数字电子电路基础--逻辑门电路培训课件（可编辑）

数字电子电路基础--逻辑门电路 培训 焊锡培训资料ppt免费下载焊接培训教程 ppt 下载特设培训下载班长管理培训下载培训时间表下载 课件（可编辑） 数字电子电路基础--逻辑门电路培训课件 数字逻辑电路 使用教材 数字电子技术基础 清华大学出版社出版 伍时和、吴友宇等编写 主讲:伍时和 7>2014-4-27 数字逻辑电路 2数字电子技术基础 第3章 逻辑门电路 3.1 分立元件门电路 3.2 TTL集成逻辑门 3.3 发射极耦合逻辑门(ECL) 3.4 MOS逻辑门 3.5 74系列和4000系列逻辑门电路的使用 2014-4-27 数字逻辑电路 3主要内容逻辑门电路是实现逻辑函数运算的硬件电路结构,并利用电 路的输入和输出电平关系确定电路可以实现何种逻辑运算,通常 采用正逻辑赋值,将电路的高电平赋值1,低电平赋值0,并用输 入信号表示逻辑运算的自变量,用电路的输出信号表示逻辑函数 运算的因变量。 门电路的基本的电路元件是二极管、三极管(单极或双极 型) 及电阻等。 二极管与门、或门电路,三极管非门电路的工作原理。TTL 门电路、CMOS门电路的电路结构和原理,以及使用中的注意事 项等。 集电极开路门、传输门、三态输出门等。了解电路的输入特性 和输出特性。3.1 分立元件门电路 3.1.1 二极管开关特性 二极管的V安特性可以用下述指数表达式近似的表 示。 Vd/VT-1 I I e 其中V 为二极管(PN结)的外加电压;D DS d V K?T/q[1.38×10-23/1.602×10-19] ,在T300 时, T V 25.8mV26mV,K波尔兹曼常数1.38×10-23 库V, T 0 0 q电子电荷量1.602×10-19 库, T绝对温度273 C+ t C。 2014-4-27 数字逻辑电路 53.1.1 二极管开关特性由二极管的V安特性可以看出,若二极管外加正向 电压,且 超过二极管的正向开启电压V ,二极管正向导通,流经二极管的 th 电流较大,其正向电压降维持在0.5~0.7V之间,若将二极管作为 一个开关元件,相当于开关闭合。若二极管外加反向电压,且不 超过V ,或小于V 的正向电压,流过二极管的电流很小,外加 BR th 电压基本上等于二极管两端的电压值,此时相当于开关断开。 如果将E改为 电路的输入信号电压V,而且为高电平V (比 i H V 大几倍以上)和低电平V (小于V )的脉冲电压信号,二极 th L th 管可以当成理想的开关元件,V为高电平V 时,二极管导通,V i H i 为低电平V 时,二极管处于完全截止状态。 L 二极管从反向截止到正向导通,或者从正向导通到反向截止, 其时间是很短的,若工作电压的频率不高,这种转换过程所需要 的时间完全可以忽略不计。如果输入信号的频率很高时,脉冲周 期到达μs,ns级,就得考虑其影响了。 2014-4-27 数字逻辑电路 63.1.1 二极管开关特性 2.二极管的开关特性1二极管的正向导通 二极管从反向截止转为正向导 通过程所需要的时间称为正 向开通时间。这个时间与反向的恢复时间相比较是很小的。在 反向电压的作用下,势垒区变厚,存在一定的电荷积累,这部 分积累的电荷为PN结两边的掺杂离子的复合电荷,与正向导 通的电荷积累相比要小得多。外加反向电压转为正向电压时, 这部分电荷很快被外加的正向电源拉走,使PN结变窄(薄)。 正向导通时,PN结的正向电压很小,正向电阻很小,且为多 数载流子形成电流,故此电流上升很快,所以正向开通时间很 短,与反向恢复时间相比可以忽略不计。 2014-4-27 数字逻辑电路 73.1.1 二极管开关特性 2二极管从正向导通到截止有一个反向恢复过程。 