数字电子技术基础课件作者沈任元第1章节_数字电路和集成逻辑门电路.ppt

数字电子技术基础 第一章　数字电路和集成逻辑门电路 本章内容 1.1 概述 目前数字系统中普遍使用TTL和CMOS集成电路。 TTL集成电路工作速度高、 驱动能力强，但功耗大、集成度低； MOS集成电路集成度高、功耗低。超大规模集成电路基本上都是MOS集成电路，其缺点是工作速度略低。目前已生产了BiCMOS器件，它由双极型晶体管电路和MOS型集成电路构成，能够充分发挥两种电路的优势， 缺点是制造工艺复杂。  1.1 概述 集成电路： 按照单片硅片集成门电路的数量 分类 小规模集成电路（small scale integration，简称SSI）,每片组件内包含10~100个元件(或10~20个等效门)。 中规模（medium scale integration，简称MSI）,每片组件内含100~1000个元件(或20~100个等效门)。 大规模（large scale integration，简称LSI）,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(very large scale integration，简称VLSI),每片组件内含100 000个元件(或1000个以上等效门)。 根据集成电路的制造工艺来分类 双极型集成电路 单极型集成电路 1.2数字信号与模拟信号 数字信号的特点 数字信号在时间上和数值上均是离散的。 数字信号在电路中常表现为突变的电压或电流。 1.3 数字电路的逻辑状态和正负逻辑 数字信号是一种二值信号，用两个电平（高电平和低电平）分别来表示两个逻辑值（逻辑1和逻辑0）。 有两种逻辑体制： 正逻辑体制规定：高电平为逻辑1，低电平为逻辑0。 负逻辑体制规定：低电平为逻辑1，高电平为逻辑0。 如果采用正逻辑，前面的数字电压信号就成为下图所示逻辑信号。 高低电平的允许范围 1.4 基本逻辑关系及其逻辑运算 1.4.1 与逻辑和与运算 只有当决定某一种结果的所有条件都具备时，这个结果才能发生，我们把这种因果关系称为与逻辑关系，简称与逻辑。 1.4 基本逻辑关系及其逻辑运算 1.4.2 或逻辑和或运算 当决定某一结果的多个条件中，只要有一个或一个以上的条件具备，结果就发生，这种逻辑关系，就称为或逻辑关系，简称或逻辑。 1.4 基本逻辑关系及其逻辑运算 1.4.2非逻辑和非运算 如果条件与结果的状态总是相反，则这样的逻辑关系叫做非逻辑关系，简称非逻辑，或逻辑非。 1.5 半导体分立门电路 1.5.1 半导体基本知识 导电能力：导体、半导体和绝缘体 半导体：本征半导体和杂质半导体 掺入杂质的不同：P型半导体和N型半导体 PN结 PN结的形成 PN结的单向导电性 1.5.2 半导体二极管及其门电路 二极管的结构及符号 将ＰＮ结加上相应的电极引线和管壳，就成为半导体二极管。根据半导体二极管材料的不同，可分为硅二极管和锗二极管。 半导体二极管表示符号 1.5.3 二极管门电路 1. 二极管的开关特性 二极管的主要特性是单向导电性。 当二极管加正向电压时，二极管导通，其管压降随电流的增加变化很小，普通硅管约为0.7Ｖ，锗管为0.3Ｖ。相当于一个闭合的开关。 当二极管加反向电压时，二极管截止，反向电流很小而且基本不变，呈现很高的反向电阻。因此，如同一个断开的开关。 1.5 半导体分立门电路 2. 二极管与门电路 1.5 半导体分立门电路 3.二极管或门电路 1.5.4 晶体管及其门电路 1.晶体管的结构及符号 2.晶体管的特性曲线 （1）输入特性曲线 1.5 半导体分立门电路 （2）输出特性曲线 1.5 半导体分立门电路 3.晶体管的开关特性 1.5 半导体分立门电路 1.5 半导体分立门电路 1.5 半导体分立门电路 1.5 半导体分立门电路 1.5 半导体分立门电路 4.晶体管非门电路 1.6 TTL集成门电路 1.6.1 TTL门电路系列 1.6 TTL集成门电路 1.6.2 TTL与非门电路 1. 电路组成 2.工作原理 （1）输入有低电平0.3V 时： 如果输入端Ａ输入为0.3Ｖ（即为低电平），Ｂ输入3.4Ｖ（即为高电平），则VD3正向导通，UB1 =0.7Ｖ，三极管V1 、 V2 、 V5截止。如果忽略R2上的电压压降， UC1约为5Ｖ， V3和V4导通，此时，电路输出为高电平，即 UOH