數(shù)字電子技術 課件 項目2 邏輯門電路

項目二邏輯門電路

1任務1基本邏輯門電路

2任務2TTL集成門電路

3任務3CMOS門電路1.選擇74LS08芯片、雙聯(lián)開關等元器件畫出邏輯電路圖任務1基本邏輯門電路一、任務描述2.進行仿真，觀察仿真結果。數(shù)字電路中，二極管工作在開關狀態(tài)：1.二極管正向導通時：導通電阻很小，兩端相當于短路；2.二極管反向截止時：等效電阻很大，兩端相當于開路。二極管的開關特性表現(xiàn)在正向導通和反向截止狀態(tài)之間的轉換過程（即動態(tài)特性）：

當脈沖信號的頻率很高時，開關狀態(tài)的變化速度很快，每秒可達百萬次，這就要求器件的開關轉換速度要在微秒甚至納秒內(nèi)完成。任務1基本邏輯門電路二、半導體二極管的開關特性74ls08是與門，是4二輸入與門，即一片74LS08芯片內(nèi)有共四路二個輸入端的與門三、二極管與門任務1基本邏輯門電路與門電路任務1基本邏輯門電路或門芯片74ls系列：1.具有4個輸入的或門芯片:74LS20、74LS21、74LS222.具有3個輸入的或門芯片:74LS10、74LS11、74LS153.具有2個輸入的或門芯片:74LS00、74LS01、74LS02、74LS03四、二極管或門任務1基本邏輯門電路

或門電路任務1基本邏輯門電路

晶體三極管在飽和與截止兩種狀態(tài)的特性稱為開關特性，相當于一個由基極信號控制的無觸點開關，其等效電路如下：1.截止狀態(tài)的三極管等效電路。CUCE≈VCCEiB≈0

RbB

RCVcc五、晶體三極管的開關特性任務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器件來使用。1.當輸入A為高電平時，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.當輸入A為低電平時，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之間的關系為“非”邏輯關系，其邏輯表達式為：六、反相器任務1基本邏輯門電路復習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？什么是負邏輯？4.二極管與門、或門有何優(yōu)點和缺點？任務2TTL集成門電路問題導入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電路芯片時應注意哪些方面？任務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、任務描述任務2TTL集成門電路2.選擇74LS20、雙聯(lián)開關、指示燈和萬用表畫電路圖。ABCV1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3R1R2R4R5RBRCB1C1C2E2YVCC+5V輸入級中間倒相級輸出級STTL系列與非門電路邏輯符號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不會工作于飽和狀態(tài)，因此用普通三極管。

輸入級主要由多發(fā)射極管V1和基極電阻R1組成，用以實現(xiàn)輸入變量A、B、C的與運算。

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

中間級起倒相放大作用，V2集電極C2和發(fā)射極E2同時輸出兩個邏輯電平相反的信號，分別驅動V3和V5。

RB、RC和V6構成有源泄放電路，用以減小V5管開關時間，從而提高門電路工作速度。

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

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

任務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2TTL集成門電路

扇出系數(shù)NO是指門電路能驅動同類門的個數(shù)，它是衡量門電路負載能力的一個參數(shù)。TTL與非門有兩種不同性質的負載，即灌電流負載和拉電流負載，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的測試電路如圖所示，門的輸入端全部懸空，輸出端接灌電流負載RL，調節(jié)RL使IOL增大，VOL隨之增高，當VOL達到VOLm（手冊中規(guī)定低電平規(guī)范值0.4V）時，IOL就是允許灌入的最大負載電流，則通常NOL≥8電壓傳輸特性測試電路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uI較小時工作于AB段，這時V2、V5截止，V3、V4導通，輸出恒為高電平，UOH≈3.6V，稱與非門工作在截止區(qū)或處于關門狀態(tài)。uI較大時工作于BC段，這時V2、V5工作于放大區(qū)，uI的微小增大引起uO急劇下降，稱與非門工作在轉折區(qū)。uI很大時工作于CD段，這時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)：與非門處于關門狀態(tài)。轉折區(qū)任務2任務2TTL集成門電路

