2010年注册电气工程师基础考试大纲-博泰典藏网
典藏文档　篇篇精品
2010年注册电气工程师基础考试大纲
导读：2.1掌握TTL集成逻辑门电路的组成和特性2.2掌握MOS集成门电路的组成和特性，十三、电气工程基础，13电气主接线，13.1掌握电气主接线的主要形式及对电气主接线的基本要求13.2了解各种主接线中，1.4掌握三种基本逻辑关系及其表达方式2集成逻辑门电路2.1掌握TTL集成逻辑门电路的组成和特性2.2掌握MOS集成门电路的组成和特性3数字基础及逻辑函数化简3.1掌握逻辑代数基本运算关系3.2了1.4 掌握三种基本逻辑关系及其表达方式
2 集成逻辑门电路
2.1 掌握TTL集成逻辑门电路的组成和特性
2.2 掌握MOS集成门电路的组成和特性
3 数字基础及逻辑函数化简
3.1 掌握逻辑代数基本运算关系
3.2 了解逻辑代数的基本公式和原理
3.3 了解逻辑函数的建立和四种表达方法及其相互转换
3.4 了解逻辑函数的最小项和最大项及标准与或式
3.5 了解逻辑函数的代数化简方法
3.6 了解逻辑函数的卡诺图画法、填写及化简方法
4 集成组合逻辑电路
4.1 掌握组合逻辑电路输入输出的特点
4.2 了解组合逻辑电路的分析、设计方法及步骤
4.3 掌握编码器、译码器、显示器、多路选择器及多路分配器的原理和应用
4.4 掌握加法器、数码比较器、存储器、可编程逻辑阵列的原理和应用
5.1 了解RS、D、JK、T触发器的逻辑功能、电路结构及工作原理
5.2 了解RS、D、JK、T触发器的触发方式、状态转换图（时序图）
5.3 了解各种触发器逻辑功能的转换
5.4 了解CMOS触发器结构和工作原理
6 时序逻辑电路
6.1 掌握时序逻辑电路的特点及组成
6.2 了解时序逻辑电路的分析步骤和方法，计数器的状态转换表、状态转换图和时序图的画法；触发器触发方式不同时对不同功能计数器的应用连接
6.3 掌握计数器的基本概念、功能及分类
6.4 了解二进制计数器（同步和异步）逻辑电路的分析
6.5 了解寄存器和移位寄存器的结构、功能和简单应用
6.6 了解计数型和移位寄存器型顺序脉冲发生器的结构、功能和分析应用
7 脉冲波形的产生
7.1 了解TTL与非门多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的结构、工作原理、参数计算和应用
8 数模和模数转换
8.1 了解逐次逼近和双积分模数转换工作原理；R-2R网络数模转换工作原理；模数和数模转换器的应用场合
8.2 掌握典型集成数模和模数转换器的结构
8.3 了解采样保持器的工作原理
十三、电气工程基础
1 电力系统基本知识
1.1 了解电力系统运行特点和基本要求
1.2 掌握电能质量的各项指标
1.3 了解电力系统中各种结线方式及特点
1.4 掌握我国规定的网络额定电压与发电机、变压器等元件的额定电压
1.5 了解电力网络中性点运行方式及对应的电压等级
2 电力线路、变压器的参数与等值电路
2.1 了解输电线路四个参数所表征的物理意义及输电线路的等值电路
2.2 了解应用普通双绕组、三绕组变压器空载与短路试验数据计算变压器参数及制定其等值电路
2.3 了解电网等值电路中有名值和标幺值参数的简单计算
3 简单电网的潮流计算
3.1 了解电压降落、电压损耗、功率损耗的定义
3.2 了解已知不同点的电压和功率情况下的潮流简单计算方法
3.3 了解输电线路中有功功率、无功功率的流向与功角、电压幅值的关系
3.4 了解输电线路的空载与负载运行特性
4 无功功率平衡和电压调整
4.1 了解无功功率平衡概念及无功功率平衡的基本要求
4.2 了解系统中各无功电源的调节特性
4.3 了解利用电容器进行补偿调压的原理与方法
4.4 了解变压器分接头进行调压时，分接头的选择计算
5 短路电流计算
5.1 了解实用短路电流计算的近似条件
5.2 了解简单系统三相短路电流的实用计算方法
5.3 了解短路容量的概念
5.4 了解冲击电流、最大有效值电流的定义和关系
5.5 5.6 5.7 5.8 了解同步发电机、变压器、单回、双回输电线路的正、负、零序等值电路
掌握简单电网的正、负、零序序网的制定方法
了解不对称短路的故障边界条件和相应的复合序网
了解不对称短路的电流、电压计算
5.9 了解正、负、零序电流、电压经过Y/△－11变压器后的相位变化
6.1 了解三相组式变压器及三相芯式变压器结构特点
6.2 掌握变压器额定值的含义及作用
6.3 了解变压器变比和参数的测定方法
6.4 掌握变压器工作原理
6.5 了解变压器电势平衡方程式及各量含义
6.6 掌握变压器电压调整率的定义
6.7 了解变压器在空载合闸时产生很大冲击电流的原因
6.8 了解变压器的效率计算及变压器具有最高效率的条件
6.9 了解三相变压器联接组和铁芯结构对谐波电流、谐波磁通的影响
6.10 了解用变压器组接线方式及极性端判断三相变压器联接组别的方法
6.11 了解变压器的绝缘系统及冷却方式、允许温升
7 感应电动机
7.1 了解感应电动机的种类及主要结构
7.2 掌握感应电动机转矩、额定功率、转差率的概念及其等值电路
7.3 了解感应电动机三种运行状态的判断方法
7.4 掌握感应电动机的工作特性
7.5 掌握感应电动机的启动特性
7.6 了解感应电动机常用的启动方法
7.7 了解感应电动机常用的调速方法
7.8 了解转子电阻对感应电动机转动性能的影响
7.9 了解电机的发热过程、绝缘系统、允许温升及其确定、冷却方式
7.10了解感应电动机拖动的形式及各自的特点
7.11了解感应电动机运行及维护工作要点
8 同步电机
8.1 了解同步电机额定值的含义
8.2 了解同步电机电枢反应的基本概念
8.3 了解电枢反应电抗及同步电抗的含义
8.4 了解同步发电机并入电网的条件及方法
8.5 了解同步发电机有功功率及无功功率的调节方法
8.6 了解同步电动机的运行特性
8.7 了解同步发电机的绝缘系统、温升要求、冷却方式
8.8 了解同步发电机的励磁系统
8.9 了解同步发电机的运行和维护工作要点
9 过电压及绝缘配合
9.1 了解电力系统过电压的种类
9.2 了解雷电过电压特性
9.3 了解接地和接地电阻、接触电压和跨步电压的基本概念
9.4 了解氧化锌避雷器的基本特性
9.5 了解避雷针、避雷线保护范围的确定
10.1 掌握断路器的作用、功能、分类
10.2 了解断路器的主要性能与参数的含义
10.3 了解断路器常用的熄弧方法
10.4 了解断路器的运行和维护工作要点
11.1 掌握电流、电压互感器的工作原理、接线形式及负载要求
11.2 了解电流、电压互感器在电网中的配置原则及接线形式
11.3 了解各种形式互感器的构造及性能特点
12 直流电机基本要求
11.1 了解直流电机的分类
12.2 了解直流电机的励磁方式
12.3 掌握直流电动机及直流发电机的工作原理
12.4 了解并励直流发电机建立稳定电压的条件
12.5 了解直流电动机的机械特性（他励、并励、串励）
12.6 了解直流电动机稳定运行条件
12.7 掌握直流电动机的起动、调速及制动方法
13 电气主接线
13.1 掌握电气主接线的主要形式及对电气主接线的基本要求
13.2 了解各种主接线中主要电气设备的作用和配置原则
13.3 了解各种电压等级电气主接线限制短路电流的方法
14 电气设备选择
14.1 掌握电器设备选择和校验的基本原则和方法
14.2 了解硬母线的选择和校验的原则和方法 包含总结汇报、经管营销、农林牧渔、外语学习、工程科技、资格考试、教学研究、求职职场以及2010年注册电气工程师基础考试大纲等内容。本文共2页
相关内容搜索该商品已下柜，非常抱歉！
数字电子技术基础(21世纪高职高专规划教材机电系
商品介绍加载中...
扫一扫，精彩好书免费看
服务承诺：
京东平台卖家销售并发货的商品，由平台卖家提供发票和相应的售后服务。请您放心购买！
注：因厂家会在没有任何提前通知的情况下更改产品包装、产地或者一些附件，本司不能确保客户收到的货物与商城图片、产地、附件说明完全一致。只能确保为原厂正货！并且保证与当时市场上同样主流新品一致。若本商城没有及时更新，请大家谅解！
权利声明：京东上的所有商品信息、客户评价、商品咨询、网友讨论等内容，是京东重要的经营资源，未经许可，禁止非法转载使用。
注：本站商品信息均来自于合作方，其真实性、准确性和合法性由信息拥有者（合作方）负责。本站不提供任何保证，并不承担任何法律责任。
印刷版次不同，印刷时间和版次以实物为准。
价格说明：
京东价：京东价为商品的销售价，是您最终决定是否购买商品的依据。
划线价：商品展示的划横线价格为参考价，该价格可能是品牌专柜标价、商品吊牌价或由品牌供应商提供的正品零售价（如厂商指导价、建议零售价等）或该商品在京东平台上曾经展示过的销售价；由于地区、时间的差异性和市场行情波动，品牌专柜标价、商品吊牌价等可能会与您购物时展示的不一致，该价格仅供您参考。
折扣：如无特殊说明，折扣指销售商在原价、或划线价（如品牌专柜标价、商品吊牌价、厂商指导价、厂商建议零售价）等某一价格基础上计算出的优惠比例或优惠金额；如有疑问，您可在购买前联系销售商进行咨询。
异常问题：商品促销信息以商品详情页“促销”栏中的信息为准；商品的具体售价以订单结算页价格为准；如您发现活动商品售价或促销信息有异常，建议购买前先联系销售商咨询。
加载中，请稍候...