当输入信号电压为高电平V 时,二极管正向导通,P区接输入信号 H 的高电位端,N区接输入信号的低电位端,形成多数载流子的扩散 电流。由于V V 二极管正向导通电压降,所以流过二极管 H DON 的正向电流I 为: P VV V H DON H I? P R R 。 2014-4-27 数字逻辑电路 83.1.1 二极管开关特性 2二极管从正向导通到截止有一个反向恢复过程。 当输入信号电压为高电 平V 突变为低电平V (其值为负V ) H L H 时,二极管由正向导通突然加上反向电压,理想的情况下I ?0, D 但实际上存在一个恢复过程,开始,反向电流I 为: R VV V L L DIR R R式中V 为外加电压突变瞬间 D 二极管P 结的电压降,约为 N 0.7V。 2014-4-27 数字逻辑电路 93.1.1 二极管开关特性 维持I V /R这一过程所用的时间ts称为存储时 间,然后才逐 R L 步下降到0.1I 。规定此时才进入反向截止状态。反向电流从 R I V /R下降到0.1I 所用的时间称为反向度越时间t 。t t +t 称 R L R r f s r 为反向恢复时间。反向恢复时间一般在几个纳秒以下,长短与二 极管的扩散电容及电阻R的大小有关。 3.产生反向恢复过程的 原因---电荷存储效应 2014-4-27 数字逻辑电路 103.1 分立元件门电路 当输入信号电压为高电平V ,P区接输入信号的高电 位端,N H 区接输入信号的低电位端,形成多数载流子的扩散电流二极管正 向导通。扩散到P区的自由电子和扩散到N区的空穴这些多数载流 子在这两个区域并不是均匀分布的,而是形成靠近PN结附近浓度 大,靠外接电极处浓度小的梯度分布。而且势垒区变窄,PN结存 在一定的载流子存储。这是因为载流子跨越PN结到达相应电极时 需要一定的运动时间。二极管正向导通时,P区和N区的非平衡载 流子的积累现象称为电荷存储效应 。 当输入信号电压由高电平V 突变为低电平V ,P区接输入信号的低电位端, H L N区接输入信号的高电位端,在突变的瞬间,正向时扩散到P区的自由电子和扩 散到N区的空穴这些多数载流子形成,多数载流子由于电荷存储效应尚有一部分 未达到外部连接电极。电荷存储效应积累非平衡载流子将形成反向漂移电流, 即N区积累的空穴向P区漂移,P区积累的自由电子向N区漂移,在这部分积累的 电荷消失之前,PN结也来不及变厚;这样PN结基本保留正向导通时基本相同数 量级的反向电压降,所以二极管维持反向电流I V /R,直到PN结两边积累非 R L 平衡载流子基本消失,这一过程才开始结束;此后信号源向PN结补充空穴(N 区一侧)和电子(P区一侧),电流也逐步下降,直到最终二极管截止,整个过 程结束。 2014-4-27 数字逻辑电路 113.1.2 双极型三极管的开关特性 1. 双极型三极管(Bipolar junction Transistor,BJT)的结构 双极型三极 管的基本结构以平面扩散型为主,即在一块单晶 半导体上通过扩散掺杂?外延?扩散掺杂?外延?再扩散掺杂 等工艺先后生产3层NPN型半导体或PNP型半导体,每层引出相 应的连接电极,然后封装,就构成一个三极管。三层半导体按N、 P、N型先后排布的,称为NPN型三极管; 三层半导体按P、N、 P型先后排布的,称为PNP型三极管。掺杂的浓度和每层的厚薄、 层间的交界面都不相同,这些均由生产过程中进行严格控制 。 2014-4-27 数字逻辑电路 123.1.2 双极型三极管的开关特性 2. 双极型三极管的伏安特性 输入特性:是指基 极电流和基极、发 射极之间电压的大 小关系;输出特性: 是指集电极电流和 集电极、发射极之 间的电压大小关系。 输入特性:形状与二极管的正向特性基本相同。