课题五-分立元件门电路及ttl集成门电路.讲课教案.ppt
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1、课题五-分立元件门电路及TTL集成门电路.对你的期望:对你的期望:n了解门电路的电路结构及性能特点n熟练掌握各种门的功能。熟练掌握各种门的功能。一一 半导体二极管、三极管的开关特性半导体二极管、三极管的开关特性1.1 1.1 1.1 1.1 器件的开关作用器件的开关作用器件的开关作用器件的开关作用开关特性开关特性体现开关作用体现开关作用静态特性静态特性转换过程转换过程动态特性动态特性理想开关特性理想开关特性Z0短路、相当开关闭合短路、相当开关闭合Z断路、相当开关断开断路、相当开关断开1.2 1.2 1.2 1.2 半导体二极管的开关特性半导体二极管的开关特性半导体二极管的开关特性半导体二极管的
2、开关特性EWBEWB仿真仿真仿真仿真实验:实验:实验:实验:静态特性静态特性静态特性静态特性(开关作用开关作用开关作用开关作用)D正偏正偏D导通导通UD很小很小电路导通电路导通UD0.7V,硅管硅管UD0.3V,锗管锗管D反偏反偏D截止截止UD很大很大电路断开电路断开注注:讲课如不特殊说明讲课如不特殊说明,均以硅管为例均以硅管为例.实验现象分析:实验现象分析:实验现象分析:实验现象分析:动态特性动态特性动态特性动态特性(转换过程转换过程转换过程转换过程)D正偏时,正偏时,PN结电阻较小。加上反压结电阻较小。加上反压后,形成较大的后,形成较大的I2;尔后,随着结电;尔后,随着结电阻的增加,反向电
3、流逐渐减小,直至阻的增加,反向电流逐渐减小,直至漏电流漏电流Is。DR+ttIs反向恢复过程反向恢复过程:反向恢复时间反向恢复时间tre说明说明:转换时间:截止导通 较小 导通截止较大 故D的开关时间以tre来衡量。Vi的最高频率以10 tre来取值。R导通导通截止截止相当于相当于相当于相当于开关断开开关断开开关断开开关断开相当于相当于相当于相当于开关闭合开关闭合开关闭合开关闭合S3V0VSRRD3V0V二极管的开关特性二极管的开关特性1.3 1.3 半导体三极管的开关特性半导体三极管的开关特性半导体三极管的开关特性半导体三极管的开关特性EWBEWB仿真实验:仿真实验:仿真实验:仿真实验:1.
4、3 1.3 1.3 1.3 半导体三极管的开关特性半导体三极管的开关特性半导体三极管的开关特性半导体三极管的开关特性实验现象分析:实验现象分析:实验现象分析:实验现象分析:10KVcc=5V1k Vo=30T截止截止饱和饱和Vbe Vbc反偏(或Ibs ,开关闭合。静态特性静态特性静态特性静态特性(开关作用开关作用开关作用开关作用)动态特性动态特性动态特性动态特性T从:从:截止导通,建立电荷需要时间 ton导通截止存储电荷消散需要时间 toff 开关时间开关时间:说明说明:转换时间:截止导通 时间ton较小 导通截止时间toff较大 toff中 ts占主要部分。tt开启 延时 上升关闭 存储
5、下降三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性饱和饱和截止截止截止截止3V0VuO 0相当于相当于相当于相当于开关断开开关断开开关断开开关断开相当于相当于相当于相当于开关闭合开关闭合开关闭合开关闭合uO UCC+UCCuiRBRCuOTuO+UCCRCECuO+UCCRCEC3V0V二二 分立元件门电路分立元件门电路对应三种基本逻辑运算,有三种基本门电路2.1 2.1 2.1 2.1 二极管与门(二极管与门(二极管与门(二极管与门(D D D D与门)与门)与门)与门)电路电路 5V A0V BFRD1D2Vcc(5V)原理原理VAVBVFD1 D20V 0V 0.7V
6、通通通通通通通通0V 5V 0.7V 通通通通止止止止5V 0V 0.7V 止止止止通通通通5V 5V 5 V 止止止止止止止止电路分析要求出输入的电路分析要求出输入的各种组合与输出的关系各种组合与输出的关系电位表:电位表:2.1 2.1 2.1 2.1 二极管与门二极管与门二极管与门二极管与门(续续续续)VAVBVFD1 D20V 0V 0.7V 通通通通通通通通0V 5V 0.7V 通通通通止止止止5V 0V 0.7V 止止止止通通通通5V 5V 5 V 止止止止止止止止0低电位低电位1高电位高电位真值表真值表:A B F 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1实现实现了与了与逻辑
