电气自动化技术《教案-分立元件逻辑门电路》

分立元件门电路
一、学习目标
1．掌握门电路的根本概念；
2．理解二极管、三极管的的开关特性；
3．了解用分立元件门电路实现逻辑门电路的方法；
二、问题导入
1．问题导入
1〕电子开关有何特点？
2〕电子开关与门电路的组成有何关系？
3〕三种根本门电路功能有什么不同？
三、知识点
1、分立元件逻辑电路
1〕门电路的根本概念：
〔1〕. 能实现根本逻辑运算和常用复合逻辑运算的电子电路称为门电路。

根本逻辑运算门电路包括：
复合逻辑运算门电路包括
〔2〕.逻辑变量与电子开关
二值逻辑:所有逻辑变量只有两种取值(1 或 0〕。

在数字电路中，通过用电子开关 S 的两种状态(开或关)获得逻辑变量的两种取值，并用电子开关的高、低电平，表示逻辑变量 1 或 0
图1电子开关等效图
〔3〕.高、低电平与正、负逻辑
高电平和低电平是两个截然不同的可以区别开来的电压范围。

图2正负逻辑电平表示法
〔4〕.分立元件门电路和集成门电路的应用 ① 分立元件门电路(目前不使用)
用分立的元器件和导线连接起来构成的门电路。

② 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。

常用集成门电路：CMOS 集成门电路、TTL 集成门电路 〔5〕.数字集成电路的集成度
一块芯片中含有等效逻辑门或元器件的个数
2〕电子开关特性
〔1〕理想开关的开关特性 静态特性：① 断开 0 OFF OFF
=∞=I R ，
② 闭合： 0 0AK ON ==U R ，
图3理想开关示意图动态特性
①开通时间：
②关断时间：
普通开关：静态特性好，动态特性差。

如继电器、接触器
半导体开关：静态特性较差，动态特性好。

如二极管、三极管、CMOS管动态时间只有几百万/秒或几千万/秒。

(2)二极管的开关特性
图4为二极管开关电路，当二极管截止时相当于开关S断开，输出为高电平；当二极管导通时，相当于开关S闭合，输出为低电平。

图4二极管开关电路
〔3).三极管的开关特性
三极管开关电路如图5所示，在电路中，三极管充当了开关S 。

从三极管的工作原理和特性可知，三极管可以工作在放大、截止、饱和三种工作状态。

在开关电路中，三极管工作在后两种工作状态。

图5三极管的开关电路
V 2 )( L I I -==U u a
发射结反偏 T 截止
0C B ≈≈i i
V
12CC O =≈V u
V 3 )b ( H I I ==U u 发射结正偏 T 导通
饱和导通条件：
c CC B S B R V I i β≈
>
b
BE I B R u u i -=
V)
7.0(BE ≈u
mA
1mA 3.27
.03 =-=
β
β
⋅-=
=
c CES
CC CS
BS R U V I I
m A
06.0m A 210012
c CC =⨯=≈
R V β
因为
BS
B I i >所以饱和 T
V
3.0CES O ≤=U u
〔4)CMOS 管的开关特性 N 沟道增强型MOS 管的开关特性如图8所示。

(a) V IL =0时，D-S 间不导通，MOS 管截止，R OFF >106Ω，开关断开。

(b) 加上足够高的+V IH ，且>V T , D-S 间形成N 型导电沟道，MOS 管导通， R OFF <1K Ω，开关接通。

D-S 间相当于是一个受V I 控制的开关
图6沟道增强型MOS 管开关状态
P 沟道增强型MOS 管的开关特性如图7所示。

(a) V IH =V DD 时， V GS =0，S-D 间不导通，MOS 管截止。

(b) V IL =0时，V GS =－V DD ，且V DD >|V T |，S-D 间形成P 型导电沟道，MOS 管导通，S-D 之间也构成一个受V I 控制的开关。

图7 P沟道增强型MOS管开关状态
3〕分立元件门电路
(1)二极管与门
二极管与门电路如图8a〕所示，图8b〕是与门的逻辑符号。

图8与门电路图和符号
函数式：
Y = AB
(2)二极管或门
二极管或门电路如图9a〕所示，逻辑符号如图9b〕。

图9或门电路图和符号
函数式：
Y = A + B
正逻辑和负逻辑的对应关系：
(3)三极管非门
三极管非门电路如图10a 〕所示，逻辑符号如图10b 〕。

图10非门电路图和符号
V 0IL I ==U u ，T
截止V 5CC OH O ===V U u V 5IH I ==U u ，T 导通
mA 1mA 3.47
.05b BE IH B =-=-=
R u U i
m A 17.0m A 1305
c CC BS =⨯=≈
R V I β
因为B
BS
i
I >，所以T 饱和V 3.0OL O ==U u
函数式：。