數(shù)字電子技術(shù) 課件 項(xiàng)目2 邏輯門電路

項(xiàng)目二邏輯門電路

1任務(wù)1基本邏輯門電路

2任務(wù)2TTL集成門電路

3任務(wù)3CMOS門電路1.選擇74LS08芯片、雙聯(lián)開關(guān)等元器件畫出邏輯電路圖任務(wù)1基本邏輯門電路一、任務(wù)描述2.進(jìn)行仿真，觀察仿真結(jié)果。數(shù)字電路中，二極管工作在開關(guān)狀態(tài)：1.二極管正向?qū)〞r(shí)：導(dǎo)通電阻很小，兩端相當(dāng)于短路；2.二極管反向截止時(shí)：等效電阻很大，兩端相當(dāng)于開路。二極管的開關(guān)特性表現(xiàn)在正向?qū)ê头聪蚪刂範(fàn)顟B(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程（即動(dòng)態(tài)特性）：

當(dāng)脈沖信號(hào)的頻率很高時(shí)，開關(guān)狀態(tài)的變化速度很快，每秒可達(dá)百萬次，這就要求器件的開關(guān)轉(zhuǎn)換速度要在微秒甚至納秒內(nèi)完成。任務(wù)1基本邏輯門電路二、半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性74ls08是與門，是4二輸入與門，即一片74LS08芯片內(nèi)有共四路二個(gè)輸入端的與門三、二極管與門任務(wù)1基本邏輯門電路與門電路任務(wù)1基本邏輯門電路或門芯片74ls系列：1.具有4個(gè)輸入的或門芯片:74LS20、74LS21、74LS222.具有3個(gè)輸入的或門芯片:74LS10、74LS11、74LS153.具有2個(gè)輸入的或門芯片:74LS00、74LS01、74LS02、74LS03四、二極管或門任務(wù)1基本邏輯門電路

或門電路任務(wù)1基本邏輯門電路

晶體三極管在飽和與截止兩種狀態(tài)的特性稱為開關(guān)特性，相當(dāng)于一個(gè)由基極信號(hào)控制的無觸點(diǎn)開關(guān)，其等效電路如下：1.截止?fàn)顟B(tài)的三極管等效電路。CUCE≈VCCEiB≈0

RbB

RCVcc五、晶體三極管的開關(guān)特性任務(wù)1基本邏輯門電路2.飽和狀態(tài)的三極管等效電路。

(+)0.3VE(-)(+)0.7V(-)

RbB

RCCUcc任務(wù)1基本邏輯門電路在數(shù)字電子電路中，利用飽和和截止特性，晶體管主要作為開關(guān)器件來使用。1.當(dāng)輸入A為高電平時(shí)，選擇合適的選擇合適的電阻RB、RC，使三極管工作飽和區(qū)，則輸出F為低電平；2.當(dāng)輸入A為低電平時(shí)，三極管工作在截止區(qū)，則輸出F為高電平。顯然輸入A與輸

出F之間的關(guān)系為“非”邏輯關(guān)系，其邏輯表達(dá)式為：六、反相器任務(wù)1基本邏輯門電路復(fù)習(xí)1.什么是高電平？什么是低電平？2.什么是狀態(tài)賦值？3.什么是正邏輯？什么是負(fù)邏輯？4.二極管與門、或門有何優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？任務(wù)2TTL集成門電路問題導(dǎo)入1、TTL門電路有什么功能？2、TTL門電路常用芯片有哪些、怎么使用？3、使用TTL電路芯片時(shí)應(yīng)注意哪些方面？任務(wù)2TTL集成門電路1.查閱74LS20TTL門電路集成塊的性能參數(shù)及引腳功能。一、任務(wù)描述任務(wù)2TTL集成門電路2.選擇74LS20、雙聯(lián)開關(guān)、指示燈和萬用表畫電路圖。ABCV1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3R1R2R4R5RBRCB1C1C2E2YVCC+5V輸入級(jí)中間倒相級(jí)輸出級(jí)STTL系列與非門電路邏輯符號(hào)V1V2V3V5V6（一）典型TTL與非門電路

