数字电路及数字系统设计.ppt

门电路 二、数字系统中所用的为两值逻辑0和1，一般用高、低电平来表示，我们利用开关S获得高、低电平。如图1示： 逻辑电平 高电平VH：大于给定电平值的电压范围 输入高电平VIH 输出高电平VOH 低电平VL：小于给定电平值的电压范围 输入低电平VIL 输出低电平VOL 逻辑“0”和逻辑“1”对应的电压范围宽，因此在数字电路中，对电子元件、器件参数精度的要求及其电源的稳定度的要求比模拟电路要低 逻辑电平示意图 一、二极管伏安特性 IS----二极管的反向饱和电流；k----玻尔兹曼常数1.381*10-23J/K；T----热力学温度；V----加到二极管两端的电压；q----电子电荷1.6*10-19C 二、二极管等效电路 应用于二极管外电路电阻R值与其动态rD电阻等量级场合 四、二极管动态特性（存储电荷消散时间和结电容） 外加电压由反向突然变为正向时，要等到PN结内部建立起足够的电荷梯度后才开始有扩散电流形成，即浓度梯度建立产生的延迟 延迟时间由PN结正向动态结电容及其结电阻和外电路等效电阻形成的时间常数决定 外加电压由正向突然变为反向时，因PN结尚有一定数量的存储电荷，所以有较大的瞬态反向电流流过。随着存储电荷的消散，反向电流迅速衰减并趋近于稳态时的反向饱和电流 延迟时间由PN结动态反向结电容及其反向结电阻和外电路等效电阻形成的时间常数决定 1. 三极管输入特性 Vce 0V时，等效为2个正向二极管的并联 Vce 0V时，若Vbe一定，则发射电子能力一定，而集电极又有一定的电子收集能力，因此Ib必减小 P沟道增强型场效应管 PMOS MOS管特性 N沟道增强型 2.3 分离元件门电路 一、二极管与门电路 VA VB 0V，都导通，若VT 0.7V ，则VF 0.7V 2. VA 0V，D1导通，使VF 0.7V，D2截止，成立 VB 3V，D2导通，使VF 3.7V ，D1仍将导通，使VF降为0.7V 3. VB 0V，D2导通，使VF 0.7V，D2导通，成立 VA 3V，D1导通，使VF 3.7V，D1将截止，使VF降为0.7V 4. VA VB 3V，都导通，若VT 0.7V，则VF 3.7V 二极管与门电路功能 按正逻辑约定 设 VH MIN 2.4V， VL MAX 0.8V 功能表 二、二极管或门电路 VA VB 0.7V，都导通，若VT 0.7V ，则VF 0V 2. VA 0.7V，D1导通，使VF 0V，D2仍将导通，使VF提升为3V VB 3.7V，D2导通，使VF 3V，D1截止，成立 3. VA 3.7V，D1导通，使VF 3V，D2截止，成立 VB 0.7V，D2导通，使VF 0V，D1仍将导通，使VF提升为3V 4. VA VB 3.7V，都导通，则VF 3V 二极管或门电路功能 按正逻辑约定 设 VH MIN 2.4V， VL MAX 0.8V 功能表 §2.4 TTL门电路 双极性数字集成电路中应用最广的为TTL电路 （Transister-Transister-Logic的缩写） 国产TTL集成电路有CT54/74通用系列、CT54H/74H高速系列、CT54S/74S肖特基系列和CT54LS/74LS低功耗肖特基系列。上述四个系列的主要差别反映在典型门的平均传输延迟时间和平均功耗两个参数上，其他电参数和外引线排列基本上是彼此相容的。 §2.4.1 典型TTL非门 一、电路结构：输入端和输出端都是三极管结构。 电路由三部分组成：T1、R1，D1构成的输入级；T2、R2、R3组成的倒相级，T4、T5、D2、R4组成输出级。 二、工作原理 A,B输入信号的高、低电平分别为： VIH 3.4v，VIL 0.2v Vo 0.7v，Ec +5v 1. A为低电平时，T1的发射结导通，并将T1的集电极电位钳在VIL+Vo 0.9v， 因为T1的集电极回路电阻为R2和T2的b-c结反向电阻之和，阻值非常大，所以T1工作在深度饱和区，Vces1 ? 0。 显然，T2的发射结不导通，T2截止，Vc2为高电平，Ve2为低电平，使T5截止，故 R2上的压降很小，Vc2?Vcc，T4管导通。 因此，输出为高电平VOH 3.6v。 A R 1 4k W T 1 T 2 T 4 T 5 R 4 R 3 1K W 130 W +E c R 2 1.6K W Y D 1 D 2 2. 当输入信号为高电平VIH 3.6v，假设暂不考虑T1管的集电极支路，则T1管的发射结均应导通，可能使Vb1 VIH+0.7 4.3v。 但是，由于Vcc经R1作用于T1管的集电极、T2和T5管的发射结，使三个PN结必定导通，Tb1 Vb