数字电子技术(杨志忠)PPT3

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逻辑门电路

第3章

逻辑门电路

概 述 三极管的开关特性 TTL 集成逻辑门 CMOS 集成逻辑门 集成逻辑门的应用 本章小结EXIT

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3.1主要要求： 主要要求：

概 述

了解逻辑门电路的作用和常用类型。 了解逻辑门电路的作用和常用类型。 理解高电平信号和低电平信号的含义。 理解高电平信号和低电平信号的含义。

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一、门电路的作用和常用类型按逻辑功能不同分 指用以实现基本逻辑关系和 门电路 (Gate Circuit) 常用复合逻辑关系的电子电路。 常用复合逻辑关系的电子电路。 与门 或门 非门 异或门 与非门 或非门 与或非门 按电路结构不同分 是构成数字电路的基本单元之一 CMOS 集成门电路 用互补对称 MOS 管构成的逻辑门电路。 管构成的逻辑门电路。

TTL 集成门电路 输入端和输出端都用 三极管的逻辑门电路。 三极管的逻辑门电路。

CMOS 即 Complementary Metal-Oxide-Semiconductor TTL 即 Transistor-Transistor Logic 按功能特点不同分 普通门 输出 三态门 CMOS 推拉式输出) (推拉式输出) 开路门 传输门 EXIT

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二、高电平和低电平的含义高电平和低电平为某规定范围的电位值，而非一固定值。 高电平和低电平为某规定范围的电位值，而非一固定值。 规定范围的电位值 高电平 高电平

1

0

高电平信号是多大的信号？ 高电平信号是多大的信号？低 由门电路种类等决定 电平信号又是多大的信号？ 电平信号又是多大的信号？ 低电平 0 低电平 1

正逻辑体制

负逻辑体制

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3.2 三极管的开关特性主要要求： 主要要求：理解三极管的开关特性。 理解三极管的开关特性。 三极管的开关特性 掌握三极管开关工作的条件。 掌握三极管开关工作的条件。

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一、三极管的开关作用及其条件iC 临界饱和线 M T IC(sat) S

放大区IB(sat)

uI=UIL

三极管为什么能用作开关？ 三极管为什么能用作开关？ 饱 Q + 怎样控制它的开和关？ 怎样控制它的开和关？ uBE 和 区O UCE(sat) B uBE < Uth

负载线A N C

截止区uCE

三极管关断的条件和等效电路 当输入 uI 为低电平，使 为低电平， uBE < Uth时，三极管截止。 三极管截止。 iB ≈ 0,iC ≈ 0,C、E 间相当 ， , 、 于开关断开。 于开关断开。

三极管 截止状态 等效电路

E

Uth为门限电压 EXIT

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一、三极管的开关作用及其条件iC u 增大使 增大， S 为放大和饱和的交界点，这时的临界饱和线I 增大使 iB 增大， 为放大和饱和的交界点， 放大区 从而工作点上移， 从而工作点上移， iC 增 iB 称临界饱和基极电流，用 IB(sat) 表示； 称临界饱和基极电流， 表示； M T 减小。 相应地，

为临界饱和集电极电流； 相应地，IC(sat) 为临界饱和集电极电流； S 大，uCEI减小。 IC(sat) B(sat) UBE(sat) 为饱和基极电压； 为饱和基极电压； 饱 Q UCE(sat) 为饱和集电极电压。对硅管， 为饱和集电极电压。对硅管， 和 截止区 UBE(sat) ≈ 0.7V, UCE(sat) ≈ 0.3V。在临 ， 。 A 区 界饱和点三极管仍然具有放大作用。 U 界饱和点三极管仍然具有放大作用。 O N uCE(sat) CE

B

C

uI 增大使 uBE > Uth 增大使 三极管开始导通， 时，三极管开始导通， iB > 0,三极管工作于放 ， 大导通状态。 大导通状态。

uBE < Uth E

三极管 截止状态 等效电路

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一、三极管的开关作用及其条件iC 临界饱和线 M T IC(sat) + uBE S Q