加载中，请稍候...
加载中，请稍候...
加载中，请稍候...
加载中，请稍候...
加载中，请稍候...
加载中，请稍候...
浏览了该商品的用户还浏览了
加载中，请稍候...
价　格： 到
　　　
iframe(src='///ns.html?id=GTM-T947SH', height='0', width='0', style='display: visibility:')第3章门电路；一、教学目的：；门电路是数字电路的基本逻辑单元；二、教学题要；在这一章里，首先介绍了晶体管的开关原理，然后介绍；3.1概述；TTL和CMOS集成电路是目前数字系统中应用最广；学习集成电路时，应将重点放在它们的外部特性上；3.2晶体二极管和三极管的开关特性；半导体器件如晶体二极管、三极管和MOS管都有导通；3.2.1晶体二极管的开关特性；3.2.
一、教学目的：
门电路是数字电路的基本逻辑单元。构成门电路的基本元件是晶体二极管和三极管，本章首先介绍晶体管的开关特性，然后重点讨论目前广泛使用的TTL集成门电路和CMOS集成门电路。对于每一种门电路，除了介绍其电路结构、工作原理和逻辑功能外，还着重讨论它们的电气特性，为实际使用这些器件打下基础。
二、教学题要
在这一章里，首先介绍了晶体管的开关原理，然后介绍分立元件门、TTL集成逻辑门和MOS集成逻辑门等门电路的结构、工作原理和特性。
TTL和CMOS集成电路是目前数字系统中应用最广的基本电路。在TTL中，有两种载流子参与导电，因此称为双极型集成电路；在CMOS中，只有一种载流子参与导电，因此称为单极型集成电路。尽管TTL和CMOS集成电路在制造工艺方面存在区别，但从逻辑功能和应用的角度上讲，TTL和CMOS集成电路没有多大的区别。从产品的角度上讲，凡是TTL具有的集成电路芯片，CMOS一般也具有，不仅两者的功能相同，而且芯片的尺寸、管脚的分配都相同。换句话说，以TTL为基础设计实现的电路，也可以用CMOS电路来替代。因此，在数字电路系统设计时，不必事先考虑设计目标芯片的类型。
学习集成电路时，应将重点放在它们的外部特性上。外部特性包括电路的逻辑功能和电气特性。集成电路的逻辑功能一般可以用逻辑符号、功能表、真值表、逻辑函数表达式和工作波形来表示。电气特性包括电压传输特性、输入特性、输出特性和动态特性等。
工作速度、抗干扰能力和静态功耗是集成电路的主要技术指标。对于TTL、CMOS和ECL这几种类型的集成电路产品来说，ECL集成电路的速度最快，TTL次之，CMOS最慢；CMOS集成电路的抗干扰能力最强，TTL次之，ECL最弱；CMOS集成电路的静态功耗最低，TTL次之，ECL最大。在设计数字系统时，可以根据需要选择这些产品。
晶体二极管和三极管的开关特性
半导体器件如晶体二极管、三极管和MOS管都有导通和截止两种状态，在导通状态下，允许电信号通过，在截止状态下，禁止电信号通过，这就是它们的开关特性。半导体器件的开关特性又分为静态特性和动态特性，前者指器件稳定在导通和截止两种状态下的特性，后者指器件在状态发生变化过程中的特性。
晶体二极管的开关特性
晶体三极管的开关特性
分立元件门
由电阻、电容、二极管、三极管等分立元件构成的逻辑门称为分立元件门。分立元件门的体积大、耗电高、故障多，现在几乎很少使用。这一节介绍的分立元件门，仅作为逻辑门电路学习的入门基础。
二极管与门 二极管或门 三极管非门 复合逻辑门
正逻辑和负逻辑
TTL集成电路是一种单片集成电路，其输入端和输出端都是由晶体三极管构成的电路，称为晶体管―晶体管逻辑，简称TTL(Transistor-TransistorLogic)。TTL门是构成数字逻辑系统的基本器件。下面以与非门为典型电路，介绍TIL集成电路的结构、工作原理、外部特性和使用方法。
TTL集成与非门
TTL与非门的外部特性
TTL与非门的主要参数
TTL与非门的改进电路
TTL其他类型的集成电路
TTL集成电路多余输入端的处理
其他类型的双极型集成电路
在双极型数字集成电路中，TTL电路的应用最广泛。其他种类的双极型集成电路，如二极管三极管逻辑DTL(Diode Transistor Logic)、高阈值逻辑HTL(High Threshold Logic)、发射极耦合逻辑ECL(Emitter Coupled Logic)和集成注入逻辑I2L(Integrated Injection Logic)等，在某些有特殊要求的场合使用。下面简单介绍ECL和12L电路，让读者对它们有一定了解。
MOS集成电路是用MOS管作基本元件构成的。MOS管是金属-氧化物-半导体场效应管
(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)的简称。在MOS管内，只有一种载流子参与导电，因此MOS集成电路称为单极型集成电路。
CMOS门的外部特性
三、教学重点、难点
TTL和CMOS集成电路的逻辑功能和电气特性
四、教学过程及方法
学时：4学时
门电路是数字电路的基本逻辑单元。构成门电路的基本元件是晶体二极管和三极管，本章首先介绍晶体管的开关特性，然后重点讨论目前广泛使用的TTL集成门电路和CMOS集成门电路。对于每一种门电路，除了介绍其电路结构、工作原理和逻辑功能外，还着重讨论它们的电气特性，为实际使用这些器件打下基础。
以二极管与门和或门和三极管非门介绍分离元件的门电路。
以TTL与非门入手介绍TTL电路的各种电气特性和特点，然后介绍OC门和三态门。 以NMOS和PMOS的与非门和或非门入手，介绍CMOS电路的电气特性和特点。 TTL电路和CMOS电路多余端处理的异同。
详见第3章教学过程与方法
五、作业布置及参考资料
第四章习题8、12、13(A)，14、15、16 (B)，教师网站上公布习题、复习题和课程教案
六、教学后记
三亿文库包含各类专业文献、专业论文、幼儿教育、小学教育、生活休闲娱乐、中学教育、高等教育、50第3章门电路教案等内容。　
　第3章门电路教案 第4章教学过程与方法 第4章组合逻辑电路教案1...31)2.输入特性 32)3.输入负载特性 TTL与非门的输入负载特性是指在输入端加上... 　教科版九年级物理上册《第3章认识电路》教案_理化生_初中教育_教育专区。教科版八九年级物理教案、PPT海量下载!九年级物理(教科版)上册 教学设计 第三章 认识电路... 　同系列文档 第3章教学过程与方法 第3章门电路教案 第4章教学过程与方法 第4章组合逻辑电路教案1/2 相关文档推荐 第1章习题 6页 免费 第1章 习题 4页 2... 　电路(第五版)._邱关源原著_电路教案_第3章电阻电路的一般分析_理学_高等教育_教育专区。电路(第五版)._邱关源原著_电路教案_第3章电阻电路的一般分析第... 　第3章_门电路 课后答案_工学_高等教育_教育专区。数字电子技术基础 [阎石] 第5版 课后答案数字电子技术基础参考答案 第二章 第三章 门电路 【题 3.1】在图 ... 　门电路的静态特性 实验 B:了解门电路的动态特性 实验 C:观察毛刺捕捉 二、实验原理 见《数字逻辑电路设计实践》第二章 三、预习思考题 1、下图中的两个电路在... 　4页 免费 构成原理教案 14页 免费喜欢此文档的还喜欢 第3章门电路教案 2页 ... 学年度第一学期 总学时:54 学期学时:54 使用教材:计算机组成原理(... 　第3 章 逻辑门电路一、学习目的 逻辑门电路是构成数字电路的基本单元。要从内部结构上认识了解逻辑门电路的基本构造和性 能特点,了解逻辑门电路的逻辑关系用分立... 　天津科技大学电路课程精讲教案,考试复习必备!隐藏&& 第三章 电阻电路的一般分析...网络图论 图论是拓扑学的一个分支,是富有趣味和应用极为广泛的一门学科。图论...Digital circuit basis（8）
一、概述：
五部分：半导体二极管、三极管和MOS的开关特性
各种门电路的分立元件构成
CMOS集成门电路
TTL集成门电路
门电路的VHDL描述及仿真
1、半导体二极管、三极管和MOS的开关特性
（1）二极管特性：（硅二极管为例）
a.静态开关特性：伏安特性曲线
导通条件：当外加正向电压Ud&0.7V时，二极管导通，就近似地认为Ud=0.7V不变，如同一个具有0.7V压降的闭合了的开关。
截止条件：当外电压Ud&0.5V时，二极管截止，近似的看成断开的的开关。
b.动态特性：
二极管的电容效应：结电容Cj、扩散电容Cd
二极管的开关时间：开通时间Ton、关断时间Toff.