当基极与发射极之间外加 电压V 低于其正向开启电压V 时,基极电流很小,可以认为接近于0,这种情 BE th 况下,三极管处于截止工作状态;而当基极与发射极之间外加电压高于其正向 开启电压V 时,三极管的基极电流随V 的上升而快速上升。而且基极与发射 th BE 极之间的电压一般不超过0.7V(硅材料管),处于开关工作状态的三极管,这 一电压称为导通电压,并用V 表示。若V 在V ~V 之间变化,基极电流的 ON BE th ON 变化量与V 的变化量具有接近于线性变化的关系,这一范围内,三极管可以工 BE 作于放大状态或饱和状态。 2014-4-27 数字逻辑电路 133.1.2 双极型三极管的开关特性 2. 双极型三极管的伏安特性??输出特性 图中直流负载线是指在直流电源电压的作用下,I 与V 之间 C CE 的变化关系。从图中可以看出,输出特性可以分成3个工作区。 2014-4-27 数字逻辑电路 143.1.2 双极型三极管的开关特性 2. 双极型三极管的伏安特性??输出特性 (1)截止工作区:I 为0以下的工作区,这一区域,IC很 B 小,且等于I ,大小在1μA以下,V 接近于电源电压V 。 CEO CE CC 根据三极管的输入特性,此时V 应低于其正向开启电压V ,即 BE th 就是双极型三极管的发射结外加反向电压(称为反偏)或外加 正向电压但小于V 的状态。而此时由于V 接近于电源电压V , th CE CC 集电极电位高于基极电位(NPN型管),所以“集电结”外加反 向电压(称为反偏)状态。 (2)放大工作区:I 随I 正比增加的工作区域。在这一 C B 工作区,V 在大于V 和接近V 之间变化,I ?βI ,V 对I BE th ON C B CE C 影响很小。三极管的发射结外加电压处于正向(正偏)状态。 而此时由于V 小于电源电压V ,但集电极电位还是高于基极 CE CC 电位(NPN型管),所以“集电结”外加反向电压(反偏)状态。 2014-4-27 数字逻辑电路 153.1.2 双极型三极管的开关特性 2. 双极型三极管的伏安特性??输出特性 (3)饱和工作区:I 不随I 正比增加的工作区域。在这 C B 一工作区,V 在大于或等于V 之间的范围变化,I ?βI ,而 BE ON C B 是等于集电极的饱和电流I ,I =V -V /R ,V 较小, CS CS CC CES C CE 并称其为饱和电压降V ,且对I 影响较大。此时,三极管的发 CES C 射结外加电压处于正向(正偏)状态V 0.7V。而此时由于V BE CE 很小,在0.3V以下(硅管),使集电极电位还是低于基极电位 (NPN型管),所以“集电结”外加正向电压(正偏)状态。处于开关工作状态 的双极型三极管,稳定时,将工作于截 止状态,或者饱和状态;只是在从饱和状态突变到截止状态的 过程中,或从截止状态突变到饱和状态的过程中,中间一定会 经历一段放大工作状态变化过程 。 2014-4-27 数字逻辑电路 163.1.2 双极型三极管的开关特性 2. 双极型三极管的伏安特性??输出特性 双极型三极管的三种工作状态及其特点。 2014-4-27 数字逻辑电路 173.1.2 双极型三极管的开关特性 3. 双极型三极管的伏安特性??脉冲工作特点 输入电压的低电平低于双极型三极管的开启电压时 必定使V V ,根据三 BE th 极管的输入特性曲线,可 以确定I ?0,此时集电 B 极电流I 很小,I ?0, C C 所以集电极外接电阻R C 两端的电压也接近于0, 双极型三极管集电极与发 射极之间连接的开关作用 相当于有触点开关的“断 开”。 输出电压:V V V o CE CC 2014-4-27 数字逻辑电路 183.1.2 双极型三极管的开关特性 3. 