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第十三章 数字电路基础,第一节 数字电路概述 第二节 基本逻辑关系及其门电路 第三节 TTL集成门电路 第六节 逻辑代数的基本公式和定律,第一节 数字电路概述,数字电路与模拟电路 集成数字电路的分类 脉冲信号 晶体管的开关作用,一、数字电路与模拟电路,模拟信号随时间连续变化的信号。,模拟电路处理模拟信号的电路。,数字信号不随时间连续变化的脉冲 信号。,数字电路处理数字信号的电路。,模拟电路与数字电路的区别 所处理的信号不同； 研究电路的着重点不同； 晶体管的工作状态不同。,二、集成数字电路的分类,小规模集成电路 ( SSI ),110门片或10100元件片,中规模集成电路 ( MSI ),10100门片或 1000元件片,大规模集成电路 ( LSI ),1001000门片或 10万元件片,超大规模集成电路 ( VLSI ),1000门片或 10万元件片,三、脉冲信号,脉冲宽度tP - - -前后沿之间的时间间隔。,正脉冲,负脉冲,脉冲幅度A脉冲变化最大值。,脉冲周期T,脉冲频率f - - f = 1/T,脉冲前沿:正脉冲的上升沿或负脉冲的下降沿。,脉冲后沿:正脉冲的下降沿或负脉冲的上升沿。,前沿,后沿,四、晶体管的开关作用,二极管,UA UB,UA UB,Ui = UiH =VCC,VD截止,UO =VCC = UOH,Ui = UiL =0,VD导通,UO = 0 = UOL,例：理想二极管组成电路如图，已知UA0，UB3V，试求输出电压UF 。,UA0，UB3V，,UB UA 3V,VDB率先导通， UFUB3V,VDA截止,解：,三极管,T,当UI 0.5V时，T截止,iB iC= 0,UO =VCC = UOH,当UI 0.5V ，,iB IBS= UCC/RC,UO = UOL 0.3V,BE、BC正偏，T饱和,当0 iB IBS ，T 放大,只要用UI的高、低电平控制三 极管，使之工作在截止、饱和状 态，就可以控制它的开关状态， 并可在输出端得到高低电平。,开关合向a,IB5RB15500103 0.01mA,UB0,IBS15 RC =151005103 0.03mA,0 IB IBS ，T 处于放大状态,例：三极管组成电路如图，已知100， RB1= 500K， RB2= 50K， RC= 5K，试求开关S合向a、b、c时三极管所处的状态。（UBE0）,开关合向b,IB5RB2550103 0.1mA,UB0,IBS15 RC 0.03mA,IB IBS ，T 处于饱和状态,解：,开关合向c,IB 0 IC 0 T处于截止状态,第二节 基本逻辑关系及其 门电路,与 门 或 门 非 门 与非门和或非门,条件与结果的关系称为逻辑关系，用以实现基本逻辑关系的电子电路称为门电路。,基本逻辑关系：与、或、非 相对应的基本门电路：与门、或门、非门,门电路用二值逻辑中的“0”、“1”分别表示高低电平。,正逻辑,负逻辑,一、与 门,与逻辑,只有决定事物结果的各种条件(A、B)同时具备时，结果（F）才会发生，这种逻辑叫做与逻辑。,与门电路,输入量作为条件，输出量作为结果，输入、输出之间满足与逻辑的电路。,0.3 0.3,0.3 3,3 0.3,3 3,0.3,0.3,0.3,3,与门真值表,真值表能够完整的表达输入与输出间所有可能逻辑关系的表格，有n个输入端，就有2n 种组合。,0,0,0,1,有0出0 全1出1,与门逻辑符号及表达式,F = A B,例：有一条传输线，用来传送连续的方波信号。现在要求增设一个控制信号，使得方波在某种条件下才能送出，试问如何解决？,解：,控制信号为 0 时，输出为0，门关闭。 控制信号为 1 时，输出为方波，门打开。,二、或 门,或逻辑,决定事物结果的各种条件(A、B)只要有任意一个具备时，结果（F）就会发生，这种逻辑叫做或逻辑。,或门电路,0.3 0.3,0.3 3,3 0.3,3 3,0.3,3,3,3,0,1,1,1,或门真值表,有1出1 全0出0,或门逻辑符号及表达式,F = A B,例：图示电路为保险柜的报警电路，保险柜的两层门上各装有一个开关S1和S2。门关上时，开关闭合。当任一层门被打开时，报警灯亮，试分析工作原理。,解：,A0，B0，F0 报警灯不亮。,任一层门被打开时，相对应的开关断开. A1， B0,A,B,F,故 F1， 报警灯亮。,两层门都关上时，,三、非 门,非逻辑,决定事物结果的条件A具备时，结果F 就不会发生，这种逻辑叫做非逻辑。,非门电路,0.3,3,3,0.3,0,1,非门逻辑符号及表达式,非门真值表,四、与非门和或非门,与非门,或非门,A,B,F1,例：已知与门、或门输入端A、B、C的波形，试画出输出波形。,C,F2,第三节 TTL集成门电路,TTL与非门,一、TTL与非门,电路结构,T1 - - 多发射极三极管,TTL与非门的输入电压与输出电压之间的关系曲线称为电压传输曲线。,输出高电平UOH和输出低电平UOL,UOH3.6V UOL0.3V,规定 UOH2.4V UOL0.4V,开门电平UON和关门电平UOFF,输出为低电平时，称为开门；输出为高电平时，称为关门。,电压传输特性及主要参数,UON在额定负载下，使输出电平达到标准低电平的输入电平的最小值。 UOFF空负载时，使输出电平达到标准高电平的输入电平的最大值。,UON、UOFF 反映TTL 与非门的抗干扰能力， UON与UOFF 越接近，抗干扰能力越强，与非门的开关性能越好。,扇出系数N,即带负载能力，表示TTL与非门输出端最多能带同类与非门的个数。,一般N8,平均传输延迟时间tpd,tpd表示门电路的开关速度。,UI,UO,tpd1导通延迟时间,tpd2截止延迟时间,第六节 逻辑代数的基本公式 和定律,基本定律 重要规则 逻辑函数的代数化简法,一、基本定律,基本运算规则,0A=0,1A=A,0+A=A,1+A=1,AA=A,A+A=A,交换律,AB= BA,A+B= B+A,结合律,ABC= (AB)C=A(BC),A+B+C= (A+B)+C=A+(B+C),分配律,A( B+C )=AB+AC,A +B C=(A+B) (A +C),吸收律,AABA,A（AB）A,反演律（摩根定理）,证明：,二、重要规则,代入规则,任何一个含有变量A的等式，如果将所有出现A的位置都代之以一个逻辑函数，则等式仍然成立。,B(A+C)=BA+BC B(A+D)+C=B(A+D)+BC=BA+BD+BC,反演规则,求一个逻辑函数F的非函数 时，可以将F中的与（）换成或()，或()换成与（）；再将原变量换成非变量，非变量换成原变量；1换成0，0换成1，所得的逻辑函数式就是 。,变换时保持先与后或的顺序。,对偶规则,一个逻辑函数F，如果将F中