第三章逻辑门电路(康华光)

1、信息与电气工程学院第三章第三章 逻辑门电路逻辑门电路3.1 MOS逻辑门电路逻辑门电路3.2 TTL逻辑门电路逻辑门电路*3.3 射极耦合逻辑门电路射极耦合逻辑门电路*3.4 砷化镓逻辑门电路砷化镓逻辑门电路3.5 逻辑描述中的几个问题逻辑描述中的几个问题3.6 逻辑门电路使用中的几个实际问题逻辑门电路使用中的几个实际问题* 3.7 用用VerilogHDL描述逻辑门电路描述逻辑门电路信息与电气工程学院教学基本要求：教学基本要求：1、了解半导体器件的开关特性。了解半导体器件的开关特性。2、熟练掌握熟练掌握基本逻辑门（与、或、与非、或非、基本逻辑门（与、或、与非、或非、异或门）、三态门、异或门）

2、、三态门、OD门（门（OC门）和传输门的逻门）和传输门的逻辑功能。辑功能。3、学会门电路逻辑功能分析方法。学会门电路逻辑功能分析方法。4、掌握掌握逻辑门的主要参数及在应用中的接口问题。逻辑门的主要参数及在应用中的接口问题。第二章第二章 逻辑门电路逻辑门电路信息与电气工程学院3.1 MOS逻辑门逻辑门1、逻辑门逻辑门: :实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。2、逻辑门电路的分类逻辑门电路的分类二极管门电路二极管门电路三极管门电路三极管门电路TTL门电路门电路MOS门电路门电路PMOS门门CMOS门门逻辑门电路逻辑门电路分立门电路分立门电路集成门电路

3、集成门电路NMOS门门3.1.1 数字集成电路简介数字集成电路简介信息与电气工程学院1.CMOS集成电路集成电路: :广泛应用于超大规模、甚大规模集成电路广泛应用于超大规模、甚大规模集成电路 4000 4000系列系列74HC 74HCT74VHC 74VHCT速度慢速度慢与与TTL不不兼容兼容抗干扰抗干扰功耗低功耗低74LVC 74VAUC速度加快速度加快与与TTL兼容兼容负载能力强负载能力强抗干扰抗干扰功耗低功耗低速度两倍于速度两倍于74HC与与TTL兼容兼容负载能力强负载能力强抗干扰抗干扰功耗低功耗低低低( (超低超低) )电压电压速度更加快速度更加快与与TTL兼容兼容负载能力强负载能力

4、强抗干扰功耗低抗干扰功耗低 7474系列系列74LS系列系列74AS系列系列 74ALS2.TTL 集成电路集成电路: :广泛应用于中大规模集成电路广泛应用于中大规模集成电路3.1.1 数字集成电路简介数字集成电路简介信息与电气工程学院3.1.2 逻辑门电路的一般特性逻辑门电路的一般特性1. 1. 输入和输出的高、低电平输入和输出的高、低电平 vO vI 驱动门驱动门G1 负载门负载门G2 1 1 输出高电平的下限值输出高电平的下限值 VOH(min)输入低电平的上限值输入低电平的上限值 VIL(max)输入高电平的下限值输入高电平的下限值 VIL(min)输出低电平的上限值输出低电平的上限值

5、 VOH(max)输出输出高电平高电平+VDD VOH(min)VOL(max) 0 G1门门vO范围范围 vO 输出输出低电平低电平 输入输入高电平高电平VIH(min) VIL(max) +VDD 0 G2门门vI范围范围 输入输入低电平低电平 vI 信息与电气工程学院VNH 当前级门输出高电平的最小当前级门输出高电平的最小值时值时允许负向噪声电压的最大值允许负向噪声电压的最大值。负载门输入高电平时的噪声容限：负载门输入高电平时的噪声容限：VNL 当前级门输出低电平的最大当前级门输出低电平的最大值时值时允许正向噪声电压的最大值允许正向噪声电压的最大值负载门输入低电平时的噪声容限负载门输入低