除V4外，采用了抗飽和三極管，用以提高門電路工作速度。V4不會(huì)工作于飽和狀態(tài)，因此用普通三極管。

輸入級(jí)主要由多發(fā)射極管V1和基極電阻R1組成，用以實(shí)現(xiàn)輸入變量A、B、C的與運(yùn)算。

VD1～VD3為輸入鉗位二極管，用以抑制輸入端出現(xiàn)的負(fù)極性干擾。正常信號(hào)輸入時(shí)，VD1～VD3不工作，當(dāng)輸入的負(fù)極性干擾電壓大于二極管導(dǎo)通電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，輸入端負(fù)電壓被鉗在-0.7V上，這不但抑制了輸入端的負(fù)極性干擾，對(duì)V1還有保護(hù)作用。

中間級(jí)起倒相放大作用，V2集電極C2和發(fā)射極E2同時(shí)輸出兩個(gè)邏輯電平相反的信號(hào)，分別驅(qū)動(dòng)V3和V5。

RB、RC和V6構(gòu)成有源泄放電路，用以減小V5管開關(guān)時(shí)間，從而提高門電路工作速度。

輸出級(jí)由V3、V4、R4、R5和V5組成。其中V3和V4構(gòu)成復(fù)合管,與V5構(gòu)成推拉式輸出結(jié)構(gòu)，提高了負(fù)載能力。二、TTL與非門任務(wù)2任務(wù)2TTL集成門電路ABCV1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3R1R2R4R5RBRCB1C1C2E2YVCC+5V輸入級(jí)中間倒相級(jí)輸出級(jí)STTL系列與非門電路邏輯符號(hào)0.4V3.6V0.3V1.0V5V（二）TTL與非門電路的工作原理：

結(jié)論：A、B、C只要有一個(gè)低電平，輸出則為高電平。任務(wù)2任務(wù)2TTL集成門電路ABCV1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3R1R2R4R5RBRCB1C1C2E2YVCC+5V輸入級(jí)中間倒相級(jí)輸出級(jí)STTL系列與非門電路邏輯符號(hào)0.7V0.3V3.6V4.3V1.0V結(jié)論：A、B、C均為高電平時(shí)，輸出為低電平。1.4V2.1V任務(wù)2任務(wù)2TTL集成門電路

任務(wù)2TTL集成門電路(三)TTL與非門的主要參數(shù)

3.

扇出系數(shù)

任務(wù)2TTL集成門電路

扇出系數(shù)NO是指門電路能驅(qū)動(dòng)同類門的個(gè)數(shù)，它是衡量門電路負(fù)載能力的一個(gè)參數(shù)。TTL與非門有兩種不同性質(zhì)的負(fù)載，即灌電流負(fù)載和拉電流負(fù)載，因此有兩種扇出系數(shù)，即低電平扇出系數(shù)NOL和高電平扇出系數(shù)NOH。通常IIH＜IIL，則NOH＞NOL，故常以NOL作為門的扇出系數(shù)。NOL的測(cè)試電路如圖所示，門的輸入端全部懸空，輸出端接灌電流負(fù)載RL，調(diào)節(jié)RL使IOL增大，VOL隨之增高，當(dāng)VOL達(dá)到VOLm（手冊(cè)中規(guī)定低電平規(guī)范值0.4V）時(shí)，IOL就是允許灌入的最大負(fù)載電流，則通常NOL≥8電壓傳輸特性測(cè)試電路0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOLSTTL與非門電壓傳輸特性曲線(三)TTL與非門的外特性及主要參數(shù)

4.

