数字电子技术及应用

数字电子技术及应用课件第1页，共46页，2023年，2月20日，星期六第二章逻辑门电路数字电子技术及应用高职高专ppt课件第2页，共46页，2023年，2月20日，星期六目标在这一章里，你将学习：2.1概述2.2半导体分立器件的开关特性2.3逻辑门电路2.4TTL集成逻辑门电路2.5CMOS集成逻辑门电路2.6不同类型门电路的接口问题2.7逻辑门电路的应用数字电子技术及应用高职高专ppt课件第3页，共46页，2023年，2月20日，星期六第二章逻辑门电路

内容提要本章主要介绍逻辑电路的基本逻辑关系和逻辑门电路；TTL与非门的典型电路结构、工作原理、传输特性和主要参数；CMOS集成逻辑门电路。数字电子技术及应用高职高专ppt课件第4页，共46页，2023年，2月20日，星期六2．1概述1．正逻辑和负逻辑

在逻辑电路中，输入输出电位的高低用电平表示，高电平是一种状态，低电平是另一种状态；若高电平表示有信号，用1表示，低电平表示没有信号，用0表示，则称为正逻辑；反之若低电平表示有信号，用1表示，高电平表示没有信号，用0表示，则称为负逻辑。2．标准高电平和标准低电平

在数字电路中，高电平或低电平都是表示一定的电压范围，而不是一个固定不变的数值。将高电平的下限值称为标准高电平，用USH表示，低电平的上限值称为标准低电平，用USL表示；在实际电路中应满足高电平UH≥USH，低电平UL≤USL。数字电子技术及应用高职高专ppt课件第5页，共46页，2023年，2月20日，星期六2．2半导体分立器件的开关特性2.2.1二极管的开关特性2.2.2晶体管的开关特性2.2.3ＭＯＳ管的开关特性

在数字电路中，二极管大多工作在开关状态。由于二极管具有单向导电特性，因此，在数字电路中它可以作为一个电子开关使用。数字电子技术及应用高职高专ppt课件第6页，共46页，2023年，2月20日，星期六2.2.1二极管的开关特性1．二极管的静态开关特性二极管的静态开关特性是指二极管在正向直流电压或反向直流电压作用下稳定导通或截止时呈现特性。

图2-1二极管的开关电路数字电子技术及应用高职高专ppt课件第7页，共46页，2023年，2月20日，星期六2.二极管的动态开关特性

二极管的动态开关特性是指信号电压突然变化时，二极管从一种工作状态转换到另一工作状态时的转换特性。转换过程有两种，即从导通到截止和从截止到导通，图2-2所示为二极管的动态开关特性。

数字电子技术及应用高职高专ppt课件第8页，共46页，2023年，2月20日，星期六图2-2二极管的动态开关特性由此可见，反向恢复时间是影响二极管开关速度的主要原因，反向恢复时间越长，开关速度越低。数字电子技术及应用高职高专ppt课件第9页，共46页，2023年，2月20日，星期六2.2.2晶体管的开关特性1．晶体管的静态开关特性

晶体管的输出特性曲线有三个区域——放大区、截止区、饱和区。在数字电路中，晶体管主要工作在饱和区和截止区，并在截至区和饱和区之间通过放大区进行快速转换，晶体管的这种工作状态称为开关工作状态。

图2-3晶体管的开关工作状态

数字电子技术及应用高职高专ppt课件第10页，共46页，2023年，2月20日，星期六2．晶体管的动态开关特性与二极管相似，晶体管工作在开关状态时，其内部电荷的存储与消散都需要一定的时间，因此集电极电流的变化总是滞后于输入电压ui

的变化，所以晶体管由截止状态变为饱和状态或由饱和状态变为截止状态都需要一定的时间。如图2-4所示。

第11页，共46页，2023年，2月20日，星期六图2-4晶体管的开关时间第12页，共46页，2023年，2月20日，星期六2.2.3ＭＯＳ管的开关特性1．ＭＯＳ管的开关作用

