基本逻辑门电路

1、2.1基本逻辑门电路二极管与门和或门电路1-与门电路° +幺(+5v)did2l=ab输入输出% (v)岭(v)vl (v)ovovovov5vov5vovov5v5v5v输入输出abl000010100111与逻辑真值表2或门电路dibod2i 3kol=a+b输入输出5（v）%（v）k（v）0v0v0v0v5v5v5v0v5v5v5v5v或逻辑真值表输入输出abl000011101111ao:、三极管非门电路+ vcc（+5v）rcktq厶4输入输出5（v）vl （v）ov5v5vovl=a1亠非逻辑真值表输入输出al0110二极管与门和或门电路的缺点:(1) 在多个门串接使用时

2、，会出现低电平偏离标准数值 的情况。(2) 负载能力差。° +vcc (+5v)ii ri 3kqd1diov o-pc5v od25v olj +vcc (+5v) nfko解决办法：将二极管与门（或门） 组合起来。abri 3kq电路和三极管非门电路+ ec (+5v)l三、dtl与非门电路工作原理:(1)当a、b、c全接为高电平5v时，二极管dd3都截止，而。4、d5和t导通，且t为饱和导通,vl=0. 3v,即输出低电平。(2) a、b、c中只要有一个为低电平0.3v时，则vplv,从而使d4、d5和 t都截止，vl=vcc=5v,即输出高电平。所以该电路满足与非逻辑关系，即

3、:l = ab cab+ 吩c (+5v)lc【丄 r/° 9kd' dw n° v 呵11(m+) ®+ olaalaea。ffo v(a9+)d% +qh【5£瞬歸"111 zwttl与非门的基本结构2. ttl与非门的逻辑关系2. ttl与非门的逻辑关系(1)输入全为高电平3. 6v时。t2、t3饱和导通，由于t3饱和导通，输出电压为:由于丁2饱和导通，vc2=1vo“0=vces3 ° 3v丁4和二极管d都截止。rc210| rc4叽1j1.6kq|130q+ wc (+5v)4kql t4截止实现了与非门的逻 辑功能

4、之一： 输入全为高电平时, 输出为低电平。2.1v .1.4vt2饱和3.6vti倒置状态re2ikq v003vt3饱和(2)输入有低电平0.3v时。该发射结导通，vb1=lvo 丁2、丁3都截止。忽略流过的电流，b4vcc=5v o实现了与非门的逻辑 功能的另一方面：输入有低电平时,输出为高电平。心1(4kq由于t4和d导通，所以：咕汙be4%=5-0. 7-0. 7=3. 6 (v)5v1 +ecic4130q综合上述两种情况, 该电路满足与非的 逻辑功能，即：l = abc3.6v ivox t2截止ti 饱和0.3virc2lkqr t4导通1 4.3vd导通irq v0厂36v!3

5、截止二、ttl与非门的开关速度1. ttl与非门提高工作速度的原理(1)釆用多发射极三极管加快了存储电荷的消散过程。匕（2）采用了推拉式输出级，输出阻抗比较小，可迅速 给负载电容充放电。q +wc (+5v)q + 吩c (+5v)rc4t4w"d导通t3截止截止i充电iq v0cl諾放电2. ttl与非门传输延迟时间伽%fplh导通延迟时间®hl从输入波形上升沿的中点到输出波形下降沿的 中点所经历的时间。截止延迟时间®lh从输入波形下降沿的中点到输出波形上升沿的 中点所经历的时间。与非门的传输延迟时间bn-d/plh + 4hl2般ttl与非门传输延迟时间/pd

6、的值为几纳秒十几个纳秒。三、ttl与非门的电压传输特性及抗干扰能力2几个重要参数h (min) =2. 4v。(1) 输出高电平电压k)h在正逻辑体制中代表逻辑“1”的 输出电压。l<)h的理论值为3. 6v,产品规定输出高电压的最 小值岭(2) 输出低电平电压血一在正逻辑体制中代表逻辑“0”的 输出电压。岭l的理论值为0.3v,产品规定输出低电压的最 大值 vql (max) =° 4v o(3)关门电平电压ff是指输出电压下降到蛤h (min)时对 应的输入电压。即输入低电压的最大值。在产品手册中常 称为输入低电平电压，用叫l (max)表不。产品规定(max' =

7、0. 8vo(4)开门电平电压kf)n应的输入电压。即输/称为输入高电平电压，=2 vo(5)阈值电压岭h电e 即决定电路截止和导 压的分界线。近似地 即vvth，与三 %>%，与 又常被形象化地称%(v)*(v)%(v)4.03.53.0'6h ( min252.01.51.00l ( max) :"3.0'6h ( minfa2.01.51.0vol (max)0-5.a(0v,3.6v)fb(0.6v,3.6v)2.4v tc( 1.3 v,2.48 v)：d( 1.4v,0.3 v)e(3.6v,0.3v)0.4v i迎e1 11 1 1 1 1 10.