（2）三极管特性：
特点：具有放大能力，能够通过基极电流控制其工作状态，是一种具有放大特性的开关元件。
a.静态特性：
输出特性：半导体三极管不是工作在截止区，就是工作在饱和区，而放大区仅仅是一种瞬间即逝的工作状态。
b.动态特性：参考二极管
（3）MOS管的开关特性：
特点：具有放大能力，能够通过栅极电压Ugs控制其工作状态，是一种具有放大特性的开关元件。
a.静态特性：
导通条件（N沟道MOS管）：当Ugs&Utn（开关电压2V），即工作在导通状态，其导通电阻Ron只有几百欧姆。
导通时特点：MOS管导通后，如同一个具有一定导通电阻闭合了的开关。
P沟道MOS管：当Ugs&Utn（开关电压-2V），......
b.动态特性：参考三极管
2、各种门电路的分立元件构成
二极管与门、或门：电路图构成、逻辑符号、真值表的分析识记
三极管非门（反相器）、MOS三极管非门：电路图构成、逻辑符号、真值表的分析
3、CMOS集成门电路
（1）CMOS反相器工作原理
静态特性：输入特性、输出特性、传输特性
动态特性：传输延迟时间、输出端状态转换时间、交流噪声容限、动态功耗
（2）CMOS与非门、或非门、与门、或门：电路图构成、逻辑符号、真值表的分析识记
（3）CMOS传输门、三态门和漏极开路门
CMOS传输门：电路图设计构成、逻辑符号。特点：双向传输。
CMOS三态门：电路图设计构成、逻辑符号。特点：反相器（高电平、低电平）和高阻态。
CMOS漏极开路门（OD门），电路图设计构成、逻辑符号。
& & & & & & & & & & &
& & & & & & & & & & & & & 特点：工作时必须外加电源和上拉电阻，线与、电平移位、带负载能力强。
备注：带负载能力强，输出为高电平时，带拉电流负载的能力Ioh决定于外接电源VDD和电阻Rd；
& & & & & & & & & & & & & & & & & & 输出为低电平时，带灌电流负载的能力Iol由输出MOS管 的容量决定。
（4）TTL集成门电路
静态特性：输入特性、输出特性、传输特性
动态特性：传输延迟时间、输出端状态转换时间、交流噪声容限、动态功耗
（2）TTL与非门、或非门、与门、或门、与或非门、异或门：电路图构成、逻辑符号、真值表的分析识记
（3）TTL集电极开路门和三态门
TTL三态门：电路图设计构成、逻辑符号。特点：反相器（高电平、低电平）和高阻态。
TTL集电极开路门（OC门），电路图设计构成、逻辑符号。
& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & 特点：工作时必须外加电源和上拉电阻，线与、电平移位、带负载能力强。
备注：带负载能力强，输出为高电平时，带拉电流负载的能力Ioh决定于外接电源VDD和电阻Rc；
& & & & & & & & & & & & & & & & & & 输出为低电平时，带灌电流负载的能力Iol由输出三极管的容量决定。
（4）CMOS、TTL三态门应用实例：
多路开关、双向传输、单向总线
（5）VHDL:硬件描述语言设计：省略。
&&相关文章推荐
* 以上用户言论只代表其个人观点，不代表CSDN网站的观点或立场
访问：103591次
积分：1994
积分：1994
排名：千里之外
原创：96篇
转载：17篇
(6)(8)(5)(2)(5)(6)(5)(7)(1)(25)(37)(6)
(window.slotbydup = window.slotbydup || []).push({
id: '4740881',
container: s,
size: '200,200',
display: 'inlay-fix'门电路课件_甜梦文库
门电路课件
数字逻辑电路肖合九 教授2009年7月（2-1）第2章 门电路（2-2）第2章 门电路概述 2.1 2.2 2.3 半导体二极管、三极管和MOS管的开关特性 分立元器件门电路 CMOS集成门电路2.4TTL集成门电路（2-3）概述一、门电路的概念1、什么是门电路：实现基本和常用逻辑运算的电子 电路，称为逻辑门电路。它是数字电路中最基本的单 元。 2、门电路的主要类型：门电路的主要类型有与门、 或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等。二、逻辑变量与两状态开关在二值逻辑中，逻辑变量的取值不是0就是1，是一 种二值量。在数字电路中，与之对应的是电子开关的 两种状态。半导体二极管、三极管和MOS管是构成这 种电子开关的基本开关元件。（2-4）三、高、低电平与正、负逻辑1、高电平和低电平：高电平 和低电平是两种状态，是两个不 同的可以截然区别开来的电压范 围。 右图2.4～5V范围内的电压， 都称为高电平，用UH表示。 0～0.8V范围内的电压，都称 为低电平，用UL表示。 2、正逻辑和负逻辑：用1表示 高电平，用0表示低电平，称为 正逻辑赋值，简称正逻辑。用1 表示低电平，用0表示高电平， 称为负逻辑赋值，简称负逻辑。（2-5）四、分立元件门电路和集成门电路1、用分立的元器件和导线连接起来构成的门电路， 称为分立元件门电路。 2、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。五、数字集成电路的集成度1、集成度：一般把在一块芯片中含有等效逻辑门 的个数或元器件的个数，定义为集成度。 2、数字集成电路按照集成度分类 小规模集成电路(SSI)：＜100个元器件/片 中规模集成电路(MSI)：100～999个元器件/片 大规模集成电路(LSI)：个元器件/片 超大规模集成电路(VLSI)：＞100000个元器件/片 （2-6）2.1 半导体二极管、三极管和MOS管的开关特性2.1.1 理想开关的开关特性A S 理想开关 K一、静态特性 1、断开时，其等效电阻ROFF＝∞，通过其中的电流 IOFF＝0。 2、闭合时，其等效电阻RON＝0，其两端电压UAK＝0。 二、动态特性 1、开通时间ton＝0，即开关由断开状态转换到闭合状 态不需要时间，可以瞬间完成。 2、关断时间toff＝0，即开关由闭合状态转换到断开 状态不需要时间，可以瞬间完成。（2-7）2.1.2半导体二极管的开关特性半导体二极管最显著的特点是具有单向导电性能。相当于 开关闭合S 导通 截止 3V 0VDR3VRS0V相当于 开关断开R（2-8）一、静态特性 1、半导体二极管的结构示意图、符号和伏安特性 半导体二极管的结构示意图、符号和伏安特性如下图 所示。（2-9）2、半导体二极管的开关作用 硅半导体二极管具有下列静态开关特性： ⑴ 导通条件及导通时的特点：当外加正向电压UD＞ 0.7V时，二极管导通，硅半导体二极管如同一个具有 0.7V压降、闭合了的开关。 ⑵ 截止条件及截止时的特点：当外加正向电压UD＜ 0.7V时，二极管截止，硅半导体二极管如同一个断开了 的开关。（2-10）二、动态特性 1、二极管的电容效应 二极管存在结电容Cj和扩散电容CD， Cj和CD的存在极 大地影响了二极管的动态特性，无论是开通还是关断， 伴随着Cj、CD的充、放电过程，都要经过一段延迟时间 才能完成。 2、二极管的开关时间 下图所示是一个简单的二极管开关电路及相应的uI和 iD的波形。（2-11）⑴ 开通时间 当输入电压uI由UIL跳变到UIH时，二极管D要经过延迟时间td、 上升时间tr之后，才能由截止状态转换到导通状态。半导体二极管 的开通时间为：ton=td＋tr ⑵ 关断时间 当输入电压uI由UIH 跳变到UIL时，二极管D要经过存储时间ts、 下降时间（也称为渡越时间）tf之后，才能由导通状态转换到截止 状态。半导体二极管的关断时间为：toff=ts＋tf（2-12）2.1.3半导体三极管的开关特性+UCC RC 3V uOC E+UCC 3V 0V RB RCuO u O ? 0相当于 开关闭合uiT截止 饱和 0V+UCC RCC EuO相当于 开关断开uO ? UCC（2-13）一、静态特性 1、结构示意图、符号和输入、输出特性 半导体三极管的结构示意图、符号如下图所示。（2-14）半导体三极管的输入、输出特性如下图所示。输入特性指的是基极电流iB和基极-发射极间电压 uBE之间的关系曲线。 输出特性指的是基极电流iC和集电极-发射极间电压 uCE之间的关系曲线。在数字电路中，半导体三极管不 是工作在截止区，就是工作在饱和区，而放大区仅仅 是一种瞬间即逝的工作状态。 （2-15）2、半导体三极管的静态开关特性 ⑴ 饱和导通条件及饱和时的特点 饱和导通条件：三极管基极电流iB大于其临界饱和 时的数值IBS时，饱和导通。 饱和导通时的特点：对于硅三极管，饱和导通后 uBE≈0.7V，uCE＝UCES≤0.3V 如同闭合的开关。（2-16）⑵ 截止条件及截止时的特点 截止条件： uBE＜Uo＝0.5V 式中，Uo是硅三极管发射结的死区电压。 