 门电路
计算机科学与技术
本章内容
概述 半导体器件的开关特性 分立元件门电路 TTL门电路
概述
• “门”指能实现各种基本逻辑关系和复合关系的电路 • 常用的门电路有与门，非门，或门、与非门，或非门等 • 门电路可以有分立元件构成，也可以使用集成电路 • 集成电路的逻辑门按器件类型分：双极性和MOS • 按集成度分：小规模、中规模、大规模和超大规模 • 目前常用的为CMOS电路 • 按封装的外型分：双列直插、扁平封装、表面封装和针式
• PN结的正向电阻很小，反向电阻很大，PN具有单向导 电性
• PN结V-I特性
vD
iD Is(e V T 1)
VT 与温度环境有关，VD为PN结 两端所加的正向电压
iD
Is
O Von
（1）外加电压V=0时,iD=0; （2）V>0, iD成指数规律上升；V<Von 时， ID电流很小，只有V>Von时，iD迅速上升， 导通后，电压基本不变化V=Von （3）V<0, ID=Is，因为Is很小，可忽略， V 反向偏置视为截止
• vi =VH=3.4V,T1发射级反偏，集电极正偏，工作在 倒置放大状态， T2,T5导通后，T2工作在饱和状 态，T5工作在深度饱和状态，T2 的C点电压为 0.9v (0.7+0.2)v,T4 基极电压为1.4v ,T4截止，vo输 出为0.2v ，低电平。
• 得到Y=A
TTL反向器的外部特性
反向截至
PN结 P 外电场 NN
内内电电场场
IS
内电场对多子扩散运动 的阻碍增强，扩散电流大大 减小。此时PN结区的少子 在内电场作用下形成的漂移 电流大于扩散电流，可忽略 扩散电流，PN结呈现高阻 性。
在一定的温度条件下， 由本征激发决定的少子浓度 是一定的，故少子形成的漂 移电流是恒定的，基本上与 所加反向电压的大小无关， 这个电流也称为反向饱和电 流 IS 。
• 了解电路中的竞争和冒险
c b
e NPN型
三极管的输出特性
i C /mA
VCC Rc Re
I CQ
Q
c b
e PNP型
直流负载线斜率 1 Rc Re
I BQ
O U CEQ
VCC
uCE /V
+5V
Rc
+
ib
ic b
c
+
T
RB
ie e
-
-
分立元件
• 由电阻、二极管、三极管等分立元件构成的逻 辑门，称为分立元件门。
+5V F=AB
– 输出电压波形滞后输入电压波形的时间叫传输滞后延 迟时间；
• 输出电压由低电平跳变为高电平的传输延迟tpLH
• 输出电压由高电平跳变为低电平的传输延迟tpHL
TTL 与非门
• 结构与工作机理
第三章 组合逻辑电路
计算机科学与技术
本章内容
• 组合逻辑电路的分析与设计 • 常用组合逻辑模块的使用
– 加法器 比较器 译码器 编码器 选择器
R DA A
DB B
uA uB
uF
0V 0V 0.7V
F 0V 3V 0.7V
3V 0V 0.7V
3V 3V 3.7V
AB F 000 010 100 111
二极管或门
F=A+B
A
DA
B
F
DB
R
uA uB 0V 0V 0V 3V 3V 0V 3V 3V
uF 0V 2.3V Hale Waihona Puke Baidu.3V 2.3V
AB F 000 010 100 111