集成門電路教學(xué)資料課件

第2章集成門電路

授課計(jì)劃

教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)小結(jié)第2章集成門電路1

一、授課計(jì)劃

1、教學(xué)目標(biāo)

1、掌握半導(dǎo)體二極管、三極管和MOS管的開關(guān)特性；2、掌握基本TTL與非門電路的工作原理，了解TTL數(shù)字集成電路的電路特性及其性能參數(shù)；3、熟練掌握CMOS集成門電路的工作原理及其性能參數(shù)；4、熟悉幾種常用的TTL與非門電路、CMOS集成門電路及其邏輯符號(hào)的表示方法。

22、重點(diǎn)與難點(diǎn)1、重點(diǎn)：集成門電路外部特性及應(yīng)用。2、難點(diǎn)：TTL、CMOS集成門電路芯片的分類與選用。2、重點(diǎn)與難點(diǎn)1、重點(diǎn)：集33、學(xué)時(shí)分配：共6學(xué)時(shí)第1、2學(xué)時(shí)：半導(dǎo)體二極管、三極管和MOS管的開關(guān)特性第3、4學(xué)時(shí)：TTL集成門電路第5、6學(xué)時(shí)：CMOS集成門電路3、學(xué)時(shí)分配：共6學(xué)時(shí)4二、教學(xué)內(nèi)容2.1.1晶體二極管的開關(guān)特性

二極管（就是一個(gè)PN結(jié)）具有單向?qū)щ娦裕硐攵O管如同一個(gè)開關(guān)。但實(shí)際二極管與理想的二極管還是有一些區(qū)別的，特別是在高頻電路中，必須加以注意。（一）、二極管穩(wěn)態(tài)開關(guān)特性二極管的伏安特性曲線2.1半導(dǎo)體二極管、三極管和MOS管的開關(guān)特性（第1、2學(xué)時(shí)）（二）、瞬態(tài)開關(guān)特性上頁退出下頁二、教學(xué)內(nèi)容2.1.1晶體二極管的開關(guān)特5

從圖中可知：反向恢復(fù)時(shí)間是影響二極管開關(guān)特性的主要因素、正向恢復(fù)時(shí)間往往可以忽略。出現(xiàn)反向恢復(fù)時(shí)間的原因是電荷存儲(chǔ)效應(yīng)（外加正向電壓時(shí)，非平衡少子的積累）2.1.2晶體三極管開關(guān)特性

在數(shù)字電路中，三極管是作為開關(guān)使用的。三極管

截止相當(dāng)于開關(guān)斷開；三極管飽和相當(dāng)于開關(guān)閉合。

一、穩(wěn)態(tài)開關(guān)特性理想穩(wěn)態(tài)開關(guān)特性：關(guān)態(tài)：輸入低電平，三極管截止，C、E極間無電流。

IC等于0，輸出為VCC。開態(tài)：輸入高電平，三極管導(dǎo)通，C、E極電壓為零。

IC等于VCC/RC，輸出為0V。

實(shí)際穩(wěn)態(tài)開關(guān)特性：關(guān)態(tài)：基極接負(fù)電壓，集電結(jié)、發(fā)射結(jié)均反偏，IC=ICBO

輸出約等于VCC。C、E之間無導(dǎo)通電流。

上頁下頁退出從圖中可知：反向恢復(fù)時(shí)間是影響二極管開關(guān)特性6開態(tài)：希望（即輸出電壓）接近于0V，應(yīng)工作在飽和區(qū)，C、E結(jié)電壓最小。二、瞬態(tài)開關(guān)特性

當(dāng)晶體三極管發(fā)生由截止到飽和，或由飽和到截止

的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)，其工作特性稱為瞬態(tài)特性。三、晶體三極管反相器

反相器的作用是將輸入信號(hào)極性求反，高電平變低電平，低電平變高電平。

1工作原理

當(dāng)輸入電壓VI為低電平VL時(shí)，輸出VO應(yīng)為高電平VH；此時(shí)三極管應(yīng)可靠截止。當(dāng)輸入電壓為高電平時(shí)，輸出應(yīng)為低電平，此時(shí)三極管應(yīng)可靠飽和。上頁下頁退出開態(tài)：希望（即輸出電壓）接近于72反相器的帶負(fù)載能力

負(fù)載能力是指當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，輸出電路能夠保證其輸出指標(biāo)不變的能力。

灌電流：流入反相器的負(fù)載電流，叫灌電流Ioi。

產(chǎn)生灌電流的負(fù)載叫灌流負(fù)載。

拉電流：流出反相器的負(fù)載電流，叫拉電流Iop。

產(chǎn)生拉電流的負(fù)載叫拉流負(fù)載。

負(fù)載能力可用保證反相器正常工作條件下的最大灌流IOIM和最大拉流IOPM表示。上頁下頁退出2反相器的帶負(fù)載能力負(fù)載能力是指當(dāng)負(fù)載發(fā)8(1)帶灌流負(fù)載的能力

