电子技术基础(张龙兴版)全套课件_(7)

1、 9.4TTL 集成逻辑门集成逻辑门 第九章逻辑门电路9.1数字电路的特点及分析方法数字电路的特点及分析方法 9.2晶体管的开关特性晶体管的开关特性 9.3逻辑门电路逻辑门电路 9.5COMS 集成逻辑门集成逻辑门 本章小结本章小结 1数字信号的特点数字信号的特点9.1数字电路的特点及分析方数字电路的特点及分析方法法 电路中的数字信号在数值上是不连续的，不随时间连续电路中的数字信号在数值上是不连续的，不随时间连续变化，即为离散的电信号。变化，即为离散的电信号。2数字电路的特点数字电路的特点数字电路的基本工作信号是二进制的数字信号，即数字电路的基本工作信号是二进制的数字信号，即“0 0”和和“1

2、 1”，对应在电路上为低电平和高电平。所以电路简单，对应在电路上为低电平和高电平。所以电路简单，易于集成化。易于集成化。3数字电路的分析方法数字电路的分析方法数字电路主要是研究逻辑关系。通常，数字电路用逻辑数字电路主要是研究逻辑关系。通常，数字电路用逻辑代数、真值表、逻辑图等方法进行分析。代数、真值表、逻辑图等方法进行分析。 9.2.1二极管的开关特性二极管的开关特性（1）实验电路）实验电路9.2晶体管的开关特性晶体管的开关特性 开关开关 S 置置 A 端，端，VD 导通，它呈现的正向压降很导通，它呈现的正向压降很小，相当于开关的接通状态。小，相当于开关的接通状态。当二极管的正向电阻和反相电阻

3、有很大差别时，二极管当二极管的正向电阻和反相电阻有很大差别时，二极管即可作为开关使用。即可作为开关使用。（2）结论）结论 开关开关 S 置置 B 端，端，VD 截止，它呈现的反向电阻很大，截止，它呈现的反向电阻很大，相当于开关的断开状态。相当于开关的断开状态。 限幅电路又称削波电路。削波就是指将输入波形中不需限幅电路又称削波电路。削波就是指将输入波形中不需要的部分去掉。要的部分去掉。 （1）串联型上限幅电路）串联型上限幅电路1限幅电路限幅电路R：泄放电阻，为电路中可能接入的电容提供放电回路。：泄放电阻，为电路中可能接入的电容提供放电回路。9.2.2二极管开关的应用二极管开关的应用 电路电路9.

4、2晶体管的开关特性晶体管的开关特性 工作过程工作过程v1 1 0 VD 截止截止 vo o = 0= 0 v1 1 0 VD 导通导通 vo o = = vI I限幅电平限幅电平：把开始起限幅作用的电平称为限幅电平。：把开始起限幅作用的电平称为限幅电平。电路全称为电路全称为“限幅电平为零的串联型上限幅电路限幅电平为零的串联型上限幅电路”。9.2晶体管的开关特性晶体管的开关特性 （2）并联型下限幅电路）并联型下限幅电路 电路电路 工工作过程作过程v1 1 VG VD 截止截止 vo o = = vI Iv1 1 IBS IBS 为临界饱和的基极电流。为临界饱和的基极电流。也可表示为：也可表示为：

5、BIcCCBSRVI 9.2晶体管的开关特性晶体管的开关特性 关闭时间关闭时间：三极管由饱和状态转换为截止状态所需要经：三极管由饱和状态转换为截止状态所需要经历的一段时间，用表示历的一段时间，用表示 toff 。 2截止条件及其特点截止条件及其特点（1）三极管的截止条件为：）三极管的截止条件为：VBE 0（2）特点）特点三极管的截止状态相当于开关的断开状态。三极管的截止状态相当于开关的断开状态。 开通时间开通时间：三极管由截止状态转换为饱和状态所需要经：三极管由截止状态转换为饱和状态所需要经历的一段时间，用表示历的一段时间，用表示 ton 。 开关时间开关时间： ton 和和 toff 总称为

