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1、2023/1/9,第 9 章基本门电路,2023/1/9,掌握二极管、三极管的符号,熟悉二极管、三极管的开关特性,主要要求:,9.1 二极管、晶体管的开关特性,2023/1/9,9.1.1 二极管的开关特性(switching characteric of diode),1.开关二极管的等效模型,+,-,D,R,i/mA,uI/V,（a）电路,（b）伏安特性曲线,当输入uI大于等于0.7V时，二极管导通；当输入电压小于0.5时，管子截止。,2023/1/9,（a）近似模型：当二极管导通时，压降保持不变，即UD=0.7V。uI=UI，i=（UI-UD）/R,（b）理想模型：当二极管导通时，压降忽
2、略不计，即UD=0V，如同开关闭合。,当硅二极管导通时，一般有两种类型，如图所示：,2023/1/9,2023/1/9,2.二极管的动态特性,（a）输入电压波形,（b）理想动态过程,（c）实际动态过程,较大的反向电流,正常的反向电流,反向恢复时间,2023/1/9,9.1.2 晶体管的开关特性(switching characteric of triode),1.晶体管的工作状态,以下图 为例分析一下它们的工作特点。,2023/1/9,（1）截止状态,2023/1/9,（2）放大状态：B-E间导通，iC=iB，,（3）饱和状态UCE=0.3V，这种状态为三极管的饱和状态。,2023/1/9,三
3、极管从饱和到截止和从截止到饱和都需要时间。三极管从截止到饱和的时间为开通时间，用ton表示；从饱和到截止时间为关断时间，用toff表示。动态过程如图9.1.7三极管的开通时间和关断时间一般在纳秒（ns）数量级,通常toffton，tstf,2.晶体管的动态特性,tOn=td+tr,tOff=ts+tf,2023/1/9,主要要求:,熟悉分立元件构成的门电路,掌握逻辑门电路及其符号,9.2 基本逻辑门电路,2023/1/9,9.2.1 分立元件构成的门电路（gate circuit composed singled elments）,1.二极管与门电路,表9.2.1 二极管与门电路输入输出关系,
4、输出与输入的关系式 F=AB,特点：见0出0，,全1才出1。,2023/1/9,2.二极管或门电路,表9.2.2 二极管或门电路输入输出关系,逻辑值（电压）,逻辑值（电压）,逻辑值（电压）,逻辑值（电压）,0（0V）,0（0V）,0（0V）,0（0V）,0（0V）,1（+5V）,1（+5V）,1（+5V）,1（+5V）,1（+5V）,1（+5V）,1（+5V）,输出与输入的关系式 F=A+B,特点：见1出1，,全0才出0。,2023/1/9,3.三极管非门电路,A,F,逻辑值（电压）,逻辑值（电压）,表9.2.3 三极管非门电路输入输出关系,0（0V）,0（0V）,1（+5V）,1（+5V）,
5、特点：见0出1，,见1出0。,2023/1/9,以上电路中都是用电平的高低代表逻辑值规定+5V（高电平）代表逻辑1，0V（低电平）代表逻辑0，这种逻辑称“正逻辑”；规定+5V（高电平）代表逻辑0，0V（低电平）代表逻辑1，则称这种逻辑为“负逻辑”。,注意,一般同一个电路，正逻辑下与门，负逻辑下就是或门；反之，正逻辑下或门，则负逻辑下就是与门。,2023/1/9,9.2.2 常用基本逻辑门电路及其符号,1.与门,与门的逻辑关系为 F=ABC,特点：见0出0，全1才出1。,与门符号如图,（a）为新国家标准（GB312.12）符号；（b）以前国内常用符号（SJ1223-77标准）；（c）为国外常用符
6、号（MIL-STD-806标准）。,2023/1/9,2.或门,与门的逻辑关系 F=A+B+C,特点：见1出1，全0才出0。,（a）为新国家标准（GB312.12）符号；（b）以前国内常用符号（SJ1223-77标准）；（c）为国外常用符号（MIL-STD-806标准）。,提示：其他各种门电路的逻辑符号同样分（a），（b），（c）三种，以后不再说明。,2023/1/9,3.非门,特点：见1出0，见0出1。,4.与非门,特点：见0出1，全1出0。,2023/1/9,5.或非门,特点：见1出0，全0出 1。,6.异或门,异或门的逻辑关系F=A B,特点：AB不同出1，AB相同出0。,2023/1/
