電子技術(shù)基礎

2.1半導體器件的開關特性2.2分立元件門電路2.3TTL集成門電路2.4CMOS集成門電路退出第2章邏輯門電路獲得高、低電平的基本方法：利用半導體開關元件的導通、截止（即開、關）兩種工作狀態(tài)。邏輯0和1：電子電路中用高、低電平來表示。2.1半導體器件的開關特性1、二極管的開關特性邏輯門電路：用以實現(xiàn)基本和常用邏輯運算的電子電路。簡稱門電路。基本和常用門電路有與門、或門、非門（反相器）、與非門、或非門、與或非門和異或門等。二極管符號：正極負極＋uD－uououi＝0V時，二極管截止，如同開關斷開，uo＝0V。ui＝5V時，二極管導通，如同0.7V的電壓源，uo＝4.3V。二極管的反向恢復時間限制了二極管的開關速度。Ui<0.5V時，二極管截止，iD=0。Ui>0.5V時，二極管導通。2、三極管的開關特性＋－RbRc+VCCbce＋－截止狀態(tài)飽和狀態(tài)iB≥IBSui=UIL<0.5Vuo=+VCCui=UIHuo=0.3V＋－RbRc+VCCbce＋－＋＋－－0.7V0.3V飽和區(qū)截止區(qū)放大區(qū)②ui=0.3V時，因為uBE<0.5V，iB=0，三極管工作在截止狀態(tài)，ic=0。因為ic=0，所以輸出電壓：①ui=1V時，三極管導通，基極電流：因為0<iB<IBS，三極管工作在放大狀態(tài)。iC=βiB=50×0.03=1.5mA，輸出電壓：三極管臨界飽和時的基極電流：uo=uCE=UCC-iCRc=5-1.5×1=3.5Vuo=VCC=5V③ui＝3V時，三極管導通，基極電流：而因為iB>IBS，三極管工作在飽和狀態(tài)。輸出電壓：uo＝UCES＝0.3V3、場效應管的開關特性工作原理電路轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線uiuiGDSRD+VDDGDSRD+VDDGDSRD+VDD截止狀態(tài)ui<UTuo=+VDD導通狀態(tài)ui>UTuo≈02.2分立元件門電路1、二極管與門Y=AB2、二極管或門Y=A+B3、三極管非門①uA＝0V時，三極管截止，iB＝0，iC＝0，輸出電壓uY＝VCC＝5V②uA＝5V時，三極管導通。基極電流為：iB＞IBS，三極管工作在飽和狀態(tài)。輸出電壓uY＝UCES＝0.3V。三極管臨界飽和時的基極電流為：①當uA＝0V時，由于uGS＝uA＝0V，小于開啟電壓UT，所以MOS管截止。輸出電壓為uY＝VDD＝10V。②當uA＝10V時，由于uGS＝uA＝10V，大于開啟電壓UT，所以MOS管導通，且工作在可變電阻區(qū)，導通電阻很小，只有幾百歐姆。輸出電壓為uY≈0V。2.3TTL集成門電路一、TTL與非門工作原理0.3V1.0V3.6VT2，T5截止1.有一個輸入端輸入低電平T4，D3導通2.1V3.6V3.6VT2飽和T5深度飽和0.7V1.0VT3，T4截止0.3V2.兩個輸入端都輸入高電平功能表真值表邏輯表達式輸入有低，輸出為高；輸入全高，輸出為低。74LS不00內(nèi)含海4個傻2輸嗽入與俱非門湯，7掙4LS奧20內(nèi)含健2個和4輸未入與受非門竭。2、TT諸L非門喪、或找非門碗、與嚷或非傅門、命與門漂、或泊門及鬼異或哭門①A=軟0時，T2、T5截止揮，T3、T4導通優(yōu)，Y=亮1。②A=爬1時，T2、T5導通抓，T3、T4截止作，Y=秤0。TT戰(zhàn)L非門①A、踢B中只銀要有距一個舉為1啟，即渴高電盡平，宿如A＝1益，則iB1就會止經(jīng)過T1集電悉結(jié)流倘入T2基極霜，使T2、T5飽和盤導通境，輸院出為鎖低電柿平，企即Y＝0工。②A＝B＝0時，iB1、i'B1均分燙別流垂入T1、T'1發(fā)射應極，搞使T2、T'2、T5均截習止，T3、T4導通素，輸專出為辮高電為平，旦即Y＝1鵲。TT劃L或非寄門①A和B都為墳高電叛平（T2導通川）、貿(mào)或C和D都為判高電丑平（T‘2導通伴）時熄，T5飽和帝導通塌、T4截止慘，輸盞出Y=0帝。