8、5 1.0i.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 w峪n2.4v0.4v0.5 1.0w v)nb(0.6v,3.6v)c( 1.3 v,2.48 v)d( 1.4v,0.3 v)e(3.6v,0.3v)1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0v（v）*(v)高电平电压 的范围低电平电压 的范围低电平噪声容限 高电平噪声容限3.抗干扰能力ttl门电路的输出高低电平不是一个值，而是一个范围。同样，它的输入高低电平也有一个范围，即它的输入信号允许一定 的容差，称为噪声容限。血=k)ff- k)l (max) =0 8v0. 4v = 0. 4v 岭h= k)h (min) _k)n

9、= 2- 4¥-2 0v = 0 4v1.输入低电平电流石l与输入高电平电流召h（1）输入低电平电流/丄是指当门电路的输入端接低电平时，从 门电路输入端流出的电流。产品规定厶l<16mao(2)输入高电平电流厶一是指当门电路的输入端接高电 平时，流入输入端的电流。有两种情况：寄生三极管效应：4h=a»bi，件为寄生三极管的电流放大系数。b12.1v心14k倒置的放大状态：ahu/vbi，“i为倒置放大的电流放大系数。1.4vti3.6v由于角和a的值都远小于i，所以£的数值比较小，产品规定：ah<40uao2.带负载能力(1)灌电流负载一当驱动门输出低

10、当负载门的个数增电平时，电流从负载门灌入驱动门。加，灌电流增大，会使t3脱离饱和，输出低电平升高。因此，把允许rc4q +w：ct4心i4k-q + 冷c4k灌入输出端的电流定义为输出低电平电流/皿,截止d产品规定ol=16ma。由 此可得出：截止、匕输出低电平.pil” ilt31ol=lc3/(3l兀血称为输出低电平时的扇出系数。扇出系数,用no表示。(2)拉电流负载一当驱动门输 出高电平时，电流从驱动门拉出,流至负载门的输入端。拉电流增大时，rc4 上的压降增大，会使输把允许拉出输出端的电出高电平降低。因此,流定义为输出高电平电 流 /°h。产品规定：/oh=0- 4ma。由此

11、可得出：noh称为输出高电平时的扇出系数。一般nolhnoh，常取两者中的较小值作为门电路的五、ttl与非门举例一74007400是一种典型的ttl与非门器件，内部含有4个2输入端与非门，共有14个引脚。弓|脚排列图如图所示。vcc 4b 4a 4y 3b 3a 3y网冋冋冋両丿鋼严1 2 iu ijjhj |£j71a ib 1y 2a 2b 2y gnd扇出系数,用no表示。六、ttl门电路的其他类型1.非门rbi1fd-0 ll=a2.或非门b+calal=a+bb3与或非门b2q +vcct34-集电极开路门（oc门）在工程实践中，有时需要将几个门的输出端并联使用，以实现与

12、逻辑，称为线与。普通的ttl门电路不能进行线与。为此，专门生产了一种可以进行线与的门电路一集电极开路门。ati4krc21.6kt2re2ikt3oc门主要有以下几方面的应用:逻辑关系为：ih rpl = ll2=abcda &1l' .(2)实现电平转换。b a如图示，可使输出高电平变为10v。c &： +vcc(1)实现线与。ld q*0v&a(3)用做驱动器。如图是用来驱动发光二极管的电路ooc门进行线与时，外接上拉电阻rp的选择:(1)当输出高电平时，rp不能太大。为最大值时要保证输出电压为l<)h (min)。由:"cc#oh (min

13、)=加 ihp (max)得:r八 p(max)7cc k)h(min)m - /ihn蚁ccd(2)当输出低电平时心不能太小。为最小值时要保证输出电压为vol (max) °+加/ll士j_ cc "ol(max)田:ol(max) =©(min)zb p_ cc ol(max)倚： 0( min) = y-所以:rp (min) vrpvrp (mg，ol(max)加，il5.三态门(1)三态输出门的结构及工作原理。当砂0时，g输出为1, d截止，相当于一个正常的二输入端与非门， 称为正常工作状态。当en=1时，g输出为0, t, 口都截止。这时从输出端l看进

14、去，呈现 高阻，称为高阻态，或禁止态。&voenabl去掉非门g,则时，为工 作状态，en=0时，为高阻态。(2)三态门的应用三态门在计算机总线结构中有着广泛的应用。(a)组成单向总线一实现信号的分时单向传送。(b)组成双向总线， 实现信号的分时双向传送。总线gi6do七、ttl集成逻辑门电路系列简介1. 74系列一为ttl集成电路的早期产品，属中速ttl器件。2. 74l系列一为低功耗ttl系列，又称lttl系列。3. 74h系列一为高速ttl系列。474s系列一为肖特基ttl系列，进一步提高了速度。isee74s系列的几点改进:(1)采用了抗饱和三极管eee74s系列的几点改进:(