截止时的特点：iB≈0，iC≈0 如同断开的开关。（2-17）二、动态特性 半导体三极管和二极管一样，在开关过程中也存在电 容效应，都伴随着相应电荷的建立和消散过程，因此都 需要一定时间。右图所示是三极管开关电路中uI为矩形脉冲时，相 应iC和uO的波形。（2-18）⑴ 开通时间 当输入电压uI由UIL＝－2V跳变到UIH＝3V时，三极 管需要经过延迟时间td和上升时间tr之后，才能由截止 状态转换到饱和导通状态。开通时间为 ton=td＋tr⑵ 关断时间 当输入电压uI由UIH＝3V 跳变到UIL＝－2V时，三极 管需要经过存储时间ts、下降时间tf之后，才能由饱和导 通状态转换到截止状态。半导体三极管的关断时间为 toff=ts＋tf 半导体三极管开关时间的存在，影响了开关电路的工 作速度。由于toff＞ton，所以减少饱和时基区存储电荷的 数量，尽可能地加速其消散过程，即缩短存储时间 tS， 是提高半导体三极管开关速度的关键。（2-19）2.1.4MOS管的开关特性MOS管最显著的特点也是具有放大能力。不过它 是通过栅极电压uGS控制其工作状态的，是一种具有 放大特性的由电压uGS控制的开关元件。一、静态特性 1、结构示意图、符号、漏极特性和转移特性 N沟道增强型MOS管的结构示意图、符号如下图所示。金属铝 S G D 二氧化硅 DN+N+P-Si (a) 结构示意图G S(b) 符号（2-20）N沟道增强MOS管的漏极特性和转移特性如下图所示。反映漏极电流iD和漏极-源极电压uDS之间的关系曲 线族称为漏极特性。 反映漏极电流iD和栅极-源极电压uGS之间的关系曲 线称为转移特性。（2-21）2、MOS管的静态开关特性 ⑴ 截止条件和截止时的特点 截止条件：当MOS管栅源电压uGS小于其开启电压 UTN时，将处于截止状态。 截止时的特点：iD＝0，MOS管如同一个断开了的开 关。（2-22）⑵ 导通条件和导通时的特点 导通条件：当uGS大于UTN时， MOS管将处于导通状 态。 导通时的特点：MOS管导通之后，如同一个具有一 定导通电阻RON闭合了的开关。（2-23）二、动态特性 1、MOS管极间电容 MOS管三个电极之间，均有电容存在，它们分别是 栅源电容CGS、栅漏电容CGD和漏源电容CDS。在数字电 路中，MOS管的动态特性，即开关速度是受这些电容 充、放电过程制约的。2、开关时间 右图所示MOS管开关 电路中，当uI为矩形波时， 相应iD和uO的波形。（2-24）⑴ 开通时间 当输入电压uI由UIL＝0V跳变到UIH＝VDD时，MOS管 需要经过导通延迟时间td1和上升时间tr之后，才能由截 止状态转换到饱和导通状态。开通时间为 ton=td1＋tr ⑵ 关断时间 当输入电压uI由UIH＝VDD跳变到UIL＝0V时，MOS管 需要经过关断延迟td2、下降时间tf之后，才能由导通状 态转换到截止状态。关断时间为 toff=td2＋tf MOS管电容上电压不能突变是造成iD(uO)滞后uI变化 的主要原因。而且，由于MOS管的导通电阻比三极管 的饱和导通电阻要大得多，RD也比RC大，所以它的开 通和关断时间也比三极管长，即其动态特性较差。（2-25）2.22.2.1分立元器件门电路二极管与门和或门 2、工作原理⑴ 电压关系表 ① uA=uB=0时，D1、D2均导通 uY=uA+uD1=uB+uD2=0+0.7V=0.7V ② uA=0、uB=3V时，由于uA、uB电平不 同，当D1导通后，使 uY=uA+uD1=0+0.7V=0.7V 导致 uD2=uY－uB=0.7－3＝－2.3V，故D2截 止。D1导通后，uY被钳位在0.7V。 ③ uA=3V、uB=0V时，与②类似， D2导 通，D1截止， D2导通后，uY被钳位在0.7V。 ④ uA=3V、uB=3V时，D1、D2都导通。 uY被钳位在3.7V。（2-26）一、二极管与门 1、电路与符号整理上述估算结果，可得左下表所示电压关系表。⑵ 设定变量、状态赋值、列真值表 ① 设定变量：用A、B、Y分别表示uA、uB、uY。 ② 状态赋值：用0表示低电平，用1表示高电平。 ③ 列真值表：根据设定的变量和状态赋值情况，由 电压关系表可列出右下表所示的与门的逻辑真值表。 综上所述，该电路确实实现了与的逻辑功能Y=A? B， 所以是一个二极管与门。电压关系表 uA/V uB/V 0 0 0 3 3 0 3 3 uY/V 0.7 0.7 0.7 3.7 与门逻辑真值表 A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 Y 0 0 0 1（2-27）二、二极管或门 1、电路与符号 2、工作原理⑴ 电压关系表 ① uA=uB=0时，D1、D2均导通 uY=0－0.7V=－0.7V。 ② uA=0V、uB=3V时，D2导通， D1截止，uY=3－0.7V=2.3V。 ③ uA=3V、uB=0V时，D1导通， D2截止， uY=3－0.7V=2.3V 。 ④ uA=3V、uB=3V时，D1、D2均 导通。uY=3－0.7V=2.3V 。 整理分析估算结果，即可得到电压 关系表如右表所示。电压关系表 uA/V uB/V 0 0 0 3 3 0 3 3 uY/V －0.7 2.3 2.3 2.3（2-28）⑵ 设定变量、状态赋值、列真值表 ① 设定变量：用A、B、Y分别表示uA、uB、uY。 ② 状态赋值：用0表示低电平，用1表示高电平。 ③ 列真值表：根据设定的变量和状态赋值情况，由 电压关系表可列出右下表所示的与门的逻辑真值表。 综上所述，该电路确实实现了或的逻辑功能Y=A+B， 所以是一个二极管或门。或门逻辑真值表A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 Y 0 1 1 1（2-29）对于图2.2.1（a）所示电路的电压关系表（如下）， 在状态赋值时若采用正逻辑，即用1表示高电平、用0表 示低电平，就得到前面所讲的正与门逻辑真值表。正与门逻辑真值表 若在状态赋值时若采用负逻辑， Y 即用0表示高电平、用1表示低电平， A B 就得到下面的负或门逻辑真值表。 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 负或门逻辑真值表 A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 Y 0 1 1 1（2-30）所以说图 2.2.1（a） 二极管电路， 既是正与门 又是负或门。电压关系表uA/V uB/V 0 0 0 3 3 0 3 3 uY/V 0.7 0.7 0.7 3.72.2.2三极管非门（反相器）一、半导体三极管非门 1、电路与符号2、工作原理① uI=uIL=0V时，三极管T截止， 由于iB＞IBS，T饱和导通， iB=0、iC=0，∴ uO=UOH＝VCC=5V。 有uO = UOL＝ UCES ≤0.3V。 ② uI=uIH=5V时， 整理分析估算结果，即可得 到电压关系表如下表所示。 U IH ? u BE 5 ? 0.7 iB ? ? m A ? 1m A Rb 4.3 uI/V uO/V VCC 5 I BS ? ? m A ? 0.17m A 0 5 ?RC 30?1 5 0.3（2-31）若用A、Y分别表示uI、uO，用0表示低电平，用1表示 高电平。则可由左下表所示的电压关系表得到右下表所 示的真值表。由右下表可知，图2.2.3（a）所示电路实 现了非逻辑功能 ，是一个三极管组成的非门。非门电压关系表 uI/V 0 5 uO/V 5 0.3 非门真值表 A 0 1 Y 1 0 图2.2.3（a）半导体三极管饱和导通以后也有钳位作用。如果发射 极电位是不变的，那么它的集电极电位就被固定在比发 射极高0.3V的电位上；反之，若其集电极电位是不变的， 那么它的发射极电位就被固定在比集电极低0.3V的电位 上。 （2-32）二、MOS三极管非门1、电路与符号2、工作原理① uI=uIL=0V时，uGS=uIL=0V，小 于开启电压UTN＝2V，所以MOS管 是截止的，故 uO=UOH＝VDD=10V ② uI=uIH=10V时，uGS =uIH = 10 V， 整理分析估算结果，即 可得到电压关系表如下 大于开启电压UTN＝2V，MOS管导 表所示。 通且工作在可变电阻区，导通电阻 uI/V uO/V 很小，只有几百欧，故 0 10 VCC uO ? U OL ? ? RON ? 0V 10 0RON ? RD（2-33）若用A、Y分别表示uI、uY且采用正逻辑后得到的逻辑 真值表如右下表。MOS管非门电压关系表uI/V 0 10 uO/V 10 0 非门真值表 A 0 1 Y 1 0由右上表可知，图2.2.4（a） 所示电路确实是MOS三极管非门。