双极型三极管的伏安特性??脉冲工作特点 VV i H O N I输入信号电压V为高电平时,V =V 0.7V(硅管) B i BE ON R B V iH VV C C C E S三极管集电极饱和电流 IC S R B R C V 为三极管集电极与发射极之间的饱和电压。 CES VV i H O NI I 成立 若 B C S R B 晶体管处于饱和工作状态 V V 0.3V o CES 若不成立 ,晶体管工作于放大状态 VVVI R O CE CC C C 而集电极电流为VV iH ON ?I I B C R B 2014-4-27 数字逻辑电路 193.1.2 双极型三极管的开关特性 4. 双极型三极管的脉冲工作波形和开关时间 1)脉冲工作波形 V i +V iH 在理想的情况下 t 0 电路的输出电压波 V iL 形也是理想的脉冲 a 输入电压的波形 i C I CS 0.9I 电压信号。但是由 CS t 0.1I 于三极管内部电流 CS t t 0 d s 和电压的建立不可 t t f τ V b 输出电流的波形 O 能即时完成,故此 V OH 0.9V OH 输出电压的波形与 0.1V t OH 输入电压波形不是 t t 0 d s t 同步地发生变化, f t τ c 输出电压的波形 而是落后于输入电 图3.1.9三极管脉冲工作波形 压的波形。 2014-4-27 数字逻辑电路 203.1.2 双极型三极管的开关特性 4. 双极型三极管的脉冲工作波形和开关时间 2)开关时间 V i +V 输入电压V从低电 iH i t 平V 跳变为高电平V 0 iL iH V iL 时,三极管从截止工作 a 输入电压的波形 i C I CS 状态变为饱和工作状态, 0.9I CS 集电极电流的增加要靠 t 0.1I CS t t 0 d s 从发射极发出的电子流 t t f τ V b 输出电流的波形 进行传载,电子流经历 O V OH 0.9V OH 的路程是发射结、基区、 0.1V t OH 集电结等,电流上升需 t t 0 d s 要经历一段建立、增加、 t f t τ 到饱和所需的时间,这 c 输出电压的波形 图3.1.9三极管脉冲工作波形 段时间称为三极管的开 通时间t on t t +t 的时间 。 on d r 2014-4-27 数字逻辑电路 213.1.2 双极型三极管的开关特性 4. 双极型三极管的脉冲工作波形和开关时间 2)开关时间 V i +V iH 当输入电压V从高电 i t 0 平V 跳变为低电平V iH iL V iL 时,三极管从饱和工作 a 输入电压的波形 i C I CS 状态变为截止工作状态, 0.9I CS t 集电极电流从饱和电流 0.1I CS t t 0 d s 下降到接近于0,需要 t t f τ V b 输出电流的波形 等待将积累在基区、发 O V OH 0.9V OH 射结和集电结的电荷全 0.1V t OH 部消散这一段过程所需 t t 0 d s 的时间,t 和t的时间; t s f f t τ 这段时间称为关闭时间 c 输出电压的波形 图3.1.9三极管脉冲工作波形 t off 2014-4-27 数字逻辑电路 223.1.2 双极型三极管的开关特性 4. 双极型三极管的脉冲工作波形和开关时间 2)开关时间 延迟时间t 从+V 加入开始到集电极电流上升到0.1I 所需的时间。 d iH CS 上升时间t 集电极电流从0.1I 上升到0.9I 所需的时间。 rCS CS 存储时间t 从输入电压下降V 开始,到集电极电流下降到0.9I 所 s iL CS 需的时间。 下降时间t 集电极电流从0.9I 下降到0.1I 到所需的时间。 