分离元件门电路课件

第二章门电路§2.1概述§2.2分离元件门电路

§2.3TTL集成门电路§2.4其它类型的TTL门电路§2.5MOS门电路1第二章门电路§2.1概述§2.2分离元件门电路§§2.1概述门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与我们所讲过的基本逻辑关系相对应，门电路主要有：与门、或门、与非门、或非门、异或门等。在数字电路中，一般用高电平代表1、低点平代表0，即所谓的正逻辑系统。2§2.1概述门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与我们所ViVoKVccR100VVcc只要能判断高低电平即可K开------Vo=1,输出高电平K合------Vo=0,输出低电平可用三极管代替3ViVoKVccR100VVcc只要能判断高低电平即可K开R1R2AF+uccuAtuFt+ucc0.3V三极管的开关特性：4R1R2AF+uccuAtuFt+ucc0.3V三极管的开关§2.2分离元件门电路二极管与门FD1D2AB+12V5§2.2分离元件门电路二极管与门FD1D2AB+12V二极管或门FD1D2AB-12V6二极管或门FD1D2AB-12V6R1DR2AF+12V+3V三极管非门嵌位二极管7R1DR2AF+12V+3V三极管非门嵌位二极管7R1DR2F+12V+3V三极管非门D1D2AB+12V二极管与门与非门8R1DR2F+12V+3V三极管非门D1D2AB+12V二极分离元件门电路缺点1、体积大、工作不可靠。2、需要不同电源。3、各种门的输入、输出电平不匹配。9分离元件门电路缺点1、体积大、工作不可靠。2、需要不同电源。§2.3TTL集成门电路2.3.1TTL与非门的基本原理与分离元件电路相比，集成电路具有体积小、可靠性高、速度快的特点，而且输入、输出电平匹配，所以早已广泛采用。根据电路内部的结构，可分为DTL、TTL、HTL、MOS管集成门电路。10§2.3TTL集成门电路2.3.1TTL与非门的基本+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCTTL与非门的内部结构11+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC1、任一输入为低电平（0.3V）时“0”1V不足以让T2、T5导通三个PN结导通需2.1V12+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1+5VFR4R2R13kR5T3T4T1b1c1ABC1、任一输入为低电平（0.3V）时“0”1Vuouo=5-uR2-ube3-ube43.4V高电平！13+5VFR4R2R13kR5T3T4T1b1c1ABC1、任+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC2、输入全为高电平（3.4V）时“1”全导通电位被嵌在2.1V全反偏1V截止14+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c12、输入全为高电平（3.4V）时+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC全反偏“1”饱和uF=0.3V此电路152、输入全为高电平（3.4V）时+5VFR2R13kT2R3一、电压传输特性2.3.2TTL与非门的特性和技术参数测试电路&+5Vuiu016一、电压传输特性2.3.2TTL与非门的特性和技术参数测试u0(V)ui(V)123UOH(3.4V)UOL(0.3V)传输特性曲线u0(V)ui(V)123UOH“1”UOL(0.3V)阈值UT=1.4V理想的传输特性输出高电平输出低点平17u0(V)ui(V)123UOH(3.4V)UOL(0.3V1、输出高电平UOH、输出低电平UOLUOH2.4VUOL

