南京理工大学数字电路第二章.ppt

第2章逻辑门电路
逻辑门:完成一些基本逻辑功能的电子电路。现使用的
主要为集成逻辑门。
集成电路分类:
小规模集成电路(SSI):
1~10门/片或1~100个元件/片;
1. 按规模分类
中规模集成电路(MSI):
10~100门/片或100~1000个元件/片;
大规模集成电路(LSI):
100~10000门/片或1000~100000个元件/片;
超大规模集成电路(VLSI):
10000门/片以上或100000个元件/片以上.
MOS型
(单极型)
NMOS
(N-Channel Metal-Oxide-Semiconductor)
CMOS
(Complement Metal-Oxide-Semiconductor)
2. 按器件类型分类
双极型
DTL (Diode Transistor logic)
TTL (Transistor—Transistor Logic)
ECL (Emitter Coupled Logic)
晶体管的开关特性
在数字电路中,常将半导体二极管,三极管和场效应管作为开关元件使用。
理想开关: 接通时阻抗为零;断开时阻抗为无穷大;
两状态之间的转换时间为零。
实际半导体开关: 导通时具有一定的内阻;截止时有一定
的反向电流;两状态之间的转换需要时间。
半导体二极管的开关特性
下面以硅二极管为例
D
(1) 导通条件及导通时的特点
ID(mA)
VD
VO

0
硅二极管伏安特性
D
+
-
Vi >
R
电路图
+
-
Vi >
R
VD
近似等
效电路
+
-
Vi >
R
K
简化等
效电路
(2) 截止条件及截止时的特点
D
+
-
Vi<
R
电路图
+
-
Vi <
R
K
简化等
效电路
(3) 开关时间
①开启时间: 由反向截止转换为正向导通所需要的时间.
二极管的开启时间很小,可忽略不计。
②关断时间: 由正向导通转换为反向截止所需要的时间。
二极管的关断时间大约几纳秒。
RC
IC
Rb
IB
Vi
Vo
Vcc
三极管开关电路
(1) 饱和导通条件及饱和时的特点
饱和导通条件:
IB≥IBS=
ICS
β
≈
VCC
βRC
饱和导通时的特点:
VBE≈ VCE=VCES=~
发射极和集电极之间如同闭合的开关
半导体三极管的开关特性
(2) 截止条件及截止时的特点
截止条件: VBE< (硅三极管发射结导通电压)
截止时的特点: 发射结和集电结均为反向偏置,IB≈IC≈0,
发射极和集电极之间如同断开的开关。
+
_
+
_

~
b
c
e
饱和时
e
c
b
截止时
三极管开关的近
似直流等效电路
(3) 开关时间
开启时间ton : 三极管由截止到饱和所需要的时间,
纳秒(ns)级。
关断时间toff : 三极管饱和由到截止所需要的时间,
纳秒(ns)级, toff > ton 。
toff的大小与工作时三极管饱和导通的深度有关,饱和程度越深, toff 越长,反之则越短。