f CS CS 开通时间t t +t 从V 加入开,始到集电极电流上升到0.9I 所需 on d r iH CS 的时间。 关闭时间t t +t 从输入电压下降到V 开始,到集电极电流下降到 off s f iL 0.1I 所需的时间。这一时间反映晶体管从导通到截止所用的时间。 CS 这些时间:一般在几十到几百纳秒之间。 2014-4-27 数字逻辑电路 233.1.3 MOS管的开关特性 MOS管的全称为金属?氧化物?半导体场效应管:MOSFET管 (Metal-Oxide-Semicconductor Type Field Effect Transistor.) 是场效应管的一种形式,由于其栅极与漏极、源极之间处于完全 11 15 绝缘状态,所以其输入电阻将大大提高,可达10 ?~10 ?。所以 是一种低功耗的开关器件。目前大规模的数字集成电路,都是采 用这种器件构成。 N导电沟道 根据其导电沟道载流粒子不同 P导电沟道。 MOS管的种类 增强型 栅极电压对导电沟道的控制作用不同 耗尽型。 耗尽型:当V 0时,导电沟道已经存在相应的足够多的导电粒 GS 子,此时,若V 不为零,I 也不为零。 DS ds 增强型:当V 0时,导电沟道不存在相应的足够多的导电粒子, GS 只要V 0,不论V 为零与否,I 都接近于零。 GS DS ds 2014-4-27 数字逻辑电路 243.1.3 MOS管的开关特性 氧化层 N沟道MOS管的结构 栅极 漏极 源极 金属铝 在一块低参杂的P型 g d s 半导体材料为衬底的基 础上,利用参杂 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 , N+ N+ 扩散两个高参杂区(N+ N型导电沟道 型),然后再在其表面 生成一层二氧化硅的表 P型衬底 PN耗尽层 面绝缘层,并在这一表 面绝缘层及两个区(N+ P型衬底引线 型)的表面安置3个铝引 N沟道MOS管结构剖面图 出电极??即g栅极、 d d漏极、s源极;同时, d g P衬底 在P型衬底引出另外一个 P衬底 g s s 电极,作为接公共 耗尽型N沟道符号 增强型N沟道符号 端??“地”之用。 2014-4-27 数字逻辑电路 253.1.3 MOS管的开关特性 氧化层 P沟道MOS管的结构 栅极 漏极 源极 金属铝 在一块低参杂的N型 g d s 半导体材料为衬底的基 础上,利用参杂方法, P+ P+ 扩散两个高参杂区(P+ P型导电沟道 型),然后再在其表面 生成一层二氧化硅的表 N型衬底 PN耗尽层 面绝缘层,并在这一表 面绝缘层及两个区(P+ N型衬底引线 型)的表面安置3个铝引 N沟道MOS管结构剖面图 出电极??即g栅极、 d d漏极、s源极;同时, d g P衬底 在N型衬底引出另外一个 P衬底 g s s 电极,作为接公共 耗尽型P沟道符号 增强型P沟道符号 端??“地”之用。 2014-4-27 数字逻辑电路 263.1.3 MOS管的开关特性 V DS 1. MOS管的结构及工作原理 栅极 1V 0的工作状态 漏极 GS 源极 g d s当栅极与源极之间短接 N+ N+ (注意衬底与源极也短接在一 起)V 0时,漏极、源极之 GS P型衬底 PN耗尽层 间的通道未形成感应导电自由 电子层,即连接漏极、源极之 P型衬底引线 间的P型衬底区仍然为低浓度 (a)N沟道MOSFET管基本工作原理示以图 参杂的P型半导体区,这样, v 0时,未形成感应导电沟道i 0 GS D 漏极、源极与P型衬底区之间 形成的两个PN结成为两个二 极管的背靠背的连接,不管 V 如何变化,总有一个PN结 DS 反向偏置,使I 基本上为零 。 