15、1)采用了抗饱和三极管(2) 将re2用“有源泄放电路代替” o(3) 输出级采用了达林顿结构。(4) 输入端加了三个保护二极管。5. 74ls系列一为低功耗肖特基系列。6. 74as系列一-为先进肖特基系列，7. 74als系列一-为先进低功耗肖特基系列。tit3nl.2.3 mos逻辑门电路一、nmos门电路1. nmos非门o vdd(+12v)t2o %d( + 12v)o vdd(+12v)j rds2(100200kq)i rds1(3 lokc)逻辑关系:(设两管的开启电压为岭二堆=4v,且gm>>gm2(1)当输入为高电平8v时，t导通，丁2也导通。因为蜕>&

16、gt;%2,所以两管的导通电阻&s1vv&s2,输出电压为:rdsi +ds2vdd<1v所以输出为低电平。o vdd(+12v)输入输出abl001011101110与非真值表(2)当输入为低电平0v时，t截止，丁2导通。o=dd-vt=8v =voh ,即输出为高电平。 所以电路实现了非逻辑。2. nmos门电路（2）或非门vdd(+12v)q l=a+bab或非真值表输入输出abl001010100110atpv o13 tn*弘tpvo二、cmos非门cmos逻辑门电路是由n沟道mosfet和p沟道mosfet互 补而成。o dd0 “dd(b)1.逻辑关系：（设

17、岭d> （岭i+l舛p）'且岭岭>1）（1）当=0v时，tn截止，tp导通。输出（2）当i4=i4）d时，tn导通，tp截止，输出ljovo2.电压传输特性：(设:vdd=10v, vtn=|vtpi=2v)(1)当 k<2v, tn截止，tp导通，k)d=10vo(2)当2v< k<5v, tn工作在饱和区，tp工作o ddi(3)(4)(5)在可变电阻区。当=5v,两管都工作在饱和区, 匕=(i4)d/2) -5v o 当5vv !<<8v,tp工作在饱和区，工作在可变电阻区。当>8v, tp截止，tn导通，k=0vovoh 10-c

18、mos门电路的阈值电压k(v)n截止tn在饱和区tp在可变电阻区和tp均在饱和区ved/2 vol o；ti在饱和区 了 n在可变电阻区丫 tp截止-v (v)& 101i3-工作速度由于cmos非门电路工作时总有一个管子导通，所以当带电容负载时，给电容充电和放电都比较快。cmos非门的平 均传输延迟时间约为1 ons ovi=0o哈=1(a)(b)三、其他的cmos门电路1. cmos与非门和或非门电路(1) 与非门(2)或非门；vdd 。一 tpi°。一11 _ tp1(3)带缓冲级的门电路为了稳定输出高低电平，可在输入输出端分别加反相器作 缓冲级。l a+b a-b2.

19、 cmos异或门电路由两级组成，前级为或非门，输出为x=a + b后级为与或非门，经过逻辑变换，可得:l = ab + x=ab + a + b = ab + ab = a bq ddaobo"iq l=a®b3cmos三态门当qv=0时，tp2和tn2同时导通，为正常的非门, 输出l = a当£741时，tp2和丁出同时截止，输出为高阻状态。 所以，这是一个低电平有效的三态门。o vddeno 1vdo en4 cmos传输门工作原理：（设两管的开启电压vtn=|vtpl）（1）当c接高电平vdd,2接低电平ov时，若x在0vvdd的范围变化， 至少有一管导通，

20、相当于一闭合开关，将输入传到输出，即吟x。（2）当c接低电平0v, 5接高电平vdd，岭在0vvdd的范围变化时, tn和tp都截止，输出呈高阻状态，相当于开关断开。vj/vo otnv/vj k/vo tg v /vju!cmos逻辑门电路的系列及主要参数1. cmos逻辑门电路的系列(1) 基本的cmos一 000系列。(2) 高速的cmoshc系列。(3) 与ttl兼容的高速cmoshct系列。2. cmos逻辑门电路主要参数的特点 k)h (min) =° 9 dd5 k)l (max) =° °】 *4)d°所以cmos门电路的逻辑摆幅(即高低

21、电平之差)较大。(2) 阈值电压h约为岭d/2。(3) cmos非门的关门电平为045岭开门电平为055岭°。 因此，其高、低电平噪声容限均达045%d。(4) cmos电路的功耗很小，一般小于1 mw/h；(5) 因cmos电路有极高的输入阻抗，故其扇出系数很大，可达50。2.4集成逻辑门电路的应用、ttl与cmos器件之间的接口问题两种不同类型的集成电路相互连接，驱动门必须要为负 载门提供符合要求的高低电平和足够的输入电流，即要 满足下列条件：驱动门的vqw (min) $负载门的kh (min)驱动门的(max)w负载门的峪l(max)驱动门的«)h (max) $负载门的石h (总) 驱动门的乙(max) $负载门的心(总)二、ttl和cmos电路带负载时的接口问题1.对于电流较小、电平能够匹配 的负载可以直接驱动。(a) 用ttl门电路驱动发光二极 管led,这时只要在电路中串接 一个约几百。的限流电阻即可。2vcc（5v）| 360qx leda b ab(b) 用ttl门电路驱动5w氐电 流继电器，其中二极管d作 保护，用以防止过电压。