門電路的概念

1、一、門電路的概念一、門電路的概念 實現(xiàn)基本邏輯運算和常用復(fù)合邏輯運算的電子電路實現(xiàn)基本邏輯運算和常用復(fù)合邏輯運算的電子電路與與 或或 非非 與與 非非 或或 非非 異或異或與或非與或非與與 門門或或 門門非非 門門與與 非非 門門或或 非非 門門異或門異或門與或非門與或非門二、邏輯變量與兩狀態(tài)開關(guān)二、邏輯變量與兩狀態(tài)開關(guān)低電平低電平 高電平高電平 斷開斷開閉合閉合高電平高電平 3 V低電平低電平 0 V二值邏輯二值邏輯:所有邏輯變量只有兩種取值所有邏輯變量只有兩種取值( (1 或或 0) )。數(shù)字電路數(shù)字電路:通過電子開關(guān)通過電子開關(guān) S 的兩種狀態(tài)的兩種狀態(tài)( (開或關(guān)開或關(guān)) )獲得高、低

2、電平，用來表示獲得高、低電平，用來表示 1 或或 0。3VIuSOu3VIuSOuIuSOu邏輯狀態(tài)邏輯狀態(tài)1001S 可由可由二極管二極管、三極管三極管或或 MOS 管實現(xiàn)管實現(xiàn)三、高、低電平與正、負(fù)邏輯三、高、低電平與正、負(fù)邏輯負(fù)邏輯負(fù)邏輯正邏輯正邏輯0V5V2.4V0.8V 高電平和低電平是兩個不同的可以截然高電平和低電平是兩個不同的可以截然區(qū)別開來的電壓范圍。區(qū)別開來的電壓范圍。010V5V2.4V0.8V10四、分立元件門電路和集成門電路四、分立元件門電路和集成門電路 分立元件門電路：分立元件門電路：用分立的元器件和導(dǎo)線連接起來構(gòu)成的門電路。用分立的元器件和導(dǎo)線連接起來構(gòu)成的門電路。

3、 集成門電路：集成門電路： 把構(gòu)成門電路的元器件和連線，都制作在一塊半把構(gòu)成門電路的元器件和連線，都制作在一塊半導(dǎo)體芯片上，再封裝起來。導(dǎo)體芯片上，再封裝起來。常用：常用：CMOS 和和 TTL 集成門電路集成門電路五、數(shù)字集成電路的集成度五、數(shù)字集成電路的集成度一塊芯片中含有等效邏輯門或元器件的個數(shù)一塊芯片中含有等效邏輯門或元器件的個數(shù)小規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路 SSI(Small Scale Integration) 10 門門/ /片片或或 10 000 門門/ /片片或或 100 000 元器件元器件/ /片片2. 1. 1 理想開關(guān)的開關(guān)特性理想開關(guān)的開關(guān)特性一、一、 靜態(tài)特性靜態(tài)

4、特性 斷開斷開 0 OFFOFF IR， 閉合閉合 0 0AKON UR，SAK2. 1 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 和三極管和三極管的開關(guān)特性的開關(guān)特性 2. 1. 1 理想開關(guān)的開關(guān)特性理想開關(guān)的開關(guān)特性SAK2. 1 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 、三極管、三極管和和 MOS 管的開關(guān)特性管的開關(guān)特性 二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性 開通時間：開通時間：0on t 關(guān)斷時間：關(guān)斷時間：0off t閉合）閉合）（斷開（斷開斷開）斷開）（閉合（閉合普通開關(guān)：普通開關(guān)：靜態(tài)特性好，動態(tài)特性差靜態(tài)特性好，動態(tài)特性差半導(dǎo)體開關(guān)：半導(dǎo)體開關(guān)：靜態(tài)特性較差，動態(tài)特性好靜態(tài)特性較差，動態(tài)特性好幾百萬幾百萬/ /秒秒

5、幾千萬幾千萬/ /秒秒2. 1. 2 半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性一、靜態(tài)特性一、靜態(tài)特性 外加正向電壓外加正向電壓( (正偏正偏) )二極管導(dǎo)通二極管導(dǎo)通( (相當(dāng)于開關(guān)閉合相當(dāng)于開關(guān)閉合) ) V7 . 0D U 外加反向電壓外加反向電壓( (反偏反偏) ) V5 . 0 DU二極管截止二極管截止( (相當(dāng)于開關(guān)斷開相當(dāng)于開關(guān)斷開) ) 0D I硅二極管伏安特性硅二極管伏安特性陰極陰極A陽極陽極KPN結(jié)結(jié)- -AK+ +DUDIP區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū)+- - - - -正向正向?qū)▍^(qū)導(dǎo)通區(qū)反向反向截止區(qū)截止區(qū)反向反向擊穿區(qū)擊穿區(qū)0.5 0.7/ /mADIDU/ /V0(BR)U1.

