海南大学：《数字电子技术 Digital Electronics Technology》课程教学资源（PPT课件讲稿）第3章 门电路

⊙海南大学 31概述 HAINAN UNIVERSITY 1.门电路 是用以实现逻辑关系的电子电路,与基本逻辑关系相 对应。门电路主要有:与门、或门、与门、就即、异 或门等。 2.高低电平 ■高电平:数字电路中较高电平代数值的范围。 ■低电平:数字电路中较低电平代数值的范围。 3.正负逻辑 ■正逻辑:用高电平代表1、低点平代表。在数字电路中 般采用正逻辑系统。 ■负逻辑:用高电平代表0、低点平代表1。 信息科学技术学院 Digital Electronics Technology 2021/2/2

Digital Electronics Technology 2021/2/2 1. 门电路 是用以实现逻辑关系的电子电路，与基本逻辑关系相 对应。门电路主要有：与门、或门、与非门、或非门、异 或门等。 3.1 概述 3. 正负逻辑 ◼ 正逻辑：用高电平代表1、低点平代表0。在数字电路中， 一般采用正逻辑系统。 ◼ 负逻辑：用高电平代表0、低点平代表1。 2. 高低电平 ◼ 高电平：数字电路中较高电平代数值的范围。 ◼ 低电平：数字电路中较低电平代数值的范围

⊙海南大学 31概述 HAINAN UNIVERSITY Positive logic Negative ogic H Zo ivo 4.集成电路 IC( Integrated circuits):将元、器件制作在同一硅片上, 以实现电路的某些功能。 SsI(Smal- Scale integration):≤10个门电路。 ■MSI( Medium- Scale integration):10-100个门电路。 ISI( Large- Scale Integration):1000-10006门电路。 SI( Very large-Scale Integration):≥10000个门电路。 信息科学技术学院 Digital Electronics Technology 2021/2/2

Digital Electronics Technology 2021/2/2 4. 集成电路 ◼ IC（Integrated Circuits）：将元、器件制作在同一硅片上， 以实现电路的某些功能。 ◼ SSI（Small-Scale Integration）： 10个门电路。 ◼ MSI（Medium-Scale Integration）：10~100个门电路。 ◼ LSI（Large-Scale Integration）：1000~10000个门电路。 ◼ VLSI（Very Large-Scale Integration）： 10000个门电路。 t v VH VL Positive Logic 1 0 t v VH VL Negative Logic 1 0 3.1 概述

⊙海南大学 32半导体二极管门电路 HAINAN UNIVERSITY 1.半导体二极管的开关特性 用来接通或断开电路的开 iD(mA) 种是接通(要求其阻抗很 断开(要求其阻抗很大,相氵Cm 二极管具有单向导电性 00.50.7 一个受电压控制的电子开关 二极管加正向电压时导通,伏安特性很陡、压降很小 硅管为07V,锗管为0.3V),可以近似看作是一个闭合 的开关。二极管加反向电压时截止,反向电流很小(nA 级),可以近似看作是一个断开的开关。把uD<U7=0.5V看 成是硅二极管的截止条件。 信息科学技术学院 Digital Electronics Technology 2021/2/2

Digital Electronics Technology 2021/2/2 3.2 半导体二极管门电路 1. 半导体二极管的开关特性 用来接通或断开电路的开关器件应具有两种工作状态： 一种是接通（要求其阻抗很小，相当于短路），另一种是 断开（要求其阻抗很大，相当于开路）。 二极管具有单向导电性：正向导通，反向截止，相当于 一个受电压控制的电子开关。 二极管加正向电压时导通，伏安特性很陡、压降很小 （硅管为0.7V，锗管为0.3V），可以近似看作是一个闭合 的开关。二极管加反向电压时截止，反向电流很小（nA 级），可以近似看作是一个断开的开关。把uD<UT =0.5V看 成是硅二极管的截止条件

⊙海南大学 32半导体二极管门电路 HAINAN UNIVERSITY CC R 盘y ON Vo D (a) (b) 信息科学技术学院 Digital Electronics Technology 2021/2/2

Digital Electronics Technology 2021/2/2 3.2 半导体二极管门电路

⊙海南大学 32半导体二极管门电路 HAINAN UNIVERSITY 在低速脉冲电路中,二极管开关 由接通到断开,或由断开到接通所需 H, l立VD 要的转换时间通常是可以忽略的。然 而在数字电路中,二极管开关经常工 作在高速通断状态。由于PN结中存储 (a)电路图 电荷的存在,二极管开关状态的转换 不能瞬间完成,需经历一个过程。 f=+y叫做反向恢复时间。该现象 说明,二极管在输入负跳变电压作用 下,开始仍然是导通的,只有经过 O 段反向恢复时间之后,才能进入截止 状态。由于t的存在,限制了二极管的 开关速度。 (b)波形图 信息科学技术学院 Digital Electronics Technology 2021/2/2

