分立元件門(mén)電路

一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.掌握門(mén)電路的根本概念；

2.理解二極管、三極管的的開(kāi)關(guān)特性；

3.了解用分立元件門(mén)電路實(shí)現(xiàn)邏輯門(mén)電路的方法;

二、問(wèn)題導(dǎo)入

1.問(wèn)題導(dǎo)入

1）電子開(kāi)關(guān)有何特點(diǎn)？

2；電子開(kāi)關(guān)與門(mén)電路的組成有何關(guān)系？

3）三種根本門(mén)電路功能有什么不同？

三、知識(shí)點(diǎn)

1、分立元件邏輯電路

1）門(mén)電路的根本概念：

（1）.能實(shí)現(xiàn)根本邏輯運(yùn)算和常用復(fù)合邏輯運(yùn)算的電子電路

稱(chēng)為門(mén)電路。

根本邏輯運(yùn)算門(mén)電路包括：

：:I

:與門(mén)：

；或門(mén)j

i非門(mén):

復(fù)合邏輯運(yùn)算門(mén)電路包括

;與非門(mén)

*

1或者非門(mén)

=與或者非門(mén)

I

:異或者門(mén)

(2).邏輯變量與電子開(kāi)關(guān)

二值邏輯:所有邏輯變量惟獨(dú)兩種取值(1或者0)。

在數(shù)字電路中，通過(guò)用電子開(kāi)關(guān)S的兩種狀態(tài)(開(kāi)或者關(guān))獲

得邏輯變量的兩種取值，并用電子開(kāi)關(guān)的高、低電平，表示邏輯

變量1或者0

W1S邏輯狀態(tài)

低電平斷開(kāi)高電平3V1

氐高電平閉臺(tái)低電平QV0

電子開(kāi)關(guān)s可由二極管、三極管或者M(jìn)OS管實(shí)

圖1電子開(kāi)關(guān)等效圖

(3).高、低電平與正、負(fù)邏輯

高電平和低電平是兩個(gè)截然不同的可以區(qū)別開(kāi)來(lái)的電

壓范圍。

正邏輯作負(fù)邏輯

V常用一0

圖2正負(fù)邏輯電平表示

(4),分立元件門(mén)電路和集成門(mén)電路的應(yīng)用

①分立元件門(mén)電路(目前不使用)

用分立的元器件和導(dǎo)線連接起來(lái)構(gòu)成的門(mén)電路。

②集成門(mén)電路

把構(gòu)成門(mén)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(lái)。

常用集成門(mén)電路：CMOS集成門(mén)電路、TTL集成門(mén)電路

(5).數(shù)字集成電路的集成度

一塊芯片中含有等效邏輯門(mén)或者元器件的個(gè)數(shù)

?小規(guī)模集成電躋SSIciu門(mén)/片或者<10U元器件/

:(SmalIScakTntegindoii)片

10T>9門(mén)/片

溫秸8幕赧電除曲祠&n)或者100-999元器件/片

大規(guī)模集成電路LSI:(L399門(mén)/片

"geSea]*ln(egmtluu)或者1000-99999元器件/月！

i超大規(guī)模集成電路>mnon『1/片

i房計(jì)算機(jī)中許第芯片就是

i(VieryLargeScaleVLSL如CPU

Integration)

2)電子開(kāi)關(guān)特性

U)理想開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)特性

靜態(tài)特性：①斷開(kāi)〃OFF=8,IOFF=<

②閉合：R=0,u=Q

ONAK

圖3理想開(kāi)關(guān)示意圖

動(dòng)態(tài)特性

①開(kāi)通時(shí)間：

（斷開(kāi)一閉合）Zott=0

②關(guān)斷時(shí)間：

（閉合一斷開(kāi)〉臨=0

普通開(kāi)關(guān)：靜態(tài)特性好，動(dòng)態(tài)特性差。如繼電器、接觸器半導(dǎo)體開(kāi)

關(guān)：靜態(tài)特性較差，動(dòng)態(tài)特性好。如二極管、三極管、CMOS管動(dòng)態(tài)

