教案1(3.1-3.3.2)

《数字电子技术》多媒体课件电子信息教研室第三章门电路（四次课）本章学习思路：了解内部结构特点，掌握功能及外部特性，掌握各种特性曲线及应用，熟悉各种参数，掌握连接规律并能定性判断电路功能。3.1概述（注意概念）3.2半导体二极管门电路3.3CMOS门电路CMOS反相器的电路结构和工作原理；静态输入特性和输出特性；其他类型的CMOS门电路3.5TTL门电路TTL反相器的电路结构、工作原理、电压传输特性；静态输入特性、输出特性和输入端负载特性；其他类型的TTL门电路《数字电子技术》多媒体课件电子信息教研室掌握门电路概念、类型及逻辑体制的概念3.1概述一、门电路：用以实现逻辑关系的单元电路，与基本逻辑关系相对应。常见门电路：与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等。三、正负逻辑体制概念：在电子电路中，用高低电平表示0和1两种逻辑状态。正逻辑：高电平对应“1”；低电平对应“0”。负逻辑：高电平对应“0”；低电平对应“1”。二、类型：分立元件门电路：二极管门电路双极型、单极型及混合型集成门电路：注意：在数字电路中，电压值具体为多少不重要，只要能判断高低电平即可。《数字电子技术》多媒体课件电子信息教研室ABY000110111110正与非门的真值表ABY111001000001负或非门的真值表正与非门与负或非门相对应一般采用正逻辑体制若采用不同的逻辑体制，则逻辑功能不同结论：《数字电子技术》多媒体课件电子信息教研室一、半导体二极管的开关特性一个二极管，具有单向导电性。外加正向电压时导通，相当于开关闭合；外加反向电压时截止，相当于开关断开。正向导通压降：硅管0.7V，锗管0.3V。3.2半导体二极管门电路高电平：VIH=VCC低电平：VIL=0•vI=VIHD截止，vO=VOH=VCC•vI=VILD导通，vO=VOL=0.7V《数字电子技术》多媒体课件电子信息教研室设VCC=5V加到A,B的VIH=3VVIL=0V二极管导通时VDF=0.7VABY0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7VABY000010100111规定3V以上为10.7V以下为0ABF二、二极管门电路1、二极管与门《数字电子技术》多媒体课件电子信息教研室设VCC=5V加到A,B的VIH=3VVIL=0V二极管导通时VDF=0.7VABY0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3VABY000011101111规定2.3V以上为10V以下为02、二极管或门F=A+B二极管门电路缺点：存在电平偏移；带负载能力差。适用场合：IC电路的内部逻辑单元《数字电子技术》多媒体课件电子信息教研室3.3CMOS门电路3.3.1MOS管开关电路知识回顾3.3.2CMOS反相器的电路结构和工作原理一、电路结构及工作原理二、电压、电流传输特性曲线三、噪声容限3.3.3CMOS反相器的静态输入特性和输出特性一、输入端保护措施和输入特性二、输出特性3.3.5其它类型的CMOS门电路3.3.6CMOS门电路的特点及正确使用《数字电子技术》多媒体课件电子信息教研室1、NMOS反相器及开关特性（1）vIVGS(th)NMOS工作在截止(夹断)区∴VO=VOH＝VDD3.3.1MOS管开关电路知识回顾（3）vIVGS(th)N且VDS较小时，工作在可变电阻区。若RDRON，则VOL≈0（2）vIVGS(th)N且VDS较大时MOS工作在恒流区，此时，iD与VDS无关VGS越大，RON越小开启电压VGS(th)N，VGS(th)N0《数字电子技术》多媒体课件电子信息教研室2、PMOS管开关特性开启电压VGS(th)P0当GS间加负电压且|VGS||VGS(th)P|时，MOS管导通。