数字电路与逻辑设计第三章集成门电路与触发器

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1、第三章集成门电路与触发器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。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。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●集成电路的分类；●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常

2、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，分为两大类。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。单极型集成电路(MOS集成电路):采用金属-氧化物半导体场效应管(MetelOxideSemiconductorFieldEffectTra-nsister)作为元件。主要特点是结构简单、制造方便、集成度高、功耗低，但速度相对双极型较慢。双极型集成电路分为：晶体管-晶体管逻辑电路TTL(TransistorTransist

3、orLogic)发射极耦合逻辑电路(EmitterCoupledLogic)集成注入逻辑电路I2L(IntegratedInjectionLogic)┊TTL电路的“性能价格比”较佳，应用最广泛。MOS集成电路分为：PMOS(P-channelMetelOxideSemiconductor)NMOS(N-channelMetelOxideSemiconductor)CMOS(ComplementMetalOxideSemiconductor)┊CMOS电路应用较普遍，因为它不但适用于通用逻辑电路的设计，而且综合性能好。二．根据集成电路规模的大

4、小进行分类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:逻辑门数小于10门(或元件数小于100个)；2.MSI(MediumScaleIntegration):逻辑门数为10门～99门(或元件数100个～999个)；3.LSI(LargeScaleIntegration):逻辑门数为100门～9999门(或元件数1000个～99999个)；4.VLSI(VeryLargeScaleIntegration):逻辑门数大于10000门(或元件数大于10

5、0000个)。三．根据设计方法和功能定义分类根据设计方法和功能定义通常可分为如下3类：1.非用户定制电路（又称为标准集成电路）2.全用户定制电路（又称为专用集成电路）3.半用户定制电路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，工作状态相当于开关的“接通”与“断开”。数字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)，研究其开关特性时，不仅要研究它们在导通与截止两种状态下的静止特性，而且还要分析它们在导通和截止状态之间的转变过程，

6、即动态特性。3.2.1晶体二极管的开关特性一．静态特性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。典型二极管的静态特性曲线(又称伏安特性曲线)如下：1.正向特性：门槛电压(VTH)：使二极管开始导通的正向电压，一般锗管约0.1V，硅管约0.5V。正向电压VF≤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VF=VTH：管子开始导通，正向电流IF开始上升；正向电压VF＞VTH：管子充分导通(导通电压一般锗管约0.3V，硅管约0.7V)，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。静态

7、特性曲线图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。●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。使用注意事项!注意：图中忽略了二极管的正向压降。由于二极管的单向导电

8、性，所以在数字电路中经常把它当作开关使用。二极管开关电路及等效电路二.动态特性二极管的动态特性是指二极管在导通与截止两种状态转换过程中的特性，它表现在