数字电子技术课件-门电路.ppt
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1、数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版3.1 概述概述一一一一.门电路门电路门电路门电路 实现基本运算、复合运算的单元电路实现基本运算、复合运算的单元电路实现基本运算、复合运算的单元电路实现基本运算、复合运算的单元电路 如如如如与与与与门、门、门、门、与非与非与非与非门、门、门、门、或或或或门门门门 门电路中以门电路中以门电路中以门电路中以高高高高/低低低低电平表电平表电平表电平表示逻辑状态的示逻辑状态的示逻辑状态的示逻辑状态的1/01/0数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版二二.电平信号电平
2、信号1.1.电压范围电压范围电压范围电压范围输入:输入:输入:输入:V VIH IH、V VILIL输出:输出:输出:输出:V VOH OH、V VOLOL常用常用常用常用TTLTTL器件器件器件器件若若若若MOSMOS器件,高低电平界限不同器件,高低电平界限不同器件,高低电平界限不同器件,高低电平界限不同数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版2.获得高、低电平信号的方法获得高、低电平信号的方法开关开关开关开关S S理想开关理想开关理想开关理想开关S S合:合:合:合:=0=0=L L开:开:开:开:=V=VCCCC=H HS S开关可用开关可
3、用开关可用开关可用V VI I信号控制信号控制信号控制信号控制门电路中器件:二极管和三极管可作开关门电路中器件:二极管和三极管可作开关门电路中器件:二极管和三极管可作开关门电路中器件:二极管和三极管可作开关数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版负逻辑:高电平表示负逻辑:高电平表示负逻辑:高电平表示负逻辑:高电平表示0 0,低电平表示,低电平表示,低电平表示,低电平表示1 1高高高高/低电平都低电平都低电平都低电平都允许有一定允许有一定允许有一定允许有一定的变化范围的变化范围的变化范围的变化范围正逻辑:高电平表示正逻辑:高电平表示正逻辑:高电平表
4、示正逻辑:高电平表示1 1,低电平表示,低电平表示,低电平表示,低电平表示0 0三三 正、负逻辑正、负逻辑数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版3.2 半导体二极管门电路半导体二极管门电路二极管的结构:二极管的结构:二极管的结构:二极管的结构:PNPN结结结结 +引线引线引线引线 +封装构成封装构成封装构成封装构成PN数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性正向导通区反向截止区反向击穿区数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础
5、数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版3.2.13.2.1二极管的开关特性:二极管的开关特性:二极管的开关特性:二极管的开关特性:高电平:高电平:VIH=VCC低电平:低电平:VIL=0 V VI I=V=VIHIH D D截止,截止,截止,截止,V VO O=V=VOHOH=V=VCCCC V VI I=V=VILIL D D导通,导通,导通,导通,V VO O=V=VOLOL=0.7V=0.7V二极管特性:加正向向电压导通二极管特性:加正向向电压导通二极管特性:加正向向电压导通二极管特性:加正向向电压导通 加反向电压截止加反向电压截止加反向电压截止加反向电压截止可作开关可作开关可作开关可
6、作开关数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版二极管的开关等效电路:二极管的开关等效电路:二极管的开关等效电路:二极管的开关等效电路:数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版二极管的动态电流波形:二极管的动态电流波形:二极管的动态电流波形:二极管的动态电流波形:反向恢复反向恢复时间时间tre 二极管作开关二极管作开关二极管作开关二极管作开关 缺点:缺点:缺点:缺点:有有有有0.7V0.7V压降(硅管)压降(硅管)压降(硅管)压降(硅管)有延迟有延迟有延迟有延迟数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子
7、技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版3.2.2 3.2.2 二极管与门二极管与门二极管与门二极管与门设设VCC=5V加到加到A,B的的 VIH=3V VIL=0V二极管导通时二极管导通时 VDF=0.7V3.7V3.7V3V3V3V3V0.7V0.7V0V0V3V3V0.7V0.7V3V3V0V0V0.7V0.7V0V0V0V0VY YB BA A1 11 11 10 00 01 10 01 10 00 00 00 0Y YB BA A规定规定3V以上为以上为10.7V以下为以下为0与逻辑电平关系与逻辑电平关系与逻辑真值表与逻辑真值表数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础
