電子技術(shù)課程-數(shù)字電路第2章-邏輯門電路-教學(xué)課件

獲得高、低電平的基本方法：利用半導(dǎo)體開關(guān)元件的導(dǎo)通、截止（即開、關(guān)）兩種工作狀態(tài)。

邏輯0、1：電路中用高、低電平來表示。2.1半導(dǎo)體二極管和三極管的開關(guān)特性1、二極管的開關(guān)特性

邏輯門電路：用以實現(xiàn)基本和常用邏輯運算的電子電路。簡稱門電路。常用門電路有與門、或門、非門（反相器）、與非門、或非門、與或非門和異或門等。二極管符號：正極負極＋uD－7/23/20231ui＝0V時，二極管截止，如同開關(guān)斷開，uo＝0V。ui＝5V時，二極管導(dǎo)通，如同0.7V的電壓源，uo＝4.3V。ui<0.5V時，二極管截止，iD=0。ui>0.5V時，二極管導(dǎo)通。7/23/202322、三極管的開關(guān)特性7/23/20233＋－RbRc+VCCbce＋－截止?fàn)顟B(tài)飽和狀態(tài)iB≥IBSui=UIL<0.5Vuo=+VCCui=UIHuo=0.3V＋－RbRc+VCCbce＋－＋＋－－0.7V0.3V飽和區(qū)截止區(qū)放大區(qū)7/23/20234②ui=0.3V時，因為uBE<0.5V，iB=0，三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)，ic=0。因為ic=0，所以輸出電壓：①ui=1V時，基極電流：因為0<iB<IBS，三極管工作在放大狀態(tài)。iC=βiB=50×0.03=1.5mA，輸出電壓：三極管臨界飽和時的基極電流：uo=uCE=UCC-iCRc=5-1.5×1=3.5Vuo=VCC=5V③ui＝3V時，基極電流：而因為iB>IBS，三極管工作在飽和狀態(tài)。輸出電壓：uo＝uCES＝0.3V例：7/23/20235轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線uiuiGDSRD+VDDGDSRD+VDDGDSRD+VDD截止?fàn)顟B(tài)ui<UTuo=+VDD導(dǎo)通狀態(tài)ui>UTuo≈03、場效應(yīng)管的開關(guān)特性7/23/202362.2分立元件門電路Y=AB1、二極管與門&7/23/202372、二極管或門Y=A+B7/23/202383、三極管非門①uA＝0V時，三極管截止，iB＝0，iC＝0，輸出電壓uY＝VCC＝5V②uA＝5V時，三極管導(dǎo)通?；鶚O電流為：iB＞IBS，三極管工作在飽和狀態(tài)。輸出電壓uY＝UCES＝0.3V。三極管臨界飽和時的基極電流為：7/23/20239①當(dāng)uA＝0V時，由于uGS＝uA＝0V，小于開啟電壓UT，所以MOS管截止。輸出電壓為uY＝VDD＝10V。②當(dāng)uA＝10V時，由于uGS＝uA＝10V，大于開啟電壓UT，所以MOS管導(dǎo)通，且工作在可變電阻區(qū)，導(dǎo)通電阻很小，只有幾百歐姆。輸出電壓為uY≈0V。7/23/2023102.3TTL集成門電路一、TTL與非門工作原理倒置狀態(tài)7/23/2023110.3V1.0V3.6VT2，T5截止1.有一個輸入端輸入低電平T4，D3導(dǎo)通7/23/2023122.1V3.6V3.6VT2飽和,T5深度飽和0.7V1.0VT3，T4截止0.3V2.兩個輸入端都輸入高電平7/23/202313功能表真值表邏輯表達式輸入有低，輸出為高；輸入全高，輸出為低。7/23/20231474LS00內(nèi)含4個2輸入與非門，74LS20內(nèi)含2個4輸入與非門。7/23/202315TTL非門、或非門①A=0時，T2、T5截止，T3、T4導(dǎo)通，Y=1。②A=1時，T2、T5導(dǎo)通，T3、T4截止，Y=0。TTL非門只有一個輸入端7/23/202316TTL或非門7/23/202317二、TTL電路的特性和參數(shù)抗干擾能力