三極管飽和時(shí)的灌流負(fù)載Ic=IRC+IOI灌電流加大，IC

加大，飽和深度減小，過大則退出飽和。因此應(yīng)滿足：IC=IRC+IOI

IB

即IOIMIB—VCC/RC

三極管飽和程度越深，IOI加大使IC加大后，退出飽和的可能性越小，負(fù)載能力越強(qiáng)。

還要滿足：IC=IRC+IOIM

ICM

以免損壞三極管。ICM為集電極最大額定電流。

上頁下頁退出(1)帶灌流負(fù)載的能力三極管飽和時(shí)的灌流負(fù)載上頁下頁退出9(2)帶拉流負(fù)載的能力

三極管飽和時(shí)拉流負(fù)載

IOP=IRC-IC

，IRC不變，

IOP越大，IC越小，有利于飽和，負(fù)載能力強(qiáng)，IOPM

VCC/RC三極管截止時(shí)拉流負(fù)載IRC=IDC1+IOP，IRC一定，IOP越大，IDC1越小，應(yīng)保證鉗位二極管的正向?qū)娏?，使其起到鉗位作用。其中：VCC-VC1VCC-VC1IRC=——————即：IOPM

—————RCRC

上頁下頁退出(2)帶拉流負(fù)載的能力上頁下頁退出102.2分立元器件門電路2.2.1二極管與門和或門一、二極管與門電路

二、二極管或門電路二極管可實(shí)現(xiàn)“與門”、“或門”，但不利于串聯(lián)使用。與門串聯(lián)使用高低電平升高，或門串聯(lián)使用高低電平降低。上頁下頁退出2.2分立元器件門電路二、11二、MOS三極管非門

TL是負(fù)載管，柵極接漏極，同為VDD，該管恒導(dǎo)通，且處于飽和區(qū)，因?yàn)椋?/p>

VGS—VGS（th）〈VDS

當(dāng)輸入VI為低電平時(shí)，因小于開啟電壓，T0不導(dǎo)通，則V0=VDD—VGS（th）高當(dāng)輸入VI為高電平時(shí)，T0導(dǎo)通，輸出低電平。2.2.2三極管非門一、晶體三極管非門退出下頁上頁二、MOS三極管非門TL是負(fù)載管，柵極接漏極，同為122.3TTL集成門電路（第3、4學(xué)時(shí)）2.3.1TTL與非門

TTL與非門電路圖及邏輯符號(hào)。它是輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)三部分組成的。如圖:

上頁下頁退出2.3TTL集成門電路（第3、4學(xué)時(shí)）2.3.113一、工作原理(1)輸入全部為高電平。當(dāng)輸入A、B、C均為高電平，即UIH=3.6V時(shí)，T1基極電位升高，使T1的集電結(jié)和T2、T5的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，T5由T2提供足夠的基極電流而處于飽和狀態(tài)，輸出低電平：UO=UOL=UCE5≈0.3V

(2)輸入至少有一個(gè)為低電平。輸出為高電平：UO=UOH≈Ucc－UBE3－UBE4=5－0.7－0.7=3.6V

電路的輸出與輸入之間滿足與非邏輯關(guān)系，

二、TTL與非門的外特性與參數(shù)1.電壓傳輸特性即:退出下頁上頁一、工作原理二、TTL與非門的外特性與參數(shù)即:退出下頁上頁14

V0隨

Vi變化的規(guī)律AB段：截止區(qū)Vi<0.6vT1飽和，T2、T5截止，T3、T4導(dǎo)通。V0=VH

BC段：線性區(qū)VI=0.6~1.3VT5截止，其他導(dǎo)通，V0隨VI增加線性下降。CD段：轉(zhuǎn)折區(qū)

VI>1.3v以后，T5開始導(dǎo)通，V0加速下降。

DE段：飽和區(qū)VI增大，T5飽和，T4截止，輸出低電平。上頁下頁退出V0隨Vi變化的規(guī)律CD段：轉(zhuǎn)折區(qū)上頁15(1)輸出邏輯高電平VOH：截止區(qū)對(duì)應(yīng)的輸出電平。輸出邏輯低電平VOL：飽和區(qū)對(duì)應(yīng)的輸出電平。(2)額定邏輯高電平VSH=3v

額定邏輯低電平VSL=0.35V(3)開門電平Von:在保證輸出為VSL的條件下，允許輸入高電平的最小值。一般Von1.8v(4)關(guān)門電平Voff:在保證輸出為VSH的90%的條件下，允許輸入低電平的最大值。一般Voff

0.8v

(5)

