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[信息与通信]《数字电路课件》--第二章门电路
第二章 门电路 概述 分立元件门电路 TTL门电路 MOS门电路 TTL门电路与CMOS门电路 小结 2.1 概述 门电路——实现基本逻辑关系的电子电路 主要构成 逻辑门电路的性能和特点——逻辑特性、电气特性 本章讨论:内部结构、工作原理、外部特性 2.2 分立元件门电路 分立元件的开关特性: 理想开关特性: 开关K断开时,开关两端的电压为外部电压,通过开关的电流为0,开关等效电阻为∞。开关闭合时,开关两端电压为0,开关等效电阻为0 二极管开关特性 三极管开关特性 MOS管开关特性 正负逻辑及其它 分立元件门电路 二极管与门 二极管或门 三极管反相器 DTL门电路 二极管开关特性 二极管符号 二极管加正向电压 如图a所示:若VE>V0,二极管导通,二极管导通电压VD=0.7V 硅管 (VD=0.2V 锗管) 二极管加反向电压 如图b所示:若VE<0V 二极管截止 I=0 结论——二极管具有单向导电性 三极管开关特性 三极管符号 三极管的工作状态 三极管有三个工作状态:截止状态、放大状态和饱和状态 分析 结论——在数字电路中三极管作为开关元件主要工作在饱和状态(“开”态)和截止状态(“关”态) 当Vi= ViL(< VBE)时,T截止 VO = EC 当Vi= ViH时(且iB > iBS),T饱和导通 VO = VCES≈0.2V 三极管工作状态——分析 三极管的工作状态 截止状态:当输入电压Vi较小时,VBE<0, iB 、iE、iC≈0,RC上无压降。输出电压VCE等于VCC 放大状态:当输入电压Vi上升(>0.7V),三极管导通,有iC=? iB 、 iE = iC + iB ,在放大状态下( iB < iBS),输出电压VCE = VCC - iC RC 饱和状态:随着输入电压Vi继续上升, iB 、iE、iC增加, VCE = VCC - iC RC减小,三极管集电极正偏。 iB > iBS,输出电压VCE = VCES ( ≈0.3V 硅管) MOS管开关特性 MOS管结构图及逻辑符号 NMOS管工作原理分析 MOS管工作在截止与导通状态 结论: VGS < VTH时,NMOS管截止,V0=VDD (R很大) VGS > VTH 时,NMOS管导通,V0≈0V (R较小) ( VTH ——开启电压或阈值电压) NMOS管工作原理 MOS管的工作原理 分析 1.在栅_源极间加正向电压VGS ,衬底感应出电子,当VGS较小时,感应的电子被衬底空穴中和, iDS =0( iDS :漏_源极电流)。 称高阻区(截止区) 2.当VGS 电子 ,产生电子层N沟道.当VGSVTH,在外电场VDS作用下, iDS0。称电阻区。NMOS为导通状态。 3.由于iDS,沿沟道D S有压降,当VDS VGD ,使VGD VTH 导电沟道处于断开临界状态, iDS 恒定。称:恒流区. NMOS管工作状态 MOS管的工作状态 截止状态:若VGS小于NMOS管的开启电压VT,则NMOS管工作在截止状态,iDS≈0,输出电压VDS≈VDD 称“关态” 导通状态:若VGS大于NMOS管的开启电压VT,则NMOS管工作在导通状态,iDS= VDD /(RD+rDS),输出电压VDS=rDS VDD /(RD+rDS) (当rDS << RD ,则VDS≈0V) 称“开态” 正负逻辑及其它 数字电路中的高电平与低电平 电路中能区分高、低电平既可——使门电路导通或截止。一般地,其取值有允许的范围——由电路特性决定。 数字电路中的正负逻辑问题 正负逻辑的定义: 设定:VL为0,VH为1——正逻辑 VL为1,VH为0——负逻辑 正负逻辑的描述: 正与逻辑 负或逻辑 *真值表: *表达式: *真值表: *表达式: *逻辑图 *逻辑图 二极管与门 二极管与门——能实现与逻辑功能的电路称为与门 二极管与门电路 分析 逻辑真值表、逻辑符号与表达式 二极管与门_原理分析 二极管与门电路 分析:设输入高电平为3V,输入低电平为0V。VCC=5V *当VA、VB均为高电平,二极管DA、DB均导
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