分立元件逻辑门

分立元件逻辑门1第1页，共44页，2023年，2月20日，星期日§2.1概述门电路的作用：是用以实现逻辑关系的电子电路，与基本逻辑关系相对应。门电路的主要类型：与门、或门、与非门、或非门、异或门等。门电路的输出状态与赋值对应关系：正逻辑：高电位对应“1”；低电位对应“0”。混合逻辑：输入用正逻辑、输出用负逻辑；或者输入用负逻辑、输出用正逻辑。一般采用正逻辑负逻辑：高电位对应“0”；低电位对应“1”。2第2页，共44页，2023年，2月20日，星期日100VVcc在数字电路中，对电压值为多少并不重要，只要能判断高低电平即可。K开------VO输出高电平，对应“1”。K合------VO输出低电平，对应“0”。VOKVccRVV§2.1概述3第3页，共44页，2023年，2月20日，星期日§2.2基本逻辑门电路一、二极管与门FD1D2AB+12V逻辑变量逻辑函数(uD=0.3V)000010

ABF100111真值表：逻辑式：F=A•B逻辑符号：&ABF4第4页，共44页，2023年，2月20日，星期日二、二极管或门FD1D2AB-12V§2.2基本逻辑门电路电路000011

ABF101111逻辑式：F=A+B逻辑符号：ABF真值表：5第5页，共44页，2023年，2月20日，星期日R1DR2AF+12V+3V三、三极管非门嵌位二极管§2.2基本逻辑门电路电路逻辑式：逻辑符号：1AF真值表：6第6页，共44页，2023年，2月20日，星期日R1DR2F+12V+3V三极管非门D1D2AB+12V二极管与门四、与非门逻辑式：&ABF逻辑符号：§2.2基本逻辑门电路电路7第7页，共44页，2023年，2月20日，星期日§2.3TTL与非门数字集成电路：在一块半导体基片上制作出一个完整的逻辑电路所需要的全部元件和连线。使用时接：电源、输入和输出。数字集成电路具有体积小、可靠性高、速度快、而且价格便宜的特点。TTL型电路：输入和输出端结构都采用了半导体晶体管，称之为:

Transistor—TransistorLogic。8第8页，共44页，2023年，2月20日，星期日2.3.1TTL与非门的基本原理一、结构TTL与非门的内部结构+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC3603k750100§2.3TTL与非门

9第9页，共44页，2023年，2月20日，星期日输入级输出级中间级+5VABCR1T1R2T2R3FR4R5T3T4T5T1—多发射极晶体管：实现“与”运算。§2.3TTL与非门

10第10页，共44页，2023年，2月20日，星期日+5VABCR1T1R2T2R3FR4R5T3T4T5“非”复合管形式与非门输出级“与”§2.3TTL与非门

11第11页，共44页，2023年，2月20日，星期日1.任一输入为低电平（0.3V）时“0”0.7V不足以让T2、T5导通+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC3603k750100二、工作原理三个PN结导通需2.1V§2.3TTL与非门

12第12页，共44页，2023年，2月20日，星期日+5VFR4R2R13kR5R3T3T4T1T5b1c1ABC0.7V“0”uouo=5-uR2-ube3-ube43.4V高电平！逻辑关系：任0则1。§2.3TTL与非门

13第13页，共44页，2023年，2月20日，星期日+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC“1”全导通电位被嵌在2.1V全反偏1V截止2.输入全为高电平（3.4V）时§2.3TTL与非门

14第14页，共44页，2023年，2月20日，星期日+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC全反偏“1”饱和uF=0.3V输入、输出的逻辑关系式：逻辑关系：全1则0。§2.3TTL与非门

15第15页，共44页，2023年，2月20日，星期日一、电压传输特性2.3.2TTL与非门的特性和技术参数测试电路&+5Vuiuo电压传输特性是指输出电压Vo随输入电压Vi变化的特性。§2.3TTL与非门

16第16页，共44页，2023年，2月20日，星期日传输特性曲线uo(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§2.3TTL与非门

17第17页，共44页，2023年，2月20日，星期日1.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=3.4V

UOL=0.3V。2.开门电平UON和关门电平UOFFui<UOFF=0.8V时，是输入低电平。ui>UTON=2.0V时，是输入高电平。§2.3TTL与非门

3.高电平噪声容限UNH和低电平噪声容限UNL18第18页，共44页，2023年，2月20日，星期日二、输入、输出负载特性&&？分两种情况讨论：

（1）前级输出为高电平时（2）前级输出为低电平时§2.3TTL与非门

1.扇出系数:与非门电路输出能驱动同类门的个数。19第19页，共44页，2023年，2月20日，星期日IiH1IiH3IOH前级输出为高电平时：+5VR4R2R5T3T4T1前级T1T1IiH2§2.3TTL与非门

20第20页，共44页，2023年，2月20日，星期日T1T1T1+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级IOLIiL1IiL2IiL3前级输出为低电平时：与非门的扇出系数一般是10。§2.3TTL与非门

21第21页，共44页，2023年，2月20日，星期日例：某TTL门电路，最大灌入电流IOL=10mA,最大

拉出电流IOH=1mA,输入低电平电流IIL≤1.0mA,

输入高电平电流IIH≤80μA。求该门电路的扇出

系数。解：输出为高电平时的扇出系数：输出为低电平时的扇出系数：所以该门电路的扇出系数为10。22第22页，共44页，2023年，2月20日，星期日2.平均传输延迟时间tui0tuo050%50%tPHLtPLH典型值：310ns§2.3TTL与非门