8、数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版缺点:缺点:缺点:缺点:当当VIL=0.3V时,时,Vo=1V.(无法确定高低电平),(无法确定高低电平),应避免应避免输入与输出差输入与输出差0.7v,若多级会电平偏移,若多级会电平偏移数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版3.2.3 3.2.3 3.2.3 3.2.3 二极管或门二极管或门二极管或门二极管或门设设VCC=5V加到加到A,B的的 VIH=3V VIL=0V二极管导通时二极管导通时 VDF=0.7V2.3V2.3V3V3V3V3V2.3V2.3V0V0V3V3V2.3V2.3V3V3V0V
9、0V0V0V0V0V0V0VY YB BA AA AB BY Y0 00 00 00 01 11 11 10 01 11 11 11 1规定规定2.3V以上为以上为10V以下为以下为0数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版二极管构成的门电路的缺点二极管构成的门电路的缺点二极管构成的门电路的缺点二极管构成的门电路的缺点电平有偏移电平有偏移带负载能力差带负载能力差只用于只用于IC内部电路内部电路数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版双极型三极管的开关特性双极型三极管的开关特性双极型三极管的开关特性双
10、极型三极管的开关特性(BJT,Bipolar Junction TransistorBJT,Bipolar Junction Transistor)3.5 TTL3.5 TTL门电路门电路门电路门电路3.5.1 3.5.1 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数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版一、双极型三极管的基本开关电路一、双极型三极管的基本开关电路一、双极型三极管的基本开关电路一、双极型三极管的基本开关电路只要参数合理:只要参数合理:只要参数合理:只要参数合理:VI=VILVI=VIL
11、时,时,时,时,T T截止,截止,截止,截止,VO=VOHVO=VOHVI=VIHVI=VIH时,时,时,时,T T导通,导通,导通,导通,VO=VOLVO=VOL数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版工作状态分析:工作状态分析:数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版工作状态分析:工作状态分析:数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版二、三极管的开关等效电路二、三极管的开关等效电路截止状态截止状态截止状态截止状态饱和导通状态饱和导通状态饱和导通状态
12、饱和导通状态数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版三、三极管反相器三、三极管反相器三极管的基本开关电路就是三极管的基本开关电路就是三极管的基本开关电路就是三极管的基本开关电路就是非非非非门门门门 实际应用中,为保证实际应用中,为保证实际应用中,为保证实际应用中,为保证VI=VVI=VILIL时时时时 T T可靠截止,常在输入接入负压。可靠截止,常在输入接入负压。可靠截止,常在输入接入负压。可靠截止,常在输入接入负压。参数合理?参数合理?参数合理?参数合理?V V V VI I I I=V=V=V=VILILILIL时,时,时,时,T T T T
13、截止,截止,截止,截止,V V V VO O O O=V=V=V=VOHOHOHOHVI=VIHVI=VIHVI=VIHVI=VIH时,时,时,时,T T T T截止,截止,截止,截止,V V V VO O O O=V=V=V=VOLOLOLOL数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版例例例例3.5.13.5.1:计算参数设计是否合理:计算参数设计是否合理:计算参数设计是否合理:计算参数设计是否合理5V-8V3.3K10K1K=20VCE(sat)=0.1VVIH=5VVIL=0V数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第
14、五版第五版第五版第五版例例例例3.5.13.5.1:计算参数设计是否合理:计算参数设计是否合理:计算参数设计是否合理:计算参数设计是否合理将发射极外接电路化为等效的将发射极外接电路化为等效的将发射极外接电路化为等效的将发射极外接电路化为等效的V VB B与与与与R RB B电路电路电路电路数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版因此,因此,参数设计合理参数设计合理数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版数字集成电
