1、- 107 -课 题9.1 数字电路的特点及分析方法 9.2 晶体管的开关特性 课 型新课授课班级 授课时数 2教学目标1了解数字电路的基本概念。2掌握晶体管的开关特性。教学重点晶体管的开关特性。教学难点晶体管的开关特性。学情分析教学效果教后记- 108 -新课A引入数字电路是近代电子技术的重要基础。数字技术在近十年来获得空前飞速的发展。随着数字集成工艺的完善，数字技术已渗透国民经济和人民生活的各个领域。B新授课9.1 数字电路的特点及分析方法1数字信号的特点电路中的数字信号在数值上是不连续的，它不随时间连续变化，即为离散的电信号。2数字电路的特点数字电路的基本工作信号是二进制的数字信号，即“
2、0”和“1” ，对应在电路上为低电平和高电平。所以电路简单，易于集成化。3数字电路的分析方法数字电路主要是研究逻辑关系。通常，数字电路用逻辑代数、真值表、逻辑图等方法进行分析。9.2 晶体管的开关特性9.2.1 二极管的开关特性（1）实验电路 开关 S 置 A 端，VD 导通，它呈现的正向压降很小，相当于开关的接通状态。 开关 S 置 B 端，VD 截止，它呈现的反向电阻很大，相当于开关的断开状态。（2）结论：当二极管的正向电阻和反相电阻有很大差别时，二极管即可作为开关使用。9.2.2 二极管开关的应用1限幅电路限幅电路又称削波电路。削波就是指将输入波形中不需要的部分去掉。（1）串联型上限幅电
3、路 电路电路及限幅波形如图所示。（介绍）（分析工作原理）（讲解）- 109 -R：泄放电阻，为电路中可能接入的电容提供放电回路。 工作过程0VD 截止1v0Ov0VD 导通 I限幅电平：把开始起限幅作用的电平称为限幅电平。电路全称为“限幅电平为零的串联型上限幅电路” 。（2）并联型下限幅电路 电路电路及限幅波形如图所示。 工作过程 VD 截止1vGVIOv VD 导通 GV它是限幅电平为 的下限幅度电路，又因二极管与负载电阻并联，所以电路全称G为“限幅电平为 的并联型下限幅电路” 。V（3）结论串联型限幅电路是利用二极管截止起限幅作用；而并联限幅电路是利用二极管导通起限幅作用。2钳位电路（1）
4、电路组成把输入信号的底部或顶部钳制在规定电平上的电路称为钳位电路。顶部电位在零电平的钳位电路如图所示。（分析工作原理）（讲解）- 110 -二极管两端与负载并联。（2）电路功能钳位效应，把输入信号的顶部钳制在 0 电平上。（3）电路原理电容 C 与二极管 VD 和电阻 R 组成的并联电路相串联，在输入脉冲信号作用下，形成对电容 C 的充放电过程。如果信号及电路参数满足有关条件，由于二极管的钳位效应，在二极管两端将获得把输入信号的顶部钳制在 0 电平的与输入脉冲信号反向的脉冲输出。9.2.3 三极管的开关特性1饱和导通条件及其特点（1）三极管的饱和条件条件：基极电流足够大，即 。BSI为临界饱和
5、基极电流。BSI也可表示为：BIcCSRV（2）特点三极管处于饱和导通状态相当于开关的接通状态。2截止条件及其特点（1）三极管的截止条件为（讲解）（引导学生阅读教材）- 111 -0BEV（2）特点三极管的截止状态相当于开关的断开状态。三极管相当于一个由基极电流控制通断的无触点开关。3三极管开关时间开通时间：三极管由截止状态转换为饱和状态所需要经历的一段时间，用 表示。ont关闭时间：三极管由饱和状态转换为截止状态所需要经历的一段时间，用 表示。ft开关时间： 和 总称为三极管的开关时间。ontf9.2.4 晶体管反相器（1）电路组成（2）工作原理 输入为低电位时，即 时，三极管 V 截止，输
