数字电路第二章逻辑门电路

数字电路第二章逻辑门电路第一页，共六十六页，2022年，8月28日1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门电路第二页，共六十六页，2022年，8月28日2门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，门电路是具有多输入端和单输出端的开关电路，可以独立地完成各种逻辑功能，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。§2.1概述门电路是数字电路中最基本的单元电路第三页，共六十六页，2022年，8月28日310ViVoKVccR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第四页，共六十六页，2022年，8月28日4R1R2AF+VccuAtuFt+Vcc0.3V三极管的开关特性：第五页，共六十六页，2022年，8月28日5逻辑门电路分类：分立元件门电路集成逻辑门电路§2.2分立元件门电路

第六页，共六十六页，2022年，8月28日6二极管与门FD1D2AB+12V一、二极管与门电路结构组成第七页，共六十六页，2022年，8月28日7二极管与门电路工作过程：设二极管的饱和压降为0.3伏。FD1D2AB+12V第八页，共六十六页，2022年，8月28日8工作特点：全高出高，有低出低二极管与门电路应用：画输出波形ABF第九页，共六十六页，2022年，8月28日9二极管或门FD1D2AB-12V二、二极管或门电路电路组成第十页，共六十六页，2022年，8月28日10二极管或门电路工作过程FD1D2AB-12V第十一页，共六十六页，2022年，8月28日11二极管或门电路工作特点：全低出低，有高出高应用：画输出波形第十二页，共六十六页，2022年，8月28日12R1DR2AF+12V+3V三极管非门嵌位二极管三、三极管非门电路电路组成第十三页，共六十六页，2022年，8月28日13（三极管的饱和压降假设为0.3付）三极管非门电路工作过程R1DR2AF+12V+3V第十四页，共六十六页，2022年，8月28日14三极管非门电路电路特点：

它只工作在三极管的饱和区和截止区工作特点：有低出高，有高出低第十五页，共六十六页，2022年，8月28日15R1DR2F+12V+3V三极管非门D1D2AB+12V二极管与门与非门四、与非门电路电路组成第十六页，共六十六页，2022年，8月28日16与非门电路特点：1、先与后非2、全高出低，有低出高第十七页，共六十六页，2022年，8月28日17五、或非门电路电路组成DDAB-12VR1DR2F+12V+3V三极管非门第十八页，共六十六页，2022年，8月28日18或非门电路特点：1、先或后非2、全低出高，有高出低第十九页，共六十六页，2022年，8月28日191.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。分立元件门电路的缺点4.功耗大。第二十页，共六十六页，2022年，8月28日20与分立元件电路相比，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管集成门电路等。§2.3TTL集成门电路集成电路：把电容、电阻、二极管、三极管以及电路的连线都集成在一块硅半导体的基片上，组成了一个具有一定逻辑功能的完整电路，并封装在一个管壳内，这就是集成电路。第二十一页，共六十六页，2022年，8月28日21集成电路优点：体积小、重量轻、功耗小。分类：1、按用途：线性集成电路数字集成电路2、按结构：双极型（TTL，ECL，I^2L）单极型（MOS）3、按集成度：小规模集成电路（1-10）中规模集成电路（10-100）大规模集成电路（>=100）超大规模集成电路（>=10000）超超大规模集成电路（>=100000）4、按速度：低速集成电路（Tpot>40ns）中速集成电路（Tpot>16ns）高速集成电路（Tpot>6ns）超高速集成电路（Tpot<6ns）第二十二页，共六十六页，2022年，8月28日22一、TTL与非门的内部结构+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC2.3.1TTL与非门的基本原理第二十三页，共六十六页，2022年，8月28日23TTL与非门的基本原理1、输入级：R1和一个多发射级晶体管组成。作用：完成与的逻辑功能。2、中间级：R2和R3、T2组成。作用；完成放大、倒相的功能3、输出级：由R4、R5和T3、T4、T5组成。作用：用来完成非的功能。工作特点：T4、T5一管导通，另一管截止，推拉式工作方式。第二十四页，共六十六页，2022年，8月28日24预备知识一、晶体三极管的工作状态放大区倒置截止区饱和区发射结正偏Ub>Ue反偏Ub<Ue反偏Ub<Ue正偏Ub>Ue集电结反偏Uc>Ub正偏Uc<Ub反偏Uc>Ub正偏Uc>Ub第二十五页，共六十六页，2022年，8月28日25主要参数导通条件：Ube>0.5v饱和条件深饱和浅饱和第二十六页，共六十六页，2022年，8月28日261.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2.1V+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCTTL与非门的基本原理工作过程分析第二十七页，共六十六页，2022年，8月28日27+5VFR4R2R13kR5T3T4T1b1c1ABC1.任一输入为低电平（0.3V）时“0”1Vuouo=5-uR2-ube3-ube43.4V高电平！第二十八页，共六十六页，2022年，8月28日282.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+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC第二十九页，共六十六页，2022年，8月28日292.输入全为高电平（3.4V）时+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC全反偏“1”饱和uF=0.3V第三十页，共六十六页，2022年，8月28日30一、电压传输特性2.3.2TTL与非门的特性和技术参数测试电路&+5Vuiu0第三十一页，共六十六页，2022年，8月28日31u0(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电平第三十二页，共六十六页，2022年，8月28日321.输出高电平UOH、输出低电平UOL