②A和B不全鄰為高剝電平買、并吊且C和D也不違全為白高電態(tài)平（T2和T‘2同時凳截止艙）時關，T5截止室、T4飽和程導通眾，輸蜓出Y=1危。TT災L與或衰非門二、TT抽L電路卸的特稻性和發(fā)參數(shù)抗干莖擾能墳力(1葛)輸寧出高睬電平VOH典型只值：賴3.夫6VVOH膠(m亞in祥)=2花.4匆V(2鹽)輸出散低電庸平VOL典型錄值：攔0.夸3VVOL辰(m孩ax懼)=0乒.4煉V(3刪)輸入燙高電沿平VIHVIH營(m嫁in催)=VON=2領.0慘V保證禁輸出罩為低服電平蠻的最杠小輸乓入高漁電平(4自)輸入臂低電輩平VILVIL獄(m田ax未)=VOF品F=0牽.8懼V保證沙輸出助為高共電平型的最蓬大輸輕入低達電平(5聲)噪端聲容熱限VNH=VOH澤(m街in咐)–VONVNL=VOF陡F–VOL拆(m補ax放)2.嬸帶圈負載彩能力(1蘇)輸逮入低摘電平嬸電流IIL典型微值1漂.6mA(2范)輸入慮高電新平電憐流IIH典型靠值4催0uA(3遠)輸隨出低捕電平心電流IOL帶灌川電流程負載齒能力霸__玩_典技型值果16mAIOL飽(m押ax逆)是指而輸出離低電校平達密到0移.4V的最慢大輸擔出電肯流T4截止T5飽和IOL=IC5(4小)輸急出高禁電平央電流IOH帶拉電掌流負綱載能從力_糧__逼典型因值0暖.4mAIOH附(m下ax夾)是指嚼輸出呈高電銹平達販到2俗.4V的最丹大輸狂出電渴流IOH=IE4(5選)扇涼出系喚數(shù)NO門電夾路能岸夠驅(qū)辟動同而類門蹈電路絹的個形數(shù)NOH=IOH/IIHNOL=IOL/IILNO=m組in姐(NOH,NOL)3.謊平均鈔傳輸綱延遲悄時間tPdtPH簽L輸出允由高壘電平變?yōu)檗D(zhuǎn)低電辮平的庭時間tPL吩H輸出憑由低忙電平變?yōu)槌愿唠姍谄降膷彆r間tPd=(tPH裂L+tPL穴H)/擠24.毀功裕耗PCC=VCC×ICC(1晨)空閥載導億通功淹耗PON輸出悄為低向電平和時的庸功耗(2縣)空載樣導通隙功耗POF圍F輸出息為高單電平刷時的略功耗PON>蹤蝶POF從FTT裙L系列明集成馬電路①74：標攤準系兔列，消前面抖介紹雞的TT貪L門電投路都帳屬于障74于系列鹽，其幟典型化電路跳與非奶門的枯平均遮傳輸米時間tpd＝1盼0n蒜s，平均丟功耗P＝1描0m淚W。②74H：高速針系列雄，是茶在7惕4系重列基粉礎上棗改進私得到珍的，爬其典拉型電役路與售非門罪的平起均傳致輸時云間tpd＝6你ns忌，平均巾功耗P＝2法2m鐵W。③74S：肖特牽基系搖列，營是在偶74H系列傾基礎蹲上改傭進得憤到的望，其奸典型脫電路或與非厲門的阻平均具傳輸鹽時間tpd＝3段ns鞭，平均挨功耗P＝1飯9m瓣W。④74LS：低功沒耗肖坊特基耀系列庸，是櫻在7蜜4S系列再基礎慨上改遣進得告到的蹈，其誤典型猛電路于與非扭門的毛平均暫傳輸鉤時間tpd＝9副ns越，平均往功耗P＝2勝mW夜。7排4L偉S系列稱產(chǎn)品厲具有基最佳腔的綜榆合性綁能，已是TT出L集成佛電路中的主脊流，桂是應支用最胡廣的織系列悉。三、OC門及TS任L門？問題項的提儉出：為解詞決一箏般TT哭L與非揭門不宵能線感與而澤設計汁的。①A、慌B不全冤為1湖時，uB1=1隱V，結(jié)T2、T3截止?jié){，Y=瓣1。接入俱外接襖電阻R后：②A、倍B全為嗎1時妹，uB1=2奮.1臥V，棋T2、T3飽和銅導通咱，Y=青0。外接花電阻R的取拒值范父圍為殊：OC員門TS粉L門①E＝0時，鐘二極幟管D導通嘴，T1基極雅和T2基極扎均被薪鉗制針在低粥電平獵，因術(shù)而T2～T5均截員止，勸輸出顧端開拔路，蠻電路殼處于靈高阻后狀態(tài)恐。結(jié)論顏：電探路的違輸出顛有高膝阻態(tài)擁、高懲電平灑和低命電平龜3種熟狀態(tài)縣。②E＝1時，二極管D截止，TSL門的輸出狀態(tài)完全取決于輸入信號A的狀態(tài)，電路輸出與輸入的邏輯關系和一般反相器相同，即：Y=A，A＝0時Y＝1，為高電平；A＝1時Y＝0，為低電平。TS洋L門的彈應用堡：①作多路開關：E=0時，門G1使能，G2禁止，Y=A；E=1時，門G2使能，G1禁止，Y=B。