閾值電平Vth

轉(zhuǎn)折區(qū)中點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入電壓

(6)噪音容限UNL、UNH

低電平噪聲容限VNL=Voff–VIL,輸出高電平可以得到保障.2.主要參數(shù)退出下頁上頁(1)輸出邏輯高電平VOH：截止區(qū)對(duì)應(yīng)的輸出電平。2.16(7)輸入漏電流IIH:當(dāng)UI>Uth時(shí)，流經(jīng)輸入端的電流稱為輸入漏電流IIH,，,約為10μA(8)扇出系數(shù)NO：是指一個(gè)輸出端，在保證輸出低電平VOL不大于0.35v的條件下，能驅(qū)動(dòng)同類門的最多個(gè)數(shù)。通常NO

82.3.2TTL集電極開路門和三態(tài)門

集電極開路門(OC門)

可直接將幾個(gè)邏輯門的輸出端相連，實(shí)現(xiàn)輸出“與“功能的方式稱為線與。

高電平噪聲容限VNH=VIH–Von,輸出低電平可以得到保障上頁下頁退出(7)輸入漏電流IIH:當(dāng)UI>Uth時(shí)，流經(jīng)輸入端的電流稱17為使TTL門能線與，直接將T5的集電極引出即集電極開路（OC），由外電路提供RC電阻。如圖OC門電路可以實(shí)現(xiàn)線與，高電壓、大電流的驅(qū)動(dòng)能力很強(qiáng)，但失去了推拉輸出速度快的優(yōu)點(diǎn)。使用OC門時(shí)，必須經(jīng)外接電阻RL接通電源才能實(shí)現(xiàn)線與邏輯不是所有的輸出端都可以實(shí)現(xiàn)線與，如圖輸出的門電路，如果輸出線與，有可能因存在低阻回路而損壞電路。退出上頁下頁為使TTL門能線與，直接將T5的集電極引出即集電使用OC門時(shí)182.三態(tài)門(TSL門)三態(tài)：邏輯門的輸出有高電平、低電平和高阻狀態(tài)。電路組成是在TTL與非門的輸入級(jí)多了一個(gè)控制器件D，如圖E為控制端或稱使能端。當(dāng)E=1時(shí)，二極管D截止，TSL門與TTL門功能一樣；當(dāng)E=0時(shí)，T1處于正向工作狀態(tài)，T2、T5截止，二級(jí)管D使T3基極電位鉗制在1V左右，T4、T5都截止，輸出端呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。下頁上頁退出2.三態(tài)門(TSL門)E為控制端或稱使能端。當(dāng)E=1時(shí)，二極192.3.3典型TTL與非門芯片介紹部分常用中小規(guī)模TTL門電路的型號(hào)及功能如表2.1。實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)電路需要選用不同的型號(hào)。表2.174系列門電路的型號(hào)及功能

74LSXX系列是最常用的、延遲積較小的一種TTL門電路，性能價(jià)格也比較高。退出下頁上頁型號(hào)邏輯功能74LS00四2輸入與非門74LS10三3輸入與非門74LS20雙4輸入與非門74LS308輸入與非門2.3.3典型TTL與非門芯片介紹部分202.4CMOS數(shù)字集成電路

（第5、6學(xué)時(shí)）2.4.1CMOS門電路1．與非門

A、B兩個(gè)輸入端均為高電平時(shí)，T1、T2導(dǎo)通，T3、T4截止，輸出為低電平。A、B兩個(gè)輸入端中只要有一個(gè)為低電平時(shí)，T1、T2中必有一個(gè)截止，T3、T4中必有一個(gè)導(dǎo)通，使輸出為高電平。電路的邏輯關(guān)系為上頁下頁退出2.4CMOS數(shù)字集成電路（第5、6學(xué)時(shí)）21A、B兩個(gè)輸入端均為低電平時(shí)，T1、T2截止，T3、T4導(dǎo)通，輸出Y為高電平；A、B兩個(gè)輸入中有一個(gè)為高電平時(shí)，T1、T2中必有一個(gè)導(dǎo)通，T3、T4中必有一個(gè)截止，輸出為低電平。電路的邏輯關(guān)系為3.CMOS傳輸門

2．或非門退出下頁上頁A、B兩個(gè)輸入端均為低電平時(shí)，T1、T2截22A、B兩個(gè)輸入端均為低電平時(shí)，T1、T2截止，T3、T4導(dǎo)通，輸出Y為高電平；A、B兩個(gè)輸入中有一個(gè)為高電平時(shí)，T1、T2中必有一個(gè)導(dǎo)通，T3、T4中必有一個(gè)截止，輸出為低電平。電路的邏輯關(guān)系為3.CMOS傳輸門

2．或非門退出上頁下頁A、B兩個(gè)輸入端均為低電平時(shí)，T1、T2截23控制信號(hào)C=1傳輸門相當(dāng)于接通的開關(guān)C=0傳輸門相當(dāng)于斷開的開關(guān)MOS管的結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，源極和漏極可以互換使用，CMOS傳輸門具有雙向性，又稱雙向開關(guān)，用TG表示。4.CMOS三態(tài)門