6、电平时的噪声容限：2. 噪声容限噪声容限VNH =VOH(min)VIH(min) VNL =VIL(max)VOL(max)在保证输出电平不变的条件下，输入电平允许波动的范围。它表在保证输出电平不变的条件下，输入电平允许波动的范围。它表示门电路的抗干扰能力示门电路的抗干扰能力 1 驱动驱动门门 vo 1 负载门负载门 vI 噪声噪声 信息与电气工程学院类型参数74HCVDD=5V74HCTVDD=5V74LVCVDD=3.3V74AUCVDD=1.8VtPLH或tPHL(ns)782.10.93.传输延迟时间传输延迟时间传输延迟时间是表征门电路开关速传输延迟时间是表征门电路开关速度的参数，它

7、说明门电路在输入脉度的参数，它说明门电路在输入脉冲波形的作用下，其输出波形相对冲波形的作用下，其输出波形相对于输入波形延迟了多长的时间于输入波形延迟了多长的时间。CMOS电路传输延迟时间电路传输延迟时间 tPHL 输出输出 50% 90% 50% 10% tPLH tf tr 输入输入 50% 50% 10% 90% 信息与电气工程学院4. 4. 功耗功耗静态功耗：指的是当电路没有状态转换时的功耗，即门电路静态功耗：指的是当电路没有状态转换时的功耗，即门电路空载时电源总电流空载时电源总电流ID与电源电压与电源电压VDD的乘积。的乘积。5. 延时延时 功耗积功耗积是速度功耗综合性的指标是速度功耗

8、综合性的指标. .延时延时 功耗积功耗积，用符号，用符号DP表示表示扇入数：取决于逻辑门的输入端的个数。扇入数：取决于逻辑门的输入端的个数。6. 扇入与扇出数扇入与扇出数动态功耗：指的是电路在输出状态转换时的功耗，动态功耗：指的是电路在输出状态转换时的功耗，对于对于TTL门电路来说，静态功耗是主要的。门电路来说，静态功耗是主要的。CMOS电路的静态功耗非常低，电路的静态功耗非常低，CMOS门电路有动态功耗门电路有动态功耗信息与电气工程学院扇出数：扇出数： 是指其在正常工作情况下，所能带同类门电路的最大数目。是指其在正常工作情况下，所能带同类门电路的最大数目。（a) 带拉电流负载带拉电流负载当负

9、载门的个数增加时，总的拉电流将增加，会引起输出高当负载门的个数增加时，总的拉电流将增加，会引起输出高电压的降低。但不得低于输出高电平的下限值，这就限制了电压的降低。但不得低于输出高电平的下限值，这就限制了负载门的个数。负载门的个数。)(I)(IN负载门负载门驱动门驱动门IHOHOH 高电平高电平扇出数扇出数:IOH : :驱动门的输出端为高电平电流驱动门的输出端为高电平电流IIH : :负载门的输入电流为负载门的输入电流为。信息与电气工程学院(b) 带灌电流负载带灌电流负载)(I)(IN负负载载门门驱驱动动门门ILOLOL 当负载门的个数增加时，总的灌电流当负载门的个数增加时，总的灌电流IOL

10、将增加，同时也将引起将增加，同时也将引起输出低电压输出低电压VOL的升高。当输出为低电平，并且保证不超过输的升高。当输出为低电平，并且保证不超过输出低电平的上限值。出低电平的上限值。IOL ：驱动门的输出端为低电平电流：驱动门的输出端为低电平电流IIL ：负载门输入端电流之和：负载门输入端电流之和信息与电气工程学院电路类型电源电压/V传输延迟时间/ns静态功耗/mW功耗延迟积/mW-ns直流噪声容限 输出逻辑摆幅/VVNL/VVNH/VTTLCT54/74510151501.22.23.5CT54LS/74LS57.52150.40.53.5HTL158530255077.513ECLCE10

11、K系列5.2225500.1550.1250.8CE100K系列4.50.7540300.1350.1300.8CMOSVDD=5V5455103225 1032.23.45VDD=15V151215103180 1036.59.015高速CMOS5811038 1031.01.55各类数字集成电路主要性能参数的比较各类数字集成电路主要性能参数的比较信息与电气工程学院3.1.3 MOS开关及其等效电路开关及其等效电路：MOS管工作在可变电阻区，输出低电平管工作在可变电阻区，输出低电平: : MOS管截止，管截止， 输出高电平输出高电平当当I VT信息与电气工程学院MOS管相当于一个由管相当于一

