数字电子技术基础第二章门电路课件.ppt

1、PN高电平：高电平：VIH=VCC低电平：低电平：VIL=0 )(CECVfi 只要参数合理：只要参数合理：VI=VIL时，时，T截止，截止，VO=VOHVI=VIH时，时，T导通，导通，VO=VOL。近似为截止，则设001CBONBEILIiiTVVVV,)(IOVOCBICBCCCCCCCEOCBCBONIBBONIVVAViiVRiVRiVVVRiiRVViiVV三极管工作在放大区所以。于是得到流过并有对应的产生有后，上升至当,)(2。态三极管工作在深饱和状。时，上压降接近于当继续下降。继续上升，继续上升，当003)()(satCEOLOOCCCOBIVVVVVRViV说明：说明：1.左

2、图为增强型绝缘栅型场效应管左图为增强型绝缘栅型场效应管;2.通常情况下通常情况下,出厂时已经将衬底和出厂时已经将衬底和 源极连在一起了源极连在一起了;3.双极型三极管是流控型器件双极型三极管是流控型器件;MOS 管是压控型器件管是压控型器件,即即VGSiD；4.输入电流总为输入电流总为0，因为，因为G和和S之间是之间是 绝缘的；绝缘的；5.输出特性曲线。输出特性曲线。S(Source)：源极：源极G(Gate)：栅极栅极D(Drain)：漏极漏极B(Substrate):衬底衬底金属层氧化物层半导体层PN结特性曲线特性曲线（分三个区域）（分三个区域）:截止区截止区 恒流区恒流区 可变电阻区可变

3、电阻区控制的开关。间相当于一个受管所以导通继续增大当进入恒流区，放大状态当截止当IOLOONGSGSDDOHOOFFGSONOFFVSDMOSVVKRTVTVthVVVVRTVthVKRR01,101,1099设设VCC=5V加到加到A,B的的 VIH=3V VIL=0V二极管导通时二极管导通时 VDF=0.7V规定规定3V以上为以上为10.7V以下为以下为0设设VCC=5V加到加到A,B的的 VIH=3V VIL=0V二极管导通时二极管导通时 VDF=0.7V规定规定2.3V以上为以上为10V以下为以下为0VI=VIL时，时，T截止，截止，VO=VOHVI=VIH时，时，T导通，导通，VO=

4、VOL参数合理？参数合理？5V-8V3.3K10K1K =20VCE(sat)=0.1VVIH=5VVIL=0V3.33.1385.2/12121IIEEIIBBVVRRRVVVVKRRRVVVViTVVVVCCOHOCBILI0500233313800.,.截止，所以时，mARVViVVTVVVVVBBEBBBEBIHI44.0,7.08.13.33.138555则得：导通所以时，VsatVVTiimARsatVVIIICEOBSBCCECCCSBSBS0250)(,.)(饱和，故为：深度饱和时VVPNVVVVVVONILIHCC7020435.结导通压降)1()0(2.0YVVAVVVOH

5、OILI)0()1(4.3YVVAVVVOLOIHIVVVILI2.0VVVVVDBECCO4.32.024VVVILI4.3VVVCESO2.05OIIDBERCCOHBIVVTTTVVVBCVVVVVVTTTTVVVVAB导通，截止，导通且工作在放大区段：线性区导通截止，导通，段：截止区452242452113170433160,.,.,.OLOOIOLOBTHIVVVVDEVVTTTVVVVVCD不变，而继续段：饱和区迅速所以截止，同时导通，所以段：转折区012414521,.,.OL(max)IL(max)NLIH(min)OH(min)NHVVVVVVV0.4VV0.4VNLNH输入

6、电压和输入电流之间的关系曲线输入电压和输入电流之间的关系曲线vI两个重要参数两个重要参数：(1)当当VI=VI L=0.2V时时 iI=(VCC VBE1 0.2)/R1=(5 0.7 0.2)/4 1mA 负号表示电流从输入端流出。特殊地，当负号表示电流从输入端流出。特殊地，当VI=0V 时，时，称输入短路电流称输入短路电流IIS，约为约为 1mA。(2)当当VI=VI H=3.4V时时 当输入为高电平时，当输入为高电平时，VT1的发射结反偏，集电结的发射结反偏，集电结正偏，处于倒置工作状态，倒置工作的三极管电流正偏，处于倒置工作状态，倒置工作的三极管电流放大系数放大系数反反很小很小(约在约

7、在0.01以下以下)，所以，所以 iI=IIH=反反 iB2称高电平输入电流称高电平输入电流IIH，约约40A左右，左右，五、输出特性五、输出特性 指输出电压与输出电流之间的关系曲线。指输出电压与输出电流之间的关系曲线。a.输出高电平时的输出特性输出高电平时的输出特性负载电流负载电流iL不可过大，否则输出高电平会降低。不可过大，否则输出高电平会降低。（a）电路 （b）输出高电平时的输出特性拉电流负载负载电流负载电流iL不可过大，否则输出低电平会升高。不可过大，否则输出低电平会升高。b.输出低电平时的输出特性输出低电平时的输出特性灌电流负载（a）电路 （b）特性曲线（a）测试电路 （b）输入负载

