分立元件门电路讲稿.ppt

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1、关于分立元件门电路第一页，讲稿共三十五页哦门电路的分类门电路的分类两大类工艺两大类工艺技术的特点：技术的特点：速度速度 功耗功耗集成度集成度 TTL 快快 大大 低低 MOS 慢慢 小小 高高目前最常用的工艺目前最常用的工艺:CMOS按封装（外形）分：双列直插、扁平封装、表面封按封装（外形）分：双列直插、扁平封装、表面封 装、针式装、针式第二页，讲稿共三十五页哦2.1 导论导论复习二极管开关特性复习二极管开关特性复习三极管开关特性复习三极管开关特性第三页，讲稿共三十五页哦一、一、PNPN（二极管）的开关特性（二极管）的开关特性PNPN结外电场 外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结

2、内电场方向相反，削弱了内电场。于是，内电场对多数载流子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。内电场PN内电场IF正向导通正向导通第四页，讲稿共三十五页哦 内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时PN结区的少子在内电场作用下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流，PN结呈现高阻性。PNPN结内电场IS外电场 在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流 IS。PN内电场反向截至反向截至第五页，讲稿共三十五页哦二、二、NPN

3、三极管开关特性三极管开关特性饱和饱和截止截止第六页，讲稿共三十五页哦2.2 分立元件门电路分立元件门电路 +12VABDADBRFuA uBuF0V 0V0V0V 3V0V3V 0V0V3V 3V3VA BF0 000 101 001 11F=AB 12VABDADBRFF=A+B第七页，讲稿共三十五页哦晶体管非门电路晶体管非门电路(反相器反相器)F=A+12VRcTRAAF第八页，讲稿共三十五页哦+5VT1R1R2T2T3T4R3R4YWk4W.6k1W130Wk1AD2.3 TTL门电路门电路一、结构与原理一、结构与原理TTL非门非门第九页，讲稿共三十五页哦TTL与非与非门电路第十页，讲稿

4、共三十五页哦二、特性二、特性ui/Vii/mA0121IISIIHIILIIH 输入高电平电流输入高电平电流(输入漏电流输入漏电流40 A)IIS 输入短路电流输入短路电流(1.6mA)IIL 输入低电平电流输入低电平电流1、输入伏安特性输入伏安特性F+5Vuiii1第十一页，讲稿共三十五页哦2、输入端负载特性输入端负载特性1F+5VRiuiuiRb1T1+5VRiRi较小时，较小时，uiUT，ui=“1”临界时临界时ui=Ri+Rb1Ri(5Ube)=1.4Ron开门电阻，开门电阻，Ri Ron(2.5K)，ui为高电平。为高电平。Roff 关门电阻，关门电阻，Ri Roff(0.85K)，

5、ui为低电平。为低电平。TTL门电路输入端悬空时为门电路输入端悬空时为“1”。i第十二页，讲稿共三十五页哦3、输出特性、输出特性拉电流负载拉电流负载(输出高电平有效输出高电平有效)IOHIOH 输出高电平电流输出高电平电流(拉电流拉电流400 A)灌电流负载灌电流负载(输出低电平有效输出低电平有效)IOLIOL输出低电平电流输出低电平电流(灌电流灌电流16mA)“0”“1”FR1“0”“1”F+5VR1第十三页，讲稿共三十五页哦4、电压传输特性、电压传输特性Vi1FAVo+5VRuo/V1234ui/V012UOHUOLUOHminUffUon开门电平开门电平(输出低电平的最大值输出低电平的最

6、大值 0.8V)U0LmaxUonUff关门电平关门电平(输输出高电平的最小值出高电平的最小值 2.4V)uiuoUOHUOL理想化理想化UTUT 阈值电压阈值电压(门槛电平门槛电平)UT=1.4V第十四页，讲稿共三十五页哦三、门电路级联：三、门电路级联：前一个器件的输出就是后一个器件前一个器件的输出就是后一个器件的输入，后一个是前一个的负载，两者要的输入，后一个是前一个的负载，两者要相互影响。相互影响。“0”“1”“0”II LIOLT4T5+5VT1+5VRb1II LIOLT4T5+5V“1”T1+5VRb1IOHII H11“1”“0”IOHII H11第十五页，讲稿共三十五页哦负载能

7、力的计算负载能力的计算“1”IOHII HII HII HII HIOH=N IIHN=IOH/IIH=400/40=10“0”IOLII LII LII LII LIOL=N IILN=IOL/IIL=16/1.6=10N 扇出系数扇出系数1&1&第十六页，讲稿共三十五页哦直流参数直流参数低电平输入电流低电平输入电流 IIL1.6 mA高电平输入电流高电平输入电流 IIH 40 A 低电平输出电流低电平输出电流 IOL16 mA高电平输出电流高电平输出电流 IOH 0.4 mA低电平输出电压低电平输出电压 VOL0.4V(10个负载个负载)高电平输出电压高电平输出电压 VOH 2.4V (1

8、0个负载个负载)第十七页，讲稿共三十五页哦传输延迟时间传输延迟时间AFAF理想波形理想波形实际波形实际波形tPd150%50%tPd2tpd1前沿传输延迟时间前沿传输延迟时间tpd2后沿传输延迟时间后沿传输延迟时间平均传输延平均传输延迟时间迟时间tpd=tpd1+tpd22FA1第十八页，讲稿共三十五页哦一、集电极开路（一、集电极开路（OC）与非门）与非门为什么需要为什么需要OC门？门？普通与非门输出不能直接连在一起实现普通与非门输出不能直接连在一起实现“线与线与”！F=F1F2T4T5+5VF1T4T5+5VF2F?FF“1”“0”IT5饱和程度降低，饱和程度降低，输出低电平抬高输出低电平抬

