《数字电子技术基础》第四版

《数字电子技术基础》（第四版）教学课件

地址:四川自贡市汇兴路学苑街180号邮政编码：643000电子信箱：zbzbzb123@163.com联系电话川理工学院电子教研室2009

第二章门电路

§2-1概述

§2-2二极管、三极管、MOS管开关等效电路

§2-3最简单的与、或、非门电路

§2-4TTL门电路

§2-5CMOS门电路四川理工学院电子教研室2009

§2—1.概述如果以输出的高电平表示逻辑“1”，则为正逻辑，反之为负逻辑。用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路统称为门电路一、门电路二、正、负逻辑本课件中，全部采用正逻辑。四川理工学院电子教研室2009§2—2.二极管三极管和MOS管开关等效电路开关闭合当Ua>Ub时，D导通开关断开当Ua≤Ub时,D截止当Ub为高电平UIH时，T饱和当Ub为低电平UIL时，T截止开关闭合开关断开一、二极管开关等效电路（理想情况下）二、三极管开关等效电路（理想情况下）四川理工学院电子教研室2009

三.MOS管开关等效电路（理想情况下）当UGS≥2v时，当UGS<2v时，2.PMOS管开关等效电路。当UGS≤-2v时，当UGS>-2v时,（等效开关图同上）TN截止1、NMOS管开关等效电路TN导通：TP导通：TP截止：四川理工学院电子教研室2009§2—3最简单的与、或、非门电路2-3-1二极管与门2.工作原理DaDbUYUaUb0003v3v03v3v3.真值表（状态表）4.输出函数式Y=A•B5.逻辑符号&YAB0O011011Y0001导通导通导通导通导通导通截止截止0.7V0.7V0.7V3.7vAB1.电路组成（以二输入为例）+VCCRABYDaDb设：VCC=5V，UIH=3v,UIL=0v二极管正向压降0.7V。四川理工学院电子教研室20091。电路组成(以二输入为例)

2。工作原理UaUb0003v3v03v3v3。真值表AB00011011Y01114.输出函数式Y=A+B5。逻辑符号截止截止截止截止导通导通导通导通DaDbUY2.3v2.3v2.3vYAB≥102-3-2

二极管或门四川理工学院电子教研室2009-VEEVcc3.真值表A01Y104.输出函数式

Y=A

5.逻辑符号1AY2.工作原理注：为了保证在输入低电平时三极管可靠截止，常将电路接成上图形式。由于接入了负电源VEE，即使输入低电平信号稍大于零，也能使三极管的基极为负电位，使三极管可靠截止，输出为高电平。1。电原理图Ua03vT截止饱和UY02-3-3.三极管非门四川理工学院电子教研室20092-3-4.

其它门电路一、其它门电路其它门电路有与非门、或非门、同或门、异或门等等。（略）二、门电路的“封锁”和“打开”问题&ABCY当C=1时，Y=AB.1=AB与门打开，与功能成立。当C=0时，Y=AB.0=0与门封锁，与门不能工作。≥ABCY当C=1时，Y=A+B+1=1或门封锁，或门不能工作。当C=0时，Y=A+B+0=A+B或门打开，或功能成立。能“打开”或者“封锁”门电路的信号叫“控制信号”。控制信号的输入端叫“控制端”，或“使能端”。与门、与非门可用“0”封锁，用“1”打开；或门、或非门可用“1”封锁，用“0”打开；四川理工学院电子教研室2009§2-4TTL门电路3、真值表和逻辑符号A01Y101、电路结构图输入级倒相级输出级2、工作原理设Vcc=5V,UIH=3.4v,