12、个由vGS控制控制的无触点开关。的无触点开关。MOS管工作在可变电阻区，管工作在可变电阻区，相当于开关相当于开关“闭合闭合”，输出为低电平。输出为低电平。MOS管截止，管截止，相当于开关相当于开关“断开断开”输出为高电平。输出为高电平。当输入为低电平时：当输入为低电平时：当输入为高电平时：当输入为高电平时：信息与电气工程学院3.1.4 CMOS 反相器反相器1.1.工作原理工作原理AL1+VDD+10VD1S1vivOTNTPD2S20V+10VvivGSNvGSPTNTPvO0 V 0V-10V截止截止导通导通10 V10 V 10V 0V导通导通截止截止 0 VVTN = 2 VVTP =

13、 2 V逻辑图逻辑图AL 逻辑表达式逻辑表达式逻辑真值表逻辑真值表)VVVTPTNDD( 0110vi (A)vO(L)信息与电气工程学院2. 2. 电压传输特性和电流传输特性电压传输特性和电流传输特性)v(fvIO 电压传输特性电压传输特性信息与电气工程学院3. CMOS3. CMOS反相器的工作速度反相器的工作速度在由于电路具有互补对称的性质，它的开通时间与关在由于电路具有互补对称的性质，它的开通时间与关闭时间是相等的。平均延迟时间：闭时间是相等的。平均延迟时间：10 ns。 带电容负载带电容负载信息与电气工程学院A BTN1 TP1 TN2 TP2L0 00 11 01 1截止截止 导通

14、导通 截止截止导通导通 导通导通导通导通导通导通截止截止截止截止导通导通截止截止截止截止截止截止 截止截止导通导通导通导通1110与非门与非门1.CMOS 与非门与非门vA+VDD+10VTP1TN1TP2TN2ABLvBvLAB&(a)(a)电路结构电路结构(b)(b)工作原理工作原理VTN = 2 VVTP = 2 V0V10VN输入的与非门的电路输入的与非门的电路?输入端增加有什么问题输入端增加有什么问题?3.1.5 CMOS 逻辑门逻辑门信息与电气工程学院或非门或非门BAL 2.2.CMOS 或非门或非门+VDD+10VTP1TN1TN2TP2ABLA B TN1 TP1 TN2 TP

15、2L0 00 11 01 1截止截止导通导通截止截止导通导通 导通导通导通导通导通导通截止截止截止截止导通导通截止截止截止截止截止截止截止截止导通导通导通导通1000AB10V10VVTN = 2 VVTP = 2 VN输入的或非门的电路的结构输入的或非门的电路的结构?输入端增加有什么问题输入端增加有什么问题?信息与电气工程学院3. 异或门电路异或门电路BA BABAXBAL BABA BA =A B信息与电气工程学院4.4.输入保护电路和缓冲电路输入保护电路和缓冲电路 基基本本逻逻辑辑功功能能电电路路 基基本本逻逻辑辑功功能能电电路路 输输入入保保护护缓缓冲冲电电路路 输输出出缓缓冲冲电电路

16、路 vi vo 采用缓冲电路能统一参数，使不同内部逻辑集成逻辑门电路采用缓冲电路能统一参数，使不同内部逻辑集成逻辑门电路具有相同的输入和输出特性。具有相同的输入和输出特性。信息与电气工程学院1.CMOS漏极开路门漏极开路门1.）CMOS漏极开路门的提出漏极开路门的提出输出短接，在一定情况下输出短接，在一定情况下会产生低阻通路，大电流会产生低阻通路，大电流有可能导致器件的损毁，有可能导致器件的损毁，并且无法确定输出是高电并且无法确定输出是高电平还是低电平。平还是低电平。 3.1.6 CMOS漏极开路（漏极开路（OD）门和三态输出门电路）门和三态输出门电路 +VDDTN1TN2AB+VDDAB01

17、信息与电气工程学院C D RP VDD L A B & & （2）漏极开路门的结构与逻辑符号漏极开路门的结构与逻辑符号(c) (c) 可以实现线与功能可以实现线与功能CDAB CDAB +VDDVSSTP1TN1TP2TN2ABLA B L 电路电路A B L & 逻辑符号逻辑符号(b)(b)与非逻辑不变与非逻辑不变RP VDD L A B 漏极开路门输出连接漏极开路门输出连接21PPL RP VDD L A B C D (a)(a)工作时必须外接电源和电阻工作时必须外接电源和电阻信息与电气工程学院(2) 上拉电阻对上拉电阻对OD门动态性能的影响门动态性能的影响RP VDD L A B C D