0.4V便认为合格。

典型值UOH=3.4VUOL

0.3V。2、阈值电压UTui<UT时，认为ui是低电平。ui>UT时，认为ui是高电平。UT=1.4V181、输出高电平UOH、输出低电平UOLUOH2.4V二、输入、输出负载特性&&？1、前后级之间电流的联系19二、输入、输出负载特性&&？1、前后级之间电流的联系19+5VR4R2R5T3T4R1T1+5V前级输出为高电平时前级后级反偏流出前级电流IOH（拉电流）20+5VR4R2R5T3T4R1T1+5V前级输出为高电平时前级输出为低电平时+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1R1T1+5V前级后级流入前级的电流IOL约1.4mA(灌电流)21前级输出为低电平时+5VR2R13kT2R3T1T5b1c拉电流的计算饱和22拉电流的计算饱和22关于电流的技术参数23关于电流的技术参数232、扇出系数与门电路输出驱动同类门的个数+5VR4R2R5T3T4T1前级T1T1IiH1IiH3IiH2IOH前级输出为高电平时例如：242、扇出系数与门电路输出驱动同类门的个数+5VR4R2R5T+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级IOLIiL1IiL2IiL3前级输出为低电平时25+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级IOLIiL1输出低电平时，流入前级的电流（灌电流）：输出高电平时，流出前级的电流（拉电流）：与非门的扇出系数一般是10。26输出低电平时，流入前级的电流（灌电流）：输出高电平时，流出前3、输入端接一电阻R接地Rui“1”,“0”？+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1273、输入端接一电阻R接地Rui“1”,“0”？+5VFR4RR较小时ui<UTT2不导通，输出高电平。Rui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c128R较小时ui<UTT2不导通，输出高电平。RuiR增大Ruiui=UT时，输出低电平。R临界=1.45KRui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c129R增大Ruiui=UT时，输出低电平。R临界=1.41、悬空的输入端相当于接高电平。2、为了防止干扰，可将悬空的输入端接高电平。说明301、悬空的输入端相当于接高电平。2、为了防止干扰，可将悬空的4、平均传输时间tuiotuoo50%50%tpd1tpd2平均传输时间314、平均传输时间tuiotuoo50%50%tpd1tpd2§2.4其它类型的TTL门电路2.4.1集电极开路的与非门（OC门）+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC集电极悬空T3无T3,T432§2.4其它类型的TTL门电路2.4.1集电极开路的与&符号！33&符号！33+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC应用时输出端要接一上拉负载电阻RLRLUCC34+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC应用时输出1、OC门可以实现“线与”功能&&&UCCF1F2F3FF=F1F2F3RL输出级UCCRLT5T5T5351、OC门可以实现“线与”功能&&&UCCF1F2F3FF=F=F1F2F3?UCCRLF1F2F3F任一导通F=036F=F1F2F3?UCCRLF1F2F3F任一导通F=036UCCRLF1F2F3F全部截止F=1F=F1F2F3?所以：F=F1F2F3!37UCCRLF1F2F3F全部截止F=1F=F1F2F3?所以2、负载电阻RL和电源UCC可以根据情况选择&J+30V220VJ382、负载电阻RL和电源UCC可以根据情况选择&J+30V问题1、如何确定上拉电阻RL?（RL(max)RL(min)）参考：阎石《数字电子技术基础》P802、一般的TTL与非门能否线与？参考：杨福生《电子技术》P32039问题1、如何确定上拉电阻RL?（RL(max)RL(min2.4.２三态门+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABDEE---控制端402.4.２三态门+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABDE01截止41+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABDE01+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABDE10导通截止截止高阻态42+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABDE10&ABF符号功能表低电平起作用43&ABF符号功能表低电平起作用43&ABF符号功能表高电平起作用44&ABF符号功能表高电平起作用44E1E2E3公用总线０１０三态门主要作为TTL电路与总线间的接口电路用途：E1、E2、E3分时接入高电平45E1E2E3公用总线０１０三态门主要作为TTL电路与总线间的§2.5MOS门电路2.5.1MOS反相器0UDSIDuiuoUCCR负载线ui=“1”ui=“0”uo=“0”uo=“1”46§2.5MOS门电路2.5.1MOS反相器0UDSuiuoUCCuiuoUCC实际结构？等效结构47uiuoUCCuiuoUCC实际结构？等效结构472.5.２CMOS反相器UCCST2DT1AFNMOS管PMOS管CMOS电路482.5.２CMOS反相器UCCST2DT1AFNMOS管UCCST2DT1uiuoui=0截止ugs2=UCC导通u０=“１”工作原理：49UCCST2DT1uiuoui=0截止ugs2=UCC导通UCCST2DT1uiuoui=１导通截止u０=“０”工作原理：50UCCST2DT1uiuoui=１导通截止u０=“０”工作原2.5.３CMOS电路的优点１、静态功耗小。２、允许电源电压范围宽（318V）。3、扇出系数大，抗噪容限大。512.5.３CMOS电路的优点１、静态功耗小。２、允许电源第二章门电路§2.1概述§2.2分离元件门电路

§2.3TTL集成门电路§2.4其它类型的TTL门电路§2.5MOS门电路52第二章门电路§2.1概述§2.2分离元件门电路§§2.1概述门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与我们所讲过的基本逻辑关系相对应，门电路主要有：与门、或门、与非门、或非门、异或门等。在数字电路中，一般用高电平代表1、低点平代表0，即所谓的正逻辑系统。53§2.1概述门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与我们所ViVoKVccR100VVcc只要能判断高低电平即可K开------Vo=1,输出高电平K合------Vo=0,输出低电平可用三极管代替54ViVoKVccR100VVcc只要能判断高低电平即可K开R1R2AF+uccuAtuFt+ucc0.3V三极管的开关特性：55R1R2AF+uccuAtuFt+ucc0.3V三极管的开关§2.2分离元件门电路二极管与门FD1D2AB+12V56§2.2分离元件门电路二极管与门FD1D2AB+12V二极管或门FD1D2AB-12V57二极管或门FD1D2AB-12V6R1DR2AF+12V+3V三极管非门嵌位二极管58R1DR2AF+12V+3V三极管非门嵌位二极管7R1DR2F+12V+3V三极管非门D1D2AB+12V二极管与门与非门59R1DR2F+12V+3V三极管非门D1D2AB+12V二极分离元件门电路缺点1、体积大、工作不可靠。2、需要不同电源。3、各种门的输入、输出电平不匹配。60分离元件门电路缺点1、体积大、工作不可靠。2、需要不同电源。§2.3TTL集成门电路2.3.1TTL与非门的基本原理与分离元件电路相比，集成电路具有体积小、可靠性高、速度快的特点，而且输入、输出电平匹配，所以早已广泛采用。根据电路内部的结构，可分为DTL、TTL、HTL、MOS管集成门电路。61§2.3TTL集成门电路2.3.1TTL与非门的基本+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCTTL与非门的内部结构62+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC1、任一输入为低电平（0.3V）时“0”1V不足以让T2、T5导通三个PN结导通需2.1V63+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1+5VFR4R2R13kR5T3T4T1b1c1ABC1、任一输入为低电平（0.3V）时“0”1Vuouo=5-uR2-ube3-ube43.4V高电平！64+5VFR4R2R13kR5T3T4T1b1c1ABC1、任+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC2、输入全为高电平（3.4V）时“1”全导通电位被嵌在2.1V全反偏1V截止65+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c12、输入全为高电平（3.4V）时+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC全反偏“1”饱和uF=0.3V此电路662、输入全为高电平（3.4V）时+5VFR2R13kT2R3一、电压传输特性2.3.2TTL与非门的特性和技术参数测试电路&+5Vuiu067一、电压传输特性2.3.2TTL与非门的特性和技术参数测试u0(V)ui(V)123UOH(3.4V)UOL(0.3V)传输特性曲线u0(V)ui(V)123UOH“1”UOL(0.3V)阈值UT=1.4V理想的传输特性输出高电平输出低点平68u0(V)ui(V)123UOH(3.4V)UOL(0.3V1、输出高电平UOH、输出低电平UOLUOH2.4VUOL