8、特性曲线 TTL反相器的输入端对地接上电阻反相器的输入端对地接上电阻RI 时，时，vI随随RI 的变化而变化的关系曲线。的变化而变化的关系曲线。六、输入端负载特性六、输入端负载特性vIvI在一定范围内，vI随RI的增大而升高。但当输入电压vI达到1.4V以后，vB1=2.1V，RI增大，由于vB1不变，故vI=1.4V也不变。这时VT2和VT4饱和导通，输出为低电平。虚框内为虚框内为TTLTTL反相器的部分内部电路反相器的部分内部电路 vIvOvIRI 不大不小时，工作在线性区或转折区。不大不小时，工作在线性区或转折区。RI 较小时，关门，输出高电平；较小时，关门，输出高电平；RI 较大时，开

9、门，输出低电平；较大时，开门，输出低电平；ROFFRONRI 悬空时？vI(1)关门电阻关门电阻ROFF 在保证门电路输出为在保证门电路输出为额定高电平的条件下，所允许额定高电平的条件下，所允许RI 的最大值称为关的最大值称为关门电阻。典型的门电阻。典型的TTL门电路门电路ROFF 0.7k。(2)开门电阻开门电阻RON 在保证门电路输出为额在保证门电路输出为额定低电平的条件下，所允许定低电平的条件下，所允许RI 的最小值称为开门的最小值称为开门电阻。典型的电阻。典型的TTL门电路门电路RON 3k。数字电路中要求输入负载电阻数字电路中要求输入负载电阻RI RON或或RI ROFF，否则输入信

10、号将不在高低电平范围内。，否则输入信号将不在高低电平范围内。012190205241451OLOBOHOBVVTTTVVBAVVTTVVVBABA导通，和截止，同为高电平时，和当导通，截止，时，有一个为和当由多发射极三极管实现,.,.OHOOLOVVTTBAVVTTBATT导通截止，才有同为、只有截止导通，均使任何一个为、所以的输出并联和因为路两个完全一样的输入电454522013.3.与或非门与或非门55,;,0LCCLCCOLOCCCCCCR VR VATVATVVVV工作时需要外接只要取值合适，定可使为高时，饱和为低时，截止（可以不等于）；)()()(CDABCDABYYYYYYY212

11、1所以才为高，即为低，只有两者同高有一个低，、因为)(,ZVVOHOL，高阻输出有三个状态：(1)0,1,()(2)1,0,ENPDYABENPDYZ截止，为“工作状态”导通，为“高阻状态”1位总线，且总线是分时复用分时复用的)()(mwPnstdppdthPthGSNthGSVVV)()(TNTPTPTNDDODDINPNPPTHGSDDINTHGSOLOPNPTHGSDDIDDOHONPNTHGSIVVVVTTTTVVVVBCVVTTVVVCDVVVTTVVAB2121,0)()()()(时，参数完全对称，若同时导通段：截止导通，段：截止导通，段：TPTN特点特点：a.不同的不同的VDD(

12、VGS)，TN管呈现的内管呈现的内 阻不同，阻不同，VDD越大，内阻越小；越大，内阻越小；b.输出相同的低电平时，输出相同的低电平时，VDD越大，越大，可以接受的灌电流越大。可以接受的灌电流越大。OHDDV=V-管压降OHDI=-i特点特点CC4000系列的系列的CMOS门电路：门电路：当当VDD=5V时时:VOL=0.05VDD=0.25V0VVOH=0.95VDD=4.75V5V CMOS门电路和门电路和TTL门电路相比，输门电路相比，输出的高电平更高，低电平更低。出的高电平更高，低电平更低。除反相器外，常用的除反相器外，常用的CMOS门电门电路还有与非门、或非门、与或非门、路还有与非门、

13、或非门、与或非门、异或门、与门和或门等。异或门、与门和或门等。A=B=0时，时，T2、T4截截止，止，T1、T3导通，导通，Y=1；A=0,B=1时，时，T2截止，截止，T1导通，导通，Y=1；A=1,B=0时，时，T4截止，截止，T3导通，导通，Y=1；A=B=1时时，T2、T4导导通，通，T1、T3截止，截止，Y=0；Y=ABb.b.或非门或非门 A、B中只要有一个中只要有一个为为1，下半部通，上半部，下半部通，上半部截止，输出即为截止，输出即为Y=0；A、B全为全为0时，下时，下半部截止，上半部全通，半部截止，上半部全通，输出输出Y=1。Y=A+B1.1.其它类型的其它类型的CMOSCM

