数字电子技术第二章门电路 第二章门电路 【本章知识架构】 理想开关特性 概述 二极管开关特性 半导体器件 三极管开关特性 开关特性 MOS管开关特性 基本逻辑门 逻辑门电路 复合逻辑门 TTL逻辑门电路 集成电路逻 辑门 MOS逻辑门电路 TTL与CMOS器件之间 门电路使用中 的接口间避 的实际同题 TTI和CMOS电路带 载时的接口问题 多余输入瑞的处理 CMOS电路介绍 CMOS电路产品系 列、主要特点 CMOS电路使用中 实际应用 应注意问题 【本章教学目标与要求】 ·理解半导体器件的开关特性，开关条件 ·熟悉三种基本逻辑关系： ·掌握各种门电路的逻辑功能： ·掌握TL系列逻辑门（如与非门）来完成逻辑功能的原理特性、参数： ·熟悉OC门、三态门及特点参数： ,掌握CMOS逻辑门及特点： ·理解正负逻辑及使用中的实际问题。 概述 教学目标： 1、理解二极管、三极管、MOS管的开关特性。 2、了解用分立元件门电路实现逻辑门电路的方法。 教学重点： 开关特性的掌握，电路图的识读。 教学难点：
数字电子技术-第二章门电路 1 第二章门电路 【本章知识架构】 【本章教学目标与要求】 ·理解半导体器件的开关特性，开关条件； ·熟悉三种基本逻辑关系； ·掌握各种门电路的逻辑功能； ·掌握 TTL 系列逻辑门(如与非门)来完成逻辑功能的原理特性、参数； ·熟悉 OC 门、三态门及特点参数； ·掌握 CMOS 逻辑门及特点； ·理解正负逻辑及使用中的实际问题。 概 述 教学目标： 1、理解二极管、三极管、MOS 管的开关特性。 2、了解用分立元件门电路实现逻辑门电路的方法。 教学重点： 开关特性的掌握，电路图的识读。 教学难点： 门 电 路 半导体器件 开关特性 逻辑门电路 实际应用 理想开关特性 三极管开关特性 MOS 管开关特性 二极管开关特性 门电路使用中 的实际问题 集成电路逻 辑门 复合逻辑门 基本逻辑门 CMOS 电路介绍 概述 TTL 逻辑门电路 TTL与 CMOS 器件之间 的接口问题 MOS 逻辑门电路 CMOS 电路使用中 应注意问题 多余输入端的处理 TTL和 CMOS 电路带负 载时的接口问题 CMOS 电路产品系 列、主要特点
数字电子技术第二章门电路 元器件外特性的分析。 一、门电路的概念 前面讲过基本逻辑运算有：与门、或门、非门： 复合逻辑运算：与非门、或非门、异或门。 二、逻辑变量与两状态开关 三、高、低电平与正、负逻辑 四、分立元件门电路和集成门电路 ①分立元件门电路：用分立的元器件和导线连接起来构成的门电路。 ②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。 常用的有CMOS和TTL集成门电路 五、数字集成电略的集成度 集成度：一块芯片中含有等效逻辑门或元器件的个数。 按集成度数字集成电路分为小规模、中规模、大规模、超大规模集成电路。 2.1半导体二极管、三极管和MOS管的开关特性 1.二极管开关特性 1.静态特性 (1)导通条件及导通特性 二极管两端所加电压6>0.7V时，二极管导通，近似看作具有0.7V压降的闭合开关（当 所加电压时，可近似认为压降为0，即忽略二极管压降)： (2)截至条件及截至特性 二极管两端所加电压U。<0.5V时，二极管截至，近似看作10的截至开关。 2.动态特性 由于二极管结电容的存在，在开通及关断的过程中，伴随着电容的充放电，因此二极管 开关要经过一定时间的延迟才能达到开通或关断。 其中，开通时间t=t+t,(导通延迟时间ta、上升时间t,),关断时间trt,+t:(存储 时间t、下降时间t:)。关断时间较小，只有几个纳秒，而开通时间比关断时间短的多， 相比可忽略不计。 2.三极管的开关特性 1.静态特性
数字电子技术-第二章门电路 2 元器件外特性的分析。 一、门电路的概念 前面讲过基本逻辑运算有：与门、或门、非门； 复合逻辑运算：与非门、或非门、异或门。 二、逻辑变量与两状态开关 三、高、低电平与正、负逻辑 四、分立元件门电路和集成门电路 ① 分立元件门电路：用分立的元器件和导线连接起来构成的门电路。 ② 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。 常用的有 CMOS 和 TTL 集成门电路 五、数字集成电路的集成度 集成度：一块芯片中含有等效逻辑门或元器件的个数。 按集成度数字集成电路分为小规模、中规模、大规模、超大规模集成电路。 2. 1 半导体二极管 、三极管和 MOS 管的开关特性 1．二极管开关特性 1.静态特性 （1）导通条件及导通特性 二极管两端所加电压 UD＞0.7V 时，二极管导通，近似看作具有 0.7V 压降的闭合开关（当 所加电压时，可近似认为压降为 0，即忽略二极管压降）。 （2）截至条件及截至特性 二极管两端所加电压 UD＜0.5V 时，二极管截至，近似看作 ID=0 的截至开关。 2．动态特性 由于二极管结电容的存在，在开通及关断的过程中，伴随着电容的充放电，因此二极管 开关要经过一定时间的延迟才能达到开通或关断。 其中，开通时间 ton= td+tr（导通延迟时间 td、上升时间 tr），关断时间 toff= ts+tf（存储 时间 ts、下降时间 tf）。关断时间较小，只有几个纳秒，而开通时间比关断时间短的多， 相比可忽略不计。 2．三极管的开关特性 1.静态特性