(1)輸出高電平值VOH

典型值：3.6V

VOH(min)=2.4V(2)輸出低電平值VOL

典型值：0.3V

VOL(max)=0.4V7/23/202318(3)輸入高電平值VIH

VIH(min)=VON=2.0V保證輸出為低電平的最小輸入高電平

(4)輸入低電平值VIL

VIL(max)=VOFF=0.8V保證輸出為高電平的最大輸入低電平vIvO03.6V0.3V2.4V0.4VVOFFVON(5)噪聲容限

VNH=VOH(min)

–

VON

VNL=VOFF–

VOL(max)7/23/2023192.帶負載能力(1)輸入低電平電流IIL典型值1.6mA(2)輸入高電平電流IIH典型值40uA7/23/202320(3)輸出低電平電流IOL帶灌電流負載能力：典型值16mAT4截止T5飽和IOL=IC57/23/202321(4)輸出高電平電流IOH帶拉電流負載能力：典型值0.4mAIOH=IE47/23/202322(5)扇出系數(shù)NO門電路能夠驅(qū)動同類門電路的個數(shù)3.平均傳輸延遲時間tPdtPHL輸出由高電平變?yōu)榈碗娖降臅r間tPLH輸出由低電平變?yōu)楦唠娖降臅r間tPd=(tPHL+tPLH)/27/23/202323TTL系列集成電路①74：標準系列，前面介紹的TTL門電路都屬于74系列，其典型電路與非門的平均傳輸時間tpd＝10ns，平均功耗P＝10mW。②74H：高速系列，是在74系列基礎(chǔ)上改進得到的，其典型電路與非門的平均傳輸時間tpd＝6ns，平均功耗P＝22mW。③74S：肖特基系列，是在74H系列基礎(chǔ)上改進得到的，其典型電路與非門的平均傳輸時間tpd＝3ns，平均功耗P＝19mW。④74LS：低功耗肖特基系列，是在74S系列基礎(chǔ)上改進得到的，其典型電路與非門的平均傳輸時間tpd＝9ns，平均功耗P＝2mW。74LS系列產(chǎn)品具有最佳的綜合性能，是TTL集成電路的主流，是應(yīng)用最廣的系列。7/23/202324三、OC（集電極開路）門及TSL（三態(tài)）門Y1=1,Y2=0流過T4,T5的電流很大“線與”線與：實行兩個輸出Y1,Y2相與A2B2Y2+5VT1T2D3T4T5R1R2R3R44k1.6k130W1kA1B1Y1+5VT1T2D3T4T5R1R2R3R44k1.6k130W1kY7/23/202325為解決一般TTL與非門不能線與而設(shè)計的，VCC、R決定電流。OC（集電極開路）門7/23/202326TSL（三態(tài)）門①E＝0時，二極管D導(dǎo)通，T1、T3基極均被鉗制在低電平，因而T2、T5均截止，輸出端開路，電路處于高阻狀態(tài)。結(jié)論：電路的輸出有高阻態(tài)、高電平和低電平三種狀態(tài)。②E＝1時，二極管D截止，輸出取決于輸入A的狀態(tài)，輸出與輸入的邏輯關(guān)系和一般反相器相同:7/23/202327TSL（三態(tài)）門的應(yīng)用：③構(gòu)成數(shù)據(jù)總線：讓各門的控制端輪流處于低電平，即任何時刻只讓一個TSL門處于工作狀態(tài)，而其余TSL門均處于高阻狀態(tài)，這樣總線就會輪流接受各TSL門的輸出。①作多路開關(guān)：E=0時，門G1使能，G2禁止，Y=A；E=1時，門G2使能，G1禁止，Y=B。②信號雙向傳輸：E=0時信號向右傳送，B=A；E=1時信號向左傳送，A=B。7/23/2023282.4CMOS集成門電路1、CMOS非門（1）uA＝0V時，TN截止，TP導(dǎo)通。輸出電壓uY＝VDD＝10V。