18、 Rp的值愈小，负载电容的充电时间的值愈小，负载电容的充电时间常数亦愈小，因而开关速度愈快常数亦愈小，因而开关速度愈快。但功耗大但功耗大, ,且可能使输出电流超过允且可能使输出电流超过允许的最大值许的最大值IOL(max） 。电路带电容负载电路带电容负载1 10 0CL LRp的值大，可保证输出电流不能超的值大，可保证输出电流不能超过允许的最大值过允许的最大值IOL(max）、）、功耗小功耗小。但负载电容的充电时间常数亦愈大，但负载电容的充电时间常数亦愈大，开关速度因而愈慢开关速度因而愈慢。信息与电气工程学院最不利的情况：最不利的情况：只有一个只有一个 OD门导通，门导通，110为保证低电平输

19、出为保证低电平输出OD门的门的输输出电流不能超过允许的最大值出电流不能超过允许的最大值 IOL(max)且且VO=VOL(max） ，RP不不能太小能太小。当当VO=VOLIL(total)OLOLDDpIIVVR(max)(max)(min) IL(total)pOLDDOLIRVVI(min)(max)(max) +V DDIILRP&n&m&kIIL（total)IOL（max)信息与电气工程学院当当VO=VOH+V DDRP&n&m&111IIH（total)I0H（total)为使得高电平不低于规定的为使得高电平不低于规定的VOH的最小值，则的最小值，则Rp的选择不能过大。的选择不能

20、过大。Rp的最大值的最大值Rp(max) ：IH(total)OH(total)IHDDpIIVVR(min)(max) 信息与电气工程学院2.三态三态(TSL)输出门电路输出门电路1TP TN VDD L A EN & 1 1 EN A L 1 0011截止截止导通导通111高阻高阻 0 输出输出L输入输入A使能使能EN0011 10 00截止截止导通导通010截止截止截止截止X1逻辑功能：高电平有效的同相逻辑门逻辑功能：高电平有效的同相逻辑门0 1信息与电气工程学院3.1.7 CMOS传输门传输门( (双向模拟开关双向模拟开关) ) 1 1. CMOS传输门电路传输门电路TP vI /vO

21、 TN vO /vI C C +5V 5V 电路电路vI /vO vO /vI C C T G 逻辑符号逻辑符号I / Oo/ IC等效电路等效电路信息与电气工程学院2、CMOS传输门电路的工作原理传输门电路的工作原理 设设TP:|VTP|=2V， TN:VTN=2V I的变化范围为的变化范围为5V到到+5V。 5V+5V 5V到到+5V GSN0, TP截止截止TP vI /vO TN vO /vI C C +5V 5V 1）当）当c=0， c =1时时c=0=-5V， c c =1=+5V信息与电气工程学院 C TP vO/vI vI/vO +5V 5V TN C +5V5V GSP= 5

22、V (3V+5V)= 2V 10V GSN=5V (5V+3V)=(102)V b、 I= 3V5V GSNVTN, TN导通导通a、 I= 5V3VTN导通，导通，TP导通导通 GSP |VT|, TP导通导通C、 I= 3V3VIOvv 2）当）当c=1， c =0时时信息与电气工程学院传输门组成的数据选择器传输门组成的数据选择器C=0TG1导通导通, TG2断开断开 L=XTG2导通导通, TG1断开断开 L=YC=1传输门的应用传输门的应用信息与电气工程学院CMOS逻辑集成器件发展使它的技术参数从总体上来说已经达逻辑集成器件发展使它的技术参数从总体上来说已经达到或者超过到或者超过TTL