6、三极管的开关时间。总称为三极管的开关时间。 9.2晶体管的开关特性晶体管的开关特性3三极管开关时间三极管开关时间三极管相当于一个由基极电流控制通断的无触点开关。三极管相当于一个由基极电流控制通断的无触点开关。 （1）电路组成）电路组成9.2.4晶体管反相器晶体管反相器9.2晶体管的开关特性晶体管的开关特性V 输入为低电位时输入为低电位时，即，即 vI = 0 V 时，三极管时，三极管 V 截止，输截止，输出为高电位出为高电位 vO VCC = 12 V 。 输入为高电位时输入为高电位时，即，即 vI = 3 V 时，时， 三极管三极管 V 饱和导通，饱和导通，输出为低电位，输出为低电位， vO

7、 VCES = 0 V 。（2）工作原理）工作原理9.2晶体管的开关特性晶体管的开关特性V （3）波形图）波形图9.2晶体管的开关特性晶体管的开关特性 9.2.5加速电容器加速电容器在在电路的输入电阻电路的输入电阻 R1 的两端并联一个适量的电容器，就的两端并联一个适量的电容器，就可达到提高开关速度的效果，电容可达到提高开关速度的效果，电容 CS 称为加速电容。称为加速电容。9.2晶体管的开关特性晶体管的开关特性 9.3.1与与门电路门电路9.3逻辑门电路逻辑门电路1与与逻辑关系逻辑关系当决定一件事情的几个条当决定一件事情的几个条件完全具备之后，这件事情才件完全具备之后，这件事情才能发生，否则

8、不发生。能发生，否则不发生。 能实现与逻辑功能的电路称为能实现与逻辑功能的电路称为与与门电路。门电路。 2与与门电路门电路 （2）逻辑功能）逻辑功能 有有 0 0 出出 0 0 。全全 1 1 出出 1 1 。Y =AB（3）逻辑函数数式：）逻辑函数数式：9.3逻辑门电路逻辑门电路（1）分析工作原理）分析工作原理当当 A、B 两输入端均为高电两输入端均为高电平时，二极管平时，二极管 VD1、VD2 导通，导通，Y 为高电平（为高电平（3 V）。）。 当当 A、B 两输入端均为低电两输入端均为低电平，或有一个输入端为低电平时，平，或有一个输入端为低电平时，与低电平相连接的二极管导通，与低电平相连

9、接的二极管导通，Y 为低电平（为低电平（0 V）。）。 （4）真值表：表明逻辑门电路输入端状态和输出端状态逻辑）真值表：表明逻辑门电路输入端状态和输出端状态逻辑对应关系的表格。对应关系的表格。（5）符号：）符号：输入输入输出输出ABY0 00 01 11 10 01 10 01 10 00 00 01 19.3逻辑门电路逻辑门电路与逻辑关系真值表如下。与逻辑关系真值表如下。 9.3.2或或门电路门电路1或逻辑关系：或逻辑关系：当决定一件事情的几个条件中，只要有一个条件得到满当决定一件事情的几个条件中，只要有一个条件得到满足，这件事情就会发生。足，这件事情就会发生。 9.3逻辑门电路逻辑门电路

10、2或或门电路门电路（2）逻辑功能）逻辑功能 有有 1 1 出出 1 1 。全全 0 0 出出 0 0 。Y=A + B（3）逻辑函数数式：）逻辑函数数式：9.3逻辑门电路逻辑门电路（1）分析工作原理）分析工作原理当当 A、B 两输入端均为低两输入端均为低电平时，二极管电平时，二极管 VD1、VD2 截止，截止，Y 为低电平（为低电平（0 V）。）。当当 A、B 两输入端有一个两输入端有一个输入端为高电平，或全为高电输入端为高电平，或全为高电平时，与高电平相连接的二极平时，与高电平相连接的二极管导通，管导通，Y 为高电平（为高电平（3 V）。）。 （4）真值表：）真值表：（5）符号：）符号：输入

