第10章邏輯門(mén)電路主要內(nèi)容10.1半導(dǎo)體二極管門(mén)電路

10.2半導(dǎo)體三極管門(mén)電路

10.3TTL反相器10.6三態(tài)輸出門(mén)門(mén)電路：實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算和復(fù)合邏輯運(yùn)算的單元電路。10.1半導(dǎo)體二極管門(mén)電路

1.二極管的開(kāi)關(guān)作用10.1.1二極管的開(kāi)關(guān)特性（1）加正向電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，管壓降VON很小。二極管可近似成一個(gè)閉合的開(kāi)關(guān)。FFRVLIRLFFVI（2）加反向電壓

時(shí)，二極管截止，IS電流近似為0。二極管相當(dāng)于一個(gè)斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)。RLRSVILVRR條件：外加電源電壓較低而外加電阻較大時(shí)，這種近似是合理的。2.二極管的動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)特性輸入信號(hào)是脈沖信號(hào)時(shí)DLRi：反向恢復(fù)時(shí)間存儲(chǔ)電荷消散所需要的時(shí)間。開(kāi)關(guān)時(shí)間：二極管正向?qū)ㄐ枰獣r(shí)間-開(kāi)通時(shí)間很短，影響二極管開(kāi)關(guān)時(shí)間的主要是反向恢復(fù)時(shí)間。+-X濃度分布耗盡層NP空穴電子濃度分布：反向恢復(fù)時(shí)間存儲(chǔ)電荷消散所需要的時(shí)間。10.1.2二極管門(mén)電路BVAYDDR(5V)CC12VBVYVA

0.7V

0V0V

0V3V

0.7V

3V0V

3V3V

0.7V

3.7V

高電平(2-5V)代表1；低電平(0-0.8V)代表0。設(shè)VIH=3V,VIL=0VBYA

00001

0

10

11

0

1

1．二極管與門(mén)電壓關(guān)系表VBVYVA

0V

0V0V

0V3V

2.3V

3V0V

3V3V

2.3V

2.3V

2．二極管或門(mén)YABDD21RBYA

00001

110

11

1

1

缺點(diǎn)：(1).電平偏移；

(2).負(fù)載能力差。VDDR(5V)CC120V5VVDDR(5V)CC120.7V1.4VY二極管與門(mén)和或門(mén)電路的缺點(diǎn)：(1）在多個(gè)門(mén)串接時(shí)，會(huì)出現(xiàn)低電平偏離標(biāo)準(zhǔn)值.（2）負(fù)載能力差.一般用作保護(hù)電路、鉗位電路，或作邏輯電路的輸入級(jí)5V二極管“與”門(mén)電路0V0V0V0V0V3V+U12VRDADCABYDBC3V3V3V0V00000010101011001000011001001111ABYC“與”門(mén)邏輯狀態(tài)表0V3V理想二極管二極管“或”門(mén)電路0V0V0V0V0V3V3V3V3V0V00000011101111011001011101011111ABYC“或”門(mén)邏輯狀態(tài)表3V3V-U-12VRDADCABYDBC理想二極管10.2半導(dǎo)體三極管門(mén)電路10.2.1三極管的開(kāi)關(guān)特性1．三極管的開(kāi)關(guān)作用1）截止?fàn)顟B(tài)：VBE<VONIB=0，vCE≈VCC，對(duì)應(yīng)圖中的A點(diǎn)。

C、E間相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)若增加vI，則IB↑，IC↑，VCE↓，工作點(diǎn)沿著負(fù)載線(xiàn)由A點(diǎn)→B點(diǎn)→C點(diǎn)向上移動(dòng)。在此期間，三極管工作在放大區(qū):

（2）放大狀態(tài)：VBE>VON三極管導(dǎo)通

發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏I(xiàn)C＝βIB

繼續(xù)增加vI，IB會(huì)繼續(xù)增加，VCE<VBE＝0.7V，集電結(jié)正偏，三極管進(jìn)入飽和狀態(tài)。IC≈ICS基本不變，VCE＝VCES≤0.3V。工作在飽和狀態(tài)時(shí)：IB＞IBS

發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏。

（3）飽和狀態(tài)：繼續(xù)增加vI，當(dāng)VCE＝VBE＝0.7V時(shí)，集電結(jié)變?yōu)榱闫?，稱(chēng)為臨界飽和狀態(tài)，對(duì)應(yīng)C點(diǎn)。此時(shí)的集電極電流為ICS，基極電流為IBS。集電極臨界飽和電流基極臨界飽和電流臨界飽和C、E間相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合近似的等效電路管壓降集電極電流偏值情況電流判斷條件放大截止開(kāi)關(guān)作用工作狀態(tài)飽和

三種工作狀態(tài)比較發(fā)射結(jié)電壓＜死區(qū)電壓發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)正偏C、E間相當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)C、E間相當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合2．三極管的動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)特性1）開(kāi)啟時(shí)間延遲時(shí)間

上升時(shí)間

關(guān)閉時(shí)間

2）存儲(chǔ)時(shí)間下降時(shí)間

是決定三極管開(kāi)關(guān)特性的主要參數(shù)

提高開(kāi)關(guān)速度，通常要減輕三極管的飽和深度。(T過(guò)飽和)10.2.2三極管反相器【例】在如圖所示的反相器電路中，若三極管導(dǎo)通時(shí)VBE=0.7V,飽和壓降VCE=0.3V.β=30，VIH=5V,VIL=0V（1）計(jì)算并說(shuō)明電路參數(shù)的設(shè)計(jì)是否合理。（2）試說(shuō)明電路中哪些參數(shù)影響三極管是否飽和？當(dāng)VI=VIL=0時(shí)：三極管截止，VO=VCC=5V解：（1）

