数字电子技术之门电路

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1、3V（1.8V以上）以上）0.3V（0.8V以下）以下）数字电路中，二极管、三极管工作在开关状态：数字电路中，二极管、三极管工作在开关状态： 正向导通时：导通电阻很小，两端相当于短路；正向导通时：导通电阻很小，两端相当于短路； 反向截止时：等效电阻很大，两端相当于开路。反向截止时：等效电阻很大，两端相当于开路。 当脉冲信号的频率很高时，开关状态的变化速度很快，当脉冲信号的频率很高时，开关状态的变化速度很快，每秒可达百万次，这就要求器件的每秒可达百万次，这就要求器件的开关转换速度开关转换速度要在微秒要在微秒甚至纳秒内完成。甚至纳秒内完成。 管子开关特性表现在正向导通和反向截止状态之管子开关特性表

2、现在正向导通和反向截止状态之 间的转换过程（即动态特性）：间的转换过程（即动态特性）： PN2.2.1二极管的开关特性：二极管的开关特性：高电平：高电平：VIH=VCC低电平：低电平：VIL=0 R导通导通截止截止S3V0VSRRD3V0V2.2.1二极管的开关特性：二极管的开关特性：2.2 .2 BJT的开关特性的开关特性1.三极管的基本开关电路三极管的基本开关电路只要参数合理：只要参数合理：VI=VIL时，时，T截止，截止，VO=VOH; VI=VIH时，时，T导通，导通，VO=VOL.3、三极管的开关等效电路、三极管的开关等效电路简化等效电路简化等效电路等效电路等效电路等效电路等效电路4

3、、动态开关特性、动态开关特性 从二极管已知，从二极管已知，PN结存在电容效应。结存在电容效应。在饱和与截止两个状在饱和与截止两个状态之间转换时，态之间转换时，iC的的变化将滞后于变化将滞后于VI，则，则VO的变化也滞后于的变化也滞后于VI。规定规定3V左右为左右为10V左右为左右为02.3.12.3.1二极管与门二极管与门设设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=0.7VABY=AB&2.3.2. 二极管或二极管或门门设设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.

4、3V2.3V以上为以上为1 10V左右为左右为0Y=A+BY=A+B A B 1 ABYVL VLVLVLVHVL1 11ABY1 00 10 00000ABY0 10 01 01 1111VL VHVH VLVH VH电平关系电平关系正逻辑正逻辑负逻辑负逻辑正与正与 = 负或负或正或正或 = 负与负与正与非正与非 = 负或非负或非正或非正或非 = 负与非负与非（与门）（与门）（或门）（或门）正逻辑正逻辑与与负逻辑负逻辑高电平高电平VH用逻辑用逻辑1表示，低电平表示，低电平VL用逻辑用逻辑0表示表示高电平高电平VH用逻辑用逻辑0表示，低电平表示，低电平VL用逻辑用逻辑1表示表示当输入为当输入为

5、逻辑逻辑0 0时时: : VCC Rc Y T Rb A 0 vcc1非逻辑真值表非逻辑真值表 012.3.3 三极管反相器三极管反相器当输入为逻辑当输入为逻辑1 1时时: : VCC Rc Y T Rb A 1 0.3v0非逻辑真值表非逻辑真值表 2.3.3 非门电路非门电路 三极管反相器三极管反相器01102.3.3、三极管反相器、三极管反相器 A 1 Y=A 非逻辑符号非逻辑符号只要电路参数合理只要电路参数合理，VI=VIL时，时，T截止，截止，VO=VOH。VI=VIH时，时，T饱和，饱和，VO=VOL双极型三极管输入双极型三极管输出的逻辑电路。双极型三极管输入双极型三极管输出的逻辑电

