数字电子技术课件5

3.1概述主要要求：

了解逻辑门电路的作用和常用类型。

理解高电平信号和低电平信号的含义。

第3章逻辑门电路TTL即Transistor-TransistorLogicCMOS即ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor

一、门电路的作用和常用类型按功能特点不同分普通门(推拉式输出)

CMOS传输门

输出开路门三态门门电路(GateCircuit)指用以实现基本逻辑关系和常用复合逻辑关系的电子电路。是构成数字电路的基本单元之一按逻辑功能不同分

与门

或门

非门

异或门

与非门

或非门

与或非门

按电路结构不同分

TTL

集成门电路

CMOS

集成门电路输入端和输出端都用三极管的逻辑门电路。

用互补对称MOS管构成的逻辑门电路。二、高电平和低电平的含义

高电平和低电平为某规定范围的电位值，而非一固定值。

高电平信号是多大的信号？低电平信号又是多大的信号？10高电平低电平正逻辑体制01高电平低电平负逻辑体制iB愈大于IB(Sat)，则饱和愈深。注意：饱和后iC基本上为恒值，UCE(Sat)

<0.3V。开关工作的条件

截止条件

饱和条件uBE＜

UthiB＞

IB(Sat)

可靠截止条件为uBE≤0

三极管作为开关使用时必须工作在截止区和饱和区。截止区相当于开关断开；饱和区相当于开关闭合。C

E

B

SBD

B

C

E

在普通三极管的基极和集电极之间并接一个肖特基势垒二极管(简称SBD)。BCSBD抗饱和三极管的开关速度高

抗饱和三极管简介SBD的两大优势：（1）SBD导通电压只有0.4V而非0.7V，因此UBC=0.4V时，SBD便导通，使UBC钳在0.4V上，降低了饱和深度。（2）SBD没有电荷存储效应，其开关时间可忽略。主要要求：

了解TTL与非门的电路组成、工作原理、

主要应用，掌握其使用特性。3.3

TTL集成逻辑门电路

了解其它功能的TTL门电路的逻辑功能、

主要应用。一、TTL与非门(一)TTL与非门的工作原理输入级中间级输出级CT74S系列与非门电路1、电路结构

RB、RC和V6所构成的有源泄放电路的作用是提高开关速度，它们不影响与非门的逻辑功能，因此下面分析中不予考虑。2、工作原理0.3V3.6V3.6V

输入端有一个或数个为低电平时，输出高电平。输入低电平端对应的发射结导通，uB1=0.7V+0.3V=1VV1管其他发射结因反偏而截止。因为抗饱和三极管V1的集电结导通电压为0.4V，而V2、V5发射结导通电压为0.7V，因此要使V1集电结和V2、V5发射结导通，必须uB1≥1.8V。这时V2、V5截止。1V2、工作原理0.3V3.6V3.6V

输入端有一个或数个为低电平时，输出高电平。输入低电平端对应的发射结导通，uB1=0.7V+0.3V=1VV1管其他发射结因反偏而截止。这时V2、V5截止。截止截止

uC2

VCC=5V，5VV3、V4导通。导通导通uO=

5V

-

0.7

V

-

0.7

V

=

3.6

V。因此，输入有低电平时，输出为高电平。1V2、工作原理

输入均为高电平时，输出低电平。3.6V3.6V3.6V因此，V1发射结反偏而集电极正偏，处于倒置状态。1.8V倒置放大VCC经

R1使V1集电结和V2、V5发射结导通，使uB1=1.8V。这时V2、V5饱和。饱和饱和1V使V3导通，而V4截止。截止导通uO=UCE5(sat)0.3VuC2=UCE2(sat)+uBE5=0.3V+0.7V=1V因此，输入均为高电平时，输出为低电平。综上所述,该电路实现了与非逻辑功能,即2、工作原理注意：输入端悬空相当于输入高电平。(二)TTL与非门的使用特性1.输出高电平和输出低电平（1）输出高电平UOH。当与非门输入端有低电平UIL时，输出高电平UOH。不同型号与非门输出的高电平是不同的。此外，当与非门外接负载个数增多时，输出的高电平也会下降。对于TTL与非门，输出高电平UOH在2.4~3.6V之间时，认为是合格的。（2）输出低电平UOL。当与非门输入端都为高电平UIH时，输出低电平UOL。对于TTL与非门，输出低电平UOL在0~0.5V之间时，认为是合格的。2.关门电平和开门电平关门电平UOFF输出电压为高电平UOH的下限值UOH(min)时,对应的输入电压值称为关门电平。显然，只有当uI<UOFF时，与非门才关闭，输出高电平。对于TTL与非门，UOFF在0.8-1.0V之间。开门电平UON(二)TTL与非门的使用特性输出电压为低电平UOL的上限值UOL(max)时,对应的输入电压值称为开门电平。显然，只有当uI>UON时，与非门才开通，输出低电平。对于TTL与非门，UON在1.4-1.8V之间。3.输入噪声容限输入信号上叠加的噪声电压只要不超过允许值，就不会影响电路的正常逻辑功能，这个允许值称为噪声容限。噪声容限越大，抗干扰能力越强。(二)TTL与非门的使用特性输入低电平噪声容限UNL当输入低电平UIL时，只要其上叠加正向噪声电压后的值不超过关门电平UOFF，则输出仍保持高电平。

UNL=UOFF–UIL

可见，UNL越大，说明门电路输入低电平时，抗正向干扰的能力越强。输入高电平噪声容限UNH当输入高电平UIH时，只要其上叠加负向噪声电压后的值不小于开门电平UON，则输出仍保持低电平。

UNH=UIH–UON

可见，UNH越大，说明门电路输入高电平时，抗负向干扰的能力越强。4.输入低电平电流和输入高电平电流输入低电平电流IIL（也叫输入短路电流）输入高电平电流IIH（也称为输入漏电流）当与非门一个输入端接低电平（或接地）而其它输入端都悬空时，则流出低电平输入端的电流。当与非门一个输入端接高电平而其它输入端都悬空时，则流入高电平输入端的电流。5.负载能力和扇出系数负载电流流入与非门的输出端。负载电流从与非门的输出端流向外负载。通常按照负载电流的流向将与非门负载分为

灌电流负载拉电流负载带灌电流负载门的个数称输出低电平扇出系数NOL=IOL(max)IIL带拉电流负载门的个数称输出高电平扇出系数NOH=IOH(max)IIH扇出系数越大，带负载能力越强。由于三极管存在开关时间，元、器件及连线存在一定的寄生电容，因此输入矩形脉冲时，输出脉冲将延迟一定时间。输入信号UOm0.5UOm0.5UImUIm输出信号6.传输延迟时间输入电压波形下降沿0.5UIm处到输出电压上升沿0.5Uom处间隔的时间称截止延迟时间tPLH。

输入电压波形上升沿0.5UIm处到输出电压下降沿0.5Uom处间隔的时间称导通延迟时间tPHL。平均传输延迟时间tpd

tPHLtPLHtpd越小，则门电路开关速度越高，工作频率越高。0.5UIm0.5UOm7.静态功耗与功耗-延迟积