UIL=0.2v,PN结的导通电压为0.7v。1AY2.1VUAT1发射结UB1T2T3T4UY0.2V导通0.9v截止导通截止3.4v3.4V导通4.1v导通截止导通0.2v?T1集电结截止导通T1T2T3T4R1Y+VCCAUB12-4-1TTL非门四川理工学院电子教研室2009T2，T4导通后，把把UB1钳制在2.1V。此时：T1处于倒置工工作状态；；β、IIH都很小,74系列列门电路的的每个输入入端的IIH≤40μA。IIHT1UB13.4V2.1V1.4V5、电压传输特特性当非门的UIUTH当非门的UI≤UTH时，TTL门电电路有7174系列列，74系系列的标准准参数：UOH（min））=2.4vUOL(max)=0.4vUIH(min)=2.0vUIL(max)=0.8v≥UTH时，TTL非门门的电压传传输特性如如图，其转转折区对应的输输入电压叫叫阈值电压压，记为UTHVO/VVI/V3210.51.01.5OUTH=1.4v=U0LU0U0=U0H因为：四川理工学学院电子教教研室20092.输入为高电电平（UIH≥2v）时等效简化电电路如图：T1管倒置工作作β0，高电平平输入电流IIH很小，为A级。。低电平输入电电流IIL较大，当Vcc=5v，UIL=0.2v时，IIL1mA。。输入简化电电路如图：：一.输入入特性（讨讨论T1管管）1.输入低电平平（UIL≤0.8v)时近似分析时时，常用IIS来代替。IIS是输入短路路（UIL=0）时的的电流。74系列门门电路的每每个输入端端的IIH≤40μA。+VCCR1T1UILIIL截止+VCCR1T1UIHIIH导通be2be42-4-2TTL非门门的静态输输入特特性和和输出出特性性四川理理工学学院电电子教教研室室2009二.输输出特特性1.输出为为低电电平时时（U0=U0L≤≤0.4V)输出端端带负负载的的情形形如图图：低电平平输出出电流流:IOL=N1·IILN1·IIS由于T4管的的导通通电阻阻为RON，N1是输出出低电电平时时负载载门的的数目目。所以，，UOL=IOL·RON。为了保保证UOL≤≤0.4v，要限制制负载载门的的数目目N1。+VCCT1截止导通UOL+VCCT3T4+VCCT1驱动门门负载门门IILIILIOL四川理理工学学院电电子教教研室室2009+VCCT3T4RC3高电平平输出出电流流：由于T3管的的导通通电阻阻为RON，所以以：UOHVCC-N2·IIH(RC3+RON)-0.7v为了保保证UOH≥2.4v，要限限制负负载门门的数数目N2。2.输出端端为高高电平平时(U0=UOH≥≥2.4v)输出端端带负负载的的情形形如图：扇出系数数N是门电路路可以驱驱动同类类门电路路的最大大数目。。N应该确定定为上述述N1和N2的较小值值.N2是输出高高电平时时负载门门的数目目。导通截止UOH驱动门负载门IIHIIHIOH+VCCT1+VCCT1三.门电路的的扇出系系数NIOH=N2·IIH四川理工工学院电电子教研研室2009四、门间间限流电电阻的确确定R11RG1G2为了保证证G1输出的的高、低低电平能能正确地地传输到到G2的输入入端，门门间限流流电阻R不能太大大，要求求：1、当UO1=UOH时，UI2≥UIH（min)应满足足此时，，门间间电流流流向向如图图，UOHUIHIIH所以，，下式式应满满足:UOH-IIH·R≥UIH（min)（1））……2、当当UO1=UOL时，UI2≤UIL（max)应满足足所以，下式式应满足:UOL+IIL·R≤UIL（max)（2）……此时，门间间电流流向向如图，UOLUILIIL根据（1））、（2））式可确定定门间连接接电阻R的数值。通常，R≤1KΩ。1G11G2四川理工学学院电子教教研室2009TTL门电电路中的与非门、或非门、与或非门、异或门、同或门等，2-4-3.其它类型的的TTL门门电路下面重点介介绍TTLOC门和三态门四川理工学学院电子教教研室20091.线与问题在数字系统统中，有些些场合需要要将门电路路的输出端端并联使用用，即“线线与”。Y=02.OC门解决上述问问题的办法法：需要线与时时，用OC门。线与电流大损坏T4T3T4G1+VCC导通导通截止截止10T3T4G2+VCCIIL1）结构T1T2T4Y+VCCAB但推拉式输输出的门电电路不能并并联。例如如，如如图图所所示示情情形形时时,门门电电路路会会损损坏坏。。一、、OC门门（（集集电电极极开开路路的的门门））&ABY2））逻逻辑辑符符号号（以以OC与非非门门为为例例））四川川理理工工学学院院电电子子教教研研室室20093.OC门的的使使用用使用用OC门时时，，应应外外接接上上拉拉电电阻阻RL和电电源源VCC’’。。4.线线与与输输出出函数数式式线与Y=AB•CD若电电路路如如图图：：&CDY&ABRL+VCC’则：：(与与非非与与））（与与或或非非））=AB+CDRL的的大大小小应应根根据据公公式式计计算算，，通常常在在12K之之间间。。VCC’’的数数值值根根据据UOH的需需要要选选定定；；四川川理理工工学学院院电电子子教教研研室室20091AYR1T2T3T4YA+VCC二、、三态态门门（（TS门门））1、、三态态门门的的组组成成及及工工作作原原理理EN端为为““使使能能端端””。。当EN=1时：同时，二二极管D截止，对对T2、T3也没有影影响，原非门电电路正常常工作。。当EN=0时：同时，二二极管D导通，T3基极极为低电电平，T3截止。T3、T4均截止，，非门电电路输出出为高阻阻状态。。