11、输入输出输出ABY0 00 01 11 10 01 10 01 10 01 11 11 19.3逻辑门电路逻辑门电路 9.3.3非非门电路门电路1非非逻辑关系：逻辑关系：事情（输出信号）和条件（输入信号）总是呈相反状态。事情（输出信号）和条件（输入信号）总是呈相反状态。9.3逻辑门电路逻辑门电路 2非非门电路门电路有有 0 0 出出 1 1 。有有 1 1 出出 0 0 。Y =A（4）直值表）直值表 （3）逻辑函数数式：）逻辑函数数式：（2）逻辑功能）逻辑功能 （3）逻辑函数式：）逻辑函数式：输入输入输出输出A AY Y0 01 11 10 09.3逻辑门电路逻辑门电路输出信号与输入信号存输

12、出信号与输入信号存在在“反相反相”关系。即输入低关系。即输入低电平，输出为高电平；输入电平，输出为高电平；输入高电平，输出为低电平。高电平，输出为低电平。（1）分析工作原理）分析工作原理 9.3.4与非与非门门3逻辑符号逻辑符号Y = 将一个将一个与与门和一个门和一个非非门联结起来，就构成了一个门联结起来，就构成了一个与非与非门。门。2逻辑函数数式逻辑函数数式1与非与非门门BA 9.3逻辑门电路逻辑门电路 BA ABA + +B Y =0 00 01 11 10 01 10 01 10 00 00 01 11 11 11 10 04真值表真值表 全全 1 1 出出 0 0 。有有 0 0 出出

13、 1 1 。5逻辑功能逻辑功能 9.3逻辑门电路逻辑门电路 9.3.5或非或非门门1或非或非门门在在或或门后面接一个门后面接一个非非门，就构成门，就构成或非或非门。门。 2逻辑函数数式逻辑函数数式3逻辑符号逻辑符号BA+ +Y = 9.3逻辑门电路逻辑门电路 BA+ +ABA+ B Y =0 00 01 11 10 01 10 01 10 01 11 11 11 10 00 00 04真值表真值表 全全 0 0 出出 1 1 。有有 1 1 出出 0 0 。5逻辑功能逻辑功能 9.3逻辑门电路逻辑门电路 9.3.6与或非门与或非门1与或非与或非门门与或非与或非门是由多个基本门组合在一起所构成的

14、复合逻辑门是由多个基本门组合在一起所构成的复合逻辑门，一般由两个或多个门，一般由两个或多个与与门和一个门和一个或或门，再和一个门，再和一个非非门串联门串联而成。而成。2逻辑函数数式：逻辑函数数式：Y = CDAB + +4逻辑关系逻辑关系3逻辑符号逻辑符号一组全一组全 1 1 出出 0 0 ； 各组有各组有 0 0 出出 1 1。 9.3逻辑门电路逻辑门电路 （5）真值表真值表ABCDY0 00 00 00 00 00 00 00 01 11 11 11 11 11 11 11 10 00 00 00 01 11 11 11 10 00 00 00 01 11 11 11 10 00 01 1

15、1 10 00 01 11 10 00 01 11 10 00 01 11 10 01 10 01 10 01 10 01 10 01 10 01 10 01 10 01 11 11 11 10 01 11 11 10 01 11 11 10 00 00 00 00 09.3逻辑门电路逻辑门电路 9.3.7异或异或门门1逻辑符号逻辑符号2逻辑函数数式：逻辑函数数式：Y = BABA+ +或或BAY 9.3逻辑门电路逻辑门电路 3真值表真值表 同出同出 0 0 。异出异出 1 1 。4逻辑功能逻辑功能 输入输入输出输出ABY0 00 01 11 10 01 10 01 10 01 11 10 0

16、9.3逻辑门电路逻辑门电路 9.3.8同或同或门门1逻辑函数数式：逻辑函数数式：Y = 或或BAAB+ +Y = A B 输入输入输出输出ABY0 00 01 11 10 01 10 01 11 10 00 01 12真值表真值表 同出同出 1 1， 异出异出 0 0 。3逻辑功能逻辑功能 9.3逻辑门电路逻辑门电路 9.4.1TTL 集成电路的产品系列和外形封装集成电路的产品系列和外形封装常用的主要系列如表所示。常用的主要系列如表所示。9.4TTL 集成逻辑门集成逻辑门系列系列子系列子系列名名 称称国际型号国际型号部标型号部标型号TTLTTLHTTLSTTLLSTTLALSTTL基本型中速基

