电子教案《数字电子技术》 第二章（教案）第2章 逻辑门电路 .docx

《数字电子技术》教案 第2章 逻辑门电路 课程章节 第2章 逻辑代数基础 课时分配 4 教学目标 1.理解集成逻辑门电路的基础。 2.熟悉二极管、三极管的开关特性及其门电路。 3.熟悉TTL和CMOS各个系列产品的外部电气特性及主要参数 。 教学重点、难点 1.集成逻辑门电路的基础 2.分立元件门电路 3.TTL系列集成电路及主要参数 4.CMOS反相器 授课方式 课堂讲授，板书 教学内容 1.集成电路 2.分立元件门电路 3. TTL逻辑门电路 4.CMOS逻辑门电路 教学过程 2.1概述 2.1.1双极型集成电路 双极型集成电路由三极管组成的，如晶体管—晶体管逻辑电路（简称TTL电路）及射极耦合逻辑电路（简称ECL电路）。TTL是应用最早、技术比较成熟的集成电路，曾被广泛使用。ECL也是一种双极型数字集成电路，其基本器件是差分对管，ECL电路主要应用于高速或超高速数字系统或设备中。 2.1.2单极型集成电路 MOS逻辑门电路可以分为NMOS，PMOS和CMOS，其中CMOS电路是占主导地位的逻辑器件。 CMOS是数字逻辑电路的主流工艺技术，但CMOS技术却不宜用在射频和模拟电路中。BiCMOS集成电路是一种兼具Bipolar（双极性）工艺与CMOS工艺优势的电子器件，它具有双极工艺高跨导、强负载驱动能力和CMOS器件高集成度、低功耗的优点，既可用于数字集成电路，也可用于模拟集成电路。因此，BiCMOS技术主要用于高性能集成电路的生产。 2.2分立元件门电路 什么是逻辑操作？ 参考：有的电气设备在送电时，必须先送低压后送高压，送低压是送高压的条件，这就是一种逻辑操作。 2.2.1二极管的开关特性 二极管的开关特性表现在正向导通与反向截止这样两种不同状态之间的转换过程中。二极管从反向截止到正向导通与从正向导通到反向截止相比所需的时间很短，一般可以忽略不计，如图2-1所示为典型二极管的动态特性曲线。 图2-1 典型二极管的动态特性曲线 由图2-1可知，在时，将加在二极管上的电压转为反向，二极管不是马上截止，而是需要经过以下几个过程。 （1）在内，正向电流减小。 （2）在内，反向电流先增大后减小，时间为反向恢复时间。 （3）当反向电流由峰值减小到其10%时，二极管截止。 如图2-2所示为典型二极管的静态特性曲线（又称伏安特性曲线）及其开关电路。 （a）伏安特性曲线 （b）开关电路 图2-2 典型二极管的伏安特性曲线及其开关电路 由图2-2可知，二极管的静态特性是指二极管在导通和截止两种稳定状态下的特性。 （1）当时，，二极管截止。 （2）当时，二极管导通。 2.2.2三极管的开关特性 晶体三极管由集电结和发射结两个PN结组成，根据两个PN结的偏置极性，有截止、放大、饱和3种工作状态，如表2-2所示。 表2-2 NPN型三极管截止、放大、饱和3种工作状态的特点 2.2.3 二极管、三极管门电路 1．门电路概述 门电路（逻辑电路）是数字集成电路的基本单元，是对数字逻辑信号进行运算的实际硬件电路 （1）门电路主要包括分立元件门电路和集成门电路两大类。 （2）分立元件门电路主要是二极管门电路和三极管门电路 （3）集成元件门电路主要有TTL型和CMOS型两大类。 2．二极管与门 如图2-3所示为二极管与门的电路结构。 图2-3 二极管与门的电路结构图 设输入信号电压为5 V（高电平1）或0 V（低电平0），二极管为理想元件，则电路的工作原理如下。 （1）当输入端，都为高电平1时，二极管，均处于反向截止状态，输出端为高电平1（5 V）。 （2）当输入端，都为低电平0时，二极管，均处于正向导通状态，输出端为低电平0（0 V）。 （3）当输入端一端为高电平、另一端为低电平时，如端为5 V，端为0 V时，则会优先导通，输出端被钳制在0 V，输出为低电平0。在的钳位作用下，此时处于截止状态。 在与门电路中，只要有一端输入为低电平，输出Y就是低电平；只有输入信号全为高电平时，输出Y才是高电平，可得与门电路的逻辑表达式为：。 3．三极管非门 如图2-5所示为三极管非门的电路结构。 图2-5 三极管非门的电路结构 是输入信号电压，低电平为0 V、高电平为5 V，是输出信号电压。 三极管的导通电压为，，电流分配系数为，可得三极管临界饱和时的基极电流为： （1）时，三极管截止，，输出电压。 （2）时，三极管导通，可得基极电流为 此时，三极管工作在饱和状态，输出电压。 由上述可知，在非门电路中，当输入信号为低电平，输出Y是高电平；当输入信号为高电平，输出Y是低电平，可得非门电路的逻辑表达式为：。 2.3 TTL逻辑门电路 2.3.1 TTL与非门 通常将基本TTL反相器转换为多输入端的