ＭＯＳ管金属-氧化物-半导体场效应晶体管的简称，和晶体管一样可以当作开关使用。

图2-5MOS管开关电路第13页，共46页，2023年，2月20日，星期六2．ＭＯＳ管的开关时间

双极型晶体管由于饱和时有存储电荷存在，所以其开关时间较长。而MOS管因为只有一种载流子参与导电，不存在存储电荷，因此不存在存储时间，因而它的开关时间较小。用PMOS管也可以构成开关电路，不同的是PMOS管的开启电压为负值。

第14页，共46页，2023年，2月20日，星期六2.3逻辑门电路2.3.1二极管门电路2.3.2晶体管门电路2.3.3组合逻辑门电路

在逻辑代数中最基本的逻辑关系有三种,即“与”、“或”、“非”，实现上述逻辑关系的电路叫逻辑门电路，简称门电路.第15页，共46页，2023年，2月20日，星期六2.3.1二极管门电路1.二极管与门电路图2-6二极管与门电路第16页，共46页，2023年，2月20日，星期六

与门电路的输入和输出波形如图2-7所示.图2-7与门电路工作波形

第17页，共46页，2023年，2月20日，星期六2.二极管或门电路图2-8二极管或门电路第18页，共46页，2023年，2月20日，星期六或门电路的输入和输出波形如图2-9所示.图2-9或门电路工作波形第19页，共46页，2023年，2月20日，星期六2.3.2晶体管门电路图2-10晶体管非门电路a）电路b）逻辑符号晶体管非门电路第20页，共46页，2023年，2月20日，星期六2.3.3组合逻辑门电路1.复合门

(1)与非门与非门是与门和非门的组合，其逻辑符号如图2-11a所示，逻辑表达式为

(2)或非门或非门是或门和非门的组合，其逻辑符号如图2-11b所示，逻辑表达式为

第21页，共46页，2023年，2月20日，星期六

(3)与或非门与或非门是与门、或门、非门的组合，其逻辑符号如图2-11c所示，其逻辑表达式为

(4)异或门异或门电路的特点是两个输入信号相同时，输出为0，相异时输出为1，其逻辑符号如图2-11d所示，逻辑关系表达式为

第22页，共46页，2023年，2月20日，星期六图2-11复合门逻辑符号第23页，共46页，2023年，2月20日，星期六2.正逻辑和负逻辑的相互转换

对同一电路，可以采用正逻辑，也可以采用负逻辑，而逻辑电路本身输出与输入的逻辑关系，并不因为采用正、负逻辑的不同而改变。但是对同一种电路，用正、负逻辑去分析,它的逻辑功能截然不同，当然逻辑真值表也不同。正负逻辑符号如表2-6所示。

第24页，共46页，2023年，2月20日，星期六表2-6正、负逻辑符号门电路正逻辑符号负逻辑符号与门或门非门与非门或非门第25页，共46页，2023年，2月20日，星期六2.4TTL集成逻辑门电路2.4.1TTL与非门的工作原理2.4.2TTL与非门的外特性及有关参数2.4.3其他类型的TTL逻辑门电路2.4.4TTL系列数字集成电路简介2.4.5TTL门电路使用中应注意的问题

TTL逻辑门电路是晶体管—晶体管逻辑门电路的简称，它的输入级和输出级均采用晶体管。第26页，共46页，2023年，2月20日，星期六2.4.1TTL与非门的工作原理1.电路组成图2-16TTL集成与非门电路图及逻辑符号