23、TTL器件的水平。器件的水平。CMOS器件的功耗低、扇出数大，器件的功耗低、扇出数大，噪声容限大，静态功耗小，动态功耗随频率的增加而增加。噪声容限大，静态功耗小，动态功耗随频率的增加而增加。参数系列传输延迟时间tpd/ns(CL=15pF)功耗(mW)延时功耗积(pJ)4000B751(1MHz)7574HC101.5 (1MHz)1574HCT131 (1MHz)13BiCMOS2.90.00037.50.00087223.1.8 CMOS逻辑门电路的技术参逻辑门电路的技术参数数CMOS门电路各系列的性能比较门电路各系列的性能比较信息与电气工程学院3.2 TTL逻辑门逻辑门3.2.1 BJT

24、的开关特性的开关特性iB 0，iC 0，vOVCEVCC，c、e极之间近似于开路极之间近似于开路,vI=0V时时:iBIcs/，iC=Ics，vOVCE0.2V，c、e极之间近似于短路极之间近似于短路,vI=5V时时:信息与电气工程学院A.截止状态.Je 、Jc皆反偏，皆反偏， ib=0，ic=0.VO = VCE = VCC - iCRC VCC.可靠截止条件：可靠截止条件：VBE 0V。 B.放大状态. Je正偏正偏 , Jc反偏反偏, iC = iB；.VO=VCE=VCCiCRC ，iC与与iB增增加加VO减小。减小。C.饱和状态.Je正偏正偏 .Jc正偏；正偏；.iB = IBS =

25、 ICS / ；.iC=ICS= (VCC 0.7V)/RC VCC/RC；.VCES一般为一般为0.1V 0.3V。三极管三极管B-E和和C-E之间相当于之间相当于一个闭合的开关。一个闭合的开关。1. BJT的开关条件的开关条件信息与电气工程学院2. BJT的开关时间的开关时间从截止到导通从截止到导通开通开通时间时间ton(=td+tr)从导通到截止从导通到截止关闭时间关闭时间toff(= ts+tf)BJT饱和与截止两种状态的相饱和与截止两种状态的相互转换需要一定的时间才能完成。互转换需要一定的时间才能完成。信息与电气工程学院CL的充、放电过程均需经历一定的充、放电过程均需经历一定的时间，

26、必然会增加输出电压的时间，必然会增加输出电压 O波波形的上升时间和下降时间，导致基形的上升时间和下降时间，导致基本的本的BJT反相器的开关速度不高。反相器的开关速度不高。3.2.2基本基本BJT反相器的动态性能反相器的动态性能若带电容负载若带电容负载故需设计有较快开关速度的实用型故需设计有较快开关速度的实用型TTL门电路。门电路。 信息与电气工程学院输出级输出级T3、D、T4和和Rc4构构成推拉式的输出级。成推拉式的输出级。用于提高开关速度用于提高开关速度和带负载能力。和带负载能力。中间级中间级T2和电阻和电阻Rc2、Re2组成，从组成，从T2的集电结和发射的集电结和发射极同时输出两个相极同时

27、输出两个相位相反的信号，作位相反的信号，作为为T T3 3和和T T4 4输出级的输出级的驱动信号；驱动信号； Rb1 4k W Rc2 1.6k W Rc4 130 W T4 D T2 T1 + vI T3 + vO 负载 Re2 1K W VCC(5V) 输入级输入级 中间级中间级输出级输出级 3.2.3 TTL反相器的基本反相器的基本电路电路1. 1. 电路组成电路组成输入级输入级T1和电阻和电阻Rb1组成。用于提组成。用于提高电路的开关速度高电路的开关速度信息与电气工程学院2. TTL反相器的工作原理（逻辑关系、性能改善）反相器的工作原理（逻辑关系、性能改善） （1 1）当输入为低电平

28、（）当输入为低电平（ I I = 0.2 V）mA 0251 1B1CCB1.RvVi 0 BS1 IBS1B1Ii T1 深度饱和深度饱和V 3.6V 70705DBE4B4O ).(vvvv截止导通导通截止饱和低电平T4D4T3T2T T1 1输入高电平输出输出T2 、 T3截止，截止，T4 、D导通导通信息与电气工程学院（2）当输入为高电平（）当输入为高电平（ I = 3.6 V） T2、T3饱和导通饱和导通 T1:倒置的放大状态倒置的放大状态 T4和和D截止截止使输出为低电平使输出为低电平.vO=vC3=VCES3=0.2V信息与电气工程学院输入A输出L0110逻辑真值表逻辑真值表 逻