17、本型中速TTL高高 速速TTL超超 高高 速速TTL低低 功功 耗耗TTL先进低功耗先进低功耗TTLCT54/74CT54/74HCT54/74SCT54/74LSCT54/74ALST1000T2000T3000T4000 TTL 集成电路大都采用双列直插式外形封装。集成电路大都采用双列直插式外形封装。引线的编号判断方法引线的编号判断方法：把标志置于左端，逆时针转向自：把标志置于左端，逆时针转向自下而上顺序读出序号。下而上顺序读出序号。9.4TTL 集成逻辑门集成逻辑门 1输出高电平输出高电平 VOH 和输出低电平和输出低电平 VOL输出高电平时，要求输出电压足够高，输出低电平时，输出高电平

18、时，要求输出电压足够高，输出低电平时，要求输出电压足够低。要求输出电压足够低。9.4.2TTL集成门电路主要参数集成门电路主要参数2输入高电平输入高电平 VIH 和输入低电平和输入低电平 VILVIH 指输入高电平的最低值，指输入高电平的最低值，VIL 指输入低电平的最高值。指输入低电平的最高值。把这两个值的中间值称为输入的阈值电压把这两个值的中间值称为输入的阈值电压 VIT 。3输出高电平电流输出高电平电流 IOH 和输出低电平电流和输出低电平电流 IOL IOH 为输出为高电平时流出电流的极限值。为输出为高电平时流出电流的极限值。IOL 为输出为低为输出为低电平时流入电流的极限值。电平时流

19、入电流的极限值。9.4TTL 集成逻辑门集成逻辑门 tPHL：入上：入上 50 出下出下 50 时间间隔。时间间隔。 tPLH：入下：入下 50 出上出上 50 时间间隔。时间间隔。 传输延时：传输延时： tPHL 和和 tPLH 的平均值称为平均传输延迟时间。的平均值称为平均传输延迟时间。4传输延迟时间传输延迟时间 tPHL 和和 tPLH与非与非门输出端能驱动同类门的数目。门输出端能驱动同类门的数目。5扇出系数扇出系数 No 9.4TTL 集成逻辑门集成逻辑门 用一只用一只 CT74LS00 四四 2 输入输入与非与非门，可以组成一个简易门，可以组成一个简易的电源电压监视器。的电源电压监视

20、器。9.4.3TTL 与非与非门门应用举例应用举例 9.4TTL 集成逻辑门集成逻辑门 原理：接通电源，原理：接通电源，A 点电压约点电压约 5 V 左右，绿色左右，绿色 LED1 保保持常亮。在电源正常时，调节电位器，使持常亮。在电源正常时，调节电位器，使 B 点电位刚好处于点电位刚好处于与非与非门的门槛电压，此时黄色门的门槛电压，此时黄色 LED2 和红色和红色 LED3 均不亮。均不亮。当电源电压偏低时，当电源电压偏低时，B 点电位低于门槛电压，则门点电位低于门槛电压，则门 1 输入为输入为低电平，输出为高电平，故低电平，输出为高电平，故 E 点为高电平，点为高电平，F 点为低电平，点为

21、低电平，黄色黄色 LED2 导通而发光，而红色导通而发光，而红色 LED3 截止，不发光。当电截止，不发光。当电源电压偏高时，源电压偏高时，B 点电位上升，点电位上升，E 点电位下降，点电位下降，F 点电位上点电位上升，因而红色升，因而红色 LED3 导通而发光，黄色导通而发光，黄色 LED2因截止而不发光。因截止而不发光。9.4TTL 集成逻辑门集成逻辑门 9.5.1CMOS 反相器反相器9.5CMOS 集成逻辑门集成逻辑门1电路结构电路结构（1）当）当 vI = VIL = 0 V时，时，V1 截止；截止； VGS2= - -VDD ， V2 饱和，饱和， S2 与与 D2 极间相当于短极