5.CMOS漏極開路門下頁上頁退出控制信號(hào)C=1傳輸門相當(dāng)于接通的開關(guān)24

使用CMOS電路的注意事項(xiàng)：1、包裝、焊接和測(cè)試時(shí)要防靜電，烙鐵要接地，觸摸電路前，身體要放電。多余輸入端不要懸空。2、有大電流輸入可能時(shí)，輸入端串聯(lián)限流電阻。3、防止可控硅效應(yīng)，提高電源質(zhì)量，加去藕電容，加鉗位二極管。4、多電源系統(tǒng)中，CMOS電路的電源先開后關(guān)。退出下頁上頁使用CMOS電路的注意事項(xiàng)：2、有252.4.2CMOS電路與TTL電路的連接1.TTL電路驅(qū)動(dòng)CMOS電路2.CMOS電路驅(qū)動(dòng)TTL電路

上頁下頁退出2.4.2CMOS電路與TTL電路的連接2.CMOS電路26本章小結(jié)1.半導(dǎo)體二極管、三極管和MOS管，是數(shù)字電路中的基本開關(guān)元件。半導(dǎo)體二極管是不可控的；半導(dǎo)體三極管是用電流控制且具有放大特性的開關(guān)元件；MOS管是用電壓進(jìn)行控制的，也具有放大持性。2.目前普遍使用的數(shù)字集成電路基本上有兩大類：一類是雙極型數(shù)字集成電路，TTL、HTL、IL、ECT都屬于此類電路；另一類是金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)數(shù)字集成電路。3.在雙極型數(shù)字集成電路中，TTL與非門電路在工業(yè)控制上應(yīng)用廣泛，是本章介紹的重點(diǎn)內(nèi)容之一。4.在MOS數(shù)字集成電路中，CMOS電路是重點(diǎn)。由于MOS管具有功耗小，輸入阻抗高、集成度高等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字系統(tǒng)中逐漸被廣泛采用。本章小結(jié)1.半導(dǎo)體二極管27課后作業(yè)2.2試判斷圖題2.2所示TTL電路能否按各圖要求邏輯關(guān)系正常工作？若電路的接法有錯(cuò)，則修改電路。2.4圖題2.4均為TTL門電路。(1)寫出Y1、Y2、Y3、Y4的邏輯表達(dá)式。(2)若已知A、B、C的波形，分別畫出Y1~Y4的波形。課后作業(yè)2.2試判斷圖題2.2所示TTL電路能否按各圖要求28樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。12月-2212月-22Thursday,December29,2022人生得意須盡歡，莫使金樽空對(duì)月。22:23:5522:23:5522:2312/29/202210:23:55PM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。12月-2222:23:5522:23Dec-2229-Dec-22加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。22:23:5522:23:5522:23Thursday,December29,2022安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。12月-2212月-2222:23:5522:23:55December29,2022踏實(shí)肯干，努力奮斗。2022年12月29日10:23下午12月-2212月-22追求至善憑技術(shù)開拓市場(chǎng)，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。29十二月202210:23:55下午22:23:5512月-22嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。十二月2210:23下午12月-2222:23December29,2022作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2022/12/2922:23:5522:23:5529December2022好的事情馬上就會(huì)到來，一切都是最好的安排。10:23:55下午10:23下午22:23:5512月-22一馬當(dāng)先，全員舉績(jī)，梅開二度，業(yè)績(jī)保底。12月-2212月-2222:2322:23:5522:23:55Dec-22牢記安全之責(zé)，善謀安全之策，力務(wù)安全之實(shí)。2022/12/2922:23:55Thursday,December29,2022相信相信得力量。12月-222022/12/2922:23:5512月-22謝謝大家！樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。12月-2212月-2229樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。12月-2212月-22Thursday,December29,2022人生得意須盡歡，莫使金樽空對(duì)月。22:23:5522:23:5522:2312/29/202210:23:55PM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。12月-2222:23:5522:23Dec-2229-Dec-22加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。22:23:5522:23:5522:23Thursday,December29,2022安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。12月-2212月-2222:23:5522:23:55December29,2022踏實(shí)肯干，努力奮斗。2022年12月29日10:23下午12月-2212月-22追求至善憑技術(shù)開拓市場(chǎng)，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。29十二月202210:23:55下午22:23:5512月-22嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。十二月2210:23下午12月-2222:23December29,2022作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2022/12/2922:23:5522:23:5529December2022好的事情馬上就會(huì)到來，一切都是最好的安排。10:23:55下午10:23下午22:23:5512月-22一馬當(dāng)先，全員舉績(jī)，梅開二度，業(yè)績(jī)保底。12月-2212月-2222:2322:23:5522:23:55Dec-22牢記安全之責(zé)，善謀安全之策，力務(wù)安全之實(shí)。2022/12/2922:23:55Thursday,December29,2022相信相信得力量。12月-222022/12/2922:23:5512月-22謝謝大家！樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。12月-2212月-2230樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。12月-2212月-22Thursday,December29,2022人生得意須盡歡，莫使金樽空對(duì)月。22:23:5522:23:5522:2312/29/202210:23:55PM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。12月-2222:23:5522:23Dec-2229-Dec-22加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。22:23:5522:23:5522:23Thursday,December29,2022安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。12月-2212月-2222:23:5522:23:55December29,2022踏實(shí)肯干，努力奮斗。2022年12月29日10:23下午12月-2212月-22追求至善憑技術(shù)開拓市場(chǎng)，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。29十二月202210:23:55下午22:23:5512月-22嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。十二月2210:23下午12月-2222:23December29,2022作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2022/12/2922:23:5522:23:5529December2022好的事情馬上就會(huì)到來，一切都是最好的安排。10:23:56下午10:23下午22:23:5612月-22一馬當(dāng)先，全員舉績(jī)，梅開二度，業(yè)績(jī)保底。12月-2212月-2222:2322:23:5622:23:56Dec-22牢記安全之責(zé)，善謀安全之策，力務(wù)安全之實(shí)。2022/12/2922:23:56Thursday,December29,2022相信相信得力量。12月-222022/12/2922:23:5612月-22謝謝大家！樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。12月-2212月-2231