6、出为高电位，0IvV1COv 输入为高电位时，即 时，三极管 V 饱和导通，输出为低电位，3I。0ES（3）波形图9.2.5 加速电容器（讲解电路）（分析工作原理）（讲解）V- 112 -在电路的输入电阻 的两端并联一个适量的电容器 ，就可达到提高开关速度1RSC的效果，电容 称为加速电容。SC练习二极管和三极管为什么能作为开关使用？它们和普通触点开关有何不同？小结1三极管处于饱和导通状态相当于开关的接通状态，三极管的截止状态相当于开关的断开状态。三极管相当于一个由基极电流控制通断的无触点开关。2晶体管反相器：晶体管的输出状态决定于输入信号状态，而且输出信号与输入信号反相，故称反相器。布置作业
7、P173 习题九9-1，9-2，9-3。- 113 -课 题 9.3 逻辑门电路 课 型新课授课班级 授课时数 2教学目标熟练掌握与门、或门、非门三种基本逻辑门电路的基本概念、真值表、逻辑函数式和逻辑符号，并能由输入波形画出输出波形。教学重点逻辑功能。教学难点逻辑功能的应用。学情分析教学效果教后记- 114 -新课A引入逻辑是指一定的因果关系。通常用符号“0”和“1”表示某一事件的对立状态，称逻辑 0 和逻辑 1。假定用 1 表示高电平，用 0.表示低电平，为正逻辑。若 1 表示低电平，0 表示高电平，则称负逻辑。B复习数字电路的特点C新授课9.3 逻辑门电路9.3.1 与门电路1与逻辑关系当
8、决定一件事情的几个条件完全具备之后，这件事情才能发生，否则不发生。2与门电路能实现与逻辑功能的电路称为与门电路。（1）分析工作原理当 A、B 两输入端均为高电平时，二极管 、 导通，Y 为高电平（3 V） 。1VD2当 A、B 两输入端均为低电平，或有一个输入端为低电平时，与低电平相连接的二极管导通，Y 为低电平（0 V ） 。（2）逻辑功能：全 1 出 1有 0 出 0（3）逻辑函数数式：Y = AB（引导）（分析工作原理）（讲解）- 115 -（4）真值表：表明逻辑门电路输入端状态和输出端状态逻辑对应关系的表格。与逻辑关系真值表如下。输 入 输 出A B Y001101010001（5）符
9、号：9.3.2 或门电路1或逻辑关系：当决定一件事情的几个条件中，只要有一个条件得到满足，这件事情就会发生。2或门电路 （1）分析工作原理当 A、B 两输入端均为低电平时，二极管 、 截止，Y 为低电平（0 V） 。1VD2当 A、B 两输入端有一个输入端为高电平，或全为高电平时，与高电平相连接的二极管导通，Y 就高电平（3 V ） 。（2）逻辑功能：有 1 出 1全 0 出 0（引导）（引导学生分析）- 116 -（3）逻辑函数数式：Y = A + B（4）真值表：输 入 输 出A B Y001101010111（5）符号9.3.3 非门电路1非逻辑关系：事情（输出信号）和条件（输入信号）总
10、是呈相反状态。2非门电路 （1）分析工作原理输出信号与输入信号存在“反相”关系。即输入低电平，输出为高电平；输入高电平，输出为低电平。（2）逻辑功能：有 0 出 1有 1 出 0（3）逻辑函数数式：（讲解）（分析工作原理）- 117 -Y = A（4）真值表：输 入 输 出A Y0110（5）符号9.3.4 与非门1与非门将一个与门和一个非门联结起来，就构成了一个与非门。2逻辑函数数式Y = BA3逻辑符号4真值表：A B AB Y = BA00110101000111105逻辑功能：全 1 出 0有 0 出 19.3.5 或非门1或非门在或门后面接一个非门，就构成或非门。2逻辑函数数式Y =
11、 BA3逻辑符号4真值表：（讲解）（讲解）（讲解）- 118 -A B AB Y = BA00110101011110005逻辑功能：全 0 出 1有 1 出 09.3.6 与或非门1与或非门与或非门是由多个基本门组合在一起所构成的复合逻辑门，一般由两个或多个与门和一个或门，再和一个非门串联而成。2逻辑函数数式：Y = CDAB3逻辑符号4真值表：如图表所示。A B C D Y000000001111111100001111000011110011001100110011010101010101010111101110111000005逻辑功能：一组全 1 出 0；各组有 0 出 1。（引导学