23第23页，共44页，2023年，2月20日，星期日+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCRui计算临界电阻值：即：当R1.45k时，可以认为输入为“1”；当R<1.45k时，可以认为输入为“0”。§2.3TTL与非门

3.输入端通过电阻R接地

TTL与非门在使用时多余输入端处理：悬空的输入端相当于接高电平。为了防止干扰，一般将悬空的输入端接高电平或输入端并联使用。24第24页，共44页，2023年，2月20日，星期日§2.4其它类型的TTL门电路2.4.1集电极开路的与非门（OC门）一、问题的提出标准TTL与非门进行与运算:&ABEF&CD&G1&ABEF&CDG能否“线与”？（OpenCollector)25第25页，共44页，2023年，2月20日，星期日+5VR4R2T3T4T5R3TTL与非门的输出电阻很低。这时，直接线与会使电流i

剧烈增加。i功耗T4热击穿UOL与非门2：不允许直接“线与”与非门1

截止与非门2

导通UOHUOL与非门1：i+5VR4R2T3T4T5R3问题：TTL与非门能否直接线与？§2.4其它类型的TTL门电路

26第26页，共44页，2023年，2月20日，星期日RLUCC集电极悬空+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC&符号应用时输出端要接一上拉负载电阻RL。二、OC门结构特点：RL

和UCC

可以外接。F=ABC§2.4其它类型的TTL门电路

27第27页，共44页，2023年，2月20日，星期日OC门可以实现“线与”功能。&&&UCCF1F2F3F分析：F1、F2、F3任一导通，则F=0。F1、F2、F3全截止，则F=1。输出级RLUCCRLT5T5T5F=F1F2F3§2.4其它类型的TTL门电路

28第28页，共44页，2023年，2月20日，星期日2.4.2三态门E—控制端+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABDE一、结构§2.4其它类型的TTL门电路

29第29页，共44页，2023年，2月20日，星期日+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABDE二、工作原理1.控制端E=0时的工作情况：01截止§2.4其它类型的TTL门电路

30第30页，共44页，2023年，2月20日，星期日+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABDE2.控制端E=1时的工作情况：10导通截止截止高阻态§2.4其它类型的TTL门电路

31第31页，共44页，2023年，2月20日，星期日&ABF符号功能表三、三态门的符号及功能表&ABF符号功能表使能端高电平起作用使能端低电平起作用§2.4其它类型的TTL门电路

32第32页，共44页，2023年，2月20日，星期日E1E2E3公用总线０１０三态门主要作为TTL电路与总线间的接口电路。四、三态门的用途工作时，E1、E2、E3分时接入高电平。§2.4其它类型的TTL门电路

33第33页，共44页，2023年，2月20日，星期日§2.2MOS门电路MOS电路的特点：2.是电压控制元件，静态功耗小。3.允许电源电压范围宽（318V）。4.扇出系数大，抗噪声容限大。优点1.工艺简单，集成度高。缺点：工作速度比TTL低。34第34页，共44页，2023年，2月20日，星期日一、MOS反相器0UDSID负载线ui=“1”ui=“0”uo=“0”uo=“1”UCCuiuo§2.5MOS门电路

35第35页，共44页，2023年，2月20日，星期日等效结构UCCuiuoT2（负载管）T1(驱动管）UGS=UDS>UT导通有源负载

(非线性电阻)实际结构UCCuiuo§2.5MOS门电路

一、MOS反相器36第36页，共44页，2023年，2月20日，星期日二.CMOS反相器NMOS管PMOS管CMOS电路工作原理：ui=0时：

ugs2=UCC

，T2导通、T1截止，uo=“１”；ui=1时：

T1导通、T2截止，uo=“0”。UCCST2DT1uiuoDSComplementary-Symmetry

MOS互补对称式MOS,简称CMOS。T1:ONT2:OFF同一电平:OFFON§2.5MOS门电路

37第37页，共44页，2023年，2月20日，星期日三.CMOS与非门&ABF工作原理:+UDDAFT2T1BT3T4SSSSGG结构00

101

110

111

0ABT1T2T3T4F§2.5MOS门电路

38第38页，共44页，2023年，2月20日，星期日ABT1T2T3T4FABF工作原理:+UDDFAT2T1BT3T4GGSSS结构00

××101

××

0

10×

×

0

11××

0

四.CMOS或非门§2.5MOS门电路

39第39页，共44页，2023年，2月20日，星期日附:门电路的常见逻辑符号与门

或门

非门F=A•BF=A+B&ABFABFABFABFABFABFA1FAFAFAF40第40页，共44页，2023年，2月20日，星期日与非门

或非门

OC门(两输入与非)&ABFABFABFABFABFABF&ABFABFABF国标41第41页，共44页，2023年，2月20日，星期日AB&AB&AB国家标准三态门(两输入与非)

与或非门+ABCDFABCDF&&42第42页，共44页，2023年，2月20日，星期日本章小结１.利用半导体器件的开关特性，可以构成与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等各种逻辑门电路，也可以构成在电路结构和特性两方面都别具特色的三态门、OC门和传输门。2.TTL电路的优点是开关速度较高，抗干扰能力较强，带负载的能力也比较强，缺点是功耗较大。3.CMOS