Digital Electronics Technology 2021/2/2 3.2 半导体二极管门电路 在低速脉冲电路中，二极管开关 由接通到断开，或由断开到接通所需 要的转换时间通常是可以忽略的。然 而在数字电路中，二极管开关经常工 作在高速通断状态。由于PN结中存储 电荷的存在，二极管开关状态的转换 不能瞬间完成，需经历一个过程。 t re =t s+t f 叫做反向恢复时间。该现象 说明，二极管在输入负跳变电压作用 下，开始仍然是导通的，只有经过一 段反向恢复时间t re之后，才能进入截止 状态。由于t re的存在，限制了二极管的 开关速度

⊙海南大学 32半导体二极管门电路 HAINAN UNIVERSITY 2.二极管与门 3.二极管或门 R B B。 A & Y B (b) AB B 信息科学技术学院 Digital Electronics Technology 2021/2/2

Digital Electronics Technology 2021/2/2 3.2 半导体二极管门电路 2. 二极管与门 3. 二极管或门 A B Y

⊙海南大学 33CMOS门电路 HAINAN UNIVERSITY MOS门电路:以MOS管作为开关元件构成的门电路。 MOs门电路,尤其是CMOS门电路具有制造工艺简单 集成度高、抗干扰能力强、功耗低、价格便宜等优点,得 到了十分迅速的发展。 MOs管有NMOS管和PMOS管两种。当NMOS管和 PMOS管成对出现在电路中,且二者在工作中互补,称为 CMOS管(意为互补)。MOS管有增强型和耗尽型两种。在 数字电路中,多采用增强型。 信息科学技术学院 Digital Electronics Technology 2021/2/2

Digital Electronics Technology 2021/2/2 3.3 CMOS门电路 MOS门电路：以MOS管作为开关元件构成的门电路。 MOS门电路，尤其是CMOS门电路具有制造工艺简单、 集成度高、抗干扰能力强、功耗低、价格便宜等优点，得 到了十分迅速的发展。 MOS管有NMOS管和PMOS管两种。当NMOS管和 PMOS管成对出现在电路中，且二者在工作中互补，称为 CMOS管(意为互补)。MOS管有增强型和耗尽型两种。在 数字电路中，多采用增强型

⊙海南大学 33CMOS门电路 HAINAN UNIVERSITY 1.MOS管的开关特性V:0→R210(92) ≤106(A)≈0 (1)NMOS管的开关特性 Vas(th))→Rds≤10(92) <Rr→V Rds D接正电源D D D B G 截止 导通 O GS (b) 信息科学技术学院 Digital Electronics Technology 2021/2/2

Digital Electronics Technology 2021/2/2 1. MOS管的开关特性 3.3 CMOS门电路 D接正电源 截止 导通 （1）NMOS管的开关特性 • Vgs=0 → Rds 106 () → I  10-6 (A)  0 •Vgs  Vgs(th) → Rds  10 () << RL →VRds 0

⊙海南大学 33CMOS门电路 HAINAN UNIVERSITY (2)PMOS管的开关特性 D接负电源D D B T O G G 导通 截止 信息科学技术学院 Digital Electronics Technology 2021/2/2

Digital Electronics Technology 2021/2/2 3.3 CMOS门电路 （2）PMOS管的开关特性 D接负电源 导通 截止

⊙海南大学 33CMOS门电路 HAINAN UNIVERSITY 2.CMOS反相器 A01 Z + DD PMOS 管 ⅤT 工作特点:TP和VT总是 管导通而另一管截止,流 人m过Ⅵ和ⅥT的静态电流极小 (纳安数量级),因而 CMOS反相器的静态功耗极 小。这是CMOS电路最突出 的优点之一。 信息科学技术学院 Digital Electronics Technology 2021/2/2

Digital Electronics Technology 2021/2/2 3.3 CMOS门电路 2. CMOS反相器 PMOS管 NMOS管 A Z 0 1 1 0 Z = A 工作特点：TP和VTN总是 一管导通而另一管截止，流 过VTP和VTN的静态电流极小 （ 纳 安 数 量 级 ） ， 因 而 CMOS反相器的静态功耗极 小。这是CMOS电路最突出 的优点之一