第2章门电路学习指导

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1、第二章门电路一、内容提要本章系统地讲述了数字电路的基本逻辑单元——门电路。由于门电路中的二极管和三极管经常工作在开关状态，所以首先介绍了它们在开关状态下的工作特性。然后，垂点讨论了冃前广泛使用的TTLfJ电路和CMOSfj电路。对于每一种门电路，除了讲解它们的工作原理和逻辑功能以外，还着重介绍了它们作为电子器件的电气特性，特别是输入特性和输出特性，以便为实际使用这些器件打下必要的基础。二、重点难点虽然这一章讨论的只是门电路的外特性，但无论集成电路内部电路多么复杂，只要它们和这一章所讲的门电路具有相同的输入、输出电路结构，则这里对输入、输出特性的分析对它们也同样适用。

2、因此，这一章是全书对电路进行分析的基础。本章的重点内容包括以下三个方而：1、半导体二极管和三极管（包括双极型和MOS型）开关状态下的等效电路和外特性；2、TTL电路的外特性及其应用;3、CMOS电路的外特性及应用。为了正确理解和运用这些外特性，需要了解TTL电路和CMOS电路的输入电路和输出电路结构及它们的工作原理。内部的电路结构不是重点内容。鉴于CMOS电路在数字集成电路中所占的比重已远远超过了TTL电路，建议在讲授时适当加大CMOS电路的比重，并相应压缩TTL电路的内容。TTL电路的外特性是本章的一个难点，同时也是一个重点。尤其是输入端采用多发射极三极管结构时，

3、对输入特性的全面分析比较复杂。从实用的角度出发，只要弄清输入为高/低电平吋输入电流的实际方向和数值的近似计算就可以了。V,.+10R、+RrR.-10<0Ri2kQR210kORvIkOa)图2.2V.+10V即一10^Q-10V<02H1+10K1解得vW2V即WmaxW2V当三极管饱和导通吋，其等效电路如图2.2(b)所示。二*-0.7叫e+1°BS匕-0.7(0.7+10W匕R、人2卩Rc解得1/P3.62V即vimin=3.62V知识点：二极管构成逻辑门电路分析例2・2电路如图2.3所示，写出输出的表达式。三、习题精解知识点:三极管饱和、截止的分析判断。例2

4、.1电路如图2.1所示。求使三极管截止的vimax；保证三极管饱和的Wmin，已知三极管B=30,Vbe=0・7V,VCES=0.3Vo解三极管的开关条件分别为：VbeWO,三极管截止,IbNIbs三极管饱和导通。当三极管截止时，其等效电路如图2.2(a)所示。Ib=0,贝IJAoBoD3图2.3解：对图2.3(a),该电路由两级逻辑门构成，第一级是与门，输出逻辑关系为D=AB；第二级是或门，输出逻辑关系为L1=AB+C对图2.3(b)该电路是只有一个输入端的逻辑电路。当输入端4为低电平时，T

5、发射结导通，Vb1<2.IV,D、T2截止，L2输出高电平；当输入端A为

6、高电平时，丁发射结不通,V“通过的集电结足以使D、T2导通，L2输出低电平。由以上分析可得：知识点：TTL与非门输入端属于逻辑0输入接法的分析例2.3为什么说TTL与非门的输入端在以下4利「接法都属于逻辑0输入：⑴输入端接地；⑵输入端接低于0.8V的电源；⑶输入端接同类与非门的输出低电平0.3V；⑷输入端通过200Q的电阻接地。解：TTL与非门的输入端接地、接低于0.8V的电源、接同类与非门的输出低电压0.3V时，输入电压均低于其关门电平VOff(Voff约为1.3V),因此门的输出电压均高于其输出高电平的最小值V0H(min)(VOH(min=2.4V),都属于高

7、电平，所以以上三种输入的接法均属于逻辑0输入。当输入端通过2000的电阻接地时，分析见图解2.40由电路分析得：匕二RR+Rbi(Vcc-0-7)=0.20.2+4(5-0.7)«0.2V由此可见，输入电压低于关门电平，所以此种输入的接法也属于逻辑0输入。图2.4知识点：TTL门电路选择及输入端接法常见错误分析例2.4改正图2.5中TTL电路的错误。F】=AB+CDF3=ABF?=AB图2.5解图2.5(a)中,因为TTL与非门不能“线与”,所以应改为OC门。图2.5(b)中,由TTL与非门的输入特性可知,当输入端接小电阻(Ri

8、，故应将100Q改为4.7kQ或5.lkQ。图2.5(c)中，因电路不满足所给的逻辑表达式，故应将接电源Vcc改为接地。知识点：TTL三态与非门与TTL普通与非门的特性例2.5在图2.6中$为TTL三态与非门,G?为TTL普通与非门,电压表内阻为100kQ。试求下列4种情况下的电压表读数和G2输出电压V。值。Ci(；2(1)B=0.3V,开关K打开；(2)B=0.3V,开关K闭合；(3)B=3.6V,开关K打开；(4)B=3.6V,开关K闭合。图2.6解(1)当B=0・3V,三态与非门处于工作状态，电压表读数为3.6V；开关K打开，G2门输入端悬空相当于输入高电