第3章 集成逻辑门电路.pptVIP

第 3 章集成逻辑门电路 3.1 概述 3.2 半导体二极管门电路 3.3 TTL集成门电路 3.4 CMOS门电路 3.5 各逻辑门的性能比较 作业 3-5 3-6 3-8 3-11 3-13 3-15 3-16 3-77 3.1 概述 用来实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路称为门电路。常用的门电路有与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等。 从制造工艺方面来分类，数字集成电路可分为双极型、单极型和混合型三类。 3.2 半导体二极管门电路 3.2.1正逻辑与负逻辑 在数字电路中，用高、低电平来表示二值逻辑的1和0两种逻辑状态。 获得高、低电平的基本原理电路如图表示。开关S为半导体二极管或三极管，通过输入信号控制二极管或三极管工作在截止和导通两个状态，以输出高低电平。 若用高电平表示逻辑1，低电平表示逻辑0，则称这种表示方法为正逻辑； 反之，若用高电平表示0，低电平表示1，则称这种表示方法为负逻辑。 若无特别说明，本书中将采用正逻辑。 由于在实际工作时只要能区分出来高、低电平就可以知道它所表示的逻辑状态了，所以高、低电平都有一个允许的范围。 正因如此，在数字电路中无论是对元器件参数精度的要求还是对供电电源稳定度的要求，都比模拟电路要低一些。 3.2.2半导体二极管的开关特性 3. 二极管等效电路 4. 二极管的动态特性 在动态情况下，亦即加到二极管两端的电压突然反向时，电流的变化过程如图所示。 3.2.3 二极管与门电路 与门原理分析 上图中A、B是输入逻辑变量，F是输出逻辑函数。当A、B中只要有一个为低电平（例如0V）时，相应的二极管必然导通，输出F则为低电平（即为二极管的导通电压，取0.7V）；只有当输入A、B都同时为高电平（例如VCC）时，两个二极管都截止，输出F为高电平（VCC），实现了逻辑与的功能，即：F=AB。 3.2.4二极管或门电路 或门原理分析 3.3 TTL（Transistor-Transistor-Logic)集成门电路 由于TTL集成门电路中采用双极型三极管作为开关器件，所以在介绍TTL电路之前，我们首先介绍一下双极型三极管的开关特性。 3.3.1 双极型三极管的开关特性 1.双极型三极管的结构 一个双极型三极管含有三个电极，分别为发射极（e）、基极（b）和集电极（c），分为NPN型和PNP型两种。由于它们在工作时有电子和空穴两种极性不同的载流子参与导电，故称为为双极型三极管。 2.双极型三极管的输入特性和输出特性1) 输入特性曲线 以NPN管为例，若以发射极（e）作为输入回路和输出回路的公共电极，则称该电路为共发射极电路。可以测出表示输入电压vBE和输入电流iB 之间的特性曲线。此曲线称为输入特性曲线。 三极管的输入特性曲线与PN结（二极管）的伏安特性曲线很相似，分析时可采用PN结（二极管）的等效模型。 也可测出共发射极电路在不同iB值下集电极电流iC和集电极电压vCE之间关系的曲线，此曲线称为输出特性曲线。 3.双极型三极管的开关电路 用NPN型三极管取代下图中的开关S，就得到了三极管开关电路。 双极型三极管的开关等效电路 4. 双极型三极管的动态开关特性 在动态情况下，亦即三极管在截止与饱和导通两种状态间迅速转换时，三极管内部电荷的建立和消散都需要一定的时间，因而集电极电流ic的变化将滞后于输入电压vI的变化，在接成三极管开关电路以后，开关电路的输出电压vo的变化也必然滞后于输入电压的变化，如图所示。这种滞后现象是由于三极管的b-e间、c-e间都存在结电容效应的原因。 4. 三极管非门电路 由三极管开关电路组成的最简单的门电路就是非门电路（反相器）。 5. 二极管－三极管门电路(1)与非门电路 将二极管与门的输出与三极管非门的输入连接，便构成了二极管－三极管与非门电路。 （2）或非门电路 将二极管或门的输出与三极管非门的输入连接，便构成了二极管－三极管或非门电路。 3.3.2 TTL与非门的电路结构和工作原理 1.电路结构 图中，输入端接有用于保护的二极管VD1和VD2。当输入端加正向电压时，相应二极管处于反向偏置，具有很高的阻抗，相当于开路；如果一旦在输入端出现负极性的干扰脉冲，VD1和VD2便会导通，使A、B两端的电位被钳制在-0.7V左右，以保护多发射极晶体管V1不致被损坏。 3.其它几个系列与非门的主要区别 （1）CT54H/74H高速系列2输入门 ①电路中所有的电阻值都减少了。②输出级V5管的有源负载改由V3和V4组成的复合管，通常叫做达林顿图腾柱结构，进一步提高了驱动负载的能力和工作速度，但其功耗增加了一倍以上，目前，这类产品的生产已经很少了。 2) 肖特基系列2输入与非门。 3.3.3 TTL与非门的静态特征 1.