數字電子技術課件5

3.1概述主要要求：

了解邏輯門電路的作用和常用類型。

理解高電平信號和低電平信號的含義。

第3章邏輯門電路TTL即Transistor-TransistorLogicCMOS即ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor

一、門電路的作用和常用類型按功能特點不同分普通門(推拉式輸出)

CMOS傳輸門

輸出開路門三態(tài)門門電路(GateCircuit)指用以實現(xiàn)基本邏輯關系和常用復合邏輯關系的電子電路。是構成數字電路的基本單元之一按邏輯功能不同分

與門

或門

非門

異或門

與非門

或非門

與或非門

按電路結構不同分

TTL

集成門電路

CMOS

集成門電路輸入端和輸出端都用三極管的邏輯門電路。

用互補對稱MOS管構成的邏輯門電路。二、高電平和低電平的含義

高電平和低電平為某規(guī)定范圍的電位值，而非一固定值。

高電平信號是多大的信號？低電平信號又是多大的信號？10高電平低電平正邏輯體制01高電平低電平負邏輯體制iB愈大于IB(Sat)，則飽和愈深。注意：飽和后iC基本上為恒值，UCE(Sat)

<0.3V。開關工作的條件

截止條件

飽和條件uBE＜

UthiB＞

IB(Sat)

可靠截止條件為uBE≤0

三極管作為開關使用時必須工作在截止區(qū)和飽和區(qū)。截止區(qū)相當于開關斷開；飽和區(qū)相當于開關閉合。C

E

B

SBD

B

C

E

在普通三極管的基極和集電極之間并接一個肖特基勢壘二極管(簡稱SBD)。BCSBD抗飽和三極管的開關速度高

抗飽和三極管簡介SBD的兩大優(yōu)勢：（1）SBD導通電壓只有0.4V而非0.7V，因此UBC=0.4V時，SBD便導通，使UBC鉗在0.4V上，降低了飽和深度。（2）SBD沒有電荷存儲效應，其開關時間可忽略。主要要求：

了解TTL與非門的電路組成、工作原理、

主要應用，掌握其使用特性。3.3

TTL集成邏輯門電路

了解其它功能的TTL門電路的邏輯功能、

主要應用。一、TTL與非門(一)TTL與非門的工作原理輸入級中間級輸出級CT74S系列與非門電路1、電路結構

RB、RC和V6所構成的有源泄放電路的作用是提高開關速度，它們不影響與非門的邏輯功能，因此下面分析中不予考慮。2、工作原理0.3V3.6V3.6V

輸入端有一個或數個為低電平時，輸出高電平。輸入低電平端對應的發(fā)射結導通，uB1=0.7V+0.3V=1VV1管其他發(fā)射結因反偏而截止。因為抗飽和三極管V1的集電結導通電壓為0.4V，而V2、V5發(fā)射結導通電壓為0.7V，因此要使V1集電結和V2、V5發(fā)射結導通，必須uB1≥1.8V。這時V2、V5截止。1V2、工作原理0.3V3.6V3.6V

輸入端有一個或數個為低電平時，輸出高電平。輸入低電平端對應的發(fā)射結導通，uB1=0.7V+0.3V=1VV1管其他發(fā)射結因反偏而截止。這時V2、V5截止。截止截止

uC2

VCC=5V，5VV3、V4導通。導通導通uO=

5V

-

0.7

V

-

0.7

V

=

3.6

V。因此，輸入有低電平時，輸出為高電平。1V2、工作原理

輸入均為高電平時，輸出低電平。3.6V3.6V3.6V因此，V1發(fā)射結反偏而集電極正偏，處于倒置狀態(tài)。1.8V倒置放大VCC經

R1使V1集電結和V2、V5發(fā)射結導通，使uB1=1.8V。這時V2、V5飽和。飽和飽和1V使V3導通，而V4截止。截止導通uO=UCE5(sat)0.3VuC2=UCE2(sat)+uBE5=0.3V+0.7V=1V因此，輸入均為高電平時，輸出為低電平。綜上所述,該電路實現(xiàn)了與非邏輯功能,即2、工作原理注意：輸入端懸空相當于輸入高電平。(二)TTL與非門的使用特性1.輸出高電平和輸出低電平（1）輸出高電平UOH。當與非門輸入端有低電平UIL時，輸出高電平UOH。不同型號與非門輸出的高電平是不同的。此外，當與非門外接負載個數增多時，輸出的高電平也會下降。對于TTL與非門，輸出高電平UOH在2.4~3.6V之間時，認為是合格的。（2）輸出低電平UOL。當與非門輸入端都為高電平UIH時，輸出低電平UOL。對于TTL與非門，輸出低電平UOL在0~0.5V之間時，認為是合格的。2.關門電平和開門電平關門電平UOFF輸出電壓為高電平UOH的下限值UOH(min)時,對應的輸入電壓值稱為關門電平。顯然，只有當uI<UOFF時，與非門才關閉，輸出高電平。對于TTL與非門，UOFF在0.8-1.0V之間。開門電平UON(二)TTL與非門的使用特性輸出電壓為低電平UOL的上限值UOL(max)時,對應的輸入電壓值稱為開門電平。顯然，只有當uI>UON時，與非門才開通，輸出低電平。對于TTL與非門，UON在1.4-1.8V之間。3.輸入噪聲容限輸入信號上疊加的噪聲電壓只要不超過允許值，就不會影響電路的正常邏輯功能，這個允許值稱為噪聲容限。噪聲容限越大，抗干擾能力越強。(二)TTL與非門的使用特性輸入低電平噪聲容限UNL當輸入低電平UIL時，只要其上疊加正向噪聲電壓后的值不超過關門電平UOFF，則輸出仍保持高電平。

UNL=UOFF–UIL

可見，UNL越大，說明門電路輸入低電平時，抗正向干擾的能力越強。輸入高電平噪聲容限UNH當輸入高電平UIH時，只要其上疊加負向噪聲電壓后的值不小于開門電平UON，則輸出仍保持低電平。

UNH=UIH–UON

可見，UNH越大，說明門電路輸入高電平時，抗負向干擾的能力越強。4.輸入低電平電流和輸入高電平電流輸入低電平電流IIL（也叫輸入短路電流）輸入高電平電流IIH（也稱為輸入漏電流）當與非門一個輸入端接低電平（或接地）而其它輸入端都懸空時，則流出低電平輸入端的電流。當與非門一個輸入端接高電平而其它輸入端都懸空時，則流入高電平輸入端的電流。5.負載能力和扇出系數負載電流流入與非門的輸出端。負載電流從與非門的輸出端流向外負載。通常按照負載電流的流向將與非門負載分為

灌電流負載拉電流負載帶灌電流負載門的個數稱輸出低電平扇出系數NOL=IOL(max)IIL帶拉電流負載門的個數稱輸出高電平扇出系數NOH=IOH(max)IIH扇出系數越大，帶負載能力越強。由于三極管存在開關時間，元、器件及連線存在一定的寄生電容，因此輸入矩形脈沖時，輸出脈沖將延遲一定時間。輸入信號UOm0.5UOm0.5UImUIm輸出信號6.傳輸延遲時間輸入電壓波形下降沿0.5UIm處到輸出電壓上升沿0.5Uom處間隔的時間稱截止延遲時間tPLH。

輸入電壓波形上升沿0.5UIm處到輸出電壓下降沿0.5Uom處間隔的時間稱導通延遲時間tPHL。平均傳輸延遲時間tpd

tPHLtPLHtpd越小，則門電路開關速度越高，工作頻率越高。0.5UIm0.5UOm7.靜態(tài)功耗與功耗-延遲積