DS 2014-4-27 数字逻辑电路 27V DS 3.1.3 MOS管的开关特性 I DS 1. MOS管的结构及工作原理 栅极 V 漏极 GS 源极 g 2V V 的工作状态 d GS Ts漏极、源极之间加一正向 N+ N+ 电压V (注意衬底与源极也 GS N型感生导电沟 PN耗尽层 短接在一起)且V ?0时, GS 道 P型衬底 漏极、源极之间的通道将形 P型衬底引线 成感应导电沟道,即连接漏 bN沟道MOSFET管基本工作原理示以图 极、源极之间的P型衬底区产 v V 时,形成感应导电沟道,i ?0 生感应导电粒子??自由电 GS T D 子,这样,漏极、源极与P型 漏极与P型衬底区之间的形成的PN 衬底区之间的连接形成由自 结,处于反向偏置状态,这样将把 由电子构成的导电通道连接, 导电沟道的自由电子拉入漏极区而 V 为正,且不断增加变化时, DS 形成漏极电流,源极区将不断地向 源极与P型衬底区之间的形成 沟道补充被拉走的自由电子而形成 的PN结,处于正向偏置状 源极电流,从而形成I 。 ds 态; 2014-4-27 数字逻辑电路 28V DS 3.1.3 MOS管的开关特性 I DS 栅极 V 1. MOS管的结构及工作原理 GS 漏极 源极 g d s 3V 较小 的工作状态 DSN+ N+ 若V 保持一定不变, GS 导电沟道的宽度或载流子 N型感生导电沟道 PN耗尽层 P型衬底 浓度也将保持一定,这样 V 从较小向较大变化时, DS P型衬底引线 I 将随V 的上升而接近 DS DS (c)N沟道MOSFET管基本工作原理示以图 于线性的增加,导电沟道 V 较小时,形成感应导电沟道,i 很快增加 DS D V DS 的形状也将从方形向锲形 I DS 栅极 V 变化。 漏极 GS 源极 g d s 4V 足够大的工作状态 N+ N+ DS N型感生导电沟道 PN耗尽层 若V 足够大,最后形 P型衬底 DS 成顶部夹断状态,I 也达 P型衬底引线 ds dN沟道MOSFET管基本工作原理示以图 到饱和状态。 V 增大时,感应导电沟道顶夹断,i 达到饱和 DS D 2014-4-27 数字逻辑电路 293.1.3 MOS管的开关特性若V 增大,导电沟道的宽度或载流子浓度也将 随之增宽和 GS 加大,I 达到饱和状态的值也将随之而增大,这体现V 对I DS GS ds 的控制作用。 规定漏极、源极之间施加不大的V ,若V 从零开始增加, DS GS 刚刚产生较小的I 时,漏极、源极之间加的电压称为开启电压, DS 用V 表示。MOS管出现顶部夹断的时候: T V V -V V 。 GD GS DS T 对于P型沟道增强型MOS管,除了栅极、源极之间外加电压 V ,漏极、源极之间外加V 应为负值外,其他与N沟道增强 GS DS 型相似。 2014-4-27 数字逻辑电路 30i mA DS 3.1.3 MOS管的开关特性 4 ?区 2. 特性曲线 ?区 v 5V GS I mA DS 4 顶夹断点 2 3 V 10V DS v 3V 2 GS 1 1 V V GS 10V ?区 v 2V GS V V DS 0 1 3 4 V T 4 8 12 16 24 20 增强型N型沟道 增强型N型沟道MOSFET管的输出特性 MOSFET管的转移特性 I区为截止工作区,在这一工作区,V 小于开启电压V ,I 很 GS T GS 小接近于0 II区为恒流区,类似于双极型三极管的放大区,V 大于开启电压 GS V ,I 的动态变化量与V 的动态变化量接近于正比关系,而且 T GS GS 受V 影响很小。 