時(shí)間惟獨(dú)幾百萬(wàn)/秒或者幾千萬(wàn)/秒。

（2）二極管的開(kāi)關(guān)特性

圖4為二極管開(kāi)關(guān)電路,當(dāng)二極管截止時(shí)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，輸出為高

電平；當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)S閉合，輸出為

低電平。

圖4二極管開(kāi)關(guān)電路

(3),三極管的開(kāi)關(guān)特性

三極管開(kāi)關(guān)電路如圖5所示，在電路中，三極管充當(dāng)了開(kāi)關(guān)S。從

三極管的工作原理和特性可知，三極管可以工作在放大、截止、飽和三

種工作狀態(tài)。在開(kāi)關(guān)電路中，三極管工作在后兩種

工作狀態(tài)。

十公

9+12V

凡口2kQ

+

2=100u

」出0

Wo____________

圖5三極管的開(kāi)關(guān)電路

(a)u=U--2VHL

發(fā)射結(jié)反偏T截止

i,()i,0

BC

u,V=12V

occ

(b)〃=U=3V發(fā)射結(jié)正偏T導(dǎo)通

IIH

飽和導(dǎo)通條件：

V

i>I,CC-----

BBSp7?

C

u—"Qi，0.7V)

/——'---------------BEBE

BR

3—0.7

mA1mA

2.3

IV-u

==CC-CFS

BS甘R.p...........................................

c

12___mA=0.06mA

100X2-

因?yàn)?所以T飽和

u=U<().3V

OCES

(4)CMOS管的開(kāi)關(guān)特性

N溝道增強(qiáng)型MOS管的開(kāi)關(guān)特性如圖8所示。

(a)ViL=0時(shí)，D-S間不導(dǎo)通，MOS管截止，ROFF>106Q,開(kāi)關(guān)斷

開(kāi)。

(b)加之足夠高的+%H,且〉VT,D-S間形成N型導(dǎo)電溝道，MOS

管導(dǎo)通，ROFFVIKQ,開(kāi)關(guān)接通。D-S間相當(dāng)于是一個(gè)受％控制的開(kāi)關(guān)

圖6溝道增強(qiáng)型MOS管開(kāi)關(guān)狀態(tài)

P溝道增強(qiáng)型MOS管的開(kāi)關(guān)特性如圖7所示。

(a)%H=VDD時(shí).，％s=0,S-D間不導(dǎo)通，MOS管截止。

(b)=。時(shí)，VGS=-VDD,且VDD>IVTI,S-D間形成P型導(dǎo)電溝

道，MOS管導(dǎo)通，S-D之間也構(gòu)成一個(gè)受Vi控制的開(kāi)關(guān)。

■DDDD—DD-DD

++

+G

S/匕L=OV~?M

匕尸DDI二

1-DDD

（a）截止?fàn)顟B(tài)（公=0）（b）導(dǎo)通狀態(tài)

圖7P溝道增強(qiáng)型MOS管開(kāi)關(guān)狀態(tài)

3）分立元件門(mén)電路

（1）二極管與門(mén)

二極管與門(mén)電路如圖跖）所示，圖8b）是與門(mén)的邏輯符號(hào)。

VDz

Bo.

圖8與門(mén)電路圖和符

真值表

電壓關(guān)系表

D]D2W、/V

00導(dǎo)通導(dǎo)通0.7

03導(dǎo)通截止0.7

30截止「通0.7

33導(dǎo)通導(dǎo)通3.7

函數(shù)式：

Y=AB

(2)二極管或者門(mén)

二極管或者門(mén)電路如圖9a)所示，邏輯符號(hào)如圖9b)。

圖9或者門(mén)電路圖和符號(hào)

真值表電壓關(guān)系表

財(cái)V

?A/VD]D2kN

???????????導(dǎo)通導(dǎo)通截-0.7

03止導(dǎo)通23

30導(dǎo)通截止2.3

33IS

函數(shù)式:

正邏輯和負(fù)邏輯的對(duì)應(yīng)關(guān)系：

正與門(mén)真值表負(fù)或者門(mén)真值

001

lo0

即：正與門(mén)