第2章集成門電路

授課計(jì)劃

教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)小結(jié)第2章集成門電路32

一、授課計(jì)劃

1、教學(xué)目標(biāo)

1、掌握半導(dǎo)體二極管、三極管和MOS管的開關(guān)特性；2、掌握基本TTL與非門電路的工作原理，了解TTL數(shù)字集成電路的電路特性及其性能參數(shù)；3、熟練掌握CMOS集成門電路的工作原理及其性能參數(shù)；4、熟悉幾種常用的TTL與非門電路、CMOS集成門電路及其邏輯符號(hào)的表示方法。

332、重點(diǎn)與難點(diǎn)1、重點(diǎn)：集成門電路外部特性及應(yīng)用。2、難點(diǎn)：TTL、CMOS集成門電路芯片的分類與選用。2、重點(diǎn)與難點(diǎn)1、重點(diǎn)：集343、學(xué)時(shí)分配：共6學(xué)時(shí)第1、2學(xué)時(shí)：半導(dǎo)體二極管、三極管和MOS管的開關(guān)特性第3、4學(xué)時(shí)：TTL集成門電路第5、6學(xué)時(shí)：CMOS集成門電路3、學(xué)時(shí)分配：共6學(xué)時(shí)35二、教學(xué)內(nèi)容2.1.1晶體二極管的開關(guān)特性

二極管（就是一個(gè)PN結(jié)）具有單向?qū)щ娦?，理想二極管如同一個(gè)開關(guān)。但實(shí)際二極管與理想的二極管還是有一些區(qū)別的，特別是在高頻電路中，必須加以注意。（一）、二極管穩(wěn)態(tài)開關(guān)特性二極管的伏安特性曲線2.1半導(dǎo)體二極管、三極管和MOS管的開關(guān)特性（第1、2學(xué)時(shí)）（二）、瞬態(tài)開關(guān)特性上頁退出下頁二、教學(xué)內(nèi)容2.1.1晶體二極管的開關(guān)特36

從圖中可知：反向恢復(fù)時(shí)間是影響二極管開關(guān)特性的主要因素、正向恢復(fù)時(shí)間往往可以忽略。出現(xiàn)反向恢復(fù)時(shí)間的原因是電荷存儲(chǔ)效應(yīng)（外加正向電壓時(shí)，非平衡少子的積累）2.1.2晶體三極管開關(guān)特性

在數(shù)字電路中，三極管是作為開關(guān)使用的。三極管

截止相當(dāng)于開關(guān)斷開；三極管飽和相當(dāng)于開關(guān)閉合。

一、穩(wěn)態(tài)開關(guān)特性理想穩(wěn)態(tài)開關(guān)特性：關(guān)態(tài)：輸入低電平，三極管截止，C、E極間無電流。

IC等于0，輸出為VCC。開態(tài)：輸入高電平，三極管導(dǎo)通，C、E極電壓為零。

IC等于VCC/RC，輸出為0V。

實(shí)際穩(wěn)態(tài)開關(guān)特性：關(guān)態(tài)：基極接負(fù)電壓，集電結(jié)、發(fā)射結(jié)均反偏，IC=ICBO

