1、數字數字(shz)邏輯門電路邏輯門電路第一頁，共42頁。 集成門電路集成門電路: 構成門電路的元器件和連線構成門電路的元器件和連線(lin xin)，都集成在半導，都集成在半導體體 芯片上。芯片上。5 5 數字集成電路的集成度：數字集成電路的集成度： 集成度：把一塊集成度：把一塊(y kui)(y kui)芯片上含有等效邏輯門的個數或元器件的芯片上含有等效邏輯門的個數或元器件的 個數。個數。根據集成電路規模的大小，通常根據集成電路規模的大小，通常(tngchng)(tngchng)將其分為：將其分為： SSI SSI 、MSI MSI 、LSI LSI 、VLSIVLSI SSI(Small

2、ScaleC Integration ) SSI(Small ScaleC Integration )小規模集成電路；小規模集成電路； MSI(Medium Scale Integration ) MSI(Medium Scale Integration )中規模集成電路；中規模集成電路； LSI(Large Scale Integration ) LSI(Large Scale Integration )大規模集成電路；大規模集成電路； VLSI(Very Large Scale Integration) VLSI(Very Large Scale Integration)超大規模集成電超大

3、規模集成電 路。路。第1頁/共42頁第二頁，共42頁。一一 理想開關理想開關(kigun)(kigun)的的開關開關(kigun)(kigun)特性特性SAK1 1 靜態特性：靜態特性： (1) (1) 斷開斷開(dun ki)(dun ki)時：時：ROFF=,IOFF=0;ROFF=,IOFF=0; (2) (2) 閉合時：閉合時：RON=0,UAK=0;RON=0,UAK=0;2 2 動態特性：動態特性： (1) (1) 開通時間：開通時間：t tonon=0;=0; (2) (2) 關斷時間：關斷時間：t toffoff=0;=0;第2頁/共42頁第三頁，共42頁。二二 半導體二極管的

4、開關半導體二極管的開關(kigun)(kigun)特性特性(一一) 靜態靜態(jngti)特性特性1 1 二極管的結構圖、符號二極管的結構圖、符號(fho)(fho)和伏安特性和伏安特性(1) (1) 結構圖：結構圖：P區N區AK陽極陽極陰極陰極PNPN結結AK+-ID結構圖結構圖符號符號第3頁/共42頁第四頁，共42頁。(2) (2) 伏安伏安(f n)(f n)特性特性伏安特性曲線：伏安特性曲線： 反映反映(fnyng)(fnyng)加在二極管兩端的電壓加在二極管兩端的電壓UDUD和流過其中的電流和流過其中的電流IDID之間的關系的曲線叫伏安特性曲線。之間的關系的曲線叫伏安特性曲線。I I

5、D DU UD D正向導正向導(xingdo)通區通區反向反向擊穿擊穿區區UBRU UBRBR: :反向擊穿電壓反向擊穿電壓第4頁/共42頁第五頁，共42頁。2 靜態靜態(jngti)特性特性 二極管的靜態特性是指二極管在導通和截止兩種穩定二極管的靜態特性是指二極管在導通和截止兩種穩定(wndng)狀態下的特性。狀態下的特性。 正向電壓正向電壓 UFUTH ：管子處于截止狀態，電阻很大、正向：管子處于截止狀態，電阻很大、正向 電流電流IF接近接近(jijn)于于0，二極管類似于開關的斷開狀態；，二極管類似于開關的斷開狀態； 正向電壓正向電壓U UF F =U =UTHTH ：管子開始導通，正向

6、電流：管子開始導通，正向電流 IF IF 上升；當正上升；當正 向電壓向電壓U UF F U UTHTH達到一定值達到一定值( (一般鍺管為一般鍺管為0.3V0.3V，硅管為，硅管為 0.7V)0.7V)時，管子處于充分導通狀態，電阻變得很小，時，管子處于充分導通狀態，電阻變得很小， 正向電流正向電流I IF F 急劇增加，此時二極管類似于開關的接通急劇增加，此時二極管類似于開關的接通 狀態。狀態。第5頁/共42頁第六頁，共42頁。(二) 動態(dngti)特性1二極管的電容效應二極管的電容效應2 (1) 結電容（結電容（ CJ）：）：3 二極管中的電荷量隨外加二極管中的電荷量隨外加(wiji

