阎石数字电子技术基础第六版复习笔记电子版

阎石《数字电子技术基础》第6版教材知识点归纳

第3章 门电路复习笔记

本章系统地讲述了数字集成电路中的基本逻辑单元电路——门电路，为后续使用门电路器件打下了基础。本章主要介绍了二极管和三极管在开关状态下的工作特性，CMOS门电路和TTL门电路的工作原理和逻辑功能。本章的重点内容为CMOS门电路和TTL门电路。

一、概述

1门电路的概念和类型（见表3-1-1）

表3-1-1 门电路的概念和类型

2正逻辑与负逻辑

在电子电路中，用高、低电平分别表示二值逻辑的1和0两种逻辑状态。如果以高电平表示逻辑1，以低电平表示逻辑0，则称这种表示方法为正逻辑；反之，则称这种表示方法为负逻辑，如图3-1-1所示。

图3-1-1 正、负逻辑示意图

3集成电路分类（见表3-1-2）

表3-1-2 集成电路分类

二、半导体二极管门电路

1半导体二极管的开关特性

（1）半导体二极管的单向导电性：

外加正向电压时导通，外加反向电压时截止，开关电路如图3-1-2所示，但其并不具有理想的开关特性，而是相当于一个受外加电压极性控制的开关，伏安特性如图3-1-3所示。

（2）工作原理：

①当v_I＝V_IH，D截止，v_O＝V_OH＝V_CC；

②当v_I＝V_IL＝0，D导通，v_O＝V_OL＝0。

图3-1-2 二极管开关电路图

图3-1-3 二极管伏安特性示意图

（3）伏安特性的近似法：

①当外电路的等效电源V_CC和等效电阻R_L都很小时，二极管的正向导通压降和正向电阻都不能忽略，如图3-1-4（a）所示；

②当二极管的正向导通压降和外加电源电压相比不能忽略，而与外接电阻相比二极管的正向电阻可以忽略时，如图3-1-4（b）所示；

③当二极管的正向导通压降和正向电阻与电源电压和外接电阻相比均可忽略时，可以将二极管看作理想开关，如图3-1-4（c）所示。

图3-1-4 几种二极管伏安特性近似法

内容来源

阎石《数字电子技术基础》第6版复习笔记课后答案

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2二极管与门、或门（见表3-1-3）

表3-1-3 二极管与门、或门要点总结

三、CMOS门电路

1MOS管的开关特性

（1）MOS管的结构与工作原理：

①结构示意图与符号见图3-1-5：

3-1-5 MOS管的结构与符号

②工作原理：电路图见图3-1-6，具体工作原理为：

a．当v_I＝v_GS＜V_GS（th）时，MOS管工作在截止区，在输出端即为高电平V_OH≈V_DD；

b．当v_I＞V_GS（th），且V_DS较高时，MOS管工作在恒流区，随着v_I升高I_D增加，而v_O下降，电路工作在放大状态；

c．当v_I继续升高以后，MOS管的导通内阻R_ON变得很小，输出端变为低电平V_OL≈0，相当于开关。

图3-1-6 MOS管的开关电路图

（2）MOS管的四种类型见表3-1-4：

表3-1-4 MOS管的四种类型对照表

2CMOS反相器的电路结构和工作原理

（1）CMOS反相器的电路结构如图3-1-7所示；

（2）工作原理：

①当v₁＝V_IL＝0时，有，故T₁导通而T₂截止，输出为高电平V_OH≈V_DD；

②当v_I＝V_IH＝V_DD时，有，故T₁截止而T₂导通，输出为低电平V_OL≈0。

CMOS电路优点：静态下无论v_i是高电平还是低电平，T₁和T₂总有一个是截止的，截止内阻极高，流过两个CMOS管的静态电流极小，故CMOS反相器静态功耗极小。

图3-1-7 CMOS反相器的电路图

（3）电压传输特性和电流传输特性：

①电压传输特性：在图3-1-7所示的电路图中，CMOS输出电压随输入电压变化的曲线，具体见图3-1-8。

②电流传输特性：漏极电流随输入电压而变化的曲线，具体见图3-1-9。

图3-1-8 CMOS反相器的电压传输特性

图3-1-9 CMOS反相器的电流传输特性

（4）输入端噪声容限：

①定义：在保证输出高、低电平基本不变（变化的大小不超过规定的允许限度）的条件下，允许输入信号的高、低电平的波动范围。

②计算方法：输入为高电平时的噪声容限为V_NH＝V_OH（min）－V_IH（min）；输入为低电平时的噪声容限为V_NL＝V_IL（max）－V_OL（max）。

3其他类型的CMOS门电路

（1）其他类型CMOS门电路见表3-1-5：

表3-1-5 几种类型CMOS门电路

（2）缓冲级结构：

①普通逻辑功能CMOS门电路缺点：

a．CMOS门电路输出电阻R_O受输入端状态的影响；

b．输出的高、低电平受输入端数目的影响；

c．输入端工作状态不同时对电压传输特性也有一定的影响。

②缓冲级的结构作用：为克服上述缺点，在门电路的每个输入端和输出端各增设一级反相器，即缓冲器。需要注意，输入、输出端加入缓冲器后，电路的逻辑功能也发生了变化，与非门电路中加入缓冲级结构则该门电路变为或非门电路，或非门电路中加入缓冲级结构则该门电路变为与非门电路。加入缓冲级的电路结构是实际的器件内部电路结构。

……

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