輸出約等于VCC。C、E之間無導(dǎo)通電流。

上頁下頁退出從圖中可知：反向恢復(fù)時(shí)間是影響二極管開關(guān)特性37開態(tài)：希望（即輸出電壓）接近于0V，應(yīng)工作在飽和區(qū)，C、E結(jié)電壓最小。二、瞬態(tài)開關(guān)特性

當(dāng)晶體三極管發(fā)生由截止到飽和，或由飽和到截止

的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)，其工作特性稱為瞬態(tài)特性。三、晶體三極管反相器

反相器的作用是將輸入信號(hào)極性求反，高電平變低電平，低電平變高電平。

1工作原理

當(dāng)輸入電壓VI為低電平VL時(shí)，輸出VO應(yīng)為高電平VH；此時(shí)三極管應(yīng)可靠截止。當(dāng)輸入電壓為高電平時(shí)，輸出應(yīng)為低電平，此時(shí)三極管應(yīng)可靠飽和。上頁下頁退出開態(tài)：希望（即輸出電壓）接近于382反相器的帶負(fù)載能力

負(fù)載能力是指當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，輸出電路能夠保證其輸出指標(biāo)不變的能力。

灌電流：流入反相器的負(fù)載電流，叫灌電流Ioi。

產(chǎn)生灌電流的負(fù)載叫灌流負(fù)載。

拉電流：流出反相器的負(fù)載電流，叫拉電流Iop。

產(chǎn)生拉電流的負(fù)載叫拉流負(fù)載。

負(fù)載能力可用保證反相器正常工作條件下的最大灌流IOIM和最大拉流IOPM表示。上頁下頁退出2反相器的帶負(fù)載能力負(fù)載能力是指當(dāng)負(fù)載發(fā)39(1)帶灌流負(fù)載的能力

三極管飽和時(shí)的灌流負(fù)載Ic=IRC+IOI灌電流加大，IC

加大，飽和深度減小，過大則退出飽和。因此應(yīng)滿足：IC=IRC+IOI

IB

即IOIMIB—VCC/RC

三極管飽和程度越深，IOI加大使IC加大后，退出飽和的可能性越小，負(fù)載能力越強(qiáng)。

還要滿足：IC=IRC+IOIM

ICM

以免損壞三極管。ICM為集電極最大額定電流。

上頁下頁退出(1)帶灌流負(fù)載的能力三極管飽和時(shí)的灌流負(fù)載上頁下頁退出40(2)帶拉流負(fù)載的能力

三極管飽和時(shí)拉流負(fù)載

IOP=IRC-IC

，IRC不變，

IOP越大，IC越小，有利于飽和，負(fù)載能力強(qiáng)，IOPM

VCC/RC三極管截止時(shí)拉流負(fù)載IRC=IDC1+IOP，IRC一定，IOP越大，IDC1越小，應(yīng)保證鉗位二極管的正向?qū)娏?，使其起到鉗位作用。其中：VCC-VC1VCC-VC1IRC=——————即：IOPM

—————RCRC

上頁下頁退出(2)帶拉流負(fù)載的能力上頁下頁退出412.2分立元器件門電路2.2.1二極管與門和或門一、二極管與門電路

二、二極管或門電路二極管可實(shí)現(xiàn)“與門”、“或門”，但不利于串聯(lián)使用。與門串聯(lián)使用高低電平升高，或門串聯(lián)使用高低電平降低。上頁下頁退出2.2分立元器件門電路二、42二、MOS三極管非門

TL是負(fù)載管，柵極接漏極，同為VDD，該管恒導(dǎo)通，且處于飽和區(qū)，因?yàn)椋?/p>

VGS—VGS（th）〈VDS

當(dāng)輸入VI為低電平時(shí)，因小于開啟電壓，T0不導(dǎo)通，則V0=VDD—VGS（th）高當(dāng)輸入VI為高電平時(shí)，T0導(dǎo)通，輸出低電平。2.2.2三極管非門一、晶體三極管非門退出下頁上頁二、MOS三極管非門TL是負(fù)載管，柵極接漏極，同為432.3TTL集成門電路（第3、4學(xué)時(shí)）2.3.1TTL與非門

TTL與非門電路圖及邏輯符號(hào)。它是輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)三部分組成的。如圖:

上頁下頁退出2.3TTL集成門電路（第3、4學(xué)時(shí)）2.3.144一、工作原理(1)輸入全部為高電平。當(dāng)輸入A、B、C均為高電平，即UIH=3.6V時(shí)，T1基極電位升高，使T1的集電結(jié)和T2、T5的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，T5由T2提供足夠的基極電流而處于飽和狀態(tài)，輸出低電平：UO=UOL=UCE5≈0.3V