6、路。（Transister-Transister-Logic的缩写）的缩写）一、电路组成及工作原理一、电路组成及工作原理1. 1. 电路组成电路组成输入级输入级中间级中间级输出级输出级AY (b) A 1 2.0.2V0.9V3.6V（1）当输入为低电平）当输入为低电平 vI低电平低电平(0.2V)T1导通导通T2截止截止T3截止截止T4导通导通vO高电平高电平（3.6V）当输入为高电平（当输入为高电平（vI = 3.6 V） 3.6V 2.1V 4.3V 1.4V 0.2V vI全为高电平全为高电平(3.6V)T1倒置放大倒置放大T2导通导通T3导通导通T4截止截止vO低电平低电平0.2V）

7、VT 时，管子导通，时，管子导通，导通电阻很小，相当于开导通电阻很小，相当于开关闭合关闭合 。当当VGSVT 时，管子截止，时，管子截止，相当于开关断开；相当于开关断开； 同样，对同样，对P P沟道增强型沟道增强型MOSMOS管来说：管来说：当当| |VGS| | | | |VT| |时，管子导通，导通电阻很小，相当于开关闭合。时，管子导通，导通电阻很小，相当于开关闭合。1. CMOS反相器的工作原理反相器的工作原理2. CMOS反相器的特点反相器的特点3. CMOS反相器的传输特性反相器的传输特性4. CMOS反相器的工作速度反相器的工作速度VVVDDTNTP()图图2.6.1P-93AY

8、(b) A 1 电路结构电路结构 逻辑符号逻辑符号当当vI=0V时时 OFFOFFONDDHORRRVV VGS = 0 VTNT2管管截止截止；|VGSP|=VDDVTP 电路中电流近似为零（忽略电路中电流近似为零（忽略TN的截的截止漏电流）止漏电流）,VDD主要降落在主要降落在TN上，输出上，输出为高电平为高电平VOH。T1管管导通导通。VDD1. CMOS反相器的工作原理反相器的工作原理 令管子的导通等效电阻为令管子的导通等效电阻为RON，截，截止等效电阻为止等效电阻为ROFF,则有则有：AY (b) A 1 当当vI =VOH= VDD时时 ONOFFONDDLORRRVV AY 1.

9、 CMOS反相器的工作原理反相器的工作原理VGS =VDD VTNT2管管导通导通；|VGSP|= 0 VTP T1管管截止截止。 此时，此时，VDD主要降在主要降在T1管上，管上，输出为低电平输出为低电平VOL :AY 因而因而CMOS反相器的静态反相器的静态功耗极小（微瓦数量级）。功耗极小（微瓦数量级）。 T1和和T2只有一个是工作的，只有一个是工作的，AYAY (b) A 1 DDODDIPTHGSDDINTHGSOLOPTHGSDDIDDOHONTHGSIVVVVTTTTVVVVBCVVTTVVVCDVVVTTVVAB2121,02121)()(12)(21)( 时，时，参数完全对称，

10、参数完全对称，若若同时导通同时导通段：段：截止截止导通，导通，段：段：截止截止导通，导通，段：段：DDODDIPTHGSDDINTHGSOLOPTHGSDDIDDOHONTHGSIVVVVTTTTVVVVBCVVTTVVVCDVVVTTVVAB2121,02121)()(12)(21)( 时，时，参数完全对称，参数完全对称，若若同时导通同时导通段：段：截止截止导通，导通，段：段：截止截止导通，导通，段：段：DDODDIPTHGSDDINTHGSOLOPTHGSDDIDDOHONTHGSIVVVVTTTTVVVVBCVVTTVVVCDVVVTTVVAB2121,02121)()(12)(21)(

11、 时，时，参数完全对称，参数完全对称，若若同时导通同时导通段：段：截止截止导通，导通，段：段：截止截止导通，导通，段：段：DDODDIPTHGSDDINTHGSOLOPTHGSDDIDDOHONTHGSIVVVVTTTTVVVVBCVVTTVVVCDVVVTTVVAB2121,02121)()(12)(21)( 时，时，参数完全对称，参数完全对称，若若同时导通同时导通段：段：截止截止导通，导通，段：段：截止截止导通，导通，段：段：DDODDIPTHGSDDINTHGSOLOPTHGSDDIDDOHONTHGSIVVVVTTTTVVVVBCVVTTVVVCDVVVTTVVAB2121,02121