根據(jù)飽和條件IB＞IBS解題.當(dāng)VI=VIH=5V時(shí)：三極管導(dǎo)通

IB>IBS三極管飽和，VO=VCES=0.3V電路實(shí)現(xiàn)了反相器功能，電路參數(shù)設(shè)計(jì)合理10.2.2三極管反相器【例】在如圖所示的反相器電路中，若三極管導(dǎo)通時(shí)VBE=0.7V,飽和壓降VCE=0.3V.β=30，VIH=5V,VIL=0V（2）試說(shuō)明電路中哪些參數(shù)影響三極管是否飽和？電流判斷條件是IB＞IBS則有解（2）在輸入電壓VIH和電源電壓VCC一定時(shí)，RB越小，RC越大，β越大，三極管越易于飽和10.3TTL反相器TTL-Transistor-TransistorLogic三極管—三極管邏輯(電路)小規(guī)模集成電路——SSI：元件為10～100個(gè)。中規(guī)模集成電路——MSI：元件為102～103個(gè)。大規(guī)模集成電路——LSI：元件為103～104個(gè)。超大規(guī)模集成電路——VLSI：元件為一萬(wàn)個(gè)以上。集成度(5-VTTL:0-0.8V輸入低電平2-5V輸入高電平)TTL集成門(mén)屬于小規(guī)模集成電路

章首10.3.1TTL反相器電路結(jié)構(gòu)及原理1．反相器的工作原理反相器邏輯關(guān)系：輸入高電平時(shí)，輸出為低電平；輸入低電平時(shí)，輸出為高電平。章首（1）輸入為高電平3.6V時(shí)T2T5均飽和導(dǎo)通工作原理分析：3.6T1集電結(jié)導(dǎo)通（T1是雙向結(jié)構(gòu)）2.10.71.41.00.2T1發(fā)射結(jié)反相偏置T4D2截止由于T2飽和導(dǎo)通，VC2=1V由于T5飽和導(dǎo)通，VO=0.2V實(shí)現(xiàn)了輸入為高電平時(shí)輸出低電平章首（2）輸入為低電平0.2V時(shí)工作原理分析：0.2T1發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，VB1=0.9V0.95.03.6T2T5均截止T4D2導(dǎo)通VB4=5VVO=3.6V實(shí)現(xiàn)了輸入為低電平時(shí)輸出高電平忽略R2上的電流（很?。└鶕?jù)上述分析，該電路可實(shí)現(xiàn)反相器功能2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：推拉式（push-pull）輸出電路，既T4T5輪流工作;D2電平偏移作用.章首10.3.2TTL反相器的電壓傳輸特性和抗干擾能力章首1）AB段（截止區(qū)）0V<VI<0.6V

電壓傳輸特性曲線(xiàn)T5飽和0.7V<VB1<1.3VT1深飽和?（VCES1=0.1V)2）BC段（線(xiàn)性區(qū)）0.6V<VI<1.3V1.3V<VB1<2.0VT2放大區(qū)3）CD段（轉(zhuǎn)折區(qū)）

1.3V<VI<1.4V2.0V<VB1<2.1V4）DE段（飽和區(qū)）T5截止閾值電壓VTH=1.4V章首10.3.3反相器的靜態(tài)輸入特性、輸出特性和負(fù)載能力1．反相器的輸入特性（1）輸入低電平的電流

VIL=0.2VIILIIS=?1mA輸入短路電流IIS（2）輸入高電平的電流IIH<40uAIIHVI=-0.5V以后

D1保護(hù)管導(dǎo)通，電流不流經(jīng)內(nèi)部電路。

章首2．反相器的輸入端負(fù)載特性1）關(guān)門(mén)電阻：當(dāng)時(shí)T1正向?qū)ǎ═2T5截止）有:RP<0.7K相當(dāng)于輸入VIL2）開(kāi)門(mén)電阻：當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)T2T5均導(dǎo)通，輸出為低電平RP>2K相當(dāng)于輸入VIH[例]

下圖中，已知ROFF

700

，RON

2k

，試對(duì)應(yīng)輸入波形定性畫(huà)出TTL與非門(mén)的輸出波形。(a)(b)tA0.3V3.6VO不同TTL系列，RON、

ROFF不同。相應(yīng)輸入端相當(dāng)于輸入低電平，也即相當(dāng)于輸入邏輯0。邏輯0因此Ya輸出恒為高電平UOH。相應(yīng)輸入端相當(dāng)于輸入高電平，也即相當(dāng)于輸入邏輯1。邏輯1因此，可畫(huà)出波形如圖所示。YbtOYatUOHO解：圖(a)中，RI=300

<ROFF

700

圖(b)中，RI=5.1k

>RON

2k

章首3．反相器的輸出特性1）輸出為高電平時(shí)的輸出特性VOH(min)=2.4V考慮功率損耗限制2.4V0.4mA章首3．反相器的輸出特性2）輸出為低電平時(shí)的輸出特性VOL(max)=0.4V0.4V16mA10.6三態(tài)輸出門(mén)（TS門(mén)）（Tri-Statelogic）

1）三態(tài)輸出門(mén)的電路結(jié)構(gòu)及工作原理

備注ENY01AB1111000001XXZY=(AB)′高阻態(tài)一.EN=0.2V時(shí)

P=3.6V

3.60.2二.EN=3.6V時(shí)

P=0.2V

3.60.2

Y=(AB)′Y=Z（高阻態(tài)）D導(dǎo)通VB4=0.9V相當(dāng)于兩輸入端與非門(mén)T4D2T5均截止VB1=0.9V0.9V0.9V低電平有效的三態(tài)門(mén)

高電平有效的三態(tài)門(mén)

多余輸入端的處理與門(mén)和與非門(mén)的多余輸入端接邏輯