(2)輸入至少有一個(gè)為低電平。輸出為高電平：UO=UOH≈Ucc－UBE3－UBE4=5－0.7－0.7=3.6V

電路的輸出與輸入之間滿足與非邏輯關(guān)系，

二、TTL與非門的外特性與參數(shù)1.電壓傳輸特性即:退出下頁上頁一、工作原理二、TTL與非門的外特性與參數(shù)即:退出下頁上頁45

V0隨

Vi變化的規(guī)律AB段：截止區(qū)Vi<0.6vT1飽和，T2、T5截止，T3、T4導(dǎo)通。V0=VH

BC段：線性區(qū)VI=0.6~1.3VT5截止，其他導(dǎo)通，V0隨VI增加線性下降。CD段：轉(zhuǎn)折區(qū)

VI>1.3v以后，T5開始導(dǎo)通，V0加速下降。

DE段：飽和區(qū)VI增大，T5飽和，T4截止，輸出低電平。上頁下頁退出V0隨Vi變化的規(guī)律CD段：轉(zhuǎn)折區(qū)上頁46(1)輸出邏輯高電平VOH：截止區(qū)對(duì)應(yīng)的輸出電平。輸出邏輯低電平VOL：飽和區(qū)對(duì)應(yīng)的輸出電平。(2)額定邏輯高電平VSH=3v

額定邏輯低電平VSL=0.35V(3)開門電平Von:在保證輸出為VSL的條件下，允許輸入高電平的最小值。一般Von1.8v(4)關(guān)門電平Voff:在保證輸出為VSH的90%的條件下，允許輸入低電平的最大值。一般Voff

0.8v

(5)

閾值電平Vth

轉(zhuǎn)折區(qū)中點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入電壓

(6)噪音容限UNL、UNH

低電平噪聲容限VNL=Voff–VIL,輸出高電平可以得到保障.2.主要參數(shù)退出下頁上頁(1)輸出邏輯高電平VOH：截止區(qū)對(duì)應(yīng)的輸出電平。2.47(7)輸入漏電流IIH:當(dāng)UI>Uth時(shí)，流經(jīng)輸入端的電流稱為輸入漏電流IIH,，,約為10μA(8)扇出系數(shù)NO：是指一個(gè)輸出端，在保證輸出低電平VOL不大于0.35v的條件下，能驅(qū)動(dòng)同類門的最多個(gè)數(shù)。通常NO

82.3.2TTL集電極開路門和三態(tài)門

集電極開路門(OC門)

可直接將幾個(gè)邏輯門的輸出端相連，實(shí)現(xiàn)輸出“與“功能的方式稱為線與。

高電平噪聲容限VNH=VIH–Von,輸出低電平可以得到保障上頁下頁退出(7)輸入漏電流IIH:當(dāng)UI>Uth時(shí)，流經(jīng)輸入端的電流稱48為使TTL門能線與，直接將T5的集電極引出即集電極開路（OC），由外電路提供RC電阻。如圖OC門電路可以實(shí)現(xiàn)線與，高電壓、大電流的驅(qū)動(dòng)能力很強(qiáng)，但失去了推拉輸出速度快的優(yōu)點(diǎn)。使用OC門時(shí)，必須經(jīng)外接電阻RL接通電源才能實(shí)現(xiàn)線與邏輯不是所有的輸出端都可以實(shí)現(xiàn)線與，如圖輸出的門電路，如果輸出線與，有可能因存在低阻回路而損壞電路。退出上頁下頁為使TTL門能線與，直接將T5的集電極引出即集電使用OC門時(shí)492.三態(tài)門(TSL門)三態(tài)：邏輯門的輸出有高電平、低電平和高阻狀態(tài)。電路組成是在TTL與非門的輸入級(jí)多了一個(gè)控制器件D，如圖E為控制端或稱使能端。當(dāng)E=1時(shí)，二極管D截止，TSL門與TTL門功能一樣；當(dāng)E=0時(shí)，T1處于正向工作狀態(tài)，T2、T5截止，二級(jí)管D使T3基極電位鉗制在1V左右，T4、T5都截止，輸出端呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。下頁上頁退出2.三態(tài)門(TSL門)E為控制端或稱使能端。當(dāng)E=1時(shí)，二極502.3.3典型TTL與非門芯片介紹部分常用中小規(guī)模TTL門電路的型號(hào)及功能如表2.1。實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)電路需要選用不同的型號(hào)。表2.174系列門電路的型號(hào)及功能

74LSXX系列是最常用的、延遲積較小的一種TTL門電路，性能價(jià)格也比較高。退出下頁上頁型號(hào)邏輯功能74LS00四2輸入與非門74LS10三3輸入與非門74LS20雙4輸入與非門74LS308輸入與非門2.3.3典型TTL與非門芯片介紹部分512.4CMOS數(shù)字集成電路