②信號雙向傳輸：E=0時信號向右傳送，B=A；E=1時信號向左傳送，A=B。③構(gòu)維成數(shù)續(xù)據(jù)總暗線：埋讓各丟門的凈控制財端輪框流處挨于低向電平嘗，即肉任何咸時刻赤只讓內(nèi)一個TS摟L門處決于工涂作狀司態(tài)，亂而其訓余TS圖L門均憂處于冤高阻扭狀態(tài)脅，這槽樣總低線就乒會輪廉流接黑受各TS桑L門的叛輸出醬。2.者3CM沙OS集成襖門電置路1、CM吸OS非門（1鐘）uA＝0吉V時，TN截止血，TP導通疏。輸唱出電鐮壓uY＝VDD＝1肆0V超。（2繪）uA＝1伯0V時，TN導通，TP截止乓。輸貸出電譽壓uY＝0國V。2、CM否OS與非胞門、摧或非啊門、乳與門敲、或的門、林與或游非門性和異墨或門CM趣OS與非胃門①A、蘇B當中公有一巨個或哈全為霜低電輕平時韻，TN1、TN2中有削一個寬或全斜部截繳止，TP1、TP2中有川一個歲或全舉部導奪通，晃輸出Y為高前電平注。②只蟻有當其輸入A、甚B全為頸高電寇平時杯，TN1和TN2才會頓都導辜通，TP1和TP2才會吊都截吐止，艙輸出Y才會顆為低絨電平彎。CM惡OS或非冷門①只嶼要輸裝入A、噴B當中技有一鼻個或趕全為哈高電瓣平，TP1、TP2中有瞧一個盜或全革部截干止，TN1、TN2中有貍一個誓或全乏部導洗通，帝輸出Y為低遞電平掏。②只印有當A、騰B全為錄低電屯平時凈，TP1和TP2才會浴都導狠通，TN1和TN2才會吊都截誼止，俱輸出Y才會讀為高附電平相。與門Y=AB=AB或門Y=A+B=A+BCM符OS與或鬼非門CM軍OS異或碼門3、CM所OS蛇OD門、TS扔L門及殃傳輸葉門CM畢OS漏OD呢門CM溜OS林TS濾L門①E=1時，TP2、TN2均截止，Y與地和電源都斷開了，輸出端呈現(xiàn)為高阻態(tài)。②E=0時，TP2、TN2均導通，TP1、TN1構(gòu)成反相器。可見電路的輸出有高阻態(tài)、高電平和低電平3種狀態(tài)，是一種三態(tài)門。CM繞OS傳輸嗎門①C＝0、，即C端為低電平（0V）、端為高電平（＋VDD）時，TN和TP都不具備開啟條件而截止，輸入和輸出之間相當于開關斷開一樣。②C＝1、，即C端為高電平（＋VDD）、端為低電平（0V）時，TN和TP都具備了導通條件，輸入和輸出之間相當于開關接通一樣，uo＝ui。4、CM犁OS數(shù)字大電路依的特充點及斧使用調(diào)時的傘注意棍事項（1售）CM筋OS電路箏的工羊作速束度比TT佩L電路想的低束。（2杏）CM孤OS帶負騰載的俊能力奸比TT曠L電路寸強。（3憤）CM姥OS電路關的電揚源電腎壓允秋許范信圍較看大，憑約在繼3～許18V，抗干醒擾能屈力比TT油L電路芝強。（4才）CM懸OS電路主的功堪耗比TT蜓L電路達小得喘多。配門電旗路的譯功耗布只有延幾個μW翁，中規(guī)掌模集射成電制路的晶功耗差也不奏會超朽過1仰00μW駕。（5鋪）C省MO庫S集成來電路韻的集烈成度嶼比TT哨L電路疫高。（6沖）CM棋OS電路晉適合嘉于特腐殊環(huán)眼境下噸工作辟。（7太）CM男OS電路滋容易列受靜嚴電感丑應而液擊穿天，在支使用癢和存斥放時番應注舟意靜沉電屏承蔽，菠焊接磨時電忠烙鐵拔應接背地良缸好，鴿尤其姨是CM杰OS電路筋多余宏不用天的輸趁入端擊不能餐懸空發(fā)，應鞏根據(jù)毫需要都接地寫或接姜高電若平。CM稻OS數(shù)字繞電路爽的特遙點使用慎集成股電路貝時的璃注意客事項（1輔）對捐于各芹種集猾成電府路，鞋使用通時一澆定要速在推敲薦的筐工作凱條件吧范圍枯內(nèi)，蜜否則傻將導且致性浮能下滴降或趴損壞傅器件丑。（2蒙）數(shù)冰字集旅成電大路中促多余劈燕的輸達入端承在不位改變踐邏輯唉關系初的前趴提下堅可以恰并聯(lián)蚊起來保使用擾，也亮可根已據(jù)邏磨輯關鐵系的蒙要求吐接地使或接徑高電庭平。TT扛L電路歇多余臂的輸衡入端下懸空飾表示尺輸入比為高穩(wěn)電平貿(mào)；但CM川OS電路膽，多抓余的鉆輸入讓端不區(qū)允許錘懸空扛，否真則電軌路將鞠不能旱正常邪工作黃。（3棚）TT領L電路造和CM害OS電路