7、逻辑功能功能实现实现了与了与逻辑逻辑功能功能符号符号ABF&国标国标惯用惯用国外国外ABFABF2 2 2 2 二极管或门(二极管或门(二极管或门(二极管或门(D D D D或门)或门)或门)或门)电路电路 5V A0V BFRD1D2原理原理VAVBVFD1 D20V 0V 0V 止止止止止止止止0V 5V 4.3V 止止止止通通通通5V 0V 4.3V 通通通通止止止止5V 5V 4.3V 通通通通通通通通电位表:电位表:0低电位低电位1高电位高电位真值表真值表:A B F 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1实现实现了或了或逻辑逻辑功能功能实现实现了或了或逻辑逻辑功能功能符号符
8、号国标国标惯用惯用国外国外FAB1ABFABF2.3 2.3 2.3 2.3 晶体管非门晶体管非门晶体管非门晶体管非门 (反相器反相器反相器反相器)符号符号电路电路原理原理VAVFT0V 5V 止止止止5V 0.3V 通通通通电位表:电位表:真值表真值表:A F 0 1 1 0实现实现了非了非逻辑逻辑功能功能实现实现了非了非逻辑逻辑功能功能ARbRcVcc(5V)FT国标国标惯用惯用国外国外FA1AFFA2.4 2.4 2.4 2.4 复合门复合门复合门复合门把单级门电路把单级门电路级联级联起来起来,构成复合门构成复合门,如如:与非门、或非门等等与非门、或非门等等。异或门YY与非门YABY或非
9、门同或门YYYY国标国标惯用惯用国外国外ABABABABABABABY&Y1Y=1Y=ABABABABVAVBVFD1 D20V 0V 0.7V 通通通通通通通通0V 5V 0.7V 通通通通止止止止5V 0V 0.7V 止止止止通通通通5V 5V 5 V 止止止止止止止止高电平(高电平(1)低电平(低电平(0)5V A0V BFRD1D2Vcc(5V)电位表:电位表:A B F 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1高电平高电平(0)低电平低电平(1)A B F 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0真值表真值表真值表真值表正与逻辑正与逻辑负或逻辑负或逻辑FABFAB等价等价
10、2.5 2.5 2.5 2.5 正负逻辑约定正负逻辑约定正负逻辑约定正负逻辑约定正逻辑正逻辑正逻辑正逻辑负逻辑负逻辑负逻辑负逻辑正逻辑正逻辑门电路的输入、输出电压定义为:门电路的输入、输出电压定义为:负逻辑负逻辑说明:说明:前面所述基本门电路均以正逻辑定义。前面所述基本门电路均以正逻辑定义。同一个逻辑门电路,在不同逻辑定义下,同一个逻辑门电路,在不同逻辑定义下,实现的逻辑功能不同。实现的逻辑功能不同。数字系统中,不是采用正逻辑就是采用数字系统中,不是采用正逻辑就是采用负逻辑,而负逻辑,而不能混合使用不能混合使用。本书中采用本书中采用正正逻辑系统。逻辑系统。低电位低电位0高电位高电位1门电路的输
11、入、输出电压定义为:门电路的输入、输出电压定义为:低电位低电位1高电位高电位02.5 2.5 2.5 2.5 正负逻辑约定正负逻辑约定正负逻辑约定正负逻辑约定 正负逻辑转换正负逻辑转换(只需了解)(只需了解)依据依据:一个门的输入和输出同一个门的输入和输出同时取反,则:时取反,则:正逻辑正逻辑负逻辑负逻辑目的:目的:方法:方法:从后往前的奇数级上,输入、输出都取反,且与门或门,或门与门,即可化简电路。化简和转换电路。Y&AB&CDEH正负逻辑转换举例正负逻辑转换举例Y&AB&CDEH正负逻辑转换举例正负逻辑转换举例Y&AB&CDEH1.奇数级,前后取反2.相互抵消3.与门或门11Y&AB&CD