放大区IB(sat)

uI=UIH

饱 和 区O UCE(sat)

截止区A N B uBE < Uth E B UBE(sat) iB ≥ IB(sat) E C UCE(sat) C uCE

三极管开通的条件和等效电路 为高电平， 当输入 uI 为高电平，使 iB ≥ IB(sat)时，三极管饱和。 三极管饱和。 uBE ≈ UCE(sat) ≈ 0.3 V ≈ 0, , C、E 间相当于开关合上。 、 间相当于开关合上。

三极管 截止状态 等效电路 三极管 饱和状态 等效电路 EXIT

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开关工作的条件 截止条件 uBE < Uth 可靠截止条件为 uBE ≤ 0VCC U CE(sat) RCVCC ≈ βRC

饱和条件 iB > IB(Sat) iB 愈大于 IB(Sat) , 则饱和愈深。 则饱和愈深。

由于U 基本上为恒值， 由于 CE(Sat) ≈ 0,因此饱和后 iC 基本上为恒值， , iC ≈ IC(Sat) =I B(sat) = I C(sat)

VCC ≈ RC

β

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[例]下图电路中β = 50,UBE(on) = 0.7 V,UIH = 3.6 V,UIL = 0.3 V,为使 , , , , 三极管开关工作, 并对应输入波形画出输出波形。 三极管开关工作,试选择 RB 值,并对应输入波形画出输出波形。+5 V uI1 k

UIH UIL t

O

解：(1)根据开关工作条件确定 RB 取值 ) uI = UIL = 0.3 V 时,三极管满足截止条件 uI = UIH = 3.6 V 时,为使三极管饱和,应满足 iB > IB(sat) 为使三极管饱和, U IH 0.7 V 3.6 0.7 V 2.9 V = = 因为 iB = RB RB RB VCC 5V I B(sat) ≈ = = 0.1 mA βRC 50 × 1 k 所以求得 RB < 29 k ,可取标称值 27 k 。 EXIT

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(2) 对应输入波形画出输出波形 ) 三极管截止时， 三极管截止时， iC ≈ 0,uO ≈ +5 V , 三极管饱和时， 三极管饱和时， 饱和时 uO ≈ UCE(sat) ≈ 0.3 V 可见， 可见，该电路在输入低 电平时输出高电平， 电平时输出高电平，输入高 电平时输出低电平，因此构 电平时输出低电平，因此构 成三极管非门。 成三极管非门。由于输出信 号与输入信号反相， 号与输入信号反相，故又称 三极管反相器。 三极管反相器。

uI UIH UIL t

O uO/V 5 0. 3 O

t

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二、三极管的动态开关特性uI UIH UIL O iC IC(sat) O uO VCC

uI 从 UIH 负跳到时 U

IL, 三极管不能很快由饱和转变 为截止， 为截止，而需要经过一段时 t 间才能退出饱和区。 间才能退出饱和区。 uI 从 UIL 正跳到 UIH 时， 三极管将由截止转变为饱和， 三极管将由截止转变为饱和， iC 从 0 逐渐增大到 IC(sat),uC t 从 VCC 逐渐减小为 UCE(sat)。 上例中三极管反相 器的工作波形是理想波 形，实际波形为 ：t

UCE(sat) O

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二、三极管的动态开关特性uI UIH UIL O iC 0.9IC(sat) IC(sat) 0.1IC(sat) O uO VCC ton toff t

uI 正跳变到 iC 上升到 0.9IC(sat) 所需的时间 ton 称 为三极管开通时间。 为三极管开通时间。t

uI 负跳变到 iC 下降到 0.1IC(sat) 所需的时间 toff 称 为三极管关断时间。 为三极管关断时间。 通常 toff > ton 开关时间主 …… 此处隐藏：3287字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……