0.4V便认为合格。

典型值UOH=3.4VUOL

0.3V。2、阈值电压UTui<UT时，认为ui是低电平。ui>UT时，认为ui是高电平。UT=1.4V691、输出高电平UOH、输出低电平UOLUOH2.4V二、输入、输出负载特性&&？1、前后级之间电流的联系70二、输入、输出负载特性&&？1、前后级之间电流的联系19+5VR4R2R5T3T4R1T1+5V前级输出为高电平时前级后级反偏流出前级电流IOH（拉电流）71+5VR4R2R5T3T4R1T1+5V前级输出为高电平时前级输出为低电平时+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1R1T1+5V前级后级流入前级的电流IOL约1.4mA(灌电流)72前级输出为低电平时+5VR2R13kT2R3T1T5b1c拉电流的计算饱和73拉电流的计算饱和22关于电流的技术参数74关于电流的技术参数232、扇出系数与门电路输出驱动同类门的个数+5VR4R2R5T3T4T1前级T1T1IiH1IiH3IiH2IOH前级输出为高电平时例如：752、扇出系数与门电路输出驱动同类门的个数+5VR4R2R5T+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级IOLIiL1IiL2IiL3前级输出为低电平时76+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级IOLIiL1输出低电平时，流入前级的电流（灌电流）：输出高电平时，流出前级的电流（拉电流）：与非门的扇出系数一般是10。77输出低电平时，流入前级的电流（灌电流）：输出高电平时，流出前3、输入端接一电阻R接地Rui“1”,“0”？+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1783、输入端接一电阻R接地Rui“1”,“0”？+5VFR4RR较小时ui<UTT2不导通，输出高电平。Rui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c179R较小时ui<UTT2不导通，输出高电平。RuiR增大Ruiui=UT时，输出低电平。R临界=1.45KRui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c180R增大Ruiui=UT时，输出低电平。R临界=1.41、悬空的输入端相当于接高电平。2、为了防止干扰，可将悬空的输入端接高电平。说明811、悬空的输入端相当于接高电平。2、为了防止干扰，可将悬空的4、平均传输时间tuiotuoo50%50%tpd1tpd2平均传输时间824、平均传输时间tuiotuoo50%50%tpd1tpd2§2.4其它类型的TTL门电路2.4.1集电极开路的与非门（OC门）+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC集电极悬空T3无T3,T483§2.4其它类型的TTL门电路2.4.1集电极开路的与&符号！84&符号！33+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC应用时输出端要接一上拉负载电阻RLRLUCC85+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC应用时输出1、OC门可以实现“线与”功能&&&UCCF1F2F3FF=F1F2F3RL输出级UCCRLT5T5T5861、OC门可以实现“线与”功能&&&UCCF1F2F3FF=F=F1F2F3?UCCRLF1F2F3F任一导通F=087F=F1F2F3?UCCRLF1F2F3F任一导通F=036UCCRLF1F2F3F全部截止F=1F=F1F2F3?所以：F=F1F2F3!88UCCRLF1F2F3F全部截止F=1F=F1F2F3?所以2、负载电阻RL和电源UCC可以根据情况选择&J+30V220VJ892、负载电阻RL和电源UCC可以根据情况选择&J+30V问题1、如何确定上拉电阻RL?（RL(max)RL(min)）参考：阎石《数字电子技术基础》P802、一般的TTL与非门能否线与？参考：杨福生《电子技术》P32090问题1、如何确定上拉电阻RL?（RL(max)RL(min2.4.２三态门+5VFR4R2R1T2