文档介绍：同学们好
数字逻辑电路
使用教材
数字电子技术基础
清华大学出版社出版
伍时和、吴友宇等编写
主讲:伍时和
11/19/2017
数字逻辑电路
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数字电子技术基础
第3章逻辑门电路
分立元件门电路
TTL集成逻辑门
发射极耦合逻辑门(ECL)
MOS逻辑门
74系列和4000系列逻辑门电路的使用
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数字逻辑电路
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主要内容
逻辑门电路是实现逻辑函数运算的硬件电路结构,并利用电路的输入和输出电平关系确定电路可以实现何种逻辑运算,通常采用正逻辑赋值,将电路的高电平赋值1,低电平赋值0,并用输入信号表示逻辑运算的自变量,用电路的输出信号表示逻辑函数运算的因变量。
门电路的基本的电路元件是二极管、三极管(单极或双极型)及电阻等。
二极管与门、或门电路,三极管非门电路的工作原理。TTL门电路、CMOS门电路的电路结构和原理,以及使用中的注意事项等。
集电极开路门、传输门、三态输出门等。了解电路的输入特性和输出特性。
分立元件门电路
二极管开关特性
二极管的V安特性可以用下述指数表达式近似的表示。
ID=IDS(eVd/VT-1) 其中Vd 为二极管(PN结)的外加电压;
VT=K·T/q=[×10-23/×10-19] ,在T=300 时,VT==26mV,K波尔兹曼常数=×10-23 库V,
q电子电荷量=×10-19 库, T绝对温度=2730C+ t0C。
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由二极管的V安特性可以看出,若二极管外加正向电压,且超过二极管的正向开启电压Vth,二极管正向导通,流经二极管的电流较大,~,若将二极管作为一个开关元件,相当于开关闭合。若二极管外加反向电压,且不超过VBR,或小于Vth的正向电压,流过二极管的电流很小,外加电压基本上等于二极管两端的电压值,此时相当于开关断开。
如果将E改为电路的输入信号电压Vi,而且为高电平VH(比Vth大几倍以上)和低电平VL(小于Vth)的脉冲电压信号,二极管可以当成理想的开关元件,Vi为高电平VH时,二极管导通,Vi为低电平VL时,二极管处于完全截止状态。
二极管从反向截止到正向导通,或者从正向导通到反向截止,其时间是很短的,若工作电压的频率不高,这种转换过程所需要的时间完全可以忽略不计。如果输入信号的频率很高时,脉冲周期到达μs,ns级,就得考虑其影响了。
二极管开关特性
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1)二极管的正向导通
二极管从反向截止转为正向导通过程所需要的时间称为正向开通时间。这个时间与反向的恢复时间相比较是很小的。在反向电压的作用下,势垒区变厚,存在一定的电荷积累,这部分积累的电荷为PN结两边的掺杂离子的复合电荷,与正向导通的电荷积累相比要小得多。外加反向电压转为正向电压时,这部分电荷很快被外加的正向电源拉走,使PN结变窄(薄)。正向导通时,PN结的正向电压很小,正向电阻很小,且为多数载流子形成电流,故此电流上升很快,所以正向开通时间很短,与反向恢复时间相比可以忽略不计。
二极管开关特性
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2)二极管从正向导通到截止有一个反向恢复过程。
当输入信号电压为高电平VH时,二极管正向导通,P区接输入信号的高电位端,N区接输入信号的低电位端,形成多数载流子的扩散电流。由于VH>>VDON(二极管正向导通电压降),所以流过二极管的正向电流IP为:
。
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2)二极管从正向导通到截止有一个反向恢复过程。
当输入信号电压为高电平VH突变为低电平VL(其值为负VH)时,二极管由正向导通突然加上反向电压,理想的情况下ID≈0,但实际上存在一个恢复过程,开始,反向电流IR为:
式中VD为外加电压突变瞬间二极管PN结的电压降,约为。
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维持IR=VL/R这一过程所用的时间ts称为存储时间, 。规定此时才进入反向截止状态。反向电流从IR=VL/ 所用的时间称为反向度越时间tr 。tf=ts+tr称为反向恢复时间。反向恢复时间一般在几个纳秒以下,长短与二极管的扩散电容及电阻R的大小有关。

原因---电荷存储效应
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