7、)電壓的變化而變化。電壓的變化而變化。4 (2) 擴散電容（擴散電容（CD）5 在外加在外加(wiji)正向電壓時，正向電壓時，PN結中的電荷形成一定的濃度結中的電荷形成一定的濃度6 梯度分布；并隨外加梯度分布；并隨外加(wiji)電壓的變化而變化。電壓的變化而變化。2 二極管的開關時間：二極管的開關時間： (1) 開通時間開通時間ton：二極管從反向截止到正向導：二極管從反向截止到正向導(xingdo)通的時間通的時間; 由兩部分組成：由兩部分組成：td+tr; td:導通延遲時間；導通延遲時間； tr :上升時間上升時間第6頁/共42頁第七頁，共42頁。(2) 關斷時間關斷時間toff：極

8、管從正向導通到反向截止所需要的時間：極管從正向導通到反向截止所需要的時間; 由兩部分由兩部分(b fen)組成：組成：ts + tf ts ：存儲電荷消散時間；：存儲電荷消散時間； tf ： CD放電時間和放電時間和CJ充電時間充電時間 toff又叫反向恢復時間又叫反向恢復時間第7頁/共42頁第八頁，共42頁。 + ui RL +uo D開關電路 IF 0.5 0.7iD(mA) uD(V)伏安特性UBR0 + ui=0V RL +uo Dui=0V時的等效電路 + + ui=5V RL +uo D 0.7Vui=5V 時的等效電路uououiui0V0V時，二極管截止，時，二極管截止，如同開

9、關如同開關(kigun)(kigun)斷斷開，開，uouo0V0V。ui5V時，二極管導通，如同(rtng)0.7V的電壓源，uo4.3V。二極管的反向恢復時間限制(xinzh)了二極管的開關速度。Ui0.5V時，二極管導通。第8頁/共42頁第九頁，共42頁。二二 半導體三極管的開關半導體三極管的開關(kigun)(kigun)特性特性(一一) 靜態靜態(jngti)特性特性半導體三級管的特點半導體三級管的特點(tdin)：具有放大作用：具有放大作用1 結構圖及符號表示：結構圖及符號表示：集電區集電區基區基區發射區發射區bceb+iB-eiEiCc+基極基極集電極集電極發射極發射極UBEUCE

10、2 輸入特性：輸入特性： 反映的是基極電流反映的是基極電流iB和基極和基極-發射極發射極UBE電壓之間的關系曲線。電壓之間的關系曲線。第9頁/共42頁第十頁，共42頁。3 輸出特性：輸出特性： 反映的是集電極電流反映的是集電極電流(dinli)iC和集電極和集電極-發射極發射極UCE之間的關系曲線。之間的關系曲線。*反映反映(fnyng)了了iB對對iC的控制作用。的控制作用。 Q2 Rb b iC (mA) 直流負載線 VCC Rc 0 +VCC iC uo 工作原理電路 輸出特性曲線 80A 60A 40A 20A iB=0 0 UCES VCC uCE(V) 0 0.5 uBE(V) 輸

11、入特性曲線 iB(A) Q1 Q Rc c iB第10頁/共42頁第十一頁，共42頁。RbRc+VCCbce截止(jizh)狀態飽和狀態iBIBSui=UIL0.5Vuo=+VCCui=UIHuo=0.3VRbRc+VCCbce0.7V0.3V第11頁/共42頁第十二頁，共42頁。 10k ui iB e Rb b + VC C= + 5V iC uo Rc 1k c = 50 ui=1V時，三極管導通，基極時，三極管導通，基極(j j)電電流：流：因為因為0iBIBS，三極管工作，三極管工作(gngzu)在飽和狀態。輸出在飽和狀態。輸出電壓：電壓：uoUCES0.3Vui=0.3V時，因為時

12、，因為uBE0.5V，iB=0，三極管工作在截止，三極管工作在截止(jizh)狀態，狀態，ic=0。因為。因為ic=0，所以輸出電壓：，所以輸出電壓：uo=VCC=5V第13頁/共42頁第十四頁，共42頁。5 靜態開關靜態開關(kigun)特性：特性：（1） 飽和導通條件和特點：飽和導通條件和特點： 條件：基極條件：基極(j j)電流大于臨界飽和時的數值時。電流大于臨界飽和時的數值時。 特點：特點： uBE0.7V uCE= UCES 0.3V（2） 截止截止(jizh)條件和特點：條件和特點： 條件：基極條件：基極-發射極發射極UBE小于死區電壓小于死區電壓U0(0.5V)。 特點：電流特點