数字电子技术第二章门电路 (1)饱和条件及导通特性 三极管基极电流i大与临界饱和电流Is时，三极管饱和，c、e两极之间电流较大、 压降较小（等于饱和压降Us),近似看作具有Us(Si管0.3V、Ge管0.1V)压降的闭合 开关。 (2)截至条件及截至特性 基极一射极间电压U<。(Si管0.5V、Ge管0.1V)时，三极管截至，此时i0、 i=0,相当于断开的开关。 2.动态特性 三极管结电容的存在，使得三极管开关要经过一定时间的延迟才能达到开通或关断。 其中，开通时间t.=t+t,(导通延迟时间t4、上升时间t),关断时间tur二t,+t:(存储 时间t。、下降时间t)。关断时间在几一一几十个纳秒，而开通时间比关断时间要短。 3.MOS管的开关特性 静态 cs<时，无导电沟道，NMOs截止，相当于开关断开 Gs>时，产生导电沟道，NMOS导通，相当于开关闭合 动态 MOS管极间电容的充、放电过程会制约MOS管的动态特性，即开关速度。 2.2分立元器件门电路 1.二极管“与”门电路 Ro A BL 0 1 1 逻辑符号： 4- B 2.二极管“或”门电略
数字电子技术-第二章门电路 3 （1）饱和条件及导通特性 三极管基极电流 iB大与临界饱和电流 IBS时，三极管饱和，c、e 两极之间电流较大、 压降较小（等于饱和压降 UCES），近似看作具有 UCES（Si 管 0.3V、Ge 管 0.1V）压降的闭合 开关。 （2）截至条件及截至特性 基极—射极间电压 UBE＜U0（Si 管 0.5V、Ge 管 0.1V）时，三极管截至，此时 iB=0、 iC=0，相当于断开的开关。 2.动态特性 三极管结电容的存在，使得三极管开关要经过一定时间的延迟才能达到开通或关断。 其中，开通时间 ton= td+tr（导通延迟时间 td、上升时间 tr），关断时间 toff= ts+tf（存储 时间 ts、下降时间 tf）。关断时间在几——几十个纳秒，而开通时间比关断时间要短。 3．MOS 管的开关特性 静态 vGS <VT 时，无导电沟道，NMOS 截止，相当于开关断开 vGS >VT 时，产生导电沟道，NMOS 导通，相当于开关闭合 动态 MOS 管极间电容的充、放电过程会制约 MOS 管的动态特性，即开关速度。 2. 2 分立元器件门电路 1. 二极管“与” 门电路 A B L 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 2. 二极管“或” 门电路 逻辑符号：
数字电子技术第二章门电路 y" Ro 或门逻辑状态表 A 逻辑符号：A B 3.晶体管“非”门电路 0 1 逻辑表达式：y=A 逻辑符号： A 4、MOS管非门 D Wo A 真值表 故y=a
数字电子技术-第二章门电路 4 或门逻辑状态表 A B L 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 3. 晶体管“非” 门电路 4、MOS 管非门 真值表 故 Y A = A Y T 0 1 截止 1 0 饱和 逻辑符号： 逻辑表达式： Y A = 逻辑符号：
数字电子技术第二章门电路 2.3CMOS集成门电路 教学目标： 1 了解CMOS门电路的工作原理。 2、 掌握CMOS集成门的使用注意事项， 3、 掌握CMOS其他门电路的特性，了解其应用。 教学重点： COMS门电路的电压传输特性曲线 COMS门电路的使用注意事项。 教学难点： CMOS门电路的工作原理。 CMOS逻辑门电路：PMOS、NMOS管组成的互补电路，具有静态功耗低，干扰性强、稳定性好及开关 速度高的特点，所以目前的超大规模存储器件中都采用CMOS工艺制造，其费用也较低。 2.3.1CM0S反相器 =0V时o=10V w=10V时o=0V hs.T 电压传输特性曲线 4及 2.3.2CM0S与非门、或非门、与门和或门 1、CMOS与非门和或非门 CMOS与非门 10 00 41山 01成 81 10通 11通截通截 0
数字电子技术-第二章门电路 5 2. 3 CMOS 集成门电路 教学目标： 1、 了解 CMOS 门电路的工作原理。 2、 掌握 CMOS 集成门的使用注意事项。 3、 掌握 CMOS 其他门电路的特性，了解其应用。 教学重点： COMS 门电路的电压传输特性曲线 COMS 门电路的使用注意事项。 教学难点： CMOS 门电路的工作原理。 CMOS 逻辑门电路：PMOS、NMOS 管组成的互补电路，具有静态功耗低，干扰性强、稳定性好及开关 速度高的特点，所以目前的超大规模存储器件中都采用 CMOS 工艺制造，其费用也较低。 2. 3. 1 CMOS 反相器 电压传输特性曲线 2. 3. 2 CMOS 与非门、或非门、与门和或门 1、CMOS 与非门和或非门 CMOS 与非门 ui=0V 时 uo=10V； ui=10V 时 uo=0V