15、路数字集成电路数字集成电路数字集成电路数字集成电路分为数字集成电路分为双极型双极型、单极型单极型和和混合型混合型。简称简称IC 数字集成电路从集成度上分数字集成电路从集成度上分小规模小规模集成电集成电路(路(SSI)、)、中规模中规模集成电路(集成电路(MSI)、)、大规大规模模集成电路(集成电路(LSI)、)、超大规模超大规模集成电路集成电路(VLSI)。TTL型与型与CMOS型。型。数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版3.5.2 TTL3.5.2 TTL反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理反相器的
16、电路结构和工作原理一、电路结构一、电路结构一、电路结构一、电路结构设设设设 推拉式电路推拉式电路推拉式电路推拉式电路数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版二、电压传输特性二、电压传输特性二、电压传输特性二、电压传输特性数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版二、电压传输特性二、电压传输特性二、电压传输特性二、电压传输特性数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版二、电压传输特性二、电压传输特性二、电压传输特性二、电压传输特性数字电子技术基础数字电子技术
17、基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版需要说明的几个问题:需要说明的几个问题:需要说明的几个问题:需要说明的几个问题:数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版三、输入噪声容限三、输入噪声容限三、输入噪声容限三、输入噪声容限数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版一、输入特性一、输入特性3.5.3 TTL3.5.3 TTL反相器的静态输入特性和输出特性反相器的静态输入特性和输出特性反相器的静态输入特性和输出特性反相器的静态输入特性和输出特性输入端的等效电路如图所示输入端的等效电路
18、如图所示输入低电平电流输入低电平电流输入端为高电平时,输入端为高电平时,T1管处于管处于倒置状态倒置状态,这时的输入电流只是这时的输入电流只是be结的反结的反向电流,向电流,Im很小,很小,40微安以下。微安以下。数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版一、输入特性一、输入特性3.5.3 TTL3.5.3 TTL反相器的静态输入特性和输出特性反相器的静态输入特性和输出特性反相器的静态输入特性和输出特性反相器的静态输入特性和输出特性 输入电流随输入电压变化的曲线输入电流随输入电压变化的曲线输入输入特性曲线特性曲线如图所示。如图所示。1.输入伏安特性
19、输入伏安特性数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版2.输入负载特性输入负载特性1 2 31.41 ,相当于接,相当于接0 ,相当于接,相当于接13.输入端悬空,相当于接输入端悬空,相当于接1数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版二、输出特性二、输出特性1、高电平输出特性、高电平输出特性输出高电平时,输出输出高电平时,输出端等效电路如图所示:端等效电路如图所示:在负载电流较小的范围内,负在负载电流较小的范围内,负载电流的变化对载电流的变化对VOH影响很小;影响很小;随着负载电流的绝对值增大,随着负
20、载电流的绝对值增大,T4管进入饱和状态,管进入饱和状态,VOH随负载电随负载电流线性下降,如图所示:流线性下降,如图所示:IOH0.4mA数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版2、低电平输出特性、低电平输出特性低电平输出端等效电路低电平输出端等效电路如图所示:如图所示:T5饱和导通,导通压降饱和导通,导通压降很低,负载电流增加时,很低,负载电流增加时,低电平低电平VOL仅稍有升高。输仅稍有升高。输出特性曲线如图所示:出特性曲线如图所示:数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版3.5.3 TTL3.
21、5.3 TTL反相器的静态输入特性和输出特性反相器的静态输入特性和输出特性反相器的静态输入特性和输出特性反相器的静态输入特性和输出特性例:扇出系数(例:扇出系数(例:扇出系数(例:扇出系数(Fan-outFan-out),),),),试计算门试计算门试计算门试计算门G1G1能驱动多少个同样的门电路负载。能驱动多少个同样的门电路负载。能驱动多少个同样的门电路负载。能驱动多少个同样的门电路负载。扇出系数扇出系数扇出系数扇出系数N=N=I IOO(驱动门)驱动门)驱动门)驱动门)I II I(负载门)负载门)负载门)负载门)数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版
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