13、：電流iB =0 電流電流iC =0 二二 動態特性：動態特性：第14頁/共42頁第十五頁，共42頁。 iD(mA) 0uDS(V)0 UT uGS(V)iD(mA)uGS=10V8V6V4V2V工作原理工作原理(yunl)電路電路轉移特性轉移特性(txng)曲線曲線輸出特性曲線輸出特性曲線(qxin)uiuiGDSRD+VDD二二 MOSMOS管的開關特性管的開關特性第15頁/共42頁第十六頁，共42頁。GDSRD+VDDGDSRD+VDD截止截止(jizh)狀態狀態uiUTuo0第16頁/共42頁第十七頁，共42頁。一一 二極管與門和或門二極管與門和或門 +VCC R 3k Y D1 A

14、D2 B 3V 0V ABY &1 二極管與門：二極管與門：電路電路(dinl)符號符號(fho)Y=AB第17頁/共42頁第十八頁，共42頁。uA uB uY D1 D2 0V 0V 0V 3V 3V 0V 3V 3V 0.7V 0.7V 0.7V 3V 導通 導通 導通 截止 截止 導通 截止 截止 A BY0 00 11 01 10001電壓電壓(diny)關系表關系表真值表真值表第18頁/共42頁第十九頁，共42頁。2 二極管或門：二極管或門： A D1 B D2 3V 0V Y R -Vss 電路電路(dinl)ABY 1符號符號(fho)Y=A+B第19頁/共42頁第二十頁

15、，共42頁。uA uB uY D1 D2 0V 0V 0V 3V 3V 0V 3V 3V 0V 2.3V 2.3V 2.3V 截止 截止 截止 導通 導通 截止 導通 導通 電壓電壓(diny)關關系表系表A B Y 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 真值真值表表第20頁/共42頁第二十一頁，共42頁。 A =30 +5V Y 電 路 圖 1 邏 輯 符 號 A Y 1k 4.3k （1）電路圖和符號）電路圖和符號(fho)（2）原理）原理(yunl)：uAuA0V0V時時, ,三極管截止三極管截止,iB,iB0,iC0,iC0 0，輸出電壓，輸出電壓uYuYVCCVCC5V.5

16、V.uAuA5V5V時，三極管導通。基極時，三極管導通。基極(j j)(j j)電流為電流為: : mA1mA3.47.05Bi三極管臨界飽和時的基極電流為：三極管臨界飽和時的基極電流為：mA16. 01303 . 05BSIi iB BI IBSBS，三極管工作在飽和狀態。輸出電壓，三極管工作在飽和狀態。輸出電壓u uY YU UCESCES0.3V0.3V。二二 三極管非門三極管非門第21頁/共42頁第二十二頁，共42頁。AY0110(3) 真值表和邏輯真值表和邏輯(lu j)表達式表達式AY 第22頁/共42頁第二十三頁，共42頁。三三 MOS三極管非門三極管非門AA1電 路 圖邏 輯

17、符 號YYGSDB+VD D+10V RD20k1 電路圖和符號電路圖和符號(fho)2 原理原理(yunl)：當當uAuA0V0V時，由于時，由于uGSuGSuAuA0V0V，小于開啟，小于開啟(kiq)(kiq)電電壓壓UTUT，所以，所以 MOS MOS管截止。輸出電壓為管截止。輸出電壓為uYuYVDDVDD10V10V。當當u uA A10V10V時，由于時，由于u uGSGSu uA A10V10V，大于開啟電壓，大于開啟電壓U UT T，所以，所以 MOSMOS管導通，且工作在可變電阻區，導通電阻很小，只有管導通，且工作在可變電阻區，導通電阻很小，只有 幾百歐姆。輸出電壓為幾百歐姆

18、。輸出電壓為u uY Y0V0V。第23頁/共42頁第二十四頁，共42頁。3 真值表真值表u1uy010100電壓電壓(diny)關系表關系表真值表真值表AY0110AY 第24頁/共42頁第二十五頁，共42頁。一一 CMOS反相器反相器1 電路電路(dinl)：uA+VDD+10VTPTN+VDD+10V+VDD+10VSSRONPRONN10V0V(a) 電路(b) TN截止、TP導通(c) TN導通、TP截止uYuYuY2 原理原理(yunl)：uA0V時，TN截止，TP導通。輸出電壓uYVDD10V。uA10V時，TN導通，TP截止。輸出電壓uY0V。第25頁/共42頁第二十六頁，共4

