第二章集成逻辑门13.9z

第二章逻辑门电路1

在数字电路中，输入量和输出量之间能满足某种逻辑关系的逻辑运算电路被称为逻辑门电路。逻辑门电路是数字集成电路中最基本的逻辑单元,也是实现逻辑运算的基本单元。对应于逻辑代数中介绍的与、或、非、与非、或非、与或非、异或和同或八种逻辑运算，常用的门电路在逻辑功能上有与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门和同或门。重点是各种门电路的逻辑功能和外部特性。2实现非逻辑关系的电路称为非门，也称反相器。晶体三极管反相器就是利用晶体三极管作开关所构成的反相器。2.1晶体三极管反相器晶体三极管作为开关元件时，电路大多连接成共发射极组态，总是工作在饱和状态和截止状态，而放大状态仅仅是一种过渡状态。

3

工作原理：当vi=

VL时，并满足VBE

0时，三极管VT

截止，

vo

=

VoH

=

VCC

当vi=

VH时，并满足IB

IBS时，三极管VT饱和

，

vo

=

VoL=

VCES

=0.3VRCR1R2vi+VCC-VBBvoVT逻辑符号1vivo4

功能：完成输出电压与输入电压的反相。vo

=

vi

反相器的工作波形：VHVLvo00ttvi1vivo5

采用加速电容改善输出波形：作用：缩短延迟时间，提高开关速度。CjRCR1R2vi+VCC-VBBvoVTvivo电压传输特性vovi截止饱和放大0VCC0.3V6

二极管与门和或门电路vAvBVD2VD1RvF或门vAvBVD2VD1RvF与门+5VF＝A+BvAvBvF000054.3504.3554.3vAvBvF000.7050.7500.7555F＝AB7二极管与门和或门电路的缺点：⑴在多个门串接使用时，会出现低电平偏离标准数值的情况。⑵负载能力差。0.7V0VVD2VD1R与门+5VVD2VD1R+5V5V5V1.4V0.7V8

解决办法：将二极管与门电路和三极管非门电路组合起来。vAvBVD2VD1RvF与门RCR1R2vi+VCC-VBBvoVT+VCC非门与非门9DTL与非门电路BCRRCR1+VCC(5V)TAD2D1D3D4D54.7kΩ3kΩ满足与非逻辑关系工作原理：

⑴当A、B、C全接为高电平5V时，VL=0.3V，即输出低电平。⑵当A、B、C中只要有一个为低电平0.3V时，VL=VCC=5V，即输出高电平。10DTL与非门电路工作原理：

⑴当A、B、C全接为高电平5V时，VL=0.3V，即输出低电平。RRCR1+VCC(5V)T5VD2D1D3D4D54.7kΩ3kΩ5V5V截止饱和=011DTL与非门电路+VCC(5V)工作原理：⑵当A、B、C中只要有一个为低电平0.3V时，VL=VCC=5V，即输出高电平。RRCR1T5VD2D1D3D4D54.7kΩ3kΩ5V0.3VD3导通D1和D2截止1VD4和D5截止三极管T截止=112TTL(Transistor-Transistor

Logic)晶体管－晶体管逻辑电路54系列(军用)：电源电压(5±0.5)V，使用环境温度范围－55℃～＋125℃74系列(民用)：电源电压(5±0.25)V，使用环境温度范围0℃～＋70℃2.2

TTL集成逻辑门13一、TTL与非门CT5410/7410典型电路2.2.1晶体管－晶体管逻辑门电路多发射极晶体管推拉式输出级保护二极管T2R31kWVCC(+5V)R14kWR21.6kWR4130WT1T4T3D1D2D3D4ACBY输入级中间级输出级14二、TTL与非门CT5410/7410的特点

多发射极晶体管的作用是实现与运算；

推拉式输出级有助于提高开关速度和增强电路带负载能力；+5VLJ1015导通截止深饱和1、A、B、C中至少有一个为低电平0.3V时：实现了与非门的逻辑功能的之一：输入有低电平时，输出为高电平。VCC

(+5V)vo=VOH=3.6VT2R31kWR14kWR21.6kWR4130WT1T4T3D4ACBY＋－VL0.3V1V0.4V关态！LJ12162、A、B、C全部为高电平3.6V时：实现了与非门的逻辑功能的之二：输入全为高电平时，输出为低电平。截止

倒置饱和开态！VCC

(+5V)T2R31kWR14kWR21.6kR4130WT1T4T3D4ACBY＋－VH3.6V2.1V1.4V0.7V1Vvo=VOL=0.3VLJ121701111011110110011110101011001000YCBA真值表:逻辑功能:&逻辑符号:三、TTL与非门CT5410/7410的逻辑功能181.