DS v 2 G S II 1 d s D O V T 2014-4-27 数字逻辑电路 313.1.3 MOS管的开关特性 III区为可变电阻工作区,类似于双极型三极管的饱和工作区, V 大于开启电压V ,且较高,I 的动态变化量与V 的动态变 GS T GS GS 化量不成正比关系,而且随V 的增加而快速增加。在这一工作 DS 区,漏极、源极之间的导通电阻R 受V 大小的影响,随V 的 ON GS GS 增加而降低 。 增强型P沟道MOS管的特性曲线如下。 i mA V V -V V DS GD GS DS T -10V -4 -24 -12 -20 -16 -8 0 I mA DS V V DS -3 V -4 v -2V -1 T GS ?区 0 -1 V V GS v -3V GS -1 -2 顶夹断点 -2 ?区 -4 -3 V -10V DS v -5V GS -4 -4 增强型P型沟道 ?区 增强型P型沟道MOSFET MOSFET管的转移特性 -5 管的输出特性 2014-4-27 数字逻辑电路 323.1.3 MOS管的开关特性 3MOS管的脉冲开关工作电路 单管反相电路的工作原理用增强型MOS管组成的两种脉冲信号工作电路形 式如图所示。 当输入信号V=V 时,MOS管导通,电路的输出电压为MOS管 i iH 导通电阻R 和漏极端外接电阻R 的分压比。导通电阻R 一般 ON D ON 小于1K?,漏极端外接电阻R 一般在10 K?以上,所以输出电压 D 在0.1V 以下,定义为输出低电平电压V 。此时MOS管的漏极、 DD OL 源极之间连接,相当于具有较小接触电阻开关的“闭合” 。 +V DD当输入信号V=V 时,这一电压一 R i iL D 般都要求低于MOS管的开启电压V , V th d O MOS管截止, MOS管漏极电流Ids?0, T V i g 外接电阻R 的电压降接近于0。所以输出 D s 电压接小于且近似于V ,定义为输出高 DD 电平电压V 。此时MOS管的漏极、源极 单管反相电路 OH 之间连接,相当于开关的断开。 2014-4-27 数字逻辑电路 333.1.3 MOS管的开关特性 互补对称电路的工作原理 当输入信号V=V 时,T 管导通,T 管截止,电路 的输出电 i iH 1 2 压为T1管导通电阻R ,与T 管截止电阻R 的分压比。由于导 ON1 2 OF2 通电阻比截止电阻小得多,故输出为低电平V 。但此时由于T OL 2 管处于截止状态I ?0,而T 管和T 管的漏极、源极之间为串联 ds2 1 2 连接,故I ?0。 ds1 +V DD 当输入信号V=V 时,这一电压一 s i iL 2 T 般都要求低于T 管的开启电压V ,T 管截 2 g 1 th 1 2 d 2 止,T 管的V -V -V 低于其开启电 2 GS DD iL V O d 1 压,T 管导通,电路的输出电压为T 管导通 2 2 V T i 1 g 1 电阻R ,与T 管截止电阻R 的分压比。 ON2 1 OF1 s 1 由于导通电阻比截止电阻小得多,故输出为 高电平V 。但此时由于T1管处于截止状态 OH 互补对称电路 I ?0,而T 管和T 管的漏极、源极之间为 ds1 1 2 串联连接,故I ?0。 ds2 空载损耗是很小的,是这种电路结构的特点之一 。 2014-4-27 数字逻辑电路 343.1.3 MOS管的开关特性 +V DD 4. MOS管的脉冲开关工作的等效电路 R D 单管反相电路的等效工作电路 g V O V d i R 图中输入电容C代表栅极的输入电容, ON C i i s 其值为几个微微法,其大小会影响 MOS管的脉冲工作速度。R 代表增 ON 输入高电平等效电路 强型MOS管的导电沟的导通电阻 (工作在可变电阻区),一般较小, +V DD 在1K?以下,V 绝对值越大,R GS ON R D 越小。