电子技术ch5-80学时（修改版）

第五章门电路及触发器§5.1概述§5.2分离元件门电路

§5.3TTL集成门电路§5.4其它类型的TTL门电路1§5.1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。2ViVoKVccR100VVcc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3R1R2AF+uccuAtuFt+ucc0.3V三极管的开关特性：4§5.2分离元件门电路二极管与门FD1D2AB+12V5二极管或门FD1D2AB-12V6R1DR2AF+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8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§5.3TTL集成门电路5.3.1TTL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+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCTTL与非门的内部结构11+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+5VFR4R2R13kR5T3T4T1b1c1ABC1、任一输入为低电平（0.3V）时“0”1Vuouo=5-uR2-ube3-ube43.4V高电平！13+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142、输入全为高电平（3.4V）时+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC全反偏“1”饱和uF=0.3V此电路15一、电压传输特性5.3.2TTL与非门的特性和技术参数测试电路&+5Vuiu016u0(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171、输出高电平UOH、输出低电平UOL

UOH2.4VUOL

0.4V便认为合格。

典型值UOH=3.6V

UOL

=0.3V。2、阈值电压VTHui<VTH时，认为ui是低电平。ui>VTH时，认为ui是高电平。VTH=1.4V18二、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关于电流的技术参数222、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：23+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级IOLIiL1IiL2IiL3前级输出为低电平时24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。251、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264、平均传输时间tuiotuoo50%50%tpd1tpd2平均传输时间27§5.4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,T428&符号！&29+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC应用时输出端要接一上拉负载电阻RLRLUCC301、OC门可以实现“线与”功能&&&UCCF1F2F3FF=F1F2F3RL输出级UCCRLT5T5T531F=F1F2F3?UCCRLF1F2F3F任一导通F=032UCCRLF1F2F3F全部截止F=1F=F1F2F3?所以：F=F1F2F3!332、负载电阻RL和电源UCC可以根据情况选择&J+30V220VJ345.4.２三态门+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABDEE---控制端135+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABDE01截止36+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABDE10导通截止截止高阻态37&ABF符号功能表低电平起作用38&ABF符号功能表高电平起作用39E1E2E3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40一、概述二、触发器的基本形式三、触发器按逻辑功能的分类四、触发器逻辑功能的转换五、触发器应用举例第五章门电路及触发器41一、概述触发器触发器输出有两种可能的状态：0、1；输出状态不只与现时的输入有关，还与原来的输出状态有关；触发器是有记忆功能的逻辑部件。按功能分类：R-S触发器、D型触发器、JK触发器、T型等。42二、触发器的基本形式&a&b反馈两个输入端两个输出端43&a&b输入RD=0,SD=1时若原状态：11001010输出仍保持：44&a&b输入RD=0,SD=1时若原状态：01111010输出变为：45输入RD=1,SD=0时若原状态：10101011输出变为：&a&b46输入RD=1,SD=0时若原状态：00110101输出保持：&a&b47输入RD=1,SD=1时若原状态：10111001输出保持原状态：&a&b48输入RD=1,SD=1时若原状态：01110110输出保持原状态：&a&b49输入RD=0,SD=0时0011输出全是1但当RD=SD=0同时变为1时，翻转快的门输出变为0，另一个不得翻转。&a&b50基本触发器的功能表51总结1、触发器是双稳态器件，只要令RD=SD=1，触发器即保持原态。稳态情况下，两输出互补。一般定义Q为触发器的状态。2、在控制端加入负脉冲，可以使触发器状态变化。SD端加入负脉冲，使Q=1，SD称为“置位”或“置一”端。RD端加入负脉冲，使Q=0，RD称为“复位”或“清0”端。52三、触发器按逻辑功能的分类1RS触发器&c&d&a&bCP时钟信号直接置0或置153&c&d&a&bCPCP=0时011触发器保持原态54CP=1时1&c&d&a&bCP55RS触发器的功能表56简化的功能表Qn+1---下一状态（CP过后）Qn

---原状态57RDSDRSCQ逻辑符号58例：画出RS触发器的输出波形。CPRSQSetReset使输出全为1CP撤去后状态不定59（3）JK触发器R2S2CF从R1S1CF主CPKJJK触发器的功能最完善，有两个控制端J、K。60JK触发器的功能=0=0被封锁保持原态J=K=0时：R2S2CF从R1S1CF主CPKJ61JK触发器的功能=1=1相当于T触发器T=1J=K=1时：R2S2CF从R1S1CF主CPKJ62JK触发器的功能=0=1

Qn=0时01Qn+1=11J=1，K=0时：分两种情况（Q=0,Q=1）R2S2CF从R1S1CF主CPKJ63JK触发器的功能=0=1

Qn=1时1000F主被封保持原态Qn+1=1R2S2CF从R1S1CF主CPKJ64JK触发器的功能=1=0Qn+1=0同样原理：J=0，K=1时：R2S2CF从R1S1CF主CPKJ65功能表逻辑符号RDSDCQKJ66时序图CPKJQJQ

保持T67Ｄ触发器的功能RDSDCQKJ１Ｄ681.JK触发器转换成D触发器CQKJDCP四触发器之间的转换692.JK触发器转换成T触发器CQKJTCP703.D触发器转换成T´触发器CQDCP71五、应用举例例：四人抢答电路。四人参加比赛，每人一个按钮，其中一人按下按钮后，相应的指示灯亮。并且，其它按钮按下时不起作用。电路的核心是74LS175四D触发器。它的内部包含了四个D触发器，各输入、输出以字头相区别，管脚图见下页。72CLRD