29、辑表达式逻辑表达式 L = A 饱和饱和截止截止T T4 4低电平低电平截止截止截止截止饱和饱和倒置工作倒置工作高电平高电平高电平高电平导通导通导通导通截止截止饱和饱和低电平低电平输出输出D D4 4T T3 3T T2 2T T1 1输入输入信息与电气工程学院1. TTL与非门电路与非门电路多发射极多发射极BJT T1e e bc eeb cA& BALB3.2.4 TTL逻辑门电路逻辑门电路信息与电气工程学院2. TTL与非门电路的工作原理与非门电路的工作原理 任一输入端为低电平时任一输入端为低电平时:TTL与非门各级工作状态与非门各级工作状态 IT1T2T3T4 O输入全为高输入全为高电

30、平电平 (3.6V)倒置使用的放倒置使用的放大状态大状态饱和饱和饱和饱和截止截止低电平低电平（0.2V）输入有低电输入有低电平平 (0.2V)深饱和深饱和截止截止截止截止导通导通高电平高电平（3.6V）当全部输入端为高电平时：当全部输入端为高电平时： 输出低电平输出低电平 输出高电平输出高电平 信息与电气工程学院2. TTL或非门或非门 若若A、B中有一个为高电平中有一个为高电平:若若A、B均为低电平均为低电平:T2A和和T2B均将截止，均将截止，T3截止。截止。 T4和和D饱和，饱和，输出为高电平。输出为高电平。T2A或或T2B将饱和，将饱和，T3饱和，饱和，T4截止，截止，输出为低电平。输

31、出为低电平。BAL 逻辑表达式逻辑表达式信息与电气工程学院vOHvOL输出为低电平输出为低电平的逻辑门输出的逻辑门输出级的损坏级的损坏3.2.5 集电极开路门和三态门电路集电极开路门和三态门电路1.1.集电极开路门电路集电极开路门电路 VCC(5V) Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 A B C T1 T2 D Re2 1k T3 VCC(5V) Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 A B C T1 T2 D Re2 1k T3 信息与电气工程学院a） 集电极开路与非门电路集电极开路与非门电路b） 使用时的外电路连接使用时的外电路连接C） 逻辑功能逻辑功能

32、L = A BOC门输出端连接实现线与门输出端连接实现线与VCC T1 Re2 Rc2 Rc4 Rb1 T2 T3 T4 D A B L VCC T1 Re2 Rc2 Rb1 T2 T3 A B L VCCC D RP VDD L A B & & 信息与电气工程学院2. 三态与非门三态与非门(TSL ) 当当CS= 3.6V时时CS数据输入端输出端LAB10010111011100三态与非门真值表三态与非门真值表 信息与电气工程学院3.5 逻辑描述中的几个问题逻辑描述中的几个问题3.5.1 正负逻辑问题正负逻辑问题3.5.2 基基本逻辑门电路的等效符号及其应用本逻辑门电路的等效符号及其应用信息

33、与电气工程学院正正负逻辑的逻辑符号负逻辑的逻辑符号的变换的变换 逻辑符号逻辑符号(1) 正负逻辑的逻辑符号正负逻辑的逻辑符号由前面分析可知，数字电路的两种状态高电平和低电平状态可分别用二进制的0和1表示。形成了两种逻辑体制，正逻辑和负逻辑。正逻辑逻辑1表示高电平，逻辑0表示低电平负逻辑逻辑0表示高电平，逻辑1表示低电平混合逻辑同时采用两种逻辑体制数字电路中无特殊说明，通常都取正逻辑体制。信息与电气工程学院正正负逻辑的逻辑符号负逻辑的逻辑符号的变换的变换 逻辑符号逻辑符号同一逻辑电路，在不同的逻辑体制下，逻辑功能是完全不同的。信息与电气工程学院正正负逻辑的逻辑符号负逻辑的逻辑符号的变换的变换 逻

