济南大学物理科学与技术学院数字电子技术课件第二章 门电路（1）.ppt

一、门电路 实现基本逻辑运算和常用复合逻辑运算的电子电路 与 或 非 与 非 或 非 异或 与或非 概 述 与 门 或 门 非 门 与 非 门 或 非 门 异或门 与或非门 二、逻辑变量与两状态开关 低电平 高电平 断开 闭合 高电平 3V 低电平 0V 二值逻辑: 所有逻辑变量只有两种取值(1 或 0)。 数字电路: 通过电子开关 S 的两种状态(开或关) 获得高、低电平，用来表示 1 或 0。 3V 3V 逻辑状态 1 0 0 1 S 可由二极管、三极管或 MOS 管实现 三、高、低电平与正、负逻辑 负逻辑 正逻辑 0V 5V 2.4V 0.8V 高电平和低电平是两个不同的可以截然区别开来的电压范围。 0 1 0V 5V 2.4V 0.8V 1 0 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：CMOS 和 TTL 集成门电路 五、数字集成电路的集成度 一块芯片中含有等效逻辑门或元器件的个数 小规模集成电路 SSI (Small Scale Integration) 10 门/片 或 100 元器件/片 中规模集成电路 MSI (Medium Scale Integration) 10 ~ 99 门/片 或 100 ~ 999 元器件/片 大规模集成电路 LSI (Large Scale Integration) 100 ~ 9 999 门/片 或 1 000 ~ 99 999 元器件/片 超大规模集成电路VLSI (Very Large Scale Integration) 10 000 门/片 或 100 000 元器件/片 2. 1. 1 理想开关的开关特性 一、 静态特性 1. 断开 2. 闭合 2. 1 半导体二极管 、三极管 和 MOS 管的开关特性 S A K 二、动态特性 1. 开通时间： 2. 关断时间： 闭合） （断开 断开） （闭合 普通开关：静态特性好，动态特性差 半导体开关：静态特性较差，动态特性好 几百万/秒 几千万/秒 S A K 2. 1. 2 半导体二极管的开关特性 一、静态特性 1. 外加正向电压(正偏) 二极管导通(相当于开关闭合) 2. 外加反向电压(反偏) 二极管截止(相当于开关断开) 硅二极管伏安特性 阴极 A 阳极 K PN结 - A K + P区 N区 + + + + + + + + - - - - - - - - 正向 导通区 反向 截止区 反向 击穿区 0.5 0.7 /mA /V 0 D + - + - 二极管的开关作用： [例] uO = 0 V uO = 2.3 V 电路如图所示， 　　试判别二极管的工作 状态及输出电压。 二极管截止 二极管导通 [解] D 0.7 V + - 二、动态特性 1. 二极管的电容效应 结电容 C j 扩散电容 C D 2. 二极管的开关时间 电容效应使二极管的通断需要一段延迟时间才能完成 t t 0 0 (反向恢复时间) ≤ ton — 开通时间 toff — 关断时间 一、静态特性 NPN 2. 1. 3 半导体三极管的开关特性 发射结 集电结 发射极 emitter 基极 base 集电极 collector b iB iC e c (电流控制型) 1. 结构、符号和输入、输出特性 (2) 符号 N N P (Transistor) (1) 结构 (3) 输入特性 (4) 输出特性 iC / mA uCE /V 50 μA 40μA 30 μA 20 μA 10 μA iB = 0 0 2 4 6 8 4 3 2 1 放大区 截止区 饱 和 区 0 uBE /V iB / μA 发射结正偏 放大 i C= ? iB 集电结反偏 饱和 i C ＜ ? iB 两个结正偏 I CS= ? IBS 临界 截止 iB ≈ 0, iC ≈ 0 两个结反偏 电流关系 状态 条 件 Rc Rb +VCC +12V uo T 1.5 k? 100 k? 因为 所以三极管工作于放大区 判断三极管的工作状态 2. 开关应用举例 发射结反偏 T 截止 发射结正偏 T 导通 + ? Rc Rb +VCC (12V) + uo ? iB iC T uI 3V -2V 2 k? 2.3 k? 放大还是饱和？ 饱和导通条件： + ? Rc Rb +VCC +12V