（1）|VGS||VGS(th)P|MOS工作在截止区（2）当|VGS||VGS(th)P|且|VDS|较大时，工作在恒流区（3）当|VGS||VGS(th)P|且|VDS|较小时，工作在可变电阻区《数字电子技术》多媒体课件电子信息教研室3.3.2CMOS反相器的电路结构和工作原理一、电路结构及工作原理（Complementary-SymmetryMOS）PMOS管NMOS管工作原理：vi=0时：VGS1=–VDD，VGS2=0,T1导通、T2截止，vO=VDDvi=VDD时：VGS2=VDD,VGS1=0T2导通、T1截止，vO=0令VDD|VGS(th)P|+VGS(th)N《数字电子技术》多媒体课件电子信息教研室二、电压、电流传输特性曲线1、电压传输特性曲线AB段：viVTNT1导通，T2截止vO＝VOH＝VDDCD段：viVDD－∣VTP∣T1截止，T2导通vO＝VOL＝0VDDVTN+∣VTP∣且VTN=∣VTP∣VTN即VGS（th）NVTP即VGS（th）P《数字电子技术》多媒体课件电子信息教研室二、电压、电流传输特性曲线1、电压传输特性曲线VDDVTN+∣VTP∣且VTN=∣VTP∣BC段：VTNviVDD－∣VTP∣T1、T2同时导通∴CMOS反相器的阈值电压DDTHV21VB'在BB'段,RON2RON1设T1导通内阻为RON1，T2导通内阻RON2：在B'C段,RON1RON2当时，RON2=RON112iDDvV《数字电子技术》多媒体课件电子信息教研室2、电流传输特性曲线AB段：T1导通，T2截止，iD≈0;CD段：T2导通，T1截止，iD≈0;BC段：T1、T2均导通，iD≠0且在vI=½VDD时，iD最大。注意：使用CMOS器件时,不应使之长期工作在电流传输特性的BC段，以防止器件因功耗过大而损坏。《数字电子技术》多媒体课件电子信息教研室三、输入噪声容限NHOH(min)IH(min)NLIL(max)OL(max)V=V-VV=V-V输入端噪声容限：在保证输出高低电平基本不变（或者说变化的大小不超过允许限度）的条件下，输入电平允许的波动范围。输入端为高（低）电平时的噪声容限VNH（VNL）：在保证输出为低（高）电平的条件下，输入电平允许的向下（上）的波动范围。思考：对单级门，如何求输入端噪声容限？《数字电子技术》多媒体课件电子信息教研室IH(min)DD1VV2IL(max)DD1VV2VNH=VIH－VIH(min)=DDV21VNL=VIL(max)－VOL=DDV21理想情况下，以阈值电压为分界线，则：设VIL=0，VIH=VDD；VOH=VDD，VOL＝0；则对门本身而言，当前级门带动同类型的后级门时，有：VNH=VOH－VIH(min)=DDV21VNL=VIL(max)－VIL=DDV21⒈CMOS门电路噪声容限较大；⒉提高VDD，即可提高噪声容限。结论《数字电子技术》多媒体课件电子信息教研室3.3.3CMOS反相器的静态输入特性和输出特性一、输入端保护措施和输入特性1、输入端保护电路二极管压降为VDF=0.7V2、输入特性当0vIVDD时，保护电路不起作用；当vIVDD+VDF时，D1导通；当vI–VDF时，D2导通；iIVDD+VDF-VDFiIvI《数字电子技术》多媒体课件电子信息教研室二、输出特性1、低电平输出（1）∵VOL＝IOLRON∴随着IOL↑→VOL↑（2）在同一IOL下，VDD↑→RON↓→VOL↓低电平输出特性为：IOL《数字电子技术》多媒体课件电子信息教研室2、高电平输出（2）在同一IOH下，VDD↑→RON↓→VOH↑（1）∵VOH＝VDD－∣IOH∣RON∴随着∣IOH∣↑→VOH略有降低高电平输出特性为：IOH《数字电子技术》多媒体课件电子信息教研室小结1、逻辑门及逻辑体制的概念；2、二极管开关特性及二极管与门、或门电路；3、CMOS反相器的电路结构及工作原理；4、CMOS反相器的电压及电流传输特性曲线；5、CMOS反相器的阈值电压及噪声容限的概念；6、CMOS反相器的静态输入、输出特性曲线。下次讲：3.3.33.3.53.5.1作业：3.1