图2.2.4（a）（2-34）作业题 P132 2.1 2.2P135 题2.2最左边的图(a)P136 题2.3(a)（2-35）2.3CMOS集成门电路MOS管有N沟道和P沟道之分，每种又有增强型和耗 尽型两种。在数字电路中，多采用增强型。 CMOS集成电路的许多最基本的逻辑单元都是用P沟 道增强型MOS管（称为PMOS管)和N沟道增强型MOS 管（称为NMOS管)按照互补对称形式连接起来构成的。 当NMOS管和PMOS管成对出现在电路中，且二者在工作中互补，称为CMOS管(Complementary MetalOxide Semiconductor－互补金属氧化物半导体 )。这种电路具有电压控制、功耗极小、连接方便等一系列 优点，是目前应用最广泛的集成电路之一。（2-36）2.3.1CMOS反相器NMOS管的开关特性 D接正电源 导通电阻相当小 导通截止NMOS管的电路符号及转移特性 (a) 电路符号 （b）转移特性（2-37）PMOS管的开关特性D接负电源 导通电阻相当小导通截止PMOS管的电路符号及转移特性 (a) 电路符号 （b）转移特性（2-38）一、电路组成及其工作原理 1、电路组成 TP是P沟道增强型MOS 管，TN是N沟道增强型 MOS管，两者按照互补 对称形式连接起来便构成 了CMOS反相器。它们的 栅极G1、G2连接起来做 为信号的输入端，漏极 D1、D2连接起来做为信 号的输出端，TN的源极S1 接地，TP的源极S2接电源 VDD。G2+VDD S +10V B2 TPD2 D1 G1uA 10VuY 10V 0V0VB1 TNS1(a) 电路图开启电压|UTP|=UTN，且小于VDD（2-39）2、工作原理+VDD S +10VG2B2 TPD2 D1+VDD +10V RONP uY S +10V+VDD +10V S uY RONNuA 10V 0VG1uY 10V0V0VB1 TNS1(a) 电路图(b) TN截止、TP导通(c) TN导通、TP截止（1）uA＝0V时， TN截止，TP导通。输出电压uY=VDD=10V。简 化等效电路如图 (b)所示。 （ 2） uA ＝ VDD=10V时 ，TN导通， TP截止。输出电压 uY=0V。 简 化等效电路如图 (c)所示。Y?A实现了非逻辑运算（2-40）3、输入端保护电路为了保护栅极和沟道之间的二氧 化硅绝缘层不被击穿， CMOS 输入 端都加有保护电路。 右图是带输入端保护网络的 CMOS 反相器。图中 D1 、 D2 、 D3 和 RS组成二极管保护网络。 D1、D2、 D3 的 正 向 导 通 压 降 uDF=0.5~0.7V ， 反 向 击 穿 电 压 在 30V 左 右 ， RS ＝ 1.5~2.5kΩ,C1、C2是栅极等效输入电 容。+VDD C2 D3 uA D2 RS D1 C1 TN TP uYVSS由于二极管的钳位作用，使得MOS管在正或负尖峰脉冲作用 下不易发生损坏。在正常工作时，uA在0V和VDD之间变化，保 护二极管均处在截止状态，不影响电路功能。当uA高于VDD ＋ uDF或低于－uDF时，相应保护二极管就会导通，从而把TN、TP 栅极电位限制在－ uDF～ (VDD ＋uDF)范围内，因此不会发生 SiO2介质被击穿的现象。 （2-41）二、静态特性1、输入特性 反映iI=f(uI)的曲线称为输入 伏安特性曲线简称输入特性。 当uI在－uDF和VDD＋uDF之间 变化时，iI≈0；当uI＞VDD＋uDF 时，D3导通，iI从输入端经D3 流入VDD，iI将随着uI的增加而 急剧增加，反映了D3正向导通 的情况；当uI＜－uDF时，D1导 通，iI经D1、RS从输入端流出， 输入特性中相应曲线部分的斜 率为1/RS。 CMOS反相器输入特性所反 映的，实际是输入保护网络的 特性。D3 iI + uI _ RS D1 D2+VDD C2 TP uO TN C1(a)+VDD iI + u _IVSS1uO(b)（2-42）2、输出特性 反映uO=f(iO)的曲线称为输出伏安特性，简称输出特性。 当uI为低电平，即uI=UIL=0V时，TN截止、TP导通，uO为高电 平，即uO=UOH ，带拉电流负载。电流iO从VDD经TP流出，供给负 载RL，由于这时负载RL是向反相器索取电流，所以形象地称为 拉电流负载，并把反相器能够输出的最大电流IOH，称为带拉电 流负载的能力。特性曲线如图(c)左边部分所示。（2-43）当uI为高电平，即uI=UIH=VDD时，TN导通、TP截止，uO为低电 平，即uO=UOL ，带灌电流负载。电流iO从VDD经负载RL 流入反 相器。由于这时负载电流iO是流入反相器的，所以形象地称为灌 电流负载，并把反相器能吸收即允许灌入的最大电流IOL，称为 带灌电流负载的能力。特性曲线如图(c)右边部分所示。（2-44）3、传输特性 反映uO=f(uI)的曲线形象具体地描述了输出电压uO与 输入电压uI 的关系,称为电压传输特性。 反映iD=f(uI)的曲线形象具体地描述了漏极电流iD与输 入电压uI 的关系,称为电流传输特性。（2-45）① AB段：uI＜UTN，TN截止，TP导通。uO=VDD、iD=0，功耗 极小。 ② BC段：uI＞UTN，TN导通，但导通电阻较大，故uO略有下 降，iD开始出现，并逐渐增加，功耗也随之增加。 ③ CD段：uI在0.5VDD附近， TN、TP均导通，且导通电阻都较 小，是uO随uI改变而急剧变化的区域，iD也最大，功耗也最大。 相应地，把输入电压uI=0.5VDD称为反相器的转折电压或阈值电 压，用UTH表示。 ④ DE、EF段与BC、AB段是对应的，只不过TN、TP的工作状 态，DE和BC段、 EF和AB段时的情况正好相反。 输入端噪声容限是指uO 为规定值时，允许uI波动 的最大范围。 UNL：输入为低电平时 的噪声容限； UNH：输入为高电平时 的噪声容限。（2-46）三、动态特性1、传输延迟时间 下图所示是CMOS反相器带电容性负载时的电路和输入、输出 电压波形。 当uI改变取值时CMOS反相器的状态转换总是伴随着输入、输 出电容的充、放电过程。电容上电压是不能突变的，所以反相器 输出电压uO的变化总是滞后于输入电压uI的，尤其是在输出端接 有负载电容CL时，滞后时间会更长。 tPHL:输出电 50% 压由高电平变 uI 为低电平的延 uO 迟时间。 tPLH:输出 50% 电压由低电平 tPHL 变为高电平的 tPLH 延迟时间。（2-47）2、输出端状态转换时间 当输入电压uI改变取值时，输出端状态将产生相应变化，相伴 随的是CL的充、放电过程，状态转换时间基本上就是CL的充、放 电时间。uI uO90% 10%tTHLtTLHtTHL:当uI改变取值时，输出电压uO从90％下降到10％所经历 的时间。 tTLH:当uI改变取值时，输出电压uO从10％上升到90％所经历 的时间。（2-48）3、交流噪声容限 一般地说，干扰噪声都是一些无规则的脉冲信号，用交流噪声 容限可以表示反相器对这些脉冲信号的抗干扰能力。反相器对输 人信号的响应总是有一定的延时，如果干扰脉冲持续的时间很短， 以至于输出端状态还没有任何变化，干扰脉冲就消失了显然这样 的脉冲信号对电路不会起作用。所以，反相器对窄脉冲的噪声容 限要高于其直流噪声容限。 下图是干扰脉冲宽度不同时交流噪声容限的曲线。图中tNW表 示干扰脉冲宽度，UNA表示干扰脉冲幅度。（2-49）4、动态功耗 在状态转换过程中，CMOS反相器瞬态电流很大， 因此会产生所谓动态功耗。动态功耗的大小，与电源电压VDD、uI变化的重复频率，负载电容的容量等因素有关，它们的数值越大，动态功耗也越大。CMOS反相器的静态功耗很小，在常温下只有几个微瓦，常可忽略不计。（2-50）2.3.2CMOS与非门、或非门、与门和或门+ VDDTP2 TP1一、CMOS与非门 1、电路组成及符号右图是与非门的电路图，两 个P沟道增强型MOS管TP1 、 TP2 并联，两个N沟道增强型 A MOS管TN1、TN2串联 ，TP2、 uA TN2的栅极连接起来成为输入 B 端A， TP1、TN1的栅极连接 uB 起来成为输入端B。下图是与 非门的逻辑符号。YuYTN1A B&TN2Y（2-51）2、工作原理+ VDDTP2 A uA B uB TP1 Y uY TN1①A、B当中有一个或全 为低电平时，TN1、TN2 中有一个或全部截止， TP1、TP2中有一个或全 部导通，输出Y为高电 平。 ②只有当输入A、B全为 高电平时，TN1和TN2才会 都导通，TP1和TP2才会都 截止，输出Y才会为低电 平。TN2Y ? A? B（2-52）二、CMOS或非门 1、电路组成及符号 右图是或非门的电 A 路图，串联起来的是 两个P沟道增强型 B MOS管， 并联起来的 是两个N沟道增强型 MOS管，TP1、TN1的 栅极连接起来是输入 端A， TP2、TN2的栅 极连接起来是输入端B。 