34、逻辑变换辑变换(2) 正负逻辑变换正负逻辑变换正负逻辑互为对偶关系，可用摩根定理进行转换。例如：设一个“正”与门：F=AB 则： 为负“或”门 既将同一个电路的输入输出均取非“1”、“0” 将有：正逻辑 负逻辑信息与电气工程学院图1-4-1 一条线的两端同时消去小圆圈正负逻辑的逻辑符号的变换正负逻辑的逻辑符号的变换逻辑变换逻辑变换 小圆圈为非号,一条线上的两端同时加或减去圈,关系不变,如下图.(3) 逻辑符号的等效变换应遵循的几个原则逻辑符号的等效变换应遵循的几个原则 任一条线一端的圈移到另一端上,其逻辑关系不变,如1-4-2&1ABF&1ABF图1-4-2 一条线上的小圆圈从一端移到另一端&

35、1ABF&1ABF信息与电气工程学院图1-4-3 一条线的两端同时消去小圆圈正负逻辑的逻辑符号的变换正负逻辑的逻辑符号的变换逻辑变换逻辑变换 在输入输出线上一端加上或者消去小圆圈,同时将加圈的门若是与门改成或门,或门则改成与门,逻辑关系不变,如图1-4-3所示.图1-4-4 或门输入、输出同时取反&1ABF&ABF 在输入输出线上一端加上或者消去小圆圈,同时将相应变量取反(即原变量变反变量,反变量变原变量),逻辑关系不变,如图1-4-3所示.&ABF&ABF&ABF&ABF信息与电气工程学院信息与电气工程学院3.6 逻辑门电路使用中的几个实际问题逻辑门电路使用中的几个实际问题3.6.1 各种门

36、电路之间的接口问题各种门电路之间的接口问题3.6.2 门电路带负载时的接口问题门电路带负载时的接口问题信息与电气工程学院1) 驱动器件的输出电压必须处在负载器件所要求的输入电压驱动器件的输出电压必须处在负载器件所要求的输入电压范围，包括高、低电压值（属于电压兼容性的问题）。范围，包括高、低电压值（属于电压兼容性的问题）。在数字电路或系统的设计中，往往将在数字电路或系统的设计中，往往将TTL和和CMOS两种器件混两种器件混合使用，以满足工作速度或者功耗指标的要求。由于每种器件合使用，以满足工作速度或者功耗指标的要求。由于每种器件的电压和电流参数各不相同，因而在这两种器件连接时，要满的电压和电流参

37、数各不相同，因而在这两种器件连接时，要满足驱动器件和负载器件以下两个条件：足驱动器件和负载器件以下两个条件：2) 驱动器件必须对负载器件提供足够大的拉电流和驱动器件必须对负载器件提供足够大的拉电流和灌电流灌电流（属于门电路的扇出数问题）。（属于门电路的扇出数问题）。3.6.1 各种门电路之间的接口问题各种门电路之间的接口问题信息与电气工程学院vOvI驱动门驱动门 负载门负载门1 1 VOH(min)vO VOL (max) vI VIH(min)VIL (max ) 负载器件所要求的输入电压负载器件所要求的输入电压VOH(min) VIH(min)VOL(max) VIL(max)信息与电气工

38、程学院灌电流灌电流IILIOLIIL拉电流拉电流IIHIOHIIH101111n个个011101n个个对负载器件提供足够大的拉电流和灌电流对负载器件提供足够大的拉电流和灌电流 IOH(max) IIH(total)IOL(max) IIL(total)信息与电气工程学院两种不同类型的集成电路相互连接，驱动门必须要为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：满足下列条件：驱动门的驱动门的VOH（min）负载门的负载门的VIH（min）驱动门的驱动门的VOL（max）负载门的负载门

39、的VIL（max）驱动门的驱动门的IOH（max）负载门的负载门的IIH（总）（总）驱动门的驱动门的IOL（max）负载门的负载门的IIL（总）（总）信息与电气工程学院2、 CMOS门驱动门驱动TTL门门VOH（min)=4.9V VOL(max) =0.1VTTL门（门（74系列）系列）： VIH(min) = 2V VIL(max )= 0.8VIOH（max)=-0.51mAIIH（max)=20 AVOH(min) VIH(min)VOL(max) VIL(max)带拉电流负载带拉电流负载输出、输入电压输出、输入电压带灌电流负载带灌电流负载?T3 VCC VDD T4 R1 R2 R3