12、生讨论）- 119 -9.3.7 异或门1逻辑符号2逻辑函数数式：Y = 或BAY3真值表：如图表所示。输 入 输 出A B Y0011010101104逻辑功能：同出 0，异出 19.3.8 同或门1逻辑函数数式：Y = 或 ABABY2真值表：如图表所示。输 入 输 出A B Y0011010110013逻辑功能：同出 1异出 0（学生讨论完成）（学生讨论完成）练习1在逻辑电路中，假定用 1 表示高电平，用 0 表示低电平，称为_逻辑。若 1 表示低电平，0 表示高电平称为_逻辑。基本逻辑门电路有_，_和_。小结常见逻辑门电路有：与门、或门、非门、与非门、或非门和与或非门等。布置作业P17
13、4 习题九9-4，9-5，9-6，9-7。- 120 -课 题9.4 TTL 集成逻辑门9.5 COMS 集成逻辑门 课 型新课授课班级 授课时数 2教学目标1了解 TTL 集成电路应用常识。2了解 COMS 集成电路应用常识教学重点数字集成电路。教学难点数字集成电路。学情分析教学效果教后记- 121 -新课 新课A引入逻辑门电路在应用时大多是组合门电路形式，实际计算机系统使用的是更为复杂的组合逻辑门，为了使用方便，大多做成集成电路产品。B复习 默写各逻辑门电路的逻辑符号、函数表达或逻辑功能。C新授课9.4 TTL 集成逻辑门9.4.1 TTL 集成电路的产品系列和外形封装常用的主要系列如表所
14、示。系列 子系列 名 称 国际型号 部标型号TTLTTLHTTLSTTLLSTTLALSTTL基本型中速 TTL高 速 TTL超 高 速 TTL低 功 耗 TTL先进低功耗 TTLCT54/74CT54/74HCT54/74SCT54/74LSCT54/74ALST1000T2000T3000T4000TTL 集成电路大都采用双列直插式外形封装。引线的编号判断方法：把标志置于左端，逆时针转向自下而上顺序读出序号。9.4.2 TTL 集成门电路主要参数1输出高电平 和输出低电平OHVOLV输出高电平时，要求输出电压足够高，输出低电平时，要求输出电压足够低。2输入高电平 和输入低电平I I指输入高
15、电平的最低值， 指输入低电平的最高值。IHL把这两个值的中间值称为输入的阈值电压 。IT3输出高电平电流 IOH 和输出低电平电流 IOLIOH 为输出为高电平时流出电流的极限值。I OL 为输出为低电平时流入电流的极限值。4传输延迟时间 和PHLt：入上 50出下 50时间间隔。PHLt（介绍）（讲解）- 122 -：入下 50 出上 50 时间间隔。PLHt传输延时： 和 的平均值称为平均传输延迟时间 。PLtHpdt5扇出系数 oN与非门输出端能驱动同类门的数目。9.4.3 TTL 与非门应用举例用一只 CT74LS00 四 2 输入与非门，可以组成一个简易的电源电压监视器。电路如图所示
16、。原理：接通电源，A 点电压约 5 V 左右，绿色 保持常亮。在电源正常时，调1LED节电位器，使 B 点电位刚好处于与非门的门槛电压，此时黄色 和红色 均不23LED亮。当电源电压偏低时，B 点电位低于门槛电压，则门 1 输入为低电平，输出为高电平，故 E 点为高电平，F 点为低电平，黄色 导通而发光，而红色 截止，不2发光。当电源电压偏高时，B 点电位上升，E 点电位下降， F 点电位上升，因而红色导通而发光，黄色 因截止而不发光。3LD2LD9.5 CMOS 集成逻辑门9.5.1 CMOS 反相器1电路结构CMOS 反相器的电路结构。2工作原理（1）当 时， 截止； ， 饱和， 与 极间