第27页，共46页，2023年，2月20日，星期六2．工作原理

当输入全为高电平时，输出为低电平；当输入端至少有一个为低电平时，输出为高电平。由此可见，电路的输出与输入之间满足与非逻辑关系，即

第28页，共46页，2023年，2月20日，星期六2.4.2TTL与非门的外特性及有关参数1．电压传输特性

TTL与非门电压传输特性是表示输出电压随输入电压

变化的一条曲线，电压传输特性曲线大致分为四段，如图2-18：图2-18TTL与非门的电压传输特性第29页，共46页，2023年，2月20日，星期六2．主要参数

⑴输出高电平

和输出低电平

⑵

阈值电压

⑶关门电平

和开门电平

⑷噪声容限、⑸输入短路电流

⑹输入漏电流

⑺扇出系数⑻平均延迟时间

第30页，共46页，2023年，2月20日，星期六2.4.3其他类型的TTL逻辑门电路1．集电极开路与非门（OC门）

将普通TTL与非门的输出级改为集电极开路的晶体管结构，称为集电极开路门电路，简称OC门(OpenCollector)。图2-20OC门电路

第31页，共46页，2023年，2月20日，星期六2．三态输出门（TSL门）

三态门，是指逻辑门的输出除有高、低电平两种状态外，还有第三种状态——高阻状态（或称禁止状态）的门电路，简称TSL(TristateLogic)门。

图2-23三态门

第32页，共46页，2023年，2月20日，星期六2.4.4

TTL系列数字集成电路简介

在我国TTL数字集成电路分为CT54系列和CT74系列，两个系列具有完全相同的电路结构和电气性能参数，所不同的是54系列工作温度-55～125℃，为军用品；74系列工作温度在0～70℃，为民用品。第33页，共46页，2023年，2月20日，星期六2.4.5TTL门电路使用中应注意的问题在使用TTL集成门电路时，应注意以下事项：1．电源电压应满足在标准值5（1±10%）V的范围内。2．TTL电路的输出端所接负载，不能超过规定的扇出系数。3．具有推拉式输出结构的TTL门电路，不允许直接并联使用，三态门的输出端可以并联使用，但同一时刻只能有一个门工作，其余处于高阻态；集电极开路门输出端可并联使用，但公共输出端必须通过负载电阻RL与电源相接。4．TTL门多余输入端的处理方法第34页，共46页，2023年，2月20日，星期六2.5CMOS集成逻辑门电路2.5.1CMOS反相器2.5.2其他类型的CMOS逻辑门电路2.5.3CMOS系列数字集成电路简介2.5.4CMOS门电路特性及使用常识目前集成逻辑门电路有两大类，一类是前面介绍的TTL门电路，另一类为CMOS集成逻辑门电路，它是由增强型PMOS管和增强型NMOS管组成的互补对称MOS门电路。第35页，共46页，2023年，2月20日，星期六2.5.1CMOS反相器1．电路结构2.工作原理

本电路具有反相器功能，故称为非门，其逻辑表达式为

图2-35CMOS反相器第36页，共46页，2023年，2月20日，星期六2.5.2其他类型的CMOS逻辑门电路1.与非门

它是由两个串联的增强型NMOS管和两个并联的增强型PMOS管组成。

电路的逻辑关系表达式为图2-36CMOS与非门

第37页，共46页，2023年，2月20日，星期六2.或非门

它是由两个并联的增强型NMOS管和两个串联的增强型PMOS管组成。

电路的逻辑关系表达式为

图2-37

CMOS或非门

第38页，共46页，2023年，2月20日，星期六3.CMOS传输门

CMOS传输门是一种传送信号的可控开关，它是由两个参数对称的NMOS管和PMOS管并联而成。

图2-38CMOS传输门第39页，共46页，2023年，2月20日，星期六2.5.3

COMS系列数字集成电路简介CMOS集成电路系列主要有CC4000系列和CC54/74HC系列，4000系列由于具有功耗低，噪声容限大等特点，已得到广泛应用，但工作速度较慢；CC54/74HC系列具有较高的工作速度和驱动能力。第40页，共46页，2023年，2月20日，星期六2.5.4CMOS门电路特性及使用常识

TTL电路的使用注意事项，一般对CMOS电路也适用。但因CMOS电路容易产生栅极击穿问题，所以要特别注意以下几点：（1）避免静电损坏（2）多余输入端的处理方法（3）并联使用第41页，共46页，2023年，2月20日，星期六2.6不同类型门电路的接口问题

1.TTL电路驱动CMOS电路

图2-39TTL-CMOS电路的接口第42页，共46页，2023年，2月20日，星期六2．CMOS电路驱动TTL电路图2-40CMOS-TTL电路的接口

第4