12、EH11三三 TTLTTL集成门电路集成门电路(与非门与非门)二极管-晶体三极管逻辑门(DTL)集集 晶体三极管-晶体三极管逻辑门(TTL)成成 双极型 射极耦合逻辑门(ECL)逻逻 集成注入逻辑门电路()辑辑 N沟道MOS门(NMOS)门门 单极型(MOS型)P 沟道MOS门 (PMOS)互补MOS门(CMOS)集成门电路按开关元件分类集成门电路按开关元件分类集成门电路按开关元件分类集成门电路按开关元件分类集成:把晶体管、电阻、和导线等封装在一个芯片上。集成:把晶体管、电阻、和导线等封装在一个芯片上。3.1 3.1 3.1 3.1 电路电路电路电路+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4
13、T1T5b1c1ABC 多发射极多发射极输入级输入级中间中间倒相级倒相级推挽推挽输出级输出级输输入入级级由由多多发发射射极极晶晶体体管管T1和和基基极极电电组组R1组组成成,它它实实现现了了输输入入变变量量A、B、C的与运算。的与运算。BFRD1D3Vcc(5V)D2ACD4中间级是放大中间级是放大级,由级,由T2、R2和和R3组成,组成,T2的集电极的集电极C2和和发射极发射极E2可以可以分提供两个相分提供两个相位相反的电压位相反的电压信号信号C2E2输出级:由输出级:由T3、T4、T5和和R4、R5组成,其中组成,其中T3、T4构成复合构成复合管,与管,与T5组成推拉式输出结构,组成推拉式
14、输出结构,具有较强的负载能力。具有较强的负载能力。“0”1VVb1=0.3+0.7=1VVb1=0.3+0.7=1V三个三个PN结结导通需导通需2.1V+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1VVV 3.63.60.33.2 3.2 3.2 3.2 工作原理工作原理工作原理工作原理T1T1深饱和深饱和T2T2截止截止T5T5截止截止1.输入有低电平(输入有低电平(0.3V)时)时不足以让不足以让T2、T5导通导通+5VFR4R2R13kR5T3T4T1b1c1ABC“0”1Vuouo=5-uR2-ube3-ube4 3.6V高电平!高电平!1.1.输入有低电平(输入有低电平
15、(0.3V0.3V)时)时(续续)T1T1深饱和深饱和T2T2截止截止T5T5截止截止T3T3微饱和微饱和T4T4放大放大结论结论1:输入有低时输入有低时,输出为高输出为高T1:T1:倒置倒置全饱和导通全饱和导通Vb1=2.1VVc1=1.4V全反偏全反偏 1V截止截止+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC 2.输入全为高电平(输入全为高电平(3.6V)时)时2.1V1.4VT1管管:Ve1=3.6VVb1=2.1VVc1=1.4VT1管在倒置工作状态管在倒置工作状态3.6VT2,T5管饱和导通,Vce2=0.3V所以:Vc2=1VT3:放大 Vb4=0.3V T4
16、:截止0.3VT2:T2:饱和饱和T5:T5:饱和饱和T3:T3:放大放大T4:T4:截止截止放大放大+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC饱和饱和uF=0.3V 2.2.输入全为高电平(输入全为高电平(3.6V3.6V)时)时(续续)饱和饱和3.6VT1:T1:倒置倒置T2:T2:饱和饱和T5:T5:饱和饱和T3:T3:放大放大T4:T4:截止截止结论结论2:输入全高时输入全高时,输出为低输出为低T5饱和,Vce5=0.3V工作原理小结工作原理小结:1.输入有低电平(输入有低电平(0.3V)时)时 V VF F=3.6V=3.6V2.输入全为高电平(输入全为高电平(3.6V)时)
17、时 V VF F=0.3V=0.3VT1:T1:倒置倒置T2:T2:饱和饱和T3:T3:放大放大T4:T4:截止截止T5:T5:饱和饱和T1T1深饱和深饱和T2T2截止截止T3T3微饱和微饱和T4T4放大放大T5T5截止截止3.逻辑功能逻辑功能3.3 3.3 输入多发射极的作用输入多发射极的作用TTLTTL集成门在输入级采用集成门在输入级采用晶体管晶体管多发射极多发射极,其作用是其作用是:1.1.参数一致性好参数一致性好;2.2.缩小体积缩小体积;3.3.缩短缩短T2T2从饱和向截止的转换时间从饱和向截止的转换时间加速转换过程加速转换过程。(即加速输入由全即加速输入由全“1 1”输入有输入有“
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