最新数字电子技术基础电子教案——第2章逻辑门电路

1、第2章逻辑门电路2.2根本逻辑门电路在数字系统中,大量地运用着执行根本逻辑操作的电路,这些电路称为根本逻辑电路或门电路.早期的门电路主要由继电器的触点构成,后来采用二极管、三极管,目前那么广泛应用集成电路.2.2.1 三种根本门电路1.二极管与门电路实现“与逻辑关系的电路叫做与门电路.由二极管组成的与门电路如图2.5(a)所示,图2.5所示(b)为其逻辑符号.图中A、B为信号的输入端,Y为信号的输出端.Q+&+5V)5VVD|Ao-IVD;0VBO()电路加)逻辑符号图2.5二极管与门对二极管组成的与门电路分析如下.(1) AB都是低电平uY=0V(2) A是低电平,B是高电平uY=0

2、V(3) A是高电平,B是低电平uY=0V(4) AB都是高电平uY=5V从上述分析可知,该电路实现的是与逻辑关系,即“输入有低,输出为低；输入全高,输出为高,所以,它是一种与门.2 .二极管或门电路实现或逻辑关系的电路叫做或门电路.由二极管组成的或门电路如图2.6所示,其功能分析如下.(a)电路图(b)逻辑符号图2.6二极管或门(1) A、B都是低电平uY=0V(2) A是低电平,B是高电平uY=5V(3) A是高电平,B是低电平uY=5V(4) A、B都是高电平uY=5V通过上述分析,该电路实现的是或逻辑关系,即“输入有高,输出为高；输入全低,输出为低,所以,它是一种或门.3 .三极管非门

3、实现非逻辑关系的电路叫做非门电路.由于它的输入与输出之间是反相关系,故又称为反相器,其电路如图2.7所示.Th电路图(M逻辑符号图2.7三极管反相器4 .2.2DTL与非门采用二极管门电路和三极管反相器,可组成与非门和或非门扩大逻辑功能,这种电路应用非常广泛.其电路图及逻DTL与非门电路是由二极管与门和三极管反相器串联而成的,辑符号分别如图2.8(a)和图2.8(b)所示(b)逻辑符号图2.8DTL与非门当输入端A、B都是高电平时,V.、VD2均截止,而VD3、VD4和三极管导通,注入三极管的基极电流足够大,三极管饱和导通,输出低电平,uY=0V,在两个输入端AB中有一个为低电平时,VDB、V

4、DI和三极管均截止,输出高电平,uY=VCC可见此逻辑门能实现与非逻辑关系.2.3TTL逻辑门电路TTL门电路是晶体管-晶体管逻辑(Transistor-TransistorLogic)门电路的简称,这种电路由于其输入级和输出级均采用晶体三极管而得名.根据国际通用标准,根据工作温度不同,TTL电路分为54系列(-55C125C)和74系列(0C-70C)；根据工作速度和功耗不同,TTL电路又分为标准系列、高速(H)系列、肖特基(S)系列和低功耗肖特基(LS)系列.2.3.1 TTL与非门的工作原理1. TTL与非门的电路结构TTL与非门的根本电路如图2.9(a)所示,它由输入级、中间级和输出级

5、三局部组成.图2.9根本TTL与非门电路及V1管的等效电路2. TTL与非门的工作原理(1)当A、B两端有一个输入为低电平0.3V时,V1的发射结导通,其基极电压等于输入低电压加上发射结正向压降.V2、V5都截止V3和V4导通输出电压为：3.6V实现了“输入有低,输出为高的逻辑关系.2)当A、B两端均输入高电平3.6V时,V2、V5饱和导通,输出为低电平,即uo=UCES0.3VV1处于发射结和集电结倒置使用的放大状态.uC2=UCE2+uB5=0.3+0.7=1.0V由于uB4=uC2=1.0V,作用于V3和V4的发射结的串联支路的电压为：uC2-uO=1.0-0.3=0.7V所以,V3和V

6、4均截止.此时,电路实现了“输入全高,输出为低的逻辑关系.2.4其他类型的TTL门电路将两个门的输出端并联以实现与逻辑的功能,把这种连接方式称为“线与.如果将两个门电路的输出端连接在一起,如图2.18所示.当一个门的输出处于高电平,而另一个门的输出为低电平时,将会产生很大的电流,有可能导致器件损坏,无法形成有用的线与逻辑关系.图2.18推拉式输出级并联的情况2.4.1 集电极开路与非门(OCD)集电极开路与非门是将推拉式输出级改为集电极开路的三极管结构,做成集电极开路输出的门电路(OpenCollectorGate),简称为OC门,其电路如图2.19(a)所示.出?(K门的电窗(b)代门的符号

7、图2.190%非门的电路和图形符号将0C门输出连在一起时,再通过一个电阻接外电源,这样可以实现“线与逻辑关系.只要电阻的阻值和外电源电压的数值选择得当,就能做到既保证输出的高、低电平符合要求,而且输出三极管的负载电流又不至于过大.而且输出三极管的负载电流又不至于过大.两个0C门并联时的连接方式如图2.20所示n吊Gn住oc门输出并联的逻辑图图2.20OC门输出并联的接法及逻辑图在图2.21中表示出“线与电路中OC门输出高电平的情况,假定n个OC门连接成“线与逻辑,带m个与非门负载.当所有OC门都处于截止状态时,“线与后输出为高电平.>n阳<图2.21“线与电路中OC门输出高电平的情

8、况OC门除了可以实现多门的线与逻辑关系外,还可用于直接驱动较大电流的负载,如继电器、脉冲变压器、指示灯等,也可以用来改变TTL电路输出的逻辑电平,以便与逻辑电平不同的其他逻辑电路相连接.2.4.2 三态门TSL门为保持推拉式输出级的优点,还能作线与连接,人们又开发了一种三态与非门,它的输出除了具有一般与非门的两种状态外,还可以呈现高阻状态,或称开路状态、禁止状态.一个简单的三态门的电路如图2.23(a)所示,图2.23(b)所示为它的逻辑符号,它是由一个与非门和一个二极管构成的,EN为限制端,A、B为数据输入端.图2.23三态与非门电路图2.23所示电路中,当EN=1时电路为工作状态,所以称为

9、限制端高电平有效.三态门的限制端也可以是低电平有效,即EN为低电平时,三态门为工作状态；EN为高电平时,三态门为高阻状态.其电路图及逻辑符号如图2.24所示,(a)电路(b)符号图2.24限制端为低电平有效的三态门三态门的应用比拟广泛,下面举例说明三态门的3种应用.电路图如图2.25所示.作多路开关信号双向传输构成数据总线伯)作多路开关(b)信号双向传输u)构成数据总纯图2.25三态门三种应用的连接方式2.8门电路在实际应用中应注意的问题2.8.1 多余输入端的处理就有多余输入端.在使用集成门电路时,如果输入信号数小于门的输入端数,般不让多余的输入端悬空,以预防干扰信号引入.对多余输入端的处理,以不改变电路工作状态及稳定可靠为原那么.2.34对于TTL与非门,通常将多余输入端通过1kQ的电阻R与电源+VCC®连;也可以将多余输入端与另一接有输入信号的输入端连接.这两种方法如图所示.TTL与门多余输入端的处理方法和与非门完全相同.YA-&B图2.34TTL与非门多余输入端的处理方法对于TTL或非门,那么应该把多余输入端接地,或把多余输入端与另一个接有输入信号的输入端相接.这两种方法如图2.35所示.TTL或门多余输