19、2頁。二二 CMOSCMOS與非門與非門 B Y +VDD A TP1 TN1 TN2 TP2 A A、B B當中有一個或全為低電平當中有一個或全為低電平時，時，TN1TN1、TN2TN2中有一個或全部中有一個或全部截止截止(jizh)(jizh)，TP1TP1、TP2TP2中有中有一個或全部導通，輸出一個或全部導通，輸出Y Y為高電為高電平。平。只有當輸入只有當輸入A A、B B全為高電全為高電平時，平時，TN1TN1和和TN2TN2才會都導通，才會都導通，TP1TP1和和TP2TP2才會都截止才會都截止(jizh)(jizh)，輸出，輸出Y Y才會為低才會為低電平。電平。第26頁/共42頁

20、第二十七頁，共42頁。電壓電壓(diny)關系表：關系表：uAuBuY 0010010101001010100ABY 001011101110真值表真值表BAY第27頁/共42頁第二十八頁，共42頁。二二 CMOSCMOS或非門或非門BY+VDDATN 1TP2TN 2TP1只要輸入只要輸入A A、B B當中當中(dngzhng)(dngzhng)有一個或全為高電有一個或全為高電平，平，TP1TP1、TP2TP2中有一個或全部截止，中有一個或全部截止，TN1TN1、TN2TN2中有一個或全部導通，輸出為低電平中有一個或全部導通，輸出為低電平只有只有(zhyu)(zhyu)當當A A、B B全為

21、低電平時，全為低電平時，TP1TP1和和TP2TP2才會都導通，才會都導通，TN1TN1和和TN2TN2才會都截才會都截止，輸出止，輸出Y Y才會為高電平。才會為高電平。電路圖電路圖分析分析(fnx)：第28頁/共42頁第二十九頁，共42頁。電壓電壓(diny)關系表：關系表：uAuBuY 00100100100010100ABY 001010100110真值表真值表BAY第29頁/共42頁第三十頁，共42頁。三三 CMOSCMOS與門和或門與門和或門(一一) 與門與門ABAB&1AB&Y(二二) 或門或門ABA+B11AB1Y第30頁/共42頁第三十一頁，共42頁。四四 CM

22、OSCMOS與或非門和異或門與或非門和異或門(一一) CMOSCMOS與或非門與或非門&1&1 & 1ABCDABCDABCDYYY(a) 由與非門和反相器構成(b) 由與門和或非門構成(c) 邏輯符號DCBADCBAYDCBAY第31頁/共42頁第三十二頁，共42頁。(二二) CMOSCMOS異或門異或門TP1TP2TN2TN1TP3TP4TN5TP5TN4TN3TP1、TP2 、TN1 、TN2 組成組成(z chn)或非門，或非門，輸出輸出P。P 當當P為為0時，時， TP5導通，導通， TN5截止截止(jizh) 此時此時TP3、TP4 、TN3 、TN4 組成

23、組成 與非門。與非門。 當當P為為1時，時， TP5截止截止(jizh)， TN5導通導通 輸出為：輸出為：0綜上分析綜上分析(fnx)：ABPY 0010010110011100AB+ABAB+ABY=第32頁/共42頁第三十三頁，共42頁。&ABY&BABABABABABAY也可以也可以(ky)由與非門組成：由與非門組成：第33頁/共42頁第三十四頁，共42頁。一一 TTLTTL反相器反相器A=0時，T2、T3截止(jizh)，T1、T4導通，Y=1。A=1時，T2、 T3 、 T5導通，T4截止(jizh)，Y=0。YA第34頁/共42頁第三十五頁，共42頁。二二 TTLTTL與非門和或非門與非門和或非門（1） A、B、C中只要有一個中只要有一個(y )為低電平時：為低電平時： T2、T3截止，截止，T4導通，導通，Y=1（2） A、B、 C都為高電平時：都為高電平時： T2、T3導通，導通，T4截止截止, Y=01 TTL與非門與非門第35頁/共42頁第三十六頁，共42頁。74LS00 的引腳排列圖VCC 3A 3B 3Y 4A 4B 4Y 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND 14 13 12 11 10 9 874LS20 1 2 3 4 5 6 7VCC 2A 2B NC 2C 2D 2Y 1A 1