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数字逻辑设计第1页/共39页　各种门电路的输入和输出，只有高电平和低电平两种不同的状态。高电平和低电平都有一定的范围。标准高电平USH常取3.6V；低电平USL常取0.3V。高低电平示意图第2页/共39页　关于正逻辑和负逻辑的概念 1. 正负逻辑的规定 　正逻辑体系：用1表示高电平，用0表示低电平。　负逻辑体系：用1表示低电平，用0表示高电平。2. 正负逻辑的转换　对于同一个门电路，可以采用正逻辑，也可以采用负逻辑。　　 本书若无特殊说明，一律采用正逻辑体制。 同一个门电路，对正、负逻辑而言，其逻辑功能是不同的。　逻辑变量←→两状态开关： 在逻辑代数中逻辑变量有两种取值：0和1；　电子开关有两种状态：闭合、断开。　　第3页/共39页3.2 半导体二极管和三极管的开关特性3.2.1 二极管的开关特性 数字电路中的晶体二极管、三极管和MOS管工作在开关状态。　导通状态：相当于开关闭合　截止状态：相当于开关断开。　(1) 静态特性： 断开时，开关两端的电压不管多大，等效电阻ROFF = 无穷，电流IOFF = 0。 闭合时，流过其中的电流不管多大，等效电阻RON = 0，电压UAK = 0。第4页/共39页　半导体二极管、三极管和MOS管，则是构成这种电子开关的基本开关元件。理想开关的开关特性： 第5页/共39页　客观世界中，没有理想开关。　乒乓开关、继电器、接触器等的静态特性十分接近理想开关，但动态特性很差，无法满足数字电路一秒钟开关几百万次乃至数千万次的需要。　半导体二极管、三极管和MOS管做为开关使用时，其静态特性不如机械开关，但动态特性很好。二极管的伏安特性曲线第6页/共39页1. 静态特性及开关等效电路正向导通时UD(ON)≈0.7V（硅） 0.3V（锗）RD≈几Ω ～几十Ω相当于开关闭合 二极管的伏安特性曲线第7页/共39页反向截止时反向饱和电流极小反向电阻很大（约几百kΩ）相当于开关断开第8页/共39页2. 动态特性：　二极管从截止变为导通和从导通变为截止都需要一定的时间。通常后者所需的时间长得多。一般为纳秒数量级。三极管的三种工作状态（a）电路 （b）输出特性曲线第9页/共39页3.2.2 三极管的开关特性 1. 静态特性及开关等效电路　在数字电路中，三极管作为开关元件，主要工作在饱和和截止两种开关状态，放大区只是极短暂的过渡状态。第10页/共39页(1) 截止条件 条件：发射结反偏特点：电流约为0 开关等效电路第11页/共39页(2)饱和条件条件：发射结正偏，集电结正偏特点：UBES=0.7V，UCES=0.3V/硅第12页/共39页三极管开关等效电路饱和时三极管的饱和条件：存储时间ts延迟时间td上升时间tr下降时间tf开启时间ton 关闭时间toff第13页/共39页2. 三极管的开关时间（动态特性）三极管的开关时间 第14页/共39页(1) 开启时间ton 三极管从截止到饱和所需的时间。　ton = td +tr td ：延迟时间 tr ：上升时间(2) 关闭时间toff 三极管从饱和到截止所需的时间。　toff = ts +tf ts ：存储时间（几个参数中最长的；饱和越深越长）tf ：下降时间toff ton 。　开关时间一般在纳秒数量级。高频应用时需考虑。第15页/共39页3.2.3 MOS管的开关特性　一般采用增强型MOS组成开关电路，并由栅源电压uGS控制MOS管的截止或导通。NMOS管电路图导通状态截止状态第16页/共39页3.2.4　抗饱和三极管它是在三极管基极和集电极之间并接一个肖特基二极管（简称SBD）构成的。肖特基二极管的正向压降小，约为0.4V，容易导通，可分流三极管的一部分基极电流，使三极管工作在浅饱和状态，从而大大缩短三极管的开关时间，提高工作速度。在集成电路中肖特基二极管和三极管制作在一起。 第17页/共39页3.3 分立元件门电路　门电路的概念： 实现基本和常用逻辑运算的电子电路，叫逻辑门电路。实现与运算的叫与门，实现或运算的叫或门，实现非运算的叫非门，也叫做反相器，等等。　　分立元件门电路和集成门电路: 分立元件门电路：用分立的元件和导线连接起来构成的门电路。简单、经济、功耗低，负载差。 集成门电路：把构成门电路的元器件和连线都制作在一块半导体芯片上，再封装起来，便构成了集成门电路。现在使用最多的是CMOS和TTL集成门电路。ABY0V0V0V0V5V0V5V0V0V5V5V5V第18页/共39页3.3.1　二极管与门电路 2. 工作原理1. 电路A、B为输入信号 （+5V或0V）Y 为输出信号 VCC＝+5V电路输入与输出电压的关系AABBYY00V00V0V00V05V100V5V100V00V　二极管与门的真值表5V15V115VA、B全1，Y才为1