计算机电路基础（下）教学课件作者刘怀望第3章逻辑门电路.ppt

第3章 逻辑门电路 3.1 概述 3.2 二极管、三极管和场效应管的开关特性 3.3 正逻辑和负逻辑的概念 3.4 由分立元件构成的基本逻辑门原理电路 3.5 TTL集成门电路 3.1 概述 3.1.1 数字集成逻辑电路的分类 目前，在数字电路中使用的集成逻辑电路，按照构成集成电路的半导体器件类型来分，可以分成两类:一类是由二极管、三极管等双极型半导体器件构成的双极型逻辑电路，最早的双极型逻辑电路由二极管和三极管构成，简称DTL电路，后来人们对DTL电路加以改进，提高速度，降低功耗，提高抗干扰能力，研究出了由三极管和三极管构成的TTL逻辑电路和开关速度最快的射极藕合的ECL逻辑电路、直流噪声容限大即抗十扰能力最强的HTL逻辑电路、高集成度的IZ L电路等; 3.1 概述 另一类是由场效应管构成的单极型逻辑电路，场效应管分结型和绝缘栅两种，绝缘栅场效应管组成的集成电路也叫MOS集成电路。双极型和单极型这两类逻辑电路的电气特性、参数特点不同。 按照电路的结构不同，数字集成逻辑电路可分为分立元件电路和集成电路。 按照所完成的逻辑功能的不同，数字集成逻辑电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路，这两类电路的不同之处主要是组合逻辑电路没有记忆功能，时序逻辑电路有记忆功能，本书就是以逻辑功能的不同为主线展开学习内容的。 3.1 概述 按照集成度不同，数字集成逻辑电路可分为小规模集成电路SSI ( Small Scale Integration )、中规模集成电路MSI ( Medium Scale Integration )、大规模集成电路LSI(Lame Scale Integration)、超大规模集成电路VLSI( Very Lame Scale Integration)，详见表3-1。 另外，数字集成逻辑电路还可以按照工作速度、抗十扰能力、特殊用途来分，这里就不一一介绍了。 3.1 概述 3.1.2 用来衡量门电路的性能指标 1.工作速度 逻辑状态从门电路的输入端传送到输出端所需要的时间，称为门电路的传输延迟时间。传输延迟时间越小，门电路的工作速度就越快。TTL电路和ECL电路的工作速度比MOS电路的工作速度快。 3.1 概述 2.功耗 门电路的电源电压与电源供给电路的平均电流的乘积称为功耗不同种类门电路的功耗是不同的。由场效应管构成的门电路(MOS门电路)的功耗比由二极管和三极管构成的门电路的功耗低。 3.逻辑电平 逻辑电平是指对应于逻辑变量0和1的电位值。经常用到的逻辑电平有输入高电平UIH，输入低电平UIL，输出高电平UOH，输出低电平UOL。不同种类的电路其低电平和高电平的数值不同，同类电路的输入和输出高电平可能不同，低电平可能不同。当逻辑电平取值不同的两种门电路连接时，需要接口电路来实现电平的匹配。 3.1 概述 4.扇入、扇出数 扇入是指一个门电路具有的独立输入端的个数。 扇出是指一个门电路能够驱动同系列逻辑门的数量，一般用No表示。 5.阀值电压 电路从一种逻辑状态转换到另一种逻辑状态的输入电压叫做门电路的阀值电压。其值近似为输入高、低电平的中点电压值。 3.1 概述 6.噪声容限 噪声容限是指电路的输入电平能够承受的噪声十扰电压的最大值，也就是保持正常的逻辑关系时，输入电压可以波动的最大值。常用闽值电压与输入逻辑电平之差表示噪声容限的大小。噪声容限大，电路抗十扰能力就强。MOS电路的抗十扰能力比较强。 7.工作温度范围 工作温度范围是指电路能够正常工作的温度范围温度范围越宽，其温度稳定性越好，一般硅材料的半导体器件温度稳定性要好于锗材料的半导体器件。 3.2 二极管、三极管和场效应管的开关特性 3.2.1 二极管的开关特性 半导体二极管的符号如图3-1(a)所示。在图所示的参考方向下，二极管两端电压和通过它的电流之间的关系曲线，即伏安特性曲线如图3-1(b)所示。 在伏安特性曲线中，二极管两端的电压U0，叫做二极管正向偏置，简称正偏，此时，阳极电位比阴极电位高;U0，叫做反向偏置，简称反偏，阳极电位比阴极电位低。 3.2 二极管、三极管和场效应管的开关特性 在正向偏置的特性曲线中存在一个死区电压，当正向偏压大于死区电压时，二极管才能导通，导通后，二极管的电流随着其两端电压按指数关系增加，二极管呈现一个电阻，其动态电阻值在几千欧以下，这个电阻称为正向电阻。对于普通二极管，一般硅管的死区电压是0.5 v左右，锗管的死区电压为0.1~0.2 v，如图3-1(b)中死区电压用Uoff表示。特殊二极管的参数与普通二极管的参数会有很大的不同，以后涉及的时候再做介绍。 3.2 二极管、三极管和场效应管的开关特性 在数字电路中，常常把二极管当做开关，也就是正向偏置时，二极管相当于闭合的开关，与普通