14、OS反相器反相器 刚才介绍的与非门和或非门电路结构简单，刚才介绍的与非门和或非门电路结构简单，但存在缺陷，当输入输出状态不同时，呈现的输但存在缺陷，当输入输出状态不同时，呈现的输出电阻可能不同，以与非门为例出电阻可能不同，以与非门为例:A=B=1,Y=0;灌电流流过两个灌电流流过两个Ron的串联，的串联，Ro=2Ron；A=B=0,Y=1;拉电流流过两个拉电流流过两个Ron的并联，的并联，Ro=0.5Ron；A=1,B=0,Y=1;拉电流流过拉电流流过T3的的Ron，Ro=Ron；A=0,B=1,Y=1;拉电流流过拉电流流过T1的的Ron，Ro=Ron；当为当为3输入、输入、4输入与非门时，输

15、出电阻相差输入与非门时，输出电阻相差会更大会更大(A=B=C=D=1时，时，Ro=4Ron)。解决缺陷的方法解决缺陷的方法：在输入端和输出端各增加：在输入端和输出端各增加一级反相器。一级反相器。a.a.带缓冲级的与非门带缓冲级的与非门ABA+BA+BA+B=AB 加上反相器后，无论有几个输入端，输加上反相器后，无论有几个输入端，输出端无论是高电平还是低电平，输出电阻总出端无论是高电平还是低电平，输出电阻总是是Ro=Ron。b.b.带缓冲级的或非门带缓冲级的或非门ABABABAB=A+B3 3 OD门与门与TTL门电路的门电路的OC相对应，能相对应，能实现以下功能：实现以下功能：(1)能线与能线

16、与;(2)能实现电平转换，将能实现电平转换，将VDD转换为转换为VDD2;(3)能驱动较大电流。能驱动较大电流。4.4.CMOS传输门和双向模拟开关传输门和双向模拟开关TPTNb.N沟道管的衬底总连接至最低电平沟道管的衬底总连接至最低电平，P沟道管的沟道管的衬底总连接至最高电平；衬底总连接至最高电平；c.MOS管的漏极和源极结构对称，二者可以互换。管的漏极和源极结构对称，二者可以互换。N沟道管：接高电平端为沟道管：接高电平端为D，接低电平端为，接低电平端为S；d.P沟道管：接高电平端为沟道管：接高电平端为S，接低电平端为，接低电平端为 D；对电路的说明对电路的说明：a.T1:P衬底衬底N沟道，

17、为沟道，为N沟道沟道MOS管管TN；T2:N衬底衬底 P沟道，为沟道，为P沟道沟道MOS管管TP；CMOS传输门的逻辑符号传输门的逻辑符号工作原理：工作原理：(假定左端输入，右端输出；且假定左端输入，右端输出；且 )IDD0VvTPTNDSDSTN:右端接地为右端接地为S，左端接左端接vI为为D；TP:右端接地为右端接地为D，左端接左端接vI为为S；讨论：讨论：a.当当C=0,C=1时，时，b.TN:VGS=0,无沟道，无沟道，c.TP:VGS0,仍无沟仍无沟道道;即当即当C=0,C=1时，时，vI和和vO间电阻非常大，间电阻非常大，vI和和vO之间是不通的之间是不通的,vO基基本为本为0。T

18、PTNDSDSVth0VDD-VthVDDTP通 TN通 讨论讨论:b.当当C=0,C=1时时IDDDDINP0V TVV T thvv有沟道而导通有沟道而导通4.4.CMOS传输门和双向模拟开关传输门和双向模拟开关 具体应用时，为方便起见，使用一个反相器，具体应用时，为方便起见，使用一个反相器，使两个控制端变成一个，如下图：使两个控制端变成一个，如下图：总结：总结：(1)当当C=0时，传输门不通时，传输门不通(相当于开关断开相当于开关断开)，C=1时，传输门导通时，传输门导通(相当于开关闭合相当于开关闭合)；(2)C=1时，传输门输入时，传输门输入vI连续变化时，输出连续变化时，输出vo也连

19、续变化，因此也称之为模拟开关；也连续变化，因此也称之为模拟开关；(3)传输门可以双向传输，既可以左入右出，传输门可以双向传输，既可以左入右出，也可以右入左出。也可以右入左出。CMOSCMOS三态门和三态门和TTLTTL三态门电路的功能完全相同，三态门电路的功能完全相同，有三种输出状态：高电平、低电平和高阻态。有三种输出状态：高电平、低电平和高阻态。12EN0TTY A当时，通，通，=12EN1TT 当时，截止，截止输出为高阻。逻辑符号：逻辑符号：第一种结构：第一种结构：第二种结构：第二种结构：EN0当时，传输门通，时，传输门通，不影响信号传输，不影响信号传输，；Y=AEN1当时，传输门不通，时，传输门不通，输出为高阻。输出为高阻。此三态门的应用和此三态门的应用和TTL门电路的三态门相同。门电路的三态门相同。