6、 結(jié)構(gòu)示意圖、符號和伏安特性結(jié)構(gòu)示意圖、符號和伏安特性D+ +- -Iu+ +- -Ou2. 二極管的開關(guān)作用：二極管的開關(guān)作用： 例例 V2L II UuuO = 0 VV3H II UuuO = 2.3 V電路如圖所示，電路如圖所示，V3 V 2I或或 u試判別二極管的工作試判別二極管的工作狀態(tài)及輸出電壓。狀態(tài)及輸出電壓。二極管截止二極管截止二極管導(dǎo)通二極管導(dǎo)通 解解 D0.7 V+ +- -二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性1. 二極管的電容效應(yīng)二極管的電容效應(yīng)結(jié)電容結(jié)電容 C j擴散電容擴散電容 C D2. 二極管的開關(guān)時間二極管的開關(guān)時間ontofft電容效應(yīng)使二極管電容效應(yīng)使二極管的通斷需要

7、的通斷需要一段延一段延遲時間才能完成遲時間才能完成tIuDit00( (反向恢復(fù)時間反向恢復(fù)時間) )ns 5)(rroffonttt ton 開通時間開通時間toff 關(guān)斷時間關(guān)斷時間一、靜態(tài)特性一、靜態(tài)特性NPN2. 1. 3 半導(dǎo)體三極管的開關(guān)特性半導(dǎo)體三極管的開關(guān)特性發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)發(fā)射極發(fā)射極emitter基極基極base集電極集電極collectorbiBiCec( (電流控制型電流控制型) )1. 結(jié)構(gòu)、符號和輸入、輸出特性結(jié)構(gòu)、符號和輸入、輸出特性NNP( (Transistor) )( (1) ) 結(jié)構(gòu)示意圖和符號結(jié)構(gòu)示意圖和符號( (2) ) 輸入特性輸入特性CE)

8、(BEBuufi (3) 輸出特性輸出特性B)(CECiufi iC / mAuCE /V50 A40A30 A20 A10 AiB = 00 2 4 6 8 4321放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)飽飽和和區(qū)區(qū)0CE uV1CE u0uBE /ViB / A發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏 條條 件件電流關(guān)系電流關(guān)系狀態(tài)狀態(tài)放大放大i C= iB集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏飽和飽和 i C iB兩個結(jié)正偏兩個結(jié)正偏I(xiàn) CS= IBS臨界臨界截止截止iB 0, iC 0兩個結(jié)反偏兩個結(jié)反偏2. 半導(dǎo)體三極管的開關(guān)應(yīng)用半導(dǎo)體三極管的開關(guān)應(yīng)用 V2 )1(L II Uu V3 )2(H II Uu發(fā)射結(jié)反偏發(fā)射結(jié)反偏 T 截

9、止截止0 0CB ii V12CCO Vu發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏 T 導(dǎo)通導(dǎo)通+ RcRb+VCC (12V)+uo iBiCTuI3V-2V2 k 100 2.3 k 放大還放大還是飽和？是飽和？bBEIBRuui cCESCCCSBSRUVIIBSB Ii 飽飽和和 T飽和導(dǎo)通條件：飽和導(dǎo)通條件：cCCBSB RVIi + RcRb+VCC +12V+uo iBiCTuI3V-2V2 k 100 2.3 k mA 1mA3 . 27 . 03 mA 06. 0mA210012 cCC RV V)7 . 0(BE uV 3 . 0CESOUu 因為因為所以所以二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性ontof

10、ft3-2tV/Iu00.9ICS0.1ICSCit0V/Ou off t三極管飽和程度三極管飽和程度30.3t0uYuAuBR0D2D1+VCC+10V2. 2 分立元器件門電路分立元器件門電路2. 2. 1 二極管與門和或門二極管與門和或門一、一、二極管與門二極管與門3V0V符號符號:與門與門（AND gate)ABY&0 V0 VUD = 0.7 V0 V3 V3 V0 V3 V3 V真值表真值表A BY0 00 11 01 10001Y = AB電壓關(guān)系表電壓關(guān)系表uA/VuB/VuY/VD1 D20 00 33 03 3導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通0.7導(dǎo)通導(dǎo)通 截止截止0.7截止截止

11、 導(dǎo)通導(dǎo)通0.7導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通3.7二、二、二極管或門二極管或門uY/V3V0V符號符號:或門或門（OR gate)ABY10 V0 VUD = 0.7 V0 V3 V3 V0 V3 V3 VuYuAuBROD2D1-VSS-10V真值表真值表A BY0 00 11 01 10111電壓關(guān)系表電壓關(guān)系表uA/VuB/VD1 D20 00 33 03 3導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通 0.7截止截止 導(dǎo)通導(dǎo)通2.3導(dǎo)通導(dǎo)通 截止截止2.3導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通2.3Y = A + B正與門真值表正與門真值表正邏輯和負(fù)邏輯的對應(yīng)關(guān)系：正邏輯和負(fù)邏輯的對應(yīng)關(guān)系：A BY0 00 11 01 10001ABY = AB&負(fù)或門真值表負(fù)或門真值表A BY1 11 00 10 01110AB1BAY 同理：同理：正或門正或門負(fù)與門負(fù)與門10 01 是數(shù)字電路中的基本開關(guān)元件，一般都工作在開關(guān)是數(shù)字電路中的基本開關(guān)元件，一般都工作在開關(guān)狀態(tài)。狀態(tài)。1. ：是不可控的，利用其開關(guān)特性可構(gòu)成是不可控的，利用其開關(guān)特性可構(gòu)成二極管二極管與門與門和和或門或門。2. ：是一種用電流控制且具有放大特性的開是一種用電流控制且具有放大特性的開關(guān)元件，關(guān)元件， 利用三極管的飽和導(dǎo)通與截止利用三極管的飽和導(dǎo)通與截止特性可構(gòu)成特性可構(gòu)成 非門非門 和其它