当输入低电平时,MOS管截 V i V O 止,d(漏极)与s(源极)之间具有 g d C i 较大的截止电阻ROF,相当于开关的 断开。 s当输入高电平时,MOS管导通, 输入低电平等效电路 d(漏极)与s(源极)之间具有较小 的导通电阻R 。 ON 2014-4-27 数字逻辑电路 35+V DD 3.1.3 MOS管的开关特性 s 2 R ON2 互补对称反相电路的等效工作电路 g 2 d 2 V O V 图中C为增强型N沟道MOS管的栅极 i i g 1 d 输入电容,C 为增强型P沟道MOS管的 1 2 C i s 栅极输入电容,在对称的情况下,两者 1 大小基本相同。R 为增强型N沟道 ON1 输入低电平等效电路 MOS管的栅极输入电容,R 为增强型 ON2 +V DD P沟道MOS管的栅极输入电容,在对称 的情况下,两者大小基本相同。 s 2 g 2 当输入低电平时,N沟道MOS管截 d 2 V O V 止,P沟道MOS管导通。 i g 1 d 1 C当输入高电平时,N沟道MOS管导通, i R ON1 s 1 P沟道MOS管截止。 输入高电平等效电路 2014-4-27 数字逻辑电路 363.1.4 分离元件逻辑门电路 1. 二极管与门电路(Diode logic AND gate)用二极管、双极型三极管、MOS 管组成逻辑运算电路时,电 路的输入和输出信号均以脉冲电压信号形式表示。根据脉冲电压 信号的高低变化,电压上升达到某一数值时,如+V ,定义为脉 H 冲信号的高电平(high level);电压下降达到某一数值时,如 +V ,定义为信号的低电平low level, L +V CC R 电平(electrical level)表示电压数值大 3K? D 1 A 于(高于)或小于(低于)某一数值之 L D 2 分,是指一定的数值范围,不是一个具 B D 体的数值。这一数值的大小取决于电源 3 C 电压及器件的电压等级而定,不同的器 a 电路图 件具有不同的电平等级值。当电路的逻 辑关系采用正逻辑赋值时,高电平用1 A B & 表示,低电平用0表示。 L C 与门电路及其符号如图所示。 (b)逻辑符号 2014-4-27 数字逻辑电路 373.1.4 分离元件逻辑门电路 与门电路的工作原理 当A、B、C的输入中有一个以上为低电平(0V)输入时, 与低电平输入端连接的二极管将导通;输出端L被嵌位在0.7V; 而与高电平(3V)输入端连接的二极管负极端外加3V电压,正极 端接0.7V而截止;3kΩ电阻上的电压降为V -0.72.3V。输出 CC 电压为0.7V。当A、B、C的输入都为高电平 +V CC (3V)的输入时,所有二极管将截 D R 1 3K? A 止;3kΩ电阻上流过的电流为0,两 L D 2 端的电压也为0V;输出端L输出为: B V -03V 。 CC D 3 C如电源电压大于3V,所有二极 管全部导通,输出电压等于: a 电路图 V +V 3.7V 。 i D 2014-4-27 数字逻辑电路 383.1.4 分离元件逻辑门电路 与门电路输入电压组合与输出电压关系及其逻辑赋值表 与门电路的工作状态表及其赋值表 输入(V) 输出(V) 输入赋值 输出赋值 A B C L ABC L 0 0 0 0.7 000 0 0 0 3 0.7 001 0 0 3 0 0.7 010 0 0 3 3 0.7 011 0 3 0 0 0.7 100 0 3 0 3 0.7 101 0 3 3 0 0.7 110 0 3 3 3 3 111 1 从罗列的状态表及其逻辑赋值的关系可以看出,门电路的逻辑关 系为与运算关系,即LABC。输入全高,输出为1,其他为0。 2014-4-27 数字逻辑电路 39