（第5、6學(xué)時(shí)）2.4.1CMOS門電路1．與非門

A、B兩個(gè)輸入端均為高電平時(shí)，T1、T2導(dǎo)通，T3、T4截止，輸出為低電平。A、B兩個(gè)輸入端中只要有一個(gè)為低電平時(shí)，T1、T2中必有一個(gè)截止，T3、T4中必有一個(gè)導(dǎo)通，使輸出為高電平。電路的邏輯關(guān)系為上頁下頁退出2.4CMOS數(shù)字集成電路（第5、6學(xué)時(shí)）52A、B兩個(gè)輸入端均為低電平時(shí)，T1、T2截止，T3、T4導(dǎo)通，輸出Y為高電平；A、B兩個(gè)輸入中有一個(gè)為高電平時(shí)，T1、T2中必有一個(gè)導(dǎo)通，T3、T4中必有一個(gè)截止，輸出為低電平。電路的邏輯關(guān)系為3.CMOS傳輸門

2．或非門退出下頁上頁A、B兩個(gè)輸入端均為低電平時(shí)，T1、T2截53A、B兩個(gè)輸入端均為低電平時(shí)，T1、T2截止，T3、T4導(dǎo)通，輸出Y為高電平；A、B兩個(gè)輸入中有一個(gè)為高電平時(shí)，T1、T2中必有一個(gè)導(dǎo)通，T3、T4中必有一個(gè)截止，輸出為低電平。電路的邏輯關(guān)系為3.CMOS傳輸門

2．或非門退出上頁下頁A、B兩個(gè)輸入端均為低電平時(shí)，T1、T2截54控制信號(hào)C=1傳輸門相當(dāng)于接通的開關(guān)C=0傳輸門相當(dāng)于斷開的開關(guān)MOS管的結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，源極和漏極可以互換使用，CMOS傳輸門具有雙向性，又稱雙向開關(guān)，用TG表示。4.CMOS三態(tài)門

5.CMOS漏極開路門下頁上頁退出控制信號(hào)C=1傳輸門相當(dāng)于接通的開關(guān)55

使用CMOS電路的注意事項(xiàng)：1、包裝、焊接和測(cè)試時(shí)要防靜電，烙鐵要接地，觸摸電路前，身體要放電。多余輸入端不要懸空。2、有大電流輸入可能時(shí)，輸入端串聯(lián)限流電阻。3、防止可控硅效應(yīng)，提高電源質(zhì)量，加去藕電容，加鉗位二極管。4、多電源系統(tǒng)中，CMOS電路的電源先開后關(guān)。退出下頁上頁使用CMOS電路的注意事項(xiàng)：2、有562.4.2CMOS電路與TTL電路的連接1.TTL電路驅(qū)動(dòng)CMOS電路2.CMOS電路驅(qū)動(dòng)TTL電路

上頁下頁退出2.4.2CMOS電路與TTL電路的連接2.CMOS電路57本章小結(jié)1.半導(dǎo)體二極管、三極管和MOS管，是數(shù)字電路中的基本開關(guān)元件。半導(dǎo)體二極管是不可控的；半導(dǎo)體三極管是用電流控制且具有放大特性的開關(guān)元件；MOS管是用電壓進(jìn)行控制的，也具有放大持性。2.目前普遍使用的數(shù)字集成電路基本上有兩大類：一類是雙極型數(shù)字集成電路，TTL、HTL、IL、ECT都屬于此類電路；另一類是金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)數(shù)字集成電路。3.在雙極型數(shù)字集成電路中，TTL與非門電路在工業(yè)控制上應(yīng)用廣泛，是本章介紹的重點(diǎn)內(nèi)容之一。4.在MOS數(shù)字集成電路中，CMOS電路是重點(diǎn)。由于MOS管具有功耗小，輸入阻抗高、集成度高等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字系統(tǒng)中逐漸被廣泛采用。本章小結(jié)1.半導(dǎo)體二極管58課后作業(yè)2.2試判斷圖題2.2所示TTL電路能否按各圖要求邏輯關(guān)系正常工作？若電路的接法有錯(cuò)，則修改電路。2.4圖題2.4均為TTL門電路。(1)寫出Y1、Y2、Y3、Y4的邏輯表達(dá)式。(2)若已知A、B、C的波形，分別畫出Y1~Y4的波形。課后作業(yè)2.2試判斷圖題2.2所示TTL電路能否按各圖要求59樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。12月-2212月-22Thursday,December29,2022人生得意須盡歡，莫使金樽空對(duì)月。22:23:5622:23:5622:2312/29/202210:23:56PM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。12月-2222:23:5622:23Dec-2229-Dec-22加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。22:23:5622:23:5622:23Thursday,December29,2022安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。12月-2212月-2222:23:5622:23:56December29,2022踏實(shí)肯干，努力奮斗。2022年12月29日10:23下午12月-2212月-22追求至善憑技術(shù)開拓市場(chǎng)，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。29十二月202210:23:56下午22:23:5612月-22嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。十二月2210:23下午12月-2222:23December29,2022作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2022/1