电压传输特性：输入、输出电压之间关系VO

=f(VI

)VO(V)VI(V)03.6VOLVOH30.32V&+VCCVIVO2.2.2

TTL与非门的主要外部特性19VO(V)VI(V)03.6b30.32acde①ab

段称为与非门的截止区，电路处于稳定的关态VI＜0.6VVOH

≈3.6V②bc

段称为与非门的线性区VI为

0.6~1.3V之间VO

随VI升高而线性地下降20VO(V)VI(V)03.6b30.32acde③cd

段称为与非门的转折区VI＞1.3V④de

段称为与非门的饱和区，电路处于稳定的开态VO

随VI升高而加速地下降VOL

≈0.3V21T2R31kWVCC(+5V)R14kWR21.6kWR4130WT1T4T3D1D2D3D4ACBY阈值电压

Vth＝1.4VVthVO(V)VI03.6b30.32acdeVI22TTL与非门几个主要特性参数VO(V)VI(V)03.60.3321VoffVonVOLVOH开门电平

Von≤1.8V关门电平

Voff≥0.8VVOH

＝3.6VVOL

＝0.3V标称输出逻辑电平（额定输出逻辑电平

3V，0.35V

）0.35V2.7V23输入短路电流IIS输入漏电流

IIH(很小)2.输入特性：输入电压与输入电流之间关系

II=f(VI)A&+VCCVIVOIIVI(V)II(mA)0IIH11IIS2当VI=0时

II=IIS≈1.07mAIIH≈40mA243.输入负载特性：

VRI=f(RI)&+VCCVRIVORIVVRI(V)01.4RI(kW)2P25要求TTL工作于关态：VO=====VOH稳定可求得：RI≤0.91kΩ——关门电阻Ri0ff可求得:

RI≥3.2kΩ——开门电阻Rion要求TTL工作于开态：VO=====VOL稳定26输入端接地电阻的影响当Ri

3.2k时，P点输入高电平，

相当于输入逻辑1。当Ri

0.91k时，P点输入低电平，

相当于输入逻辑0。&+VCCVRIVORIVP27A&BY&100WA&BY&10kW“1”“0”例=＝1A&BY≥1100WA&BY≥110kW“1”“0”＝0＝28⑴、输出高电平时

—TTL与非门工作于关态时4.输出特性：VO=f(IO

)VOH=f(IOH

)VOHRLV&IOHVOH(V)IOH(mA)03.6VOHmin112.818-1.0V/7.7mA1电流为拉电流，关态时，带拉电流负载能力较弱。IOHman=0.4mA29⑵、输出低电平时

—TTL与非门工作于开态时VOL=f(IOL

)电流为灌电流，开态时，带灌电流负载能力较强。IOLman=16mAVOLRL&IOL+VCCVOL(V)IOL(mA)0VOLman15~160.4240.38IOLmanA30⑶扇出系数NO：输出端最多能带同类门的个数，它规定了TTL与非门的最大负载容限。&其中，IOLmax为TTL与非门处于开态时所允许的最大灌入负载电流；

IIS为TTL与非门的输入短路电流。00031TTL与非门举例——74007400是一种典型的TTL与非门器件，内部含有4个2输入端与非门，共有14个引脚。引脚排列图如图所示。322.2.3TTL集成门电路使用注意1．输出端连接(1)输出端不能直接接地(2)输出端不能直接接电源VCC

(3)输出端不能线与VO直接接VCC输出直接接地输出线与33（1）接高电平（2）和有用端并接（3）该输入端接一个大于3.2k的电阻。TTL与非门多余输入端的连接：TTL与非门多余输入端接法2、输入端连接34

TTL或非门多余输入端的连接：（1）接低电平（2）和有用端并接（3）该输入端接一个小于0.91k的电阻。TTL或非门多余输入端接法351.集电极开路与非门（OC门）—OpenCircuit2.2.4．TTL与非门的改进电路

A&BY&集电极开路与非门的逻辑符号OC门使用特点：

外接电阻RL和外接电源VCC。T2+VCCT1T4ABY361、实现线与。

2、实现电平转换。如图示，可使输出高电平变为10V。3、用做驱动器。如图是用来驱动发光二极管的电路。OC门的应用：+VPRCCYYY12A&B&C&D&+10VVo&&&&270Ω+5VVo37VCCABT2T1T4T3D4Y

开态、关态(工作态)之外的第三态，称为高阻态

(也称禁止态)EN使能控制端DEN11G1G2Y=ABEN＝1高阻态EN＝02、三态输出门(TSL)A&BENY&38三态输出门(TSL)的应用A1&B1EN1&&&&&A2B2EN2AnBnENn…&D0EN&D111D1/D0总线结构双向总线结构实现信号（数据）的分时单向传送实现信号（数据）的分时双向传送。39三态输出门(TSL)的应用

为什么这些应用中三态门的输出端可以连接在一起？

这些三态门分别受使能端控制信号控制，根本不在同一时间工作!模拟开关&D011END1D0/D1实现信号（数据）的分时选择。40以金属氧化物半导体(MOS)场效应晶体管(FET)为基础的数字集成电路就是MOS逻辑门。MOS逻辑门是数字集成电路中最常见的一类器件。

MOS(MetalOxide

Semiconductor)FET(Field

Effect

Transistor)2.4MOS逻辑门41N＋N＋P衬底SiSiO2SDGN沟道增强型MOS管增强型P沟道N沟道耗尽型N沟道P沟道42CMOS反相器和门电路

CMOS(ComplementaryMetal