電壓傳輸特性:輸出電壓隨輸入電壓變化的特性u(píng)I較小時(shí)工作于AB段，這時(shí)V2、V5截止，V3、V4導(dǎo)通，輸出恒為高電平，UOH≈3.6V，稱與非門工作在截止區(qū)或處于關(guān)門狀態(tài)。uI較大時(shí)工作于BC段，這時(shí)V2、V5工作于放大區(qū)，uI的微小增大引起uO急劇下降，稱與非門工作在轉(zhuǎn)折區(qū)。uI很大時(shí)工作于CD段，這時(shí)V2、V5飽和，輸出恒為低電平，UOL≈

0.3V，稱與非門工作在飽和區(qū)或處于開門狀態(tài)。飽和區(qū)：與非門處于開門狀態(tài)。截止區(qū)：與非門處于關(guān)門狀態(tài)。轉(zhuǎn)折區(qū)任務(wù)2任務(wù)2TTL集成門電路

任務(wù)2TTL集成門電路

TTL電路的tpd一般在10nS～40nS之間。其它有關(guān)參數(shù)

0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOL電壓傳輸特性曲線標(biāo)準(zhǔn)高電平USH

當(dāng)uO≥USH時(shí)，則認(rèn)為輸出高電平，通常取USH=3V。標(biāo)準(zhǔn)低電平USL當(dāng)uO≤USL時(shí)，則認(rèn)為輸出低電平，通常取USL=0.3V。關(guān)門電平UOFF保證輸出不小于標(biāo)準(zhǔn)高電平USH時(shí),允許輸入低電平的最大值。開門電平UON保證輸出不高于標(biāo)準(zhǔn)低電平USL時(shí),允許輸入高電平的最小值。閾值電壓UTH轉(zhuǎn)折區(qū)中點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入電壓，又稱門檻電平。USH=3VUSL=0.3VUOFFUONUTH可見為保證與非門關(guān)閉，輸出高電平，應(yīng)滿足uI<UOFF?？梢姙楸ＷC與非門開通，輸出低電平，應(yīng)滿足uI>UON。近似分析時(shí)認(rèn)為：uI>UTH，則與非門開通，輸出低電平UOL；uI<UTH，則與非門關(guān)閉，輸出高電平UOH。任務(wù)2TTL集成門電路噪聲容限

(a)(b)[例]

下圖中，已知ROFF≈800Ω，RON≈3kΩ，試對(duì)應(yīng)輸入波形定性畫出TTL與非門的輸出波形。相應(yīng)輸入端相當(dāng)于輸入低電平，也即相當(dāng)于輸入邏輯0。邏輯0輸出邏輯1與非門有0出1因此Ya輸出恒為高電平UOH相應(yīng)輸入端相當(dāng)于輸入高電平，也即相當(dāng)于輸入邏輯1。邏輯1波形如右圖所示。tA0.3V3.6VOYbtOYatUOHO解：圖(a)中，RI=300Ω<ROFF≈800Ω。圖(b)中，RI=5.1kΩ>RON≈3kΩ。任務(wù)2TTL集成門電路TTL或非門電路的工作原理：

三、TTL或非門任務(wù)2TTL集成門電路

OC門

（一）集電極開路門

常用的有集電極開路門、三態(tài)門、或非門、與或非門和異或門等。它們都是在與非門基礎(chǔ)上發(fā)展出來的，TTL與非門的上述特性對(duì)這些門電路大多適用。即Opencollectorgate，簡(jiǎn)稱OC門。

1.

電路、邏輯符號(hào)和工作原理1.輸入都為高電平時(shí)，V2和V5飽和導(dǎo)通，輸出低電平UOL≈0.3V。

2.輸入有低電平時(shí)，V2和V5截止，輸出高電平UOH≈VC。因此具有與非功能。

工作原理：使用時(shí)需外接上拉電阻RL

四、其他TTL邏輯門任務(wù)2TTL集成門電路2.OC門的線與應(yīng)用

兩個(gè)或多個(gè)OC門的輸出端直接相連，相當(dāng)于將這些輸出信號(hào)相與，稱為線與。

Y相當(dāng)于與門作用。因?yàn)閅1、Y2中有低電平時(shí)，Y為低電平；只有Y1、Y2均為高電平時(shí)，Y才為高電平，故Y=Y1·Y2。任務(wù)任務(wù)2TTL集成門電路三態(tài)門（二）三態(tài)門

輸出端有1態(tài)、0態(tài)和高阻態(tài)三種狀態(tài)，所以稱為三態(tài)門。

1.

