數(shù)字與邏輯電路教程江西師范大學物理與通信電子學院.ppt

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1、第3章邏輯門電路3.1數(shù)字集成電路的分類3.2TTL集成邏輯門3.3MOS集成邏輯門3.4集成門電路使用中的實際問題3.1數(shù)字集成電路的分類數(shù)字集成電路按其內部有源器件的不同可以分為兩大類。一類為雙極型晶體管集成電路，它主要有晶體管—晶體管邏輯(TTL-TransistorTransistorLogic)、射極耦合邏輯(ECL-EmitterCoupledLogic)和集成注入邏輯(I2L-IntegratedInjectionLogic)等幾種類型。另一類為MOS(MetalOxideSemiconductor)集成電路

2、，其有源器件采用金屬—氧化物—半導體場效應管，它又可分為NMOS、PMOS和CMOS等幾種類型。目前數(shù)字系統(tǒng)中普遍使用TTL和CMOS集成電路。TTL集成電路工作速度高、驅動能力強，但功耗大、集成度低；MOS集成電路集成度高、功耗低。超大規(guī)模集成電路基本上都是MOS集成電路，其缺點是工作速度略低。目前已生產了BiCMOS器件，它由雙極型晶體管電路和MOS型集成電路構成，能夠充分發(fā)揮兩種電路的優(yōu)勢，缺點是制造工藝復雜。小規(guī)模集成電路(SSI-SmallScaleIntegration)，每片組件內包含10~100個元件(或1

3、0~20個等效門)。中規(guī)模集成電路(MSI-MediumScaleIntegration)，每片組件內含100~1000個元件(或20~100個等效門)。大規(guī)模集成電路(LSI-LargeScaleIntegration)，每片組件內含1000~100000個元件(或100~1000個等效門)。超大規(guī)模集成電路(VLSI-VeryLargeScaleIntegration)，每片組件內含100000個元件(或1000個以上等效門)。目前常用的邏輯門和觸發(fā)器屬于SSI，常用的譯碼器、數(shù)據選擇器、加法器、計數(shù)器、移位寄存器等組

4、件屬于MSI。常見的LSI、VLSI有只讀存儲器、隨機存取存儲器、微處理器、單片微處理機、位片式微處理器、高速乘法累加器、通用和專用數(shù)字信號處理器等。此外還有專用集成電路ASIC，它分標準單元、門陣列和可編程邏輯器件PLD。PLD是近十幾年來迅速發(fā)展的新型數(shù)字器件，目前應用十分廣泛，3.2TTL集成邏輯門3.2.1TTL與非門的工作原理圖3-1典型TTL與非門電路①輸入級。由多發(fā)射極管V1和電阻R1組成，其作用是對輸入變量A、B、C實現(xiàn)邏輯與，所以它相當一個與門。多射極管V1的結構如圖3-2(a)所示，其等效電路如圖3-2(b

5、)所示。設二極管V1~V4的正向管壓降為0.7V，當輸入信號A、B、C中有一個或一個以上為低電平(0.3V)時，UP1=1V，Uc=0.3V；當A、B、C全部為高電平(3.6V)時，UP1=4.3V，Uc=3.6V?？梢姡瑑H當所有輸入都為高時，輸出才為高，只要有一個輸入為低，輸出便是低，所以起到了與門的作用。圖3-2多射極晶體管的結構及其等效電路②中間級。由V2、R2、R3組成，在V2的集電極與發(fā)射極分別可以得到兩個相位相反的電壓，以滿足輸出級的需要。③輸出級。由V3、V4、V5和R4、R5組成，這種電路形式稱推拉式電路，

6、它不僅輸出阻抗低，帶負載能力強，而且可以提高工作速度。1.輸入全部為高電位(3.6V)當輸入端全部為高電位3.6V時，由于V1的基極電壓Ub1最多不能超過2.1V(Ub1=Ubc1+Ube2+Ube5)，所以V1所有的發(fā)射結反偏；這時V1的集電結正偏，V1管的基極電流Ib1流向集電極并注入V2的基極，此時的V1是處于倒置(反向)運用狀態(tài)(把實際的集電極用作發(fā)射極，而實際的發(fā)射極用作集電極)，其電流放大系數(shù)β反很小(β反＜0.05)，因此Ib2=Ic1=(1+β反)Ib1≈Ib1，由于Ib1較大足以使V2管飽和，且V2管發(fā)

7、射極向V5管提供基流，使V5也飽和，這時V2的集電極壓降為這個電壓加至V3管基極，可以使V3導通。此時V3射極電位Ue3=Uc2-Ube3≈0.3V，它不能驅動V4，所以V4截止。V5由V2提供足夠的基流，處于飽和狀態(tài)，因此輸出為低電位：2.輸入端至少有一個為低電位(0.3V)當輸入端至少有一個為低電位(0.3V)時，相應低電位的發(fā)射結正偏，V1的基極電位Ub1被鉗在1V，因而使V1其余的發(fā)射結反偏截止。此時V1的基極電流Ib1經過導通的發(fā)射結流向低電位輸入端，而V2的基極只可能有很小的反向基極電流進入V1的集電極，所以Ic

8、1≈0，但V1的基流Ib1很大，因此這時V1處于深飽和狀態(tài)：因而V2、V5均截止。此時V2的集電極電位Uc2≈UCC=5V，足以使V3、V4導通，因此輸出為高電位：綜上所述，當輸入端全部為高電位(3.6V)時，輸出為低電位(0.3V)，這時V5飽和，電路處于開門狀態(tài)；當輸入端