17、相当于V0ILv1DGS2V22SD短路，所以 。DO（2）当 时， 的 ， 饱和导通， ，因而IHTN1V0G截止， 与 极间相当于开路， 与 相当于短路。所以 。VS21 Ov当输入低电平时，输出为高电平；当输入为高电平时，输出为低电平，实现了逻（引导学生阅读教材）（引导学生分析工作原理）- 123 -辑反相功能。3特点（1）功耗低CMOS 反相器不论是输出高电平还是低电平，都只有一个管子导通，因此电源电流均是极小的漏电流，功耗极低。（2）开关速度高由于管子导通时电阻都很小，这就大大缩短了负载端杂散电容的充放电时间，提高了开关速度。（3）抗干扰能力强由于 CMOS 反相器的电压传输特性比较
18、理想，特性曲线的转折区比 TTL 陡直，故抗干扰能力更强。（4）输出幅度大CMOS 反相器输出高电平 ，输出低电平 ，故输出电压幅度大，DOHVV0OL电源利用率高。9.5.2 CMOS 与非门1电路结构2工作原理当 A、B 端同时为高电平 1 时， 、 均导通， 、 均截止，输出端 Y 为1V23V4低电平 0，即“全 1 出 0”。当 A、B 端有一个或两个为低电平时，串联的 、 有一个或两个截止，并联12的 、 有一个或两个导通，输出端 Y 为高电平 1，即 “有 0 出 1”。3V43真值表：输 入 输 出A B Y0011010111109.5.3 CMOS 或非门1电路结构（分析工
19、作原理）- 124 -2工作原理当 A、B 端有高电平 1 时，驱动管 或 导通，输出端 Y 为低电平“0” ，即1V2“有 1 出 0”；当 A、B 端都为低电平 0 时，驱动管 或 两个都截止，负载管 、 同时导3V4通，输出 Y 为高电平 1，即“ 全 0 出 1”。3真值表：输 入 输 出A B Y0011010110009.5.4 COMS 传输门1电路结构COMS 传输门的电路结构与逻辑符号如图所示。2工作原理（1）当控制端 C 加高电平，若输入信号 在 0 之间变化，则 和 中至IvDV1V2少有一个管子导通，传输门的输入和输出之间程低阻状态，传输门导通，相当于开关（学生讨论完成
20、）（讲解）（引导学生参考教材）- 125 -接通。 。IOv（2）当控制端 C 加低电平，只要 在 0 之间变化，则 、 两个管子均IvDV1V2截止，即传输门截止，相当于开关断开。3功能传输门是一种传输信号的可控开关电路，由于 MOS 管结构对称，其源极与漏极可对调使用，因此，传输门具有双向性，也称双向开关。9.5.5 CMOS 电路的应用1产品系列和外形封装CMOS 集成电路的产品系列可参考表。系列 子系列 名称 国标符号 部标符号CMOS 互补场效晶体管型 CC4000 C00HCMOS 高速 CMOS CT54/74HCMOSHCMOST 与 TTL 兼容的高速 CMOS CT54/74HCT2CMOS 电路使用注意事项（1）输入端不能悬空。（2）电源不能接反，也不能超压。练习1TTL 与非门有哪些主要参数？说明其主要含意。2什么是 CMOS 电路？有何特点？在使用 CMOS 门电路时，能否将输入端悬空？为什么？3画出 CMOS 反相器、与非门、或非门和传输门的电路图。小结1TTL 集成门电路主要参数：输出高电平 和输出低电平 ；输入高电OHVOLV平 和输入低电平 ；输出高电平电流 IOH 和输出低电平电流 IOL；传输延迟时IHVILV间 和 ；扇出系数 。PLt oN2CMOS 集成电路主要有反相器、与非门、或非门和传输门等。布置作业P175 习题九9-13。