電路、邏輯符號(hào)和工作原理

工作原理：四、其他TTL邏輯門任務(wù)2TTL集成門電路2.

三態(tài)門的應(yīng)用

任務(wù)任務(wù)2TTL集成門電路

TTL集成邏輯門的使用注意事項(xiàng)：1.

電源電壓用+5V，74系列應(yīng)滿足5V±5%。2.輸出端的連接

(1)普通TTL門輸出端不允許直接并聯(lián)使用。

(2)三態(tài)輸出門的輸出端可并聯(lián)使用，但同一時(shí)刻只能有一個(gè)門工作，其它門輸出處于高阻狀態(tài)。(3)集電極開路門輸出端可并聯(lián)使用，但公共輸出端和電源VCC之間應(yīng)接負(fù)載電阻RL。(4)輸出端不允許直接接電源VCC或直接接地。輸出電流應(yīng)小于產(chǎn)品手冊(cè)上規(guī)定的最大值。任務(wù)2TTL集成門電路[練習(xí)]欲用下列電路實(shí)現(xiàn)非運(yùn)算，試改錯(cuò)。（ROFF≈700Ω，RON≈2.1kΩ）&任務(wù)2TTL集成門電路解：OC門輸出端需外接上拉電阻RC5.1kΩY=1Y=0RI>RON，相應(yīng)輸入端為高電平。510ΩRI<ROFF，相應(yīng)輸入端為低電平。任務(wù)任務(wù)2TTL集成門電路1.選擇CD4011芯片、雙聯(lián)開關(guān)等元器件畫出邏輯電路圖一、任務(wù)描述任務(wù)3CMOS門電路

（一）CMOS

反相器1.工作原理AL1+VDD+10VD1S1vivOTNTPD2S20V+10VvivGSNvGSPTNTPvO0V0V-10V截止導(dǎo)通10V10V10V0V導(dǎo)通截止0VVTN=2VVTP=-2V邏輯圖邏輯表達(dá)式電路邏輯功能分析:（1）列出電路狀態(tài)表；（根據(jù)輸入確定半導(dǎo)體器件開關(guān)狀態(tài)及輸出電平）（2）列出真值表；（3）確定邏輯功能。vi(A)0vO(L)1邏輯真值表10二、常見的CMOS門電路任務(wù)3iD+VDD+vI-vOTNTPABCDEF0iD/mAvI/VVTHABCDEFVDDVTH0vO/VvI/V電壓傳輸特性電流傳輸特性AB、EF

段：

TN、TP總有一個(gè)為截止?fàn)顟B(tài)，故iD

0。CD段：

TN、Tp均導(dǎo)通，流過兩管的漏極電流達(dá)到最大值

iD=iD（max)

。閾值電壓：VTH=0.5VDD（VDD=3~18V）2.電流傳輸特性任務(wù)3(1)CMOS反相器靜態(tài)功耗近似等于0

ABCDEF0iD/mAvI/VVTHABCDEFVDDVTH0vO/VvI/V電壓傳輸特性電流傳輸特性動(dòng)態(tài)功耗隨狀態(tài)轉(zhuǎn)換的次數(shù)增加

3.CMOS反相器的特點(diǎn)任務(wù)3(2)CMOS反相器的工作速度較高

在由于電路具有互補(bǔ)對(duì)稱的性質(zhì)，它的開通時(shí)間與關(guān)閉時(shí)間是相等的。平均延遲時(shí)間：10ns。

帶電容負(fù)載輸出從低電平跳變?yōu)楦唠娖捷敵鰪母唠娖教優(yōu)榈碗娖饺蝿?wù)3A

BTN1TP1

TN2TP2L00011011截止導(dǎo)通截止導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止導(dǎo)通截止截止截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通1110與非門(二)CMOS與非門vA+VDD+10VTP1TN1TP2TN2ABLvBvLAB&00100111(a)電路結(jié)構(gòu)(b)工作原理VTN=2VVTP=-2V0V10V任務(wù)3或非門（三）CMOS或非門+VDD+10VTP1TN1TN2TP2ABLA

BTN1TP1TN2TP