5.1 基本逻辑门电路（课件）-《电子技术基础》同步教学（人民邮电版）

项目5 逻辑门与组合逻辑电路 5.1 基本逻辑门电路 5.2 组合逻辑电路的分析与设计 5.3 常用的组合逻辑电路器件 项目导入 用来实现基本逻辑关系的电子电路称为逻辑门电路，以逻辑门作为基本单元的数字电路称之为组合逻辑电路。 组合逻辑电路是指在任何时刻，输出状态只决定于同一时刻各输入状态的组合，而与电路以前状态无关，而与其他时间的状态无关。即组合逻辑电路的输入、输出之间没有反馈延迟通道；且 电路中无记忆单元。 对于每一个从事电子技术的工程技术人员来说，只有充分了解各种门电路的功能原理，且对已经设计出来的组合逻辑电路熟悉其功能和外部特性，才能在实际电子线路中正确选择和合理使用它们。因此，逻辑门和组合逻辑电路是电子工程技术人员必须掌握的重要基础知识之一。 了解本征半导体、P型和N型半导体的特征及PN结的形成过程；熟悉二极管的伏安特性、分类及用途；理解三极管的电流放大原理，掌握其输入和输出特性的分析方法；理解双极型和单极型三极管在控制原理上的区别；初步掌握工程技术人员必需具备的分析 电子电路的基本理论、基本知识 和基本技能。 学习目标 了解各种基本逻辑门的电路组成，理解其逻辑功能；掌握复合逻辑门电路的构成，熟记其逻辑功能；了解组合逻辑电路的分析步骤，掌握组合逻辑电路的分析方法，了解组合逻辑电路的设计步骤；了解编码器、译码器、数值比较器、数据选择器的逻辑功能与使用方法。 在充分掌握基本逻辑门和中规模组合逻辑器件功能的条件下，训练并掌握具有对各种逻辑 器件进行正确的功能测试的能力和 基本技能。 知识目标与技能目标 提出问题 什么是逻辑门？基本逻辑门有哪些？什么是复合逻辑门？常用的复合逻辑门又有哪些？什么是集成逻辑门？集成逻辑门有哪两种系列？ 任务5.1 认识各种基本逻辑门 知识准备 5.1.1 基本逻辑门 数字电路中，门电路是最基本的逻辑单元，门电路原输入和输出之间的关系属于逻辑关系，因此又把门电路称为逻辑门。显然，逻辑门是一种开关电路。 1.半导体二极管、晶体管和MOS管的开关特性 半导体二极管最显著的特性是单向导电性，当二极管正向偏置时，相当一个闭合的开关，信号可以通过；当二极管反向偏置时，相当一个打开的开关，信号不能通过。 （1）二极管的开关特性 利用二极管“正向导通、反向阻断”的单向导电性，在数字电路中常用做电子开关使用。电子开关的“通”态用数字“1”表示，“断”态用数字“0”表示。显然，电子开关的通、断状态在数字电路中属于二值的逻辑变量。 1）正向特性 当电路的输入电压为低电平，且VCC-ui大于二极管的导通压降UT时，二极管正向导通。由于二极管导通时正向电阻很小，因此正向电流急剧增长，此时的VD相当于具有压降UT的闭合电子开关。 二极管开关电路 2）反向特性 当二极管开关电路的输入电压为高电平，即VCC-ui<UT时，二极管反向偏置呈截止状态。截止状态下二极管呈现很大的电阻，电流基本不能通过约等于0，此时二极管相当一个断开的电子开关。 二极管开关电路 工程实际中，通常在二极管开关电路中串接一只限电阻R，以防止电流突然增大时造成二极管烧坏。 理想二极管的开关特性 A S K 理想开关 IOFF=0 UAK + - ION UAK=0 + - 理想开关断开时，无论UAK在多大范围内变化，其等效电ROFF=∞，通过理想开关S的电流IOFF=0。 理想开关闭合时，无论流通其中的电流在多大范围内变化，其等效电阻RON=0，电压UAK=0，通过理想开关S的电流为ION。 理想二极管接通时，电阻为零，开关断开时，电阻为无穷大。工程中通常把二极管理想化。 理想开关S显然在客观世界中不存在。常见的机械开关、继电器、接触器等，在一定电压和电流的范围内，静态特性与理想开关十分接近，但动态特性较差，根本满足不了数字电路一秒钟开关几百万次乃至数千万次的需要。而由二极管、三极管构成的电子开关，其静态特性不如机械开关，但它们的动态特性却是机械开关无法比拟的，因此广泛应用于数字电路中。 （2）晶体管的开关特性 数字电路中，晶体管工作在饱和区时，相当一个闭合的开关；晶体管工作在截止区时，相当一个断开的开关。晶体管和二极管一样，开关状态转换时也是需要时间的，但在分析数字电路问题时，若满足一定条件，就可把晶体管作为理想电子开关。 （3）MOS管的开关特性 当MOS管栅源间电压小于其开启电压时，不能形成导电沟道，处于截止状态，相当一个断开的电子开关；当MOS管栅源间电压大于其开启电压时，导电沟道形成，数字电路中MOS管导通时，一般工作在可变电阻区，由于其导通电阻很小，可看作是一个闭合的电子开关。 MOS管导通时相当一个闭合的开关 MOS管截止时相当一个断开的开关 教学内容 2. 分立