A 下图是或非门的逻辑 符号。 B+VDDTP1TP2Y ? A? BTN1TN2≥1Y（2-53）2、工作原理+VDDTP1 A TP2Y ? A? B①只要输入A、B当 中有一个或全为高电 平，TP1、TP2中有一 个或全部截止，TN1、 TN2中有一个或全部 导通，输出Y为低电 平。 ②只有当A、B全为低 电平时，TP1和TP2才 会都导通，TN1和TN2 才会都截止，输出Y 才会为高电平。BTN1TN2Y ? A? B（2-54）三、CMOS与门和或门 1、CMOS与门在基本CMOS与非门电路的输出端，再加一个反相器，便构 成了与门，逻辑图如下图所示。A B&1YA ＝ B&Y2、CMOS或门在基本CMOS或非门电路的输出端，再加一个反相器，便构 成了或门，逻辑图如下图所示。A B≥11YA ＝ B≥1Y（2-55）四、带缓冲的CMOS与非门和或非门 1、基本电路的主要缺点右图所示CMOS与非门和或非门 +VDD 的基本电路，从输出端看，其结 TP1 构是不对称的。在与非门中，两 A 个PMOS管是并联起来的，两个 A Y TP2 B NMOS管是串联起来的；而在或 B Y 非门中，情况正好相反并联起来 TN2 的是两个NMOS管，串联起来的 TN1 是两个PMOS管。这种不对称带来 VSS VSS 与非门 或非门 两个问题： ⑴使电路的输出特性不对称。 ⑵使电路的电压传输特性发生偏移，阈值电压不再是0.5VDD， 因此导致了噪声容限下降。 不难理解，随着输入端数目的增加，电路结构不对称的程度会 变大，因而带来的问题也会更突出。一个比较有效的解决办法， 就是加缓冲电路 （2-56）+VDD2、带缓冲的门电路在基本电路的输入端和输出端附加上反相器,便构成了带缓冲 的门电路。加了反相器后，其输入、输出特性就与反相器没有 区别了，这就改善了电路的电气特性，同时也给 +VDD 使用者带来了方便。+VDD A1 1YA1TP1B1或 非 门B1TP21TN2与 非 门YA B1 &VSSAY1 1TN1VSS1≥11Y1BY ? A? B ? A? B ? A ? BY ? A? B ? A? B ? A ?B （2-57）2.3.3 CMOS与或非门和异或门 +VDD 一、CMOS与或非门 1、电路组成及符号由三个与非门基本电路 和一个反相器构成。图(a) 是其电路图，图(b)是它的 等效逻辑图，图(c)是其逻 辑符号。A B C D A B C D & & & 1 YC D VSS A+VDD+VDDBY VSS +VDDVSS(b)& ≥1(a)Y(c)VSS（2-58）2、工作原理A B& & 1YC D&由图(b)可以容易地得到Y ? A? B ?C ? D ? A? B ? C ? D ? A? B ? C ? D可见图(a)所示的电路确实实现了与或非运算，是 CMOS与或非门。（2-59）二、CMOS异或门1、电路组成及符号+VDDTP2+VDD +VDDTP4 TP3ABTP1TP5Y PTN1 TN3 TN5TN2VSSTN4VSS VSS(a) =1 (b)A BY图(a)是CMOS异或门的 电路图。TP1、TP2 、TN1 、 TN2组成或非门，其输出 P控制着TP5和TN5的状态， 当P＝0时， TP5导通、 TN5截止；当P＝1时， TP5截止、TN5导通。而当 TP5导通、TN5截止时， TP3、TP4 、TN3 、TN4组 成与非门；当TP5截止、 TN5导通时，Y通过TN5接 到公共端――地。图(b) 是异或门的逻辑符号。（2-60）2、工作原理+VDDTP2+VDD +VDDTP4由图(a)所示电路知P ? A? B当P＝0时，因为TP5导通，TN5 截止，TP3、TP4、TN3、TN4组成 了与非门，所以有ATP1TP3TP5BPTN2 TN1 TN3 TN4YTN5Y ? A? B当P＝1时，由于TP5截止， ， TN5导通，故Y＝0。A0 0 1 1VSSVSS(a)VSS整理上述结果，可以列出右表所 示的逻辑真值表。 由右表可得 Y ? AB ? AB ? A ? B 所以图(a)所示电路实现了对A、B的 异或运算。B0 1 0 1P1 0 0 0Y0 1 1 0（2-61）直接用与非门也可以很容易地组合起来构成异或门，下图是它的逻辑图。由图可得Y ? A ? AB ? AB ? B ? A ? AB ? AB ? B ? A? B ? A? B ? A ? BA & B & & & Y（2-62）2.3.4 CMOS传输门、三态门和漏极开路门 一、CMOS传输门CGVDDDC uI/uOSuI/uOSTP TN D GuO/uITGuO/uIC(b)符号 ①C＝0、 C 端为高电平（＋VDD） C ? 1 ，即C端为低电平（0V）、 时， TN和TP都不具备开启条件而截止，输入和输出之间相当于 开关断开一样。 C ? 0，即C端为高电平（＋VDD）、 C 端为低电平（0V） ②C＝1、 时，TN和TP都具备了导通条件，输入和输出之间相当于开关接通 一样，uo＝ui。 （2-63）C (a) 电路二、CMOS三态门+VDD A EN 1TP2TP1 A TN1 EN 1 (a) 电路 TN2 YEN (b) 符号Y①EN=1时，TP2、TN2均截止， Y与地和电源都断开了，输 出端呈现为高阻态。②EN=0时，TP2、TN2均导通， TP1、TN1构成反相器。 可见电路的输出有高阻态、 高电平和低电平3种状态， 是一种三态门。（2-64）三、CMOS漏极开路门（OD门） 1、电路组成及符号 图(a)是CMOS漏极开路门的电路图，图(b)是它的逻 辑符号。+V’DDRD D Y外接A B&(b) 逻辑符号YA B&1B1VSS(a) 电路图（2-65）2、主要特点 ①输出MOS管的漏极是开路的，工作时必须外接电源 V’DD和电阻RD，实现的逻辑功能是Y＝A? B。 ②可以实现线与功能，即可以把几个OD门的输出端 连接起来实现与运算。 ③可以用来实现逻辑电平变换。 ④带负载能力强。输出为高电平时带拉电流负载能力 IOH决定于外接电源V’DD和电阻RD；输出为低电平时带 灌电流负载能力IOL由输出级MOS管的容量决定，比较 大。（2-66）作业题 P136 题2.4 (a) (d) (f) (k) 题2.5 (a) (b) (c)题2.6 (a) (c) (d)题2.8（2-67）2.4TTL集成门电路+VCC +5V R4TTL是晶体管-晶体管逻辑(Transistor-Transistor Logic)的简称。 TTL逻辑门由若干晶体三极管、二极管和电阻组成。T1 uI 图(a)是TTL反相器的 uO 0V 0V D T4 1 典型电路图，它有三部 R3 分组成： 1kΩ ①输入级 由T1、R1、D1组成， 中间级 输出级 D1是保护二极管，是为防止输入 输入级 (a) 端电压过低而设置的； ②中间级 由T2、R2、R3组成，T2集电极输出驱动T3，发射极 输出驱动T4； ③输出级 由T3、T4、D和R4组成。（2-68）2.4.1 TTL反相器 一、电路组成及其工作原理 1、电路组成 3.6V A4kΩR11.6kΩR2130ΩT3 T2 DY 3.6V2、工作原理 ①、当电路输入端A接高电平（3.6V）时发射结 反偏UBE1＝2.1－3.6 ＝－1.5V＜0R1 4KΩ电位钳 在2.1V 4.3V T1 3.6V 1.4VD1 全导通VCC(+5V)R2 1.6KΩ 1V T2 0.7V×2 R4 130ΩUC2＝UCES2＋Ube4 T3 ＝0.3＋0.7≈1V3.6V AT1管发射结处于反向偏置， 而集电结处于正向偏置，所以， T1管处于发射结和集电结倒置使 用的工作状态。R3 1KΩD uO＝0.3V Y 输入为1 T4 输出为0 ∵UC2≈1V， 该值不足以使 T3、D导通， 故T3、D截止。（2-69）②、当电路输入端接低电平(0V)时发射结导通Ub1≈0＋0.7＝ 0.7VVCC(+5V)R1 4KΩib3≈00.7VR2 1.6KΩ ≈5V T2R4 输入为0 130Ω 输出为1 T3uO≈VCC－Ube3－ UD＝5－0.7－ 0.7＝3.6V0VAT1D14.3V3.6VD∵Ub1≈0.7V ，作 用于T1 管的集电结 和T2、T4管的发射 结，不足以让T2、 T4导通。故T2、T4 截止。Y实实现了非运算，是非门，即反相器。T4 由于T 截止， 2 截止 R3 VCC通过R2、T3 1KΩ 和D管使之工 作在导通状态， T3发射结和D 综上所述可知，图2.4.1(a)所示电路确 的导通压降均 为0.7V 。（2-70）二、静态特性1、输入特性 输入特性是指输入电流与输入电压之间的关系曲线， 即II=f(uI)的函数关系。典型的输入特性如图所示。