2-1门电路.ppt

第2章 门电路 目 录 2.1 概述 2.2 半导体二极管和三极管的开关特性 2.3 最简单的与或非门电路 2.4 TTL门电路 2.5 CMOS门电路 本章小结 2.1 概述 概述（续） 2.2 半导体二极管和三级管的开关特性 2.2.1 半导体二极管的开关特性 二极管的符号 二极管的特性——单向导电性，即外加正向电压时导通，外加反向电压时截止，所以可作为开关元件。 实际二极管的特性可用PN结方程描述 2.3 最简单的与或非门电路 2.4 TTL门电路 集成电路(Integrated Circuit) 将数字电路的元器件和连线制作在同一硅片上，制成集成电路。 特点：体积小、重量轻、可靠性好 按集成度的高低，分为：小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路。 按制造工艺（参与导电的物质）不同，分为：双极型和单极型。 TTL反相器 TTL电路是目前双极型数字集成电路中用的最多的一种 TTL反相器是TTL门电路中最简单的一种 Transistor – Transistor Logic (TTL)：三极管－三极管逻辑电路 电路结构 元件的功能 D1：输入端钳位二极管。抑制输入端可能出现的负极性干扰脉冲；防止输入电压为负时T1的发射极电流过大，起保护作用。 D2：保证T5饱和导通时，T4可靠地截止。 倒相级的特点：T2集电极输出的电压信号与发射极输出的电压信号变化方向相反 输出级的特点：稳定状态下，T4、T5总是一个导通一个截止，有效地降低了输出级的静态功耗并提高驱动负载的能力。推拉式电路 工作原理（1） 当输入电压为低电平（如：0.2V） T1发射结导通，T1的基极电位被钳位在0.9V T2发射结截止，T1的集电极电阻很大，工作在深度饱和状态 T2截止，VC2为高电平，T4导通、T5截止 输出为高电平 工作原理（2） 当输入电压为高电平（如：3.4V） T1发射结导通，T1的基极电位应为4.1V T2、 T5发射结同时导通， T1的基极电位被钳位在约2.1V T2导通，则VC2为低电平，T4截止、T5导通 输出为低电平 输入输出间为反相关系 电压传输特性 电压传输特性：输出电压随输入电压变化的曲线 1、二极管与门 Y=AB 2、二极管或门 Y=A+B 3、三极管非门 ①uA＝0V时，三极管截止，iB＝0，iC＝0，输出电压uY＝VCC＝5V ②uA＝5V时，三极管导通。基极电流为： iB＞IBS，三极管工作在饱和状态。输出电压uY＝UCES＝0.3V。 三极管临界饱和时的基极电流为： ①当uA＝0V时，由于uGS＝uA＝0V，小于开启电压UT，所以MOS管截止。输出电压为uY＝VDD＝10V。 ②当uA＝10V时，由于uGS＝uA＝10V，大于开启电压UT，所以MOS管导通，且工作在可变电阻区，导通电阻很小，只有几百欧姆。输出电压为uY≈0V。 2.4.1 TTL反相器的电路结构和工作原理 2.4.2 TTL反相器的静态输入特性和输出特性 2.4.3 TTL反相器的动态特性 2.4.4 其它类型的TTL门电路 2.4.5 TTL电路的改进系列 A Y +5V T 1 T 2 D 2 T 4 T 5 R 1 R 2 R 3 R 4 4k 1.6k 130 W 1k D 1 输入级 倒相级 输出级 假定PN结的开启电压为0.7伏 * * 首都师范大学物理系 门电路： 与逻辑功能一一对应 逻辑0和1：用电子电路中的高、低电平来表示。 Vo Vi 输入信号 输出信号 S Vcc 开关S由二极管或三极管组成 利用二极管和三级管的导通和截止控制开关的状态 正逻辑：以输出高电平表示逻辑1、以低电平表示逻辑0的表示方法为正逻辑。 负逻辑：以输出高电平表示逻辑0、以低电平表示逻辑1的表示方法为负逻辑。 如无特别说明，一般采用正逻辑。 实际工作中，高、低电平都有一个允许的范围。 半导体二极管、三极管、MOS管 2.2.1 半导体二极管的开关特性 2.2.2 半导体三极管的开关特性 结 论 PN结具有单向导电性 （1） PN结加正向电压时，处在导通状态，结电阻很低，正向电流较大。 （2）PN结加反向电压时，处在截止状态，结电阻很高，反向电流很小。 死区电压： 硅管：0.5伏左右 锗管：0.1伏左右 正向压降： 硅管：0.7伏左右 锗管：0.2~ 0.3伏 1、正向特性 正向 O 0.4 0.8 U/V I/mA 80 60 40 20 -50 -25 I/μA -20 -40 反向 死区电压 击穿电压 伏安特性 反向电流 反向击穿电压U（BR） 2、反向特性 非线性 正极 负极