7、9,7.与或非门,2023/1/9,主要要求:,理解集成电路的定义,掌握集成芯片的应用,9.3 集成门电路及其芯片,2023/1/9,集成电路按集成度分类如下：小规模数字集成电路（SSI）-100个门以下，包括门电路等；中规模数字集成电路（MSI）-100-1000个门，包括计数器等；大规模数字集成电路（LSI）-1000-10000个门，包括各类专用的存储器，各类ASIC芯片等；超大规模数字集成电路（VLSI）-10000个门以上，包括各类CPU等。,集成电路分类,2023/1/9,9.3.1 TTL门电路,1.TTL与非门,工作原理：当ABC三输入只要有一个为低电平，输出F即为高电平；当A
8、BC三输入全为高电平时，输出F即为低电平。所以，右图为与非门电路。,2023/1/9,2.集电极开路OC门,2023/1/9,3）实现线与功能。,线与,2）实现电平转换；,1）实现大电流驱动；,集电极开路OC门的特点：,2023/1/9,3.三态门,1）特点：输出有三个状态：高电平，低电平，高阻态（悬浮态）2）三态非门的逻辑符号,2023/1/9,E,A,F,0,1,0,0,1,1,0,1,高阻,高阻,高电平控制的三态非门,由表可知，当控制端E=1时，该电路与普通门一样工作；,当E=0时，输出处于高阻状态。,注：低电平控制的三态门，正好与高电平控制的工作原理相反，这里不再累赘。,2023/1/
9、9,3）三态门的应用：,有4个设备A，B，C，D共用一条数据线，任意时刻，只要其中一个设备的控制信号为1，其他的控制信号为0（低电平控制的三态门，此时可使其他设备与总线间呈高阻态），则该设备的输出送入总线。,2023/1/9,利用三态门也可实现双向信息的传输控制，如图所示：,它有两个控制端，EIN/EOUT当EIN=1且EOUT=0时，信号由B1 B2；当EIN=0且EOUT=1时，信号由B2 B1；当EIN=0且EOUT=0时，B2 和 B1间为高阻。EIN与EOUT不能同时为1。,2023/1/9,9.3.2 MOS门电路,1.用NMOS管制成的非门电路,令该管开启电压为UT0V，当UA=
10、0V（低电平），即UAUT时，管子导通，UF=0V（低电平）。规定+10V代表1，0V代表0，其真值表如表9.3.4所示：,表9.3.4 NMOS非门电路真值表,2023/1/9,2.用CMOS管制成的非门电路,令两管开启电压均为UT=3V，当UA=+10V（高电平），V1管导通，V2管截止，相当于开关S2断开，UF=0V（低电平）；当UA=0V（低电平），V1管截止，V2管导通，相当于开关S1断开，UF=+10V（高电平）。规定+10V代表1，0V代表0，其真值表如表9.3.5所示：,表9.3.5 CMOS非门电路真值表,2023/1/9,3.用NMOS管制成的三态门电路,工作原理：当E端为
11、低电平时，F1和F2都为0，F为高阻；当E端为高电平时若A=1，F1为1，F2为0，F=1若A=0，F1为0，F2为1，F=0,2023/1/9,4.CMOS传输门,工作原理（设两管的开启电压均为）,当为高电平（），为低电平时（）时，。相当于开关闭合，与间导通。,当为低电平（），为高电平时（）时，。相当于开关断开，与间不导通。,2023/1/9,9.3.3 常用集成电路芯片,1.常用TTL集成电路,TTL数字集成电路分 54系列（军品，工作温度-551250C）74系列,74 74H 74S 74AS（向高速发展）,74 74LS 74ALS（向低功耗发展）,（民品，工作温度0700C）,20
12、23/1/9,14,13,12,11,10,9,8,6,5,4,7,3,2,1,UCC,GND,A1,B1,Y1,A2,B2,Y2,Y4,A4,B4,B3,A3,Y3,常用TTL集成门电路芯片（以74LS系列为例）74LS00（四2输入与非门）；74LS02（四2输入或非门）等等。,14,13,12,11,10,9,8,1,2,3,7,4,5,6,UCC,GND,&,&,&,&,A1,B1,Y1,A2,B2,Y2,Y4,A4,B4,B3,A3,Y3,即：,即：,2023/1/9,2.常用CMOS集成电路,常见的CMOS集成电路4000/4500系列引脚按工作类型分为三类：1）电源正极（UDD）
