第2章 逻辑门电路
逻辑门电路是指能完成一些基本逻辑功能的电子电路,简称门电路,它是构成数字电路的基本单元电路。从生产工艺上看,门电路可分为分立元件门电路和集成门电路两大类。分立元件门电路目前已很少采用,本章将主要介绍集成门电路。本章首先介绍晶体管的开关特性,然后着重讨论目前广泛使用的TTL和CMOS门电路的逻辑功能和电气特性(主要是外部特性),并简要地介绍其他类型的双极型电路和MOS门电路,*后讨论TTL和CMOS电路的接口。
2.1 晶体管的开关特性
数字集成电路按所用半导体器件的不同,可分为两大类:一类是以双极型晶体管为基本元件组成的集成电路,称为双极型数字集成电路,属于这一类的有DTL(Diode Transistor Logic)、TTL(Transistor-Transistor Logic)和ECL(Emitter Coupled Logic)等电路;另一类是以MOS晶体管为基本元件组成的集成电路,称为MOS型(或单极型)数字集成电路,属于这一类的有NMOS(N—Channel Metal-Oxide-Semiconductor)和CMOS(Complement Metal-Oxide—Semiconductor)等电路。
在数字电路中,经常将半导体二极管、三极管和场效应管作为开关元件使用,它们在电路中的工作状态有时导通,有时截止,并能在信号的控制下进行两种状态的转换。这是一种非线性的大信号运用。一个理想的开关,接通时阻抗应为零,断开时阻抗应为无穷大,而这两个状态之间的转换应该是瞬间完成的。但实际上晶体管在导通时具有一定的内阻,而截止时仍有一定的反向电流,又由于它本身具有惰性(如双极型晶体管中存在着势垒电容和扩散电容,场效应管中存在着极间电容),因此两个状态之间的转换需要时间,转换时间的长短反映了该器件开关速度的快慢。下面讨论半导体二极管、三极管和MOS管的开关特性。
1.半导体二极管的开关特性
由于二极管具有单向导电性,所以在数字电路中经常把它当做开关使用。正向运用时,电阻很小,接近短路;反向运用时,电阻很大,接近断路。所以用它做开关是合适的。图2.1是硅二极管的伏安特性曲线。
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