第三章 门电路.ppt

第三章逻辑门电路 本章主要讨论由双极型器件与单极型器件构成的基本逻辑门及其组合成的各种门电路的结构 工作原理 性能与特点 3 1概述 用来实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路通称为门电路 最基本的门电路有 与门 或门 非门 电路 逻辑门电路的分类 分类 按集成逻辑门的开关元件不同 可分为单极型逻辑门电路和双极型逻辑门电路两大类 3 2分立元件的开关特性 3 2 1常用的分立元件的开关特性1 理想开关特性 1 开关K断开时 通过开关的电流I 0 开关等效电阻为 2 开关K闭合时 开关两端的电压U 0 通过开关的电流I E R 3 开关K的开闭动作瞬时完成 上述理想开关的特性不受其他因素 如温度等 的影响 2 二极管的开关特性 二极管具有单向导电性 1 当二极管两端加上正向电压且超过死区电压时 二极管导通且钳位于UD 0 7V 硅管 或UD 0 2V 锗管 这相当于开关闭合 2 当二极管两端加上正向电压且小于死区电压时 二极管截止 这相当于开关断开 3 三极管的开关特性 1 三极管的工作状态 三极管可工作在截止 放大 饱和三种状态 通常在数字电路中 三极管作为开关元件主要工作在饱和状态 开 态 和截止状态 关 态 并经常在饱和区和截止区之间 通过放大区快速转换 这就是 三极管的开关运用 特性 2 三极管的动态特性 3 2 2分立元件门电路 1 简单门电路 1 二极管与门最简单的与门可以用二极管和电阻组成 2 二极管或门 最简单的或门也可以用二极管和电阻组成 3 非门 反相器 由三极管构成非门电路 3 3TTL集成与非门电路 3 3 1TTL与非门的结构 3 3 2TTL与非门的输入 输出特性 1 输入端负载特性 2 输出端负载特性 门电路带负载能力 负载 是指门电路的输出端所接的其它电路 接入负载的情况可以有两种 一 是负载电流流进门电路 叫做灌电流负载 二 是负载电流由门电路流出 叫做拉电流负载 扇出系数 门电路输出端所能带的负载的个数 3 3 3TTL与非门的传输特性 AB段 UI 0 6V 即输入低电平输出高电平的状态 BC段 UI 0 6 1 4V 当输出电平下降到0 9UOH 3 2V时 所对应的输入电平称为关门电平UOFF 约为0 8V CD段 UI 1 4V 这一段为电压传输特性的转折区 DE段 UI 1 4V T5饱和导通 T4截止 即输入高电平输出低电平的状态 对应UO 0 35V时的最低输入电平称为开门电平UON 约为1 8V 抗干扰的容限 或称噪声容限 低电平噪声容限 在额定低电平 0 35V 输入时能叠加正向最大干扰电压 而输出高电平仍不低于额定值 3 6V 的90 即 UNL UOFF UIL 0 8 0 35 0 45V 高电平噪声容限 在额定高电平 3 6V 输入时能叠加负向最大干扰电压 而输出电平仍维持额定值 即 UNH UIH UON 3 6 1 8 1 8V 3 3 4TTL与非门的主要性能指标 1 输出高 UOH 低电平 UOL 典型的数值为 UOH 3 6V UOL 0 35V2 输入短路电流当某一输入端接地 其余输入端悬空时流入接地输入端的电流为输入短路电流 典型的数值为 2 2mA 3 输入漏电流 当某一输入端接高电平 其余输入接地 流入接高电平输入端的电流为输入漏电流 典型的数值为 70 A 4 开门电平 在额定负载条件下 使输出达到规定的低电平 如0 35V 时输入高电平的最低值 典型的数值 1 8V 5 关门电平 输出电压为额定高电平UOH的90 时所对应的输入电平 它表示与非门关断时的最大允许输入电平 典型的数值为 0 8V 6 扇入 扇出系数N扇入系数是指一个门电路所能允许的输入端个数 扇出系数表示与非门输出端最多能接几个同类与非门的个数 它表征了带负载的能力 7 平均延迟时间 3 4特殊的TTL门电路 3 4 1集电极开路门 集电极开路门电路又称OC门 1 电路结构和逻辑符号 3 OC门的正确使用 OC门在使用时 需要在它的输出端外接一个电阻RP及外接电源EP 如图所示 4 典型应用 OC门可实现线与逻辑 逻辑电平的转换及总线传输 下面分别加以说明 1 实现线与逻辑 用导线将两个或两个以上的OC门输出端连接在一起 其总的输出为各个OC门输出的逻辑与 这种用导线连接而实现的逻辑与就称做 线与 2 作为接口电路 实现逻辑电平的转换 在数字逻辑系统中 可能会应用到不同逻辑电平的电路 如TTL逻辑电平 UH 3 6V UL 0 3V 和CMOS逻辑电平 UH 10V UL 0V 不同 如果信号在不同逻辑电平的电路之间传输就会不匹配 因此中间必须加上接口电路 OC门就可以用来做这种接口电路 带感性负载的接口电路 驱动发光二极管的接口电路 3 实现 总线 传输 3 4 2三态门 1 三态门的含义三态门有三种输出状态 高电平低电平高阻抗状态