导图社区 第二章 逻辑门电路
适用于数字电子技术 第二版 这本书的学习,其中第二章 逻辑门电路 思维导图适用于没有学过模拟电路的同学进行学习
编辑于2022-10-17 15:45:56 安徽第二章 逻辑门电路
1、二极管和三极管的开关特性
2.1.1开关特性
开关的目的:通过控制开关获得高低电平
高低电平的一般规定:电源+5V时
高电平:2.4-5V
低电平:0-0.4V
控制方式:输入信号Ui控制开关S
开关S断开时,输出电压U0为高电平
开关S导通时,输出电压UO为低电平
2.1.2 半导体
半导体:常温下导电性能介于导体和绝缘体之间的材料
特性:导电性能可以控制
常见的半导体:硅、锗,硅是最常用的
常见的半导体元件:晶体二极管、晶体三极管
2.1.3二极管的开关特性
二极管的图片
二极管
发光二极管
二极管的电路符号
子主题
二个极
阳极
阴极
导通时的电流方向
阳极流向阴极
二极管的伏安特性
正向导通
当阳极电压比阴极电压大于0.7V时, 二极管正向导通,iD逐渐好升
反向截止
当阳极电压比阴极电压不大于0.5V时,二极管反向截止,iD近似为0
二极管的开关特性
正向导通:当阳极电压比阴极电压大于0.7V时
反向截止:当阳极电压比阴极电压不大于0.5V时
钳位: 二极管正向导通时VD=0.7V
控制方式:二极管阳极与阴极间的电压
2.1.4三极管的开关特性
三极管的图片
三极管的电路符号
双极型三极管的输入特性
反映基极电流IB与UBE的关系
UBE<0.5V时,IB≈0,处于截止状态
UBE>0.5V时,IB呈指数曲线快速上升
一般情况下,硅管的UBE=0.7V
双极型三极管的输出特性
反映集电极电流IC与UCE的关系
IB=0,三极管截止
不同的IB对应不同输出曲线IC,IC=βIB,β是电流放大倍数
双极型三极管的工作区域
截止区:当VBE<0.7V时,三 极管截止,IB=0
饱和区:当VBES=0.7V,并且IB>IBS时,三 极管饱和 导通,UCES=0.3(低电平)
放大区:模拟信号工作区域
双极型三极管的开关等效电路
截止:当VBE<0.7V时,UO≈UCC(高电平)
饱和导通:当VBES=0.7V,并且IB>IBS时,UO=UCES=0.3(低电平)
通过控制Ui就能获得高低电平
晶体管的历史地位及应用
历史地位
1956年晶体管的发明获得诺贝尔物理学奖
2014年高效蓝光二极管的发明获得诺贝尔物理学奖
晶体管的应用
集成电路的最基本的组成单元
广泛应用于计算机、电子技术、人工智能等众多领域
2、基本逻辑门电路
2.2.1基本逻辑门电路
基本逻辑门电路:能够实现基本逻辑运算的单元电路
基本逻辑门电路分类
二极管与门电路
二极管或门电路
三极管非门电路
2.2.2二极管与门的工作原理
二极管与门电路组成
二极管阴极接输入信号
二极管阳极接输出信号
二极管与门电路功能分析
二极管与门电路功能表
二极管与门电路功能表转换成真值表
逻辑函数表达式:F=AB
逻辑图形符号
2.2.3二极管或门
二极管或门电路组成:
二极管阳极接输入信号
二极管阴极接输出信号
二极管或门电路功能分析
二极管或门电路功能表
二极管或门电路功能表转换成真值表
逻辑函数表达式:F=A+B
逻辑图形符号
2.2.4三极管非门
三极管非门电路组成:
三极管基极接输入信号
三极管集电极接输出信号
三极管非门电路功能分析
三极管非门电路功能表
三极管非门电路功能表转换成真值表
逻辑函数表达式:F=A’
逻辑图形符号
3、逻辑门电路的一般特性
2.3.1逻辑门电路的分类
逻辑门电路
分立门电路
二极管门电路
三极管门电路
集成门电路
MOS门电路
NMOS门
PMOS门
CMOS门
TTL门电路
2.3.2逻辑门电路的一般特性
输入和输出的高、低电平
噪声容限
在保证输出电平不变的条件下,输入电平允许波动的范围
作用:表示门电路的抗干扰能力
输入高电平时的噪声容限
输入低电平时的噪声容限
传输延迟时间
作用:表征门电路开关速度的参数
导通延迟时间tpHL
从输入端接入高电平开始,到输出端输出低电平为止,所经历的时间
截止延迟时间tpLH
从输入端接入低电平开始,到输出端输出高电平为止,所经历的时间
平均传输延迟时间:取两个时间的平均值
功耗
静态功耗:指的是当电路没有状态转换时的功耗,即门电路空载时电源总电流ID与电源电压VDD的乘积
动态功耗:指的是电路在输出状态转换时的功耗
延时-功耗积:是速度功耗综合性的指标
扇入与扇出数
扇入数:取决于逻辑门的输入端的个数
扇出数:是指其在正常工作情况下,所能带同类门电路的最大数目
扇出数的计算
门电路输出为高电平时:
门电路输出为低电平时:
扇出数的确定:取NOL、NOH的最小值
4、两个特殊的门电路
2.4.1集电极开路输出门(OC门)
集电极开路输出门(OC门)的电路结构特点
与TTL门电路相比较
TTL门电路输出端采用的是推拉式结构
OC门采用的是集电极开路的结构
集电极开路输出门(OC门)的使用方法
OC门在使用时输出端必须外接一个电阻到+VCC,称为上拉电阻
门电路符号内加菱形记号表示OC输出结构
主要功能:实现“线与”逻辑
TTL门电路实现与运算
OC门的“线与”实现逻辑函数
与TTL门电路相比较
TTL门电路输出端与运算需要用与门连接
OC门电路输出端与运算输出端可以直接“线与”连接
2.4.2三态输出门
三态输出门的状态
工作状态
输出高电平
输出低电平
禁止状态
高阻状态(相当于开路)
三态输出门的工作方式
引入使能信号EN
EN=1时:三态输出门等价于一个二输入的与非门 F=(AB)’
EN=0时:高阻状态
三态输出门的控制方式
高电平有效:EN=1时:三态输出门等价于一个二输入的与非门 F=(AB)’
低电平有效:EN’=0时:三态输出门等价于一个二输入的与非门 F=(AB)’
三态输出门的应用
单向总线结构:数据分时传送
第一时间段:
A1经过非运算传送到总线
第二时间段:
A2经过非运算传送到总线
第三时间段:
A3经过非运算传送到总线
双向总线结构:数据双向传送
E=1时:
G1工作,A经过非运算传送到总线 G2禁止工作,处于高阻状态
E=0时:
G1禁止工作,处于高阻状态 G2工作,总线信号经过非运算传送到A