任務2TTL集成門電路

TTL電路的tpd一般在10nS～40nS之間。其它有關參數(shù)

0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOL電壓傳輸特性曲線標準高電平USH

當uO≥USH時，則認為輸出高電平，通常取USH=3V。標準低電平USL當uO≤USL時，則認為輸出低電平，通常取USL=0.3V。關門電平UOFF保證輸出不小于標準高電平USH時,允許輸入低電平的最大值。開門電平UON保證輸出不高于標準低電平USL時,允許輸入高電平的最小值。閾值電壓UTH轉折區(qū)中點對應的輸入電壓，又稱門檻電平。USH=3VUSL=0.3VUOFFUONUTH可見為保證與非門關閉，輸出高電平，應滿足uI<UOFF。可見為保證與非門開通，輸出低電平，應滿足uI>UON。近似分析時認為：uI>UTH，則與非門開通，輸出低電平UOL；uI<UTH，則與非門關閉，輸出高電平UOH。任務2TTL集成門電路噪聲容限

(a)(b)[例]

下圖中，已知ROFF≈800Ω，RON≈3kΩ，試對應輸入波形定性畫出TTL與非門的輸出波形。相應輸入端相當于輸入低電平，也即相當于輸入邏輯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相應輸入端相當于輸入高電平，也即相當于輸入邏輯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2TTL集成門電路TTL或非門電路的工作原理：

三、TTL或非門任務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上發(fā)展出來的，TTL與非門的上述特性對這些門電路大多適用。即Opencollectorgate，簡稱OC門。

1.

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

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

工作原理：使用時需外接上拉電阻RL

四、其他TTL邏輯門任務2TTL集成門電路2.OC門的線與應用

兩個或多個OC門的輸出端直接相連，相當于將這些輸出信號相與，稱為線與。

Y相當于與門作用。因為Y1、Y2中有低電平時，Y為低電平；只有Y1、Y2均為高電平時，Y才為高電平，故Y=Y1·Y2。任務任務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、邏輯符號和工作原理

工作原理：四、其他TTL邏輯門任務2TTL集成門電路2.

三態(tài)門的應用

任務任務2TTL集成門電路

TTL集成邏輯門的使用注意事項：1.

電源電壓用+5V，74系列應滿足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，但同一時刻只能有一個門工作，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之間應接負載電阻RL。(4)輸出端不允許直接接電源VCC或直接接地。輸出電流應小于產(chǎn)品手冊上規(guī)定的最大值。任務2TTL集成門電路[練習]欲用下列電路實現(xiàn)非運算，試改錯。（ROFF≈700Ω，RON≈2.1kΩ）&任務2TTL集成門電路解：OC門輸出端需外接上拉電阻RC5.1kΩY=1Y=0RI>RON，相應輸入端為高電平。510ΩRI<ROFF，相應輸入端為低電平。任務任務2TTL集成門電路1.選擇CD4011芯片、雙聯(lián)開關等元器件畫出邏輯電路圖一、任務描述任務3CMOS門電路

（一）CMOS

反相器1.工作原理AL1+VDD+10VD1S1vivOTNTPD2S20V+10VvivGSNvGSPTNTPvO0V0V-10V截止導通10V10V10V0V導通截止0VVTN=2VVTP=-2V邏輯圖邏輯表達式電路邏輯功能分析:（1）列出電路狀態(tài)表；（根據(jù)輸入確定半導體器件開關狀態(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總有一個為截止狀態(tài)，故iD

0。CD段：

TN、Tp均導通，流過兩管的漏極電流達到最大值

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態(tài)功耗隨狀態(tài)轉換的次數(shù)增加

3.CMOS反相器的特點任務3(2)CMOS反相器的工作速度較高

在由于電路具有互補對稱的性質，它的開通時間與關閉時間是相等的。平均延遲時間：10ns。

帶電容負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?A

BTN1TP1

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

BTN1TP1TN2TP