40、 T1 T2 CMOS门门(4000系列）：系列）：IOL（max)=0.51mAIIL（max)=-0.4mA，IOH(max) IIH(total)信息与电气工程学院例例 用一个用一个74HC00与非门电路驱动一个与非门电路驱动一个74系列系列TTL反相器和六个反相器和六个74LS系列逻辑门电路。试验算此时的系列逻辑门电路。试验算此时的CMOS门电路是否过载？门电路是否过载？VOH（min)=3.84V VOL(max) =0.33VIOH（max)=-4mAIOL（max)=4mA 74HC00：IIH（max)=004mAIIL（max)=1.6mA74系列：系列：VIH（min)=2

41、V VIL(max) =0.8V&111CMOS门门74系列系列74LS74LS系列系列74LS系列系列IIL（max)=-0.4mAIIH（max)=0.02mAVOH(min) VIH(min)VOL(max) VIL(max)信息与电气工程学院总的输入电流总的输入电流: IIL(total)=1.6mA+6 0.4mA=4mA灌电流情况灌电流情况 拉电流情况拉电流情况 74HC00: IOH(max)=4mA74系列反相器系列反相器: IIH(max)=0.04mA74LS门：门： IIH(max)=0.02mA总的输入电流总的输入电流:IIH(total)=0.04mA+6 0.02m

42、A=0.16mA 74HC00: IOL(max)=4mA74系列反相器系列反相器: IIL(max)=1.6mA74LS门：门： IIL(max)=0.4mA驱动电路能为负载电路提供足够的驱动电流驱动电路能为负载电路提供足够的驱动电流&111CMOS门门 74系列系列74LS74LS系列系列信息与电气工程学院3. TTL门驱动门驱动CMOS门门(如如74HC ）CMOS（7474HC）：VIH(min)= =3.5VTTL（74LS ）： VOH(min)= =2.7V式式2、3、4、都能满足，但式、都能满足，但式1 1 VOH(min) VIH(min)不满足不满足（ IO ：TTL输出级

43、输出级T3截止管的漏电流）截止管的漏电流）IHOOHn(IIRVVPDD 信息与电气工程学院1. 用门电路直接驱动显示器件用门电路直接驱动显示器件3.6.2 门电路带负载时的接口电路门电路带负载时的接口电路LED R vI 1 DFOHIVVR DOLFCCIVVVR 门电路的输入为低电平，输出为高电平时，门电路的输入为低电平，输出为高电平时，LED发光发光当输入信号为高电平，输出为低电平时当输入信号为高电平，输出为低电平时,LED发光发光VCC LED R vI 1 信息与电气工程学院解：解：LED正常发光需要几正常发光需要几mA的电流，并且导通时的压降的电流，并且导通时的压降VF为为1.6

44、V。根据附录。根据附录A查得，当查得，当VCC=5V时，时，VOL=0.1V，IOL(max)=4mA，因此因此ID取值不能超过取值不能超过4mA。限流电阻的最小值为。限流电阻的最小值为825mA4V10615 ).(R例例3.6.2 试用试用74HC04六个六个CMOS反相器中的一个作为接口反相器中的一个作为接口电路，使门电路的输入为高电平时，电路，使门电路的输入为高电平时，LED导通发光。导通发光。信息与电气工程学院2. 机电性负载接口机电性负载接口用各种数字电路来控制机电性系统的功能用各种数字电路来控制机电性系统的功能, ,而机电系统所需而机电系统所需的工作电压和工作电流比较大。要使这些

45、机电系统正常工作，的工作电压和工作电流比较大。要使这些机电系统正常工作，必须扩大驱动电路的输出电流以提高带负载能力，而且必要时必须扩大驱动电路的输出电流以提高带负载能力，而且必要时要实现电平转移。要实现电平转移。如果负载所需的电流不特别大，可以将两个反相器并联作为如果负载所需的电流不特别大，可以将两个反相器并联作为驱动电路，并联后总的最大负载电流略小于单个门最大负载驱动电路，并联后总的最大负载电流略小于单个门最大负载电流的两倍。电流的两倍。继电器继电器 限流电阻限流电阻 vI 1 1 如果负载所需的电流比较大，则需要在数字电路的输出端如果负载所需的电流比较大，则需要在数字电路的输出端与负载之间接入一个功率驱动器件。与负载之间接入一个功率驱动器件。信息与电气工程学院1. 多余输入端的处理措施多余输入端的处理措施3