（2-71）① 输入端短路电流IIS 当uI=UIL=0V时的输入电流称为输入端短路电流IIS， 是uI=0即输入端对地短接时，由反相器输入端流出来 的电流。数值为：VCC ? uBE1 5 ? 0.7 iI ? I IS ? ?iB1 ? ? ?? m A ? ?1.075m A R1 4 ② 输入漏电流IIH。 当 uI=UIH=3.6V 时的输入电流称为输入漏电流 IIH ， 即T1倒置工作时的反向漏电流，其电流值很小，倒置 时其电流放大系数βi=0.01～0.02，若取βi=0.02，则 数值为： iI ? I IH VCC ? uBE1 5 ? 2.1 ? ?i iB1 ? ?i ? 0.02? m A ? 0.0145 mA R1 4（2-72）③ 输入端负载特性 反映接在反相器输入端电阻Ri两端的电压uI和Ri阻值之间关系 的曲线称为输入端负载特性曲线，简称输入端负载特性如图所示。? 开门电阻Ron 当Ri=∞，即输入端悬空时，iB1经T1集电极流入T2基极，使T2饱 和导通。进而使T4也饱和导通并导致T3、D截止，反相器处于导 通状态，输出电压uO=UOL≤0.3V，而uB1由于bc1、be2、be4结的钳 位作用，被固定在2.1V，因此uI=uB1-uBE1=(2.1-0.7)V=1.4V。 实际上，要使反相器工作在导通状态，uO≤0.3V，Ri只需大于 2.5KΩ就可以了，因此把2.5KΩ称为反相器电路的开门电阻Ron 。 （2-73）? 关门电阻Roff 当Ri=0，iB1全部流向T1发射极，T2、T4截止，T3、D导通，输 出电压uO=UOH=3.6V，反相器处于截止状态。而uI=iB1? Ri=0V。 实际上，只要Ri＜0.7KΩ，反相器就会截止，输出为高电平， 因此又把0.7KΩ称为反相器电路的关门电阻，用Roff表示。综上所述可知，当Ri＞Ron时，其逻辑状态相当于1，反相器 导通，输出端逻辑状态为0；当Ri＜Roff时，其逻辑状态相当于0， 反相器截止，输出端逻辑状态为1。如果Roff＜Ri＜Ron ，则反相 器将处于不正常状态，既不是1也不是0，这种情况是不允许的。（2-74）例：在下图中，若均为 TTL 门电路，试写出各个输 出信号的逻辑表达式。A B≥110kΩA B& ≥1Y1100ΩY2(a)(b)解：图(a)中，Ri=10kΩ＞Ron (2.5kΩ) ，输入端相当于接“1”，∴ Y1 ? A ? B ? 1 ? 0图 (b) 中， Ri=100Ω ＜ Roff (0.7kΩ) ，输入端相当于接“0”，∴ Y2 ? AB ? 0 ? AB（2-75）2、输出特性 反映输出电压uO与输出电流iO之间的关系曲线，称为 输出特性曲线，简称输出特性，如图所示。（2-76）① uI=UIH、uO=UOL ，带灌电流负载时的特性 当 uI=UIH ， 为高电平时， T2 、 T4 饱和导通， T3 、 D 截止，输出 电压 uO低电平，带灌电流负载，等效电路如图 2.4.5 所示。特性 如图2.4.4(b)右边部分所示。RL是负载电阻，由于深度饱和，输 出电阻很小，灌电流iO增加时，输出电压上升缓慢。反相器输出 为低电平时，带灌电流负载的能力IOL可达16mA。R1 4kΩ + T1 R3 1kΩ R21.6kΩ+VCC +5V +VCC +5VRL T4 + uO _T2iOUIH_图2.4.4图2.4.5（2-77）② uI=UIL、uO=UOH ，带拉电流负载时的特性 当 uI=UIL ，为低电平时， T2 、 T4截止， T3、D导通，输出电压 uO为高电平，带拉电流负载，等效电路如图 2.4.6所示。特性如 图2.4.4(b)左边部分所示。RL是负载电阻，T3工作在射极输出器 状态，输出电阻也不大。 当拉电流 iO ＜5mA时， T3微饱和，因 而输出高电平UOH变化不大。当 iO ＞5mA时，T3进入深饱和， 由于iR4≈ iO ，UOH=VCC－Uces2－UD－iOR4，故UOH将随着 iO 增加 而降低。+VCC +5V R41.6kΩR2130ΩT3 iO D iO的实际方 向与参考方 向相反 RL + uO _（2-78）图2.4.4图2.4.63、电压传输特性反映输出电压uO与输人电压uI关系的曲线称为电压传输特性曲 线，简称电压传输特性，如图2.4.7 所示。 AB 段 ： uI ＜ 0.6V ， T1 正向 饱 和 导 通 ， uces1≈0.1V ， uC1= ＜0.7V，T2、T4截止，T3、D4 3 导 通 ， 输 出 电 压 uO=UOH= 3.6V，为高电平。称为截止区， 2 电路处于稳定的关态。1UO/V A BCUNL UNHBC 段：对应 uI≈0.6 ～ 1.3V ， 2 3 UI/V T1 仍正向饱和导通， 0.7V≤uC1 0 UIL Uoff 1 Uth U on ＜ 1.4V 。 T2 开始导通，进入放 图2.4.7 电压传输特性 大区，但T4仍截止。 T2 管的集电极电压 uC2 、输出电压 uO 随着 uI 的增加而线性地减小。 这一段称为线性区。（2-79）DECD段：对应uI≥1.3V，T4开始导通。当uI增加时，输出电压急 剧下降，T3和D4趋向截止， T4趋向饱和，电路状态由关态转换 为开态。这一段称为转折区。转折区中心点对应的输入电压称 为反相器的阈值电压，用Uth表示。Uth＝1.4V。O DE段：随着uI增加 ，T1进 A B 入倒置工作状态 ， T2 、 T4 均 饱和导通， T3 、 D4 均截止， 3 输出电压uO=UOL= 0.3V,为低 2 C 电平 ， 电路进入稳定的开态。 这一段称为饱和区。 UNH 1 UNL D E 由于阈值电压Uth所对应的 3 UI/V 是电压传输特性转折区的中心 0 UIL Uoff 1 Uth 2 Uon 点，所以在简化定性分析中， 图2.4.7 电压传输特性 常常把Uth当作决定反相器输出 端状态的关键值。认为uI＜Uth时反相器是关断的，输出端为高 电平，即uO=UOH；uI＞Uth时反相器是开通的，输出端为低电平， 即uO=UOL 。 （2-80）U /V从电压传输特性曲线可以反映出 TTL反相器的几个 主要特性参数。 (1)输出逻辑高电平和输出逻辑低电平 在电压传输特性曲线截止区的输出电压为输出逻辑高 电平UOH，典型值是3.6V， UOHmin＝2.4V 。饱和区的输 出电压为输出逻辑低电平UOL，典型值是0.3V， UOHmax ＝0.4V 。 (2)开门电平(Uon)和关门电平(Uoff) 输入低电平UIL的典型值是0.3V，允许的输入低电平 的最大值UILmax＝0.8V，称为关门电平Uoff=0.8V，它是 保证反相器处于截止状态所允许的uI的最大值。 输入高电平UIH的典型值是3.6V，允许的输入高电平 的最小值UIHmin＝2.0V，称为开门电平Uon=2.0V。（2-81）(3) 抗干扰能力 在集成电路中，经常以输入端噪声容限的数值来定量 地说明门电路的抗干扰能力。 当输入为低电平时，为保证电路处于稳定的关态，输 入低电平加上瞬态干扰信号不应超过关门电平 Uoff 。因 此允许的干扰容限为 UNL=UILmax－UOLmax ＝(0.8－0.4)V ＝0.4V ，称为低电平噪声容限。 当输入为高电平时，为保证电路处于稳定的开态，输 入高电平加上瞬态干扰信号不应低于开门电平 Uon 。因 此允许的干扰容限为UNH=UOHmin－UIHmin ＝(2.4－2.0)V ＝0.4V ，称为高电平噪声容限。 另外，随着温度的升高，输出高电平和输出低电平都 会升高，阈值电压却降低。电源电压的变化主要影响输 出高电平，对输出低电平影响不大。（2-82）三、动态特性1、传输延迟时间1 0 10tPHLtPHL ：输出电压由高电 平变为低电平的传输延 迟时间。 50% tPLH ：输出电压由低 电平变为高电平的传输 延迟时间。 tpd ：平均传输延迟时 50% 间。tPLHt pdt PHL ? t PLH ? 2（2-83）2、动态尖峰电流 (1) 静态电源电流 当 uI=UIL=0V 时， uB1=0.7V ， T2 、 T4 截止，在输出无 负载情况下 VCC ? u B1 5 ? 0.7 iCC ? iB1 ? ? m A ? 1.075m A R1 4 当uI=UIH=3.6V时，uB1=2.1V，T2、T4饱和导通，T3、 D截止iCC ? iB1 ? iC 2 VCC ? u B1 VCC ? (U CES 2 ? u BE 2 ) ? ? R1 R2? 5 ? 2.1 5 ? (0.3 ? 0.7) ? ?? ? m A ? 3.225m A ? 1.6 ? 4 ?（2-84）(2)动态电源尖峰电流在uI由UIL跳变到UIH过程中，会略有过冲。但是，当uI由UIH跳 变到 UIL 时，电路在状态转换期间会出现很大的动态电源尖峰电 流。