逻辑门电路与触发器

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1、第三章逻辑门电路与触发器集成门电路和触发器等逻辑器件是实现数字系统功能的物质基础。随着微电子技术的发展，人们把实现各种逻辑功能的元器件及其连线都集中制造在同一块半导体材料小片上，并封装在一个壳体中，通过引线与外界联系，即构成所谓的集成电路块，通常又称为集成电路芯片。采用集成电路进行数字系统设计的优点：可靠性高、可维性好、功耗低、成本低等优点，可以大大简化设计和调试过程。本章知识要点:●半导体器件的开关特性；●逻辑门电路的功能、外部特性及使用方法；●常用触发器的功能、触发方式与外部工作特性。3.1数字集成电路的分类数字集成电路通

2、常按照所用半导体器件的不同或者根据集成规模的大小进行分类。一、根据所采用的半导体器件进行分类根据所采用的半导体器件，数字集成电路可以分为两大类。1.双极型集成电路：采用双极型半导体器件作为元件。主要特点是速度快、负载能力强，但功耗较大、集成度较低。2.单极型集成电路(又称为MOS集成电路):采用金属-氧化物半导体场效应管(MetelOxideSemiconductorFieldEffectTransister)作为元件。主要特点是结构简单、制造方便、集成度高、功耗低，但速度较慢。双极型集成电路又可进一步可分为：TTL(Tran

3、sistorTransistorLogic)电路；ECL(EmitterCoupledLogic)电路；I2L(IntegratedInjectionLogic)电路。　　　　　　┊TTL电路的“性能价格比”最佳，应用最广泛。MOS集成电路又可进一步分为：PMOS(P-channelMetelOxideSemiconductor)；NMOS(N-channelMetelOxideSemiconductor)；CMOS(ComplementMetalOxideSemiconductor)。┊CMOS电路应用较普遍，因为它不但适

4、用于通用逻电路的设计，而且综合性能最好。二、根据集成电路规模的大小进行分类通常根据一片集成电路芯片上包含的逻辑门个数或元件个数，分为SSI、MSI、LSI、VLSI。1.SSI(SmallScaleIntegration)小规模集成电路:逻辑门数小于10门(或元件数小于100个)；2.MSI(MediumScaleIntegration)中规模集成电路:逻辑门数为10门～99门(或元件数100个～999个)；3.LSI(LargeScaleIntegration)大规模集成电路:逻辑门数为100门～9999门(或元件数1000

5、个～99999个)；4.VLSI(VeryLargeScaleIntegration)超大规模集成电路:逻辑门数大于10000门(或元件数大于100000个)。3.2半导体器件的开关特性数字电路中的晶体二极管、三极管和MOS管等器件一般是以开关方式运用的，其工作状态相当于相当于开关的“接通”与“断开”。数子系统中的半导体器件运用在开关频率十分高的电路中(通常开关状态变化的速度可高达每秒百万次数量级甚至千万次数量级)，研究这些器件的开关特性时，不仅要研究它们的静止特性，而且还要分析它们的动态特性。静态特性是指二极管在导通和截止两

6、种稳定状态下的特性。3.2.1晶体二极管的开关特性一、静态特性典型二极管的静态特性曲线(又称伏安特性曲线)：1.正向特性门槛电压(VTH)：使二极管开始导通的正向电压，又称为阈值电压(一般锗管约0.1V，硅管约0.5V)。★正向电压VD≤VTH：管子截止，电阻很大、正向电流IF接近于0，二极管类似于开关的断开状态；★正向电压VD=VTH：管子开始导通，正向电流IF开始上升；★正向电压VD＞VTH(一般锗管为0.3V，硅管为0.7V)：管子充分导通，电阻很小，正向电流IF急剧增加，二极管类似于开关的接通状态。使二极管充分导通的电

7、压为导通电压，用VF表示。2．反向特性二极管在反向电压VR作用下，处于截止状态，反向电阻很大，反向电流IR很小（将其称为反向饱和电流，用IS表示，通常可忽略不计），二极管的状态类似于开关断开。而且反向电压在一定范围内变化基本不引起反向电流的变化。注意事项：●正向导通时可能因电流过大而导致二极管烧坏。组成实际电路时通常要串接一只电阻R，以限制二极管的正向电流；●反向电压超过某个极限值时，将使反向电流IR突然猛增，致使二极管被击穿（通常将该反向电压极限值称为反向击穿电压VBR），一般不允许反向电压超过此值。二极管组成的开关电路图如

8、图（a）所示。二极管导通状态下的等效电路如图(b)所示，截止状态下的等效电路如图(c)所示，图中忽略了二极管的正向压降。二极管开关电路及其等效电路DU0RR断开R关闭(a)(b)(c)由于二极管的单向导电性，所以在数字电路中经常把它当作开关使用。二、动态特性二极管的动态特性是