（2）uA＝10V時，TN導(dǎo)通，TP截止。輸出電壓uY＝0V。7/23/2023292、CMOS與非門、或非門、與門、或門、與或非門和異或門CMOS與非門①A、B當(dāng)中有一個或全為低電平時，TN1、TN2中有一個或全部截止，TP1、TP2中有一個或全部導(dǎo)通，輸出Y為高電平。②只有當(dāng)輸入A、B全為高電平時，TN1和TN2才會都導(dǎo)通，TP1和TP2才會都截止，輸出Y才會為低電平。7/23/202330CMOS或非門①只要輸入A、B當(dāng)中有一個或全為高電平，TP1、TP2中有一個或全部截止，TN1、TN2中有一個或全部導(dǎo)通，輸出Y為低電平。②只有當(dāng)A、B全為低電平時，TP1和TP2才會都導(dǎo)通，TN1和TN2才會都截止，輸出Y才會為高電平。7/23/202331門與Y=AB=AB或門Y=A+B=A+BCMOS與或非門7/23/202332CMOS異或門3、CMOSOD門、TSL門及傳輸門CMOSOD門7/23/202333CMOSTSL門①E=1時，TP2、TN2均截止，Y與地和電源都斷開了，輸出端呈現(xiàn)為高阻態(tài)。②E=0時，TP2、TN2均導(dǎo)通，TP1、TN1構(gòu)成反相器。可見電路的輸出有高阻態(tài)、高電平和低電平3種狀態(tài)，是一種三態(tài)門。7/23/202334CMOS傳輸門①C＝0、，即C端為低電平（0V）、端為高電平（＋VDD）時，TN和TP都不具備開啟條件而截止，輸入和輸出之間相當(dāng)于開關(guān)斷開一樣。②C＝1、，即C端為高電平（＋VDD）、端為低電平（0V）時，TN和TP都具備了導(dǎo)通條件，輸入和輸出之間相當(dāng)于開關(guān)接通一樣，uo＝ui。7/23/2023354、CMOS數(shù)字電路的特點及使用時的注意事項（1）CMOS電路的工作速度比TTL電路的低。（2）CMOS帶負載的能力比TTL電路強。（3）CMOS電路的電源電壓允許范圍較大，約在3～18V，抗干擾能力比TTL電路強。（4）CMOS電路的功耗比TTL電路小得多。門電路的功耗只有幾個μW，中規(guī)模集成電路的功耗也不會超過100μW。（5）CMOS集成電路的集成度比TTL電路高。（6）CMOS電路適合于特殊環(huán)境下工作。（7）CMOS電路容易受靜電感應(yīng)而擊穿，在使用和存放時應(yīng)注意靜電屏蔽，焊接時電烙鐵應(yīng)接地良好，尤其是CMOS電路多余不用的輸入端不能懸空，應(yīng)根據(jù)需要接地或接高電平。CMOS數(shù)字電路的特點7/23/202336使用集成電路時的注意事項（1）對于各種集成電路，使用時一定要在推薦的工作條件范圍內(nèi)，否則將導(dǎo)致性能下降或損壞器件。（2）數(shù)字集成電路中多余的輸入端在不改變邏輯關(guān)系的前提下可以并聯(lián)起來使用，也可根據(jù)邏輯關(guān)系的要求接地或接高電平。TTL電路多余的輸入端懸空表示輸入為高電平；但CMOS電路，多余的輸入端不允許懸空，否則電路將不能正常工作。（3）TTL電路和CMOS電路之間一般不能直接連接，而需利用接口電路進行電平轉(zhuǎn)換或電流變換才可進行連接，使前級器件的輸出電平及電流滿足后級器件對輸入電平及電流的要求，并不得對器件造成損害。7/23/202337

①利用半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性，可以構(gòu)成與門、或門、非門、與非門、或非門、與或非門