CPQCLRD

CPQCLRD

CPQCLRD

CPQ1Q1D2Q2DGND4Q4D3Q3D时钟请零USC公用清零公用时钟74LS175管脚图73+5VD1D2D3D4

CLRCP&1&2&2清零CP赛前先清零0输出为零发光管不亮74D1D2D3D4

CLRCP+5V&1&2&2清零CP1反相端都为11开启75D1D2D3D4

CLRCP&1&2&2清零CP+5V若有一按钮被按下，比如第一个钮。=1=000被封这时其它按钮被按下也没反应76单稳态触发器

555定时器的原理和应用77概述

数字电路区别于模拟电路的主要特点之一是：它的工作信号是离散时间的脉冲信号。最常用的脉冲信号是方波(矩形波)。如何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是下面讨论的重点。781单脉冲的产生+VCCFS

按钮按放一次，便产生一个单脉冲。

但是，由于按钮S机械动作经常伴有抖动现象，使得输出的方波很不理想，毛刺很大。这样的方波用到数字系统中很容易引起误动作。因此，这个电路没有实用价值。79&&S＋5VQQ正常时，不按按钮，Q＝0；按下按钮时，锁定器翻转，Q＝1；松开按钮后，回到Q＝0。可见：按钮动作一次，Q端就输出一个正脉冲。QQ802单稳态触发器单稳态触发器简称单稳。

它的突出特点是:输出端只有一个稳定状态,另一个状态则是暂稳态.加入触发信号后,它可以由稳定状态转入暂稳态,但是,经过一定时间以后,它又会自动返回原来的稳定状态。稳定状态稳定状态暂稳态由外界触发自动返回学习的重点:为什么会自动返回?需多少时间?81单稳态触发器的应用

单稳的应用多种多样,如:整形、延时控制、定时顺序控制等等。

例如“延时控制”

利用单稳可以取得延时作用,延长的时间可以通过R、C调节。82555定时器的原理和应用

555定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。它使用方便,带负载能力较强,目前得到了非常广泛的应用。1、555定时器的工作原理

555定时器的内部电路包括以下几部分:一个由三个相等电阻组成的分压器;两个电压比较器:Ｃ1、Ｃ2;一个同步

RS触发器;一个反相器和一个晶体管T。具体的结构见后图。83RSQQ--++A1A2Tuo87645321RRR１p1678412345678555VCCDTHCOGNDTRUoRD电源放电阈值电控压制地触发输出复位电源电压范围:4.5V~18VRSQQ--+A1A2Tuo87645321RRR１+85RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR

三个电阻构成的分压器给两个比较器提供基准电压:A1的为2VCC/3,A2的为VCC/3。

首先讨论上图中加彩色部分的电路的工作原理。86101000阈值端触发端THTRRS比较的结果2VCC/3小于2VCC/3小于VCC/3大于VCC/3小于VCC/3大于大于2VCC/3SR++--A1A2VCCTHCOTR876521RRR阈值端触发端大于2VCC/3VCC/3小于1187RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR晶体管TRSQuo100100保持0110保持保持导通截止RSQ1001000101保持保持Q11禁止禁止RS触发器功能表附录:88

综合以上的分析结果,便可得到555的功能表:阈值端触发端THTR2VCC/3VCC/3大于大于2VCC/32VCC/3VCC/3VCC/3小于小于小于大于保持保持RD晶体管Tuo0111001导通导通截止RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRRT896.5.2555定时器的应用(1).双稳态触发器:微电机起动停车控制电路。4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微电机555S1:

起动按钮S2:

停车按钮904816235S2S1RRCVCCTHTRM微电机555uo阈值端触发端THTR大于大于小于小于小于大于保持保持RD晶体管Tuo0111001导通导通截止VCC/32VCC/3VCC/32VCC/32VCC/3VCC/3

仅按下起动按钮

S1

,则TR<VCC/3;未按S2,

当然TH<2VCC/3,故uo

=1,电机转动。

即使放开S1

,TR>VCC/3,TH<2VCC/3,

uo

保持为1,电机继续转动。

如果仅按下按钮

S2

,TH>2VCC/3,未按S1,当然TR>VCC/3,这时uo=0,电机停止运行。

如果松开S2,电机仍不转动。91(2).单稳态触发器:洗相曝光定时器48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS若S打开,则ui=1;若S合上,则ui=0。0t0t0tuiuCTuo2VCC/3TW9248162357uouiVCCRRTCTDTHTRS若S打开,则ui=1;若S合上,则ui=0。0tuiTH<

2VCC/3,TR>VCC/3

按钮S处于打开状态时：uo

=0,555内的管T导通,

电容CT被短路,TH=0.3V。0tuCT2VCC/30tuo处于稳定状态“0”9348162357uouiVCCRRTCTDTHTRS0tui0tuCT2VCC/30tuo按一下S,TR<VCC,已有TH<2VCC/3,故uo

=1,555内的管T截止,CT将被充电,……只要uCT尚未充至2VCC/3,uo的状态就不会变化。9448162357uouiVCCRRTCTDTHTRS

一旦

uCT>2VCC/3,

且已

有

TR>VCC/3,

uo

=0;

555内的晶体管T也由截止变成导通,电容CT迅速放电而变成0V。0tui0tuCT2VCC/30tuo9548162357uouiVCCRRTCTDTHTRS0tui0tuCT2VCC/30tuo

由以上过程可以看出:按钮每按动一次,uo便输出一个正脉冲,其宽度TW由RTCT决定。9648162357uouiVCCRRTCTDTHTRSJJ~红白D1D2按一下按钮

S未按uo0J的线圈不通电J的结点不动作红灯白灯亮灭1通电闭合亮灭红灯亮的时间即为曝光时间TWTW=1.1RTCT97(3).多谐振荡器:简易电子琴电路48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC0tuouC0tVCC/32VCC/3首先说明如何用555定时