9、高,输输出出“不高不低不高不低”。T5电流过电流过大被烧毁。大被烧毁。F11F21第十九页，讲稿共三十五页哦OC门电路门电路+5VABCT1R1R2T2R3T5F+VCCRCOC门必须外接电阻门必须外接电阻RC和电源和电源VCC才能正常工作。才能正常工作。逻辑符号：逻辑符号：&ABFABF第二十页，讲稿共三十五页哦 OC门可以实现门可以实现“线与线与”F=F1F2VCCRCF&ABF1&CDF2第二十一页，讲稿共三十五页哦RC的计算方法的计算方法OC门输出全为门输出全为“1”时：时：UOHIOHIOH T5集电极漏电流集电极漏电流IIHIRCUOH=VCC IRCRC=VCC(nIOH+mII

10、H)RCRC UOH 当当UOH=UOHmin 时：时：RCmax=VCCUOHminnIOH+mIIHVCCRCn个个m个个&第二十二页，讲稿共三十五页哦RC的计算方法的计算方法OC门输出中有门输出中有一个为一个为“0”时：时：UOL“0”“1”“1”IOLIILIRCUOL=VCC-(IRC-mIIL)RCRC IOL UOL 当当UOL=UOLmax 时：时：RCmin=VCCUOLmaxIOL-mIILVCCRCn个个m个个&第二十三页，讲稿共三十五页哦二、输出三态门二、输出三态门主主机机1外设外设23总线总线+5VABT1R1R2T2T3T4T5R3R5R4FDG1、工作原理、工作原

11、理G=0时：时：F=ABG=1时：时：T2、T5截止截止D导通导通,T3、T4截止截止输出呈现高阻状态。输出呈现高阻状态。第二十四页，讲稿共三十五页哦2、三态门符号、三态门符号ABENAF&ENENBEN=0时：时：F=ABEN=1时：时：F=Z Z为高阻为高阻AF&ENENBBENAFEN=1时：时：F=ABEN=0时：时：F=Z Z为高阻为高阻ABENBENAF第二十五页，讲稿共三十五页哦3、三态门应用、三态门应用多路开关多路开关ENA11ENA2F1EN1G1G2第二十六页，讲稿共三十五页哦三态门应用三态门应用双向总线驱动器，又称收发器双向总线驱动器，又称收发器DIDODBE双向总线双向

12、总线11ENEN第二十七页，讲稿共三十五页哦六、六、TTL系列系列系系 列列延迟功耗乘延迟功耗乘积积(微微焦耳微微焦耳)传输延迟传输延迟/ns功耗功耗/mW中速中速TTL(74)1001010高速高速TTL(74H)132622肖特基肖特基(甚高速甚高速)TTL(74S)57319低功耗肖特基低功耗肖特基TTL(74LS)199.52第二十八页，讲稿共三十五页哦实际的与非门器件实际的与非门器件74LS002输入输入4与非门与非门74LS308输入与非门输入与非门17148&17148&第二十九页，讲稿共三十五页哦2-5 CMOS逻辑门电路逻辑门电路1 1CMOS非门非门VOVIVDDTPTN设

13、设VDD（VTN+|+|VTP|），），且且VTN=|=|VTP|（1 1）当）当Vi=0=0V时，时，TN截止，截止，TP导通。输出导通。输出VOVDD。（2 2）当）当Vi=VDD时，时，TN导通，导通，TP截止，输出截止，输出VO00V。增强型场效应管增强型场效应管第三十页，讲稿共三十五页哦2.CMOS与非门和或非门电路与非门和或非门电路与非门与非门或非门或非门FVDDTP2TP1TN1TN2ABTN1TN2TP1TP2VDDFAB第三十一页，讲稿共三十五页哦设MOS管的开启电压：TN管 2VTP管 -2Vui 0 1 2 3 4 5 （V）TN TP uo 0 1 2 3 4 5 （V

14、）当EN=H时，传输门按下表工作 当EN=L时，两个MOS管都截止，传输门不通，呈高阻。2.CMOS传输门传输门第三十二页，讲稿共三十五页哦CMOS逻辑门电路的系列逻辑门电路的系列（1）基本的）基本的CMOS 4000系列。系列。（2）高速的）高速的CMOSHC系列。系列。（3）与）与TTL兼容的高速兼容的高速CMOSHCT系列。系列。CMOS逻辑门电路主要参数的特点逻辑门电路主要参数的特点（1）VOH（min）=VDD；VOL（max）=0。所以所以CMOS门电路的逻辑摆幅（即高低电平之差）较大。门电路的逻辑摆幅（即高低电平之差）较大。CMOS门电路功耗低，扇出数大，噪声容限大，开关速度与门

15、电路功耗低，扇出数大，噪声容限大，开关速度与TTL接近，接近，易大规模集成，已成为数字集成电路的发展方向。易大规模集成，已成为数字集成电路的发展方向。（2）阈值电压）阈值电压Vth约为约为VDD/2。ViH（min）=VDD/2（3）其高、低电平噪声容限约）其高、低电平噪声容限约 VDD/2。（4）CMOS电路的功耗很小，一般小于电路的功耗很小，一般小于1 mW/门；门；（5）因）因CMOS电路有极高的输入阻抗，故其扇出系数很大，达电路有极高的输入阻抗，故其扇出系数很大，达50第三十三页，讲稿共三十五页哦 速度速度 功耗功耗噪声容限噪声容限扇出系数扇出系数 集成度集成度 TTL 快快 大大 小小 小小 低低 CMOS 慢慢 小小 大大 大大 高高第三十四页，讲稿共三十五页哦感感谢谢大大家家观观看看26.09.2022第三十五页，讲稿共三十五页哦