UOH2.4V

UOL

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=1.4V第三十三页，共六十六页，2022年，8月28日33二、输入、输出负载特性&&？1.前后级之间电流的联系第三十四页，共六十六页，2022年，8月28日34R1T1+5V前级输出为高电平时前级后级反偏前级流出电流IOH（拉电流）+5VR4R2R5T3T4第三十五页，共六十六页，2022年，8月28日35前级输出为低电平时R1T1+5V前级后级流入前级的电流IOL

约1.4mA(灌电流)+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1第三十六页，共六十六页，2022年，8月28日36灌电流的计算饱和第三十七页，共六十六页，2022年，8月28日37关于电流的技术参数第三十八页，共六十六页，2022年，8月28日382.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：第三十九页，共六十六页，2022年，8月28日39+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级IOLIiL1IiL2IiL3前级输出为低电平时第四十页，共六十六页，2022年，8月28日40输出低电平时，流入前级的电流（灌电流）：输出高电平时，前级流出的电流（拉电流）：一般与非门的扇出系数为10。由于IOL、IOH的限制，每个门电路输出端所带门电路的个数，称为扇出系数。第四十一页，共六十六页，2022年，8月28日413.输入端通过电阻R接地的情况Rui输入端“1”,“0”？+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC第四十二页，共六十六页，2022年，8月28日42R较小时R较小时，ui<UT

相当输入低电平，所以输出为高电平。Rui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC第四十三页，共六十六页，2022年，8月28日43R增大RuiuiUT时，输入变高，输出变低电平。R临界=1.45KRui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC第四十四页，共六十六页，2022年，8月28日441.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。说明第四十五页，共六十六页，2022年，8月28日454.平均传输时间tuiotuoo50%50%tpd1tpd2平均传输时间第四十六页，共六十六页，2022年，8月28日462.4.1集电极开路的与非门（OC门）集电极悬空无T3,T4+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABCT3T4§2.4其它类型的TTL门电路第四十七页，共六十六页，2022年，8月28日47&符号！第四十八页，共六十六页，2022年，8月28日48应用时输出端要接一上拉负载电阻RLRLUCC+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC第四十九页，共六十六页，2022年，8月28日491.OC门可以实现“线与”功能&&&UCCF1F2F3FF=F1F2F3RL输出级UCCRLT5T5T5F第五十页，共六十六页，2022年，8月28日50F=F1F2F3?任一导通F=0UCCRLF1F2F3F第五十一页，共六十六页，2022年，8月28日51全部截止F=1F=F1F2F3?所以：F=F1F2F3UCCRLF1F2F3F第五十二页，共六十六页，2022年，8月28日522.负载电阻RL和电源UCC可以根据情况选择&J+30V220VJ如RL用继电器线圈（J）替代，可以实现对其它电路的控制。第五十三页，共六十六页，2022年，8月28日53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》P320第五十四页，共六十六页，2022年，8月28日54