22、间相当于短路，所以路，所以 vO VDD。 2工作原理工作原理（2）当当 vI = VIH = VDD 时，时， V1 的的 VGS1 VTN ， V1 饱和饱和导通，导通， VGS2 = 0 V ，因而，因而 V2 截止，截止， S2 与与 D2 极间相当于开路，极间相当于开路， S1 与与 D1 相当于短路，所以相当于短路，所以 vO = 0 V 。CMOS 反相器的电路结构。反相器的电路结构。 当输入低电平时，输出为高电平；当输入为高电平时，当输入低电平时，输出为高电平；当输入为高电平时，输出为低电平，实现了逻辑反相功能。输出为低电平，实现了逻辑反相功能。3特点特点9.5CMOS 集成逻

23、辑门集成逻辑门 （1）功耗低）功耗低 CMOS 反相器不论是输出高电平还是低电平，都只有一反相器不论是输出高电平还是低电平，都只有一个管子导通，因此电源电流均是极小的漏电流，功耗极低。个管子导通，因此电源电流均是极小的漏电流，功耗极低。由于管子导通时电阻都很小，这就大大缩短了负载端杂散由于管子导通时电阻都很小，这就大大缩短了负载端杂散电容的充放电时间，提高了开关速度。电容的充放电时间，提高了开关速度。（2）开关速度高）开关速度高 （3）抗干扰能力强）抗干扰能力强由于由于 CMOS 反相器的电压传输特性比较理想，特性曲线反相器的电压传输特性比较理想，特性曲线的转折区比的转折区比 TTL 陡直，故

24、抗干扰能力更强。陡直，故抗干扰能力更强。（4）输出幅度大）输出幅度大输出电压幅度大，电源利用率高。输出电压幅度大，电源利用率高。9.5CMOS 集成逻辑门集成逻辑门 9.5.2CMOS 与非与非门门 当当 A、B 端同时为高电平端同时为高电平1 1 时，时，V1、 V2 均导通，均导通， V3、 V4 均截止，输出端均截止，输出端 Y 为低电为低电平平 0 0，即，即“全全 1 1 出出 0 0 ”。2工作原理工作原理当当 A、B 端有一个或两个为低电平时端有一个或两个为低电平时，串联的，串联的 V1、 V2 有一个或两个截止，并联的有一个或两个截止，并联的 V3、 V4 有一个或两个导通，输

25、有一个或两个导通，输出端出端 Y 为高电平为高电平 1 1，即，即“有有 0 0 出出 1 1 ”。CMOS 与非与非门的电路结构。门的电路结构。1电路结构电路结构9.5CMOS 集成逻辑门集成逻辑门 3真值表真值表输入输入输出输出ABY0 00 01 11 10 01 10 01 11 11 11 10 09.5CMOS 集成逻辑门集成逻辑门 9.5.3CMOS 或非或非门门 当当 A、B 端有高电平端有高电平1 1 时，时，驱动管驱动管 V1 或或 V2 导通，输出端导通，输出端 Y 为低电平为低电平 “ 0 0 ”，即，即“有有 1 1 出出 0 0 ”；2工作原理工作原理当当 A、B

26、端都为低电平端都为低电平 0 0 时时，驱动管，驱动管 V1 或或 V2 两个都截两个都截止，负载管止，负载管 V3 和和 V4 ，同时导通，输出，同时导通，输出 Y 为高电平为高电平 1 1，即，即 “ 全全 0 0 出出 1 1 ”。CMOS 或非或非门的电路结构。门的电路结构。1电路结构电路结构9.5CMOS 集成逻辑门集成逻辑门 3真值表真值表输入输入输出输出ABY0 00 01 11 10 01 10 01 11 10 00 00 09.5CMOS 集成逻辑门集成逻辑门 9.5.4CMOS 传输门传输门 CMOS 传输门的电路结构。传输门的电路结构。1电路结构电路结构9.5CMOS 集成逻辑门集成逻辑门 （1）当控制端）当控制端 C 加高电平，加高电平，若输入信号若输入信号 vI 在在 0 VDD 之间变化，之间变化，则则 V1 和和 V2 中至少有一个管子导中至少有一个管子导通，传输门的输入和输出之间程通，传输门的输入和输出之间程低阻状态，传输门导通，相当于低阻状态，传输门导通，相当于开关接通。开关接通。 vo = vI 。 （2）当控制端）当控制端 C 加低电平，只要加低电平，只要 vI