T1输入入端被封封锁，UB1为低电平平，T2、T4截止；ENEN三态非门门逻辑符号号对T1没没有影响响；T1END截止截止0010（以三态非门为例）四川理工工学院电电子教研研室2009逻辑符号号名称称输出表达达式2、常用用三态门门的图形形符号和和输出逻逻辑表达达式Y=高阻（（EN=0时时）A（EN=1时）Y=A（EN=0时）高阻（EN=1时）Y=高阻（（EN=0时））AB（EN=1时）Y=高阻（EN=1时）AB（EN=0时）三态非门门（1控制有效效）1ENENAY1ENENAY&ENENAYB&ENENAYB三态态非非门门（0控制制有有效效））三态态与与非非门门（1控制制有有效效））三态态与与非非门门（0控制制有有效效））四川川理理工工学学院院电电子子教教研研室室20091））同同一一条条线线上上分分时时传传送送数数据据，，其其连连线线方方式式称称为为“总线线结结构构”。。工作作原原理理：：（以以三三路路输输入入为为例例））2））实现现数数据据的的双双向向传传输输1工作作Y=A传输输结结果果ENG1G2EN1EN2EN3总线传递Y1路数据Y2路数据Y3路数据0010101000B=Y1EN1ENAY11EN2ENBY21EN3ENCY3总线线1ENENAG11ENBENG2总线Y工作作原原理理高阻阻态态工作作高阻阻态态3、、三三态态门门的的应应用用四川川理理工工学学院院电电子子教教研研室室2009§2-5CMOS门电电路路基本电路用TP管和TN管构成。输入脉冲幅度通常为VDD。VA0VTPTNUYVDD真值值表表A01Y10当UI≥VDD/2时时,=U0L0当UI≤VDD/2时时,=U0HVDDY=AU0U0其阈值电平VTH=VDD/20VDDVDD截止截止导通导通0TNTP+VDDAYVDD/2VDDVDD/2VDD0VIVO2-5-1CMOS反向器的工作作原理一.电路结结构二.工作原理理三.电压传传输特性四川理工学院院电子教研室室2009由于CMOS反向器的栅极极和衬底之间间有SiO2绝缘层，所以CMOS反向器正常工工作时，有II=IG=0成立。但绝缘层非常常薄，极易击击穿,所以，制作CMOS器件时，集成了“输入保护电电路”,以保护绝缘层层不被击穿。。输入保护措施施是有限度的的，使用时还必须须注意器件的的正确使用方法法。2-5-2CMOS反向向器的静态输入特性性和输出特性性一、输入入特性四川理工学院院电子教研室室2009由于UGS越大，TN管的导通电阻阻RON就越小，1.低电平输出特特性U0=U0L时:所以：在同样的IOL值下，VDD越高，使使TN管导通时的的UGS就越大，其其RON就越小，UOL也就越低。。+VDDTNTPUIHUOLIOLRLIOL从负载电路路注入TN管。TN管导通，TP管截止，VDD=5V10V15VUOLOIOL二、输输出特性四川理工学学院电子教教研室20092.高电平输出出特性由于UGS越负，TP管的导通电电阻RON就越小，U0=U0H时：所以：在同样的IOH值下，VDD越高，使TP管导通时的的UGS就越负，其其RON就越小，VOH也就越高。。TNTP+VDDUILUOHIOHRLIOH从TP管流向负载载电路。TP管导通，TN管截止，UOHOIOHVDDVDD=5V10V15V四川理工学学院电子教教研室2009CMOS门门电路中的的与或非门、异或门、同或门等2-5-3其它类型的的CMOS门电路四川理工学学院电子教教研室2009一、CMOS与非门（以以二输入为为例）1、组成两TP管在上，，并联；两TN管在下，，串联；2、工作原理理只有当AB同为为1、使串联的的TN管同时导导通时，，输出才为为0，其它情况况输出为为1。AB00011011T3PT1PT2NT4NYBA功能特点点：3、输出逻辑辑表达式式1110通通通通通通通通止止止止止止止止T1T3+VDDYT2T4ABY=A•BY=A•B四川理工工学院电电子教研研室2009二、CMOS或非门（（以二输输入为例例）3、输出逻辑辑表达式式：Y=A••B1、组成两TP管在上，，串联；两TN管在下，，并联；2、工作原理理只有当AB同为为0、使串联的的TP管同时导导通时，，输出才为为1，其它情况况输出为为0。功能特点点：AB00011011T3PT1PT2NT4NYBA通止通止止通通止止止止止通通通止通止通通1000BAT3T1T2T4VDDY=A+B四川理工工学院电电子教研研室2009为了克服服上述缺缺点，可可在门电电路的输输入、输输出端增增设“缓冲器”。CMOS门电路的的优点：电路结结构简单单CMOS门电路的的缺点：1）输出出电阻RO的大小，，受输入入端状态态的影响响2）输出出电平UOL、缓冲器可可由CMOS非门组成。增加缓冲冲器后，，电路的的逻辑功功能将改改变：&111ABY111ABY≥1Y=A+BY=A·B=A·B=A+B三.带缓缓冲级的的CMOS门电路四川理工工学院电电子教研研室20091.CMOS传输输门门（（TG））组成成和和逻逻辑辑符符号号当C=0时，C=1时，当C=1，时C=0时，T1、T2总有一个导电，传输门导通。如同同TTLOC门，，CMOSOD门，，可可用用来来实实现现“线线与与逻逻辑辑””。工作作时时，，要要求求UI在0VDD之间间变变化化。。CMOS传输输门门是是双双向向输输入入和和输输出出器器件件，，两两端端可可以以互互易易使使用用。。CT2T1VDDVI/VOVO/VICTGCVI/VOVO/VIC四.OD门（漏极开开路的门电电路）五.CMOS传输门T1、T2截止，传输输门截止。。四川理工学学院电子教教研室20092.