13、（+3V+18V），电源负极USS一般接地；2）信号输入；3）信号输出。,（1）4000CMOS系列,（2）74HC CMOS系列,74HC和74LS的逻辑功能、外部引脚排列完全兼容，工作电压为+5V。,2023/1/9,9.3.4 集成门电路应用举例,1.用门控制的报警器,2023/1/9,2.用或门控制的报警器,2023/1/9,3.光电耦合器4N25的接口电路,2023/1/9,主要要求:,了解各类集成电路的主要参数,掌握集成电路的主要特性,9.4 集成电路使用中的实际问题,2023/1/9,9.4.1 有关集成电路的主要参数及其特性曲线,主要参数及其特性 以TTL与非门为例:,TTL与
14、非门的电压传输特性的测试电路,2023/1/9,TTL与非门的电压传输特性,2023/1/9,1）ab段(截止区)0ui0.6V,uo=3.6V。2）bc段(线性区)0.6Vui1.3V,uo线性下降。3）cd段(转折区)1.3Vui1.5V,uo急剧下降。4）de段(饱和区)ui1.5V,uo=0.3V。,2023/1/9,（1）输出高电平UoH和输出低电平UoL,UoH是指输入端有一个或一个以上为低电平时的输出高电平值；,UoL是指输入端全部接高电平时的输出低电平值。,UoH的典型值为3.6V，UoL的典型值为0.3V。,2023/1/9,在保证输出电压为标准高电平USH（即额定高电平的9
15、0%）的条件下，所允许的最大输入低电平，称为关门电平Uoff,在保证输出电压为标准低电平USL（额定低电平）的条件下，所允许的最小输入高电平，称为开门电平Uon,（2）关门电平Uoff和开门电平Uon,一般为：Uoff0.8V，Uon1.8V。,2023/1/9,TTL与非门的输入伏安特性的测试电路,2023/1/9,TTL与非门的输入伏安特性,2023/1/9,（3）输入短路电流IiS 输入端有一个接地时,流经这个输入端的电流。,一般情况下，IiS2mA,2023/1/9,（4）输入漏电流IiH,为当任何一个输入端接高电平时，流经这个输入端的电流。,当与非门的前级驱动门输出为高电平时，IiH
16、就是前级门的流出(拉)电流，显然，IiH越大,前级门输出级的负载就越重,一般情况下，IiH40A。,2023/1/9,（5）关门电阻Roff使TTL与非门输出为标准高电平USH时，所对应的输入端电阻Ri的最大值称为关门电阻，用Roff表示。（6）开门电阻Ron使TTL与非门输出为标准低电平时，输入端外接电阻的最小值称为开门电阻，用Ron表示。,当 RiRon时，TTL与非门导通，输出低电平。在TTL与非门典型电路中，一般选Roff=0.9k，Ron2.5k,2023/1/9,（7）噪声容限：表示门电路的抗干扰能力。,（8）传输延迟时间：是表征门电路开关速度的参数。门电路在输入脉冲波形的作用下，
17、其输出波形相对于输入波形延迟了多长的时间。,（9）功耗：静态：指的是当电路没有状态转换时的功耗。动态：只发生在状态转换的瞬间，或电路中有电容性负载时。,2023/1/9,9.4.2 集成电路使用中应该注意的问题,*各种门电路之间的接口问题:,（1）驱动器件必须能对负载器件提供灌电流最大值.NOL(低电平输出时的扇出数):,2023/1/9,（2)驱动器件必须对负载器件提供足够大的拉电流NOH.（3)驱动器件的输出电压必须处在负载器件所要求的输入电压范围,包括高低电压值.,*集成电路使用中的实际问题:,（1）多余输入端的处理措施:对多余输入端的处理以不改变电路工作状态及稳定可靠为原则.,（2）去耦合滤波器:通常是用10100uF的大电容器与直流电源并联以滤除不需的频率成分.除此以外,对于每一集成芯片还加接0.1uF的电容器,以滤除开关噪声.,（3）接地和安装工艺.,2023/1/9,本章小结,2023/1/9,结束,The End,2023/1/9,2023/1/9,结束,The End,