因为在 uI ＝ UIH 时， T2 、 T4 饱和，尤其是 T4 ，其饱和程度很 深，当uI由UIH跳变到UIL时， T2很快截止，使T3、D导通，而T4 还来不及退出饱和状态，于是从 VCC经R4、 T3、D、 T4形成了低 阻通路，显然在这种情况下，电源电流 iCC 要出现很大的尖峰， 如图所示。（2-85）3、交流噪声容限 与CMOS电路相似．在TTL电路中由于半导体三极管 的开关时间和分布电容的充、放电过程，输入信号变化 时，必须有足够的变化幅度和作用时间，才能使输出端 状态改变。当uI为窄脉冲，而且其宽度接近于门电路的 传输延迟时间时则其幅度只有远大于直流情况，输出端 才可能改变状态。显然反相器对这类窄脉冲的噪声容限 比直流噪声容限要大。TTL反相器的平均传输延迟时间 tpd的典型值是10ns，而绝大多数的TTL门电路的传输延 迟时间都在50ns以内，因此，当输入脉冲的宽度达到微 秒数量级时，应将其当做直流信号处理。（2-86）TTL与非门、或非门、与门、 或门、与或非门和异或门 图2.4.12(a)所示电路 一、TTL与非门 除了输入级 T 采用了 1 1、电路组成及符号 多发射极三极管外， +VCC 其余部分和图2.4.1(a) +5V 所示反相器电路没有 R1 R2 R4 130Ω 4kΩ 1.6kΩ 什么区别。D1、D2 为 T3 输入端保护二极管， A D T2 Y T1 是为抑制输入电压负 B uO T4 D1 向过冲而设置的 D2 R31kΩ2.4.2输入级中间级 (a)输出级A B& (b)Y（2-87）⑵、工作原理 ①、当电路输入端A、B、C全部接高电平（3.6V）时发射结 全反偏UBE1＝2.1－3.6 ＝－1.5V＜0R1 4KΩ电位钳 在2.1V 4.3V T1 3.6V 1.4VVCC(+5V)R2 1.6KΩ 1V T2 0.7V×2 R4 130ΩUC2＝UCES2＋Ube4 T3 ＝0.3＋0.7≈1V3.6VA B CD1 D2 D3全导通T1管发射结处于反向偏置， 而集电结处于正向偏置，所以， T1管处于发射结和集电结倒置使 用的工作状态。R3 1KΩD UY＝0.3V Y 输入全1 T4 输出为0 ∵UC2≈1V， 该值不足以使 T3、D导通， 故T3、D截止。（2-88）②、当电路输入端A～C中至少有一个接低电平(0.3V)时 接低电平的 VCC(+5V) 发射结导通 R1 R2 R4 输入有0 ib3≈0 4KΩ 1.6KΩ 130Ω 输出为1 Ub1≈0.3＋0.7 ＝1V 1V ≈5V UY≈VCC－Ube3－ T3 U ＝5－0.7－ D 0.3V A T2 4.3V 0.7＝3.6V T 1 D 3.6V B Y 3.6V 3.6V CD1 D2 D3截止∵Ub1≈1V ，作用于T1 管的集电 结和T2、T4管的发射结，不足以 让T2、T4导通。故T2、T4截止。R3 1KΩT4 由于T 截止， 2 VCC通过R2、T3 和D管使之工 作在导通状态， T3发射结和D4 的导通压降均 为0.7V 。（2-89）二、TTL或非门 1、电路组成右图所示电路是TTL 或非门的电路图。R1、 T1、R’1、T’1构成输入 级；并联着的T2、T’2和 R2、R3构成中间级；R4、 T3、D、T4构成输出级。A+VCCR1 iB1 D1 R’1 B D’1 T’1 T1 T2 D T4 R3R2R4+5VT3Yi’B1 T’2中间级输入级输出级2、工作原理输入A、B中只要有一个为1，即高电平，例如A=1，那么iB1就 会经过T1集电结流入T2基极，使T2、T4饱和导通，输出为低电平， 即Y=0。 只有当A=B=0时，iB1、i’B1均分别流入T1、T’1发射极， T2、 T’2均截止，T4也截止，T3、D导通，输出才会为高电平，即Y=1。 归纳上述结果可列出教材P123页的真值表，由表可得Y＝A+B（2-90）三、TTL与门、或门及与或非门在TTL与非门的中间级再加一个反相电路，便可得到与门；在 TTL 或非门的中间级，再加一个反相电路，所得到的就是或门； 至于TTL与或非门，则只要将图2.4.13 所示电路中的T1、T’1换成 多发射极三极管即可。 A&四、TTL异或门图2.4.14给出了TTL异或门的等 效逻辑图及符号。由逻辑图可以 很容易地得到Y ? A ? B ? ( A ? B) ? A ? B( A ? B) ? ( A ? B)( A ? B) ? AB ? AB ? A ? BB ≥1≥1Y(a)A B ＝1 Y虽然上述几种门电路的逻辑功能各不相 同，但是它们的输入级和输出级的电路结构 和TTL反相器的输入级和输出级是相同的。Y ? A? B (b)图2.4.14（2-91）2.4.3TTL集电极开路门和三态门这两种类型的电路与CMOS门电路中的漏极开路门和三态门是 相对应的，逻辑符号也相同。下图 给出的是集电极开路与非门。电路输出级三极管T4的集电 极是开路的，故名集电极开路门(Open Collector Gate),简称OC 门。 OC门必须外接负载电阻RC和电源V’CC才能正常工作。+VCC +5VR1 A B T1 R2 T2一、集电极开路门（OC门）+V’CCRC YT4OC门的主要特点与 OD门相同（见P109～ 110）。 具有OC结构的TTL 门电路，除了与非门 外，还有反相器、与 门、或非门、异或门 等。（2-92）R3 &A BY二、输出三态门 1、电路组成及其工作原理①电路组成 三态门是在 普通门的基础 上，加上使能 控制信号和控 制电路构成的。 左图是三态输 出与非门。 图(a)是低 电平使能的电 路。图(b)是 高电平使能的 电路。（2-93）②工作原理 在图(a)电路中，当EN=0，即P=1，D3截止，电路处于工作状态， 即Y=A? B? P=A? B。 当EN=1时，即P=0，T2、T4截止，而导通的二极管D3把uQ钳位 在小于或等于1V的电平上，使T3、D不能导通，因此输出端Y对电 源VCC、对地都是断开的，呈现为高阻抗状态，并记为：Y=Z。 可见图(a)电路的输出端有三种状态：高电平、低电平、高阻抗。 图(b)电路是高电平使能的电路，即当使能控制端为高电平时电 路处于工作状态，Y=A? B，为低电平时电路被禁止，Y=Z。（2-94）2、应用举例①用作多路开关 在图(a)中两个三态输出反相器是并联起来的， EN是整个电路的使能端。当EN=O时．G1使能、 G2禁止,Y=A1 ；当EN=1时G1禁止、G2使能， Y＝A2。G1、G2构成两个开关，可以根据需要 将A1或A2反相后送到输出端。②用于信号双向传输 在图(b)中两个三态输出反相器反并联起来 构成双向开关，当EN=O时信号向右传送，A2 ＝ A1；当EN=1时，信号向左传送，A1＝A2。（2-95）③构成数据总线 在图(c)中，n个三态输出反相器的输出端都连接到一根信 号传输线上，构成单向总线。n路信号都可以通过总线进行传 输，不过要特别注意，任何时刻，都只准许一个三态门使能， 即处于工作状态，其余的三态门均应被禁止。例如现在要传送 A1，则只能令EN1＝0，使G1工作。一般地说要传送Ai，只能 令ENi=0。使Gi工作，其他的三态门的输出端都必须为高阻态。（2-96）2.4.4TTL集成电路和其他双极型集成电路一、TTL集成电路 TTL逻辑器件根据工作环境温度和电源电压工作范围 的差别分为54系列和74系列。54系列的工作环境温度为 －55℃～＋125℃，电源电压工作范围为5V±10％；74 系列的工作环境温度为0℃～＋70℃，电源电压工作范 围为5V±5％。国产TTL集成电路分为4个系列：CT54/74系列(标准 通用系列，相当于国际上SN54/74系列)；CT54H/74H系 列(高速系列，相当于国际上SN54H/74H系列)； CT54S/74S系列(肖特基系列，相当于国际上SN54S/74S 系列)；CT54LS/74LS系列(低功耗肖特基系列，相当于 国际上SN54LS/74LS系列)。（2-97）二、其他双极型集成电路 DTL：早期的双极型集成逻辑门采用的是二极管－ 三极管逻辑(Diode-Transistor Logic,简称DTL) 。由于 速度较低,已经不用了。发展成晶体管-晶体管逻辑 (TTL)。 HTL：高阈值逻辑 (High Threshold Logic)，抗干 扰性好，已被CMOS替代。 ECL：射极耦合逻辑(Emitter Coupled Logic)，是一 种非饱和型的高速数字集成电路，速度快，用于高速 数字系统。 I2L：集成注入逻辑(Integrated Injection Logic)，属 饱和逻辑，电路简单，用于LSI内部电路。 ???（2-98）作业题 P138 题2.9 题2.11P139 题2.13 (a) (c)P140 题2.14 (a) (b)（2-99）（2-100）（2-101）
更多相关文档