苏大考研数电演示文稿

苏大考研数电演示文稿当前第1页\共有32页\编于星期日\14点苏大考研数电当前第2页\共有32页\编于星期日\14点

§2—1.概述如果以输出的高电平表示逻辑“1”，则为正逻辑，反之为负逻辑。用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路统称为门电路一、门电路二、正、负逻辑本课件中，全部采用正逻辑。当前第3页\共有32页\编于星期日\14点§2—2.二极管三极管和MOS管开关等效电路开关闭合当Ua>Ub时，D导通开关断开当Ua≤Ub时,D截止当Ub为高电平UIH时，T饱和当Ub为低电平UIL时，T截止开关闭合开关断开一、二极管开关等效电路（理想情况下）二、三极管开关等效电路（理想情况下）当前第4页\共有32页\编于星期日\14点

三.MOS管开关等效电路（理想情况下）当UGS≥2v时，当UGS<2v时，2.PMOS管开关等效电路。当UGS≤-2v时，当UGS>-2v时,（等效开关图同上）TN截止1、NMOS管开关等效电路TN导通：TP导通：TP截止：当前第5页\共有32页\编于星期日\14点§2—3最简单的与、或、非门电路2-3-1二极管与门2.工作原理DaDbUYUaUb0003v3v03v3v3.真值表（状态表）4.输出函数式Y=A•B5.逻辑符号&YAB0O011011Y0001导通导通导通导通导通导通截止截止0.7V0.7V0.7V3.7vAB1.电路组成（以二输入为例）+VCCRABYDaDb设：VCC=5V，UIH=3v,UIL=0v二极管正向压降0.7V。当前第6页\共有32页\编于星期日\14点1。电路组成(以二输入为例)

2。工作原理UaUb0003v3v03v3v3。真值表AB00011011Y01114.输出函数式Y=A+B5。逻辑符号截止截止截止截止导通导通导通导通DaDbUY2.3v2.3v2.3vYAB≥102-3-2

二极管或门当前第7页\共有32页\编于星期日\14点-VEEVcc3.真值表A01Y104.输出函数式

Y=A

5.逻辑符号1AY2.工作原理注：为了保证在输入低电平时三极管可靠截止，常将电路接成上图形式。由于接入了负电源VEE，即使输入低电平信号稍大于零，也能使三极管的基极为负电位，使三极管可靠截止，输出为高电平。1。电原理图Ua03vT截止饱和UY02-3-3.三极管非门当前第8页\共有32页\编于星期日\14点2-3-4.

其它门电路一、其它门电路其它门电路有与非门、或非门、同或门、异或门等等。（略）二、门电路的“封锁”和“打开”问题&ABCY当C=1时，Y=AB.1=AB与门打开，与功能成立。当C=0时，Y=AB.0=0与门封锁，与门不能工作。≥ABCY当C=1时，Y=A+B+1=1或门封锁，或门不能工作。当C=0时，Y=A+B+0=A+B或门打开，或功能成立。能“打开”或者“封锁”门电路的信号叫“控制信号”。控制信号的输入端叫“控制端”，或“使能端”。与门、与非门可用“0”封锁，用“1”打开；或门、或非门可用“1”封锁，用“0”打开；VCD当前第9页\共有32页\编于星期日\14点§2-4TTL门电路3、真值表和逻辑符号A01Y101、电路结构图输入级倒相级输出级2、工作原理设Vcc=5V,UIH=3.4v,

UIL=0.2v,PN结的导通电压为0.7v。1AY2.1VUAT1发射结UB1T2T3T4UY0.2V导通0.9v截止导通截止3.4v3.4V导通4.1v导通截止导通0.2v?T1集电结截止导通T1T2T3T4R1Y+VCCAUB12-4-1TTL非门当前第10页\共有32页\编于星期日\14点

T2，T4导通后，把UB1钳制在2.1V。此时：T1处于倒置工作状态；β、IIH都很小,74系列门电路的每个输入端的IIH≤40μA。

IIHT1UB13.4V2.1V1.4V5、电压传输特性当非门的UIUTH当非门的UI≤UTH时，TTL门电路有7174系列，74系列的标准参数：UOH（min）=2.4vUOL(max)=0.4vUIH(min)=2.0vUIL(max)=0.8v≥UTH时，TTL非门的电压传输特性如图，其转折区对应的输入电压叫阈值电压，记为UTH

VO/VVI/V3210.51.01.5OUTH=1.4v=U0L

U0U0=

U0H因为：当前第11页\共有32页\编于星期日\14点2.输入为高电平（

UIH≥2v）时等效简化电路如图：T1管倒置工作β0，高电平输入电流IIH很小，为A级。低电平输入电流IIL较大，当Vcc=5v，UIL=0.2v时，IIL1mA。输入简化电路如图：一.输入特性（讨论T1管）1.输入低电平（UIL≤0.8v)时近似分析时，常用IIS来代替。

IIS是输入短路（UIL=0）时的电流。74系列门电路的每个输入端的IIH≤40μA。+VCCR1T1UILIIL截止+VCCR1T1UIHIIH导通be2be4

2-4-2TTL非门的静态输入特性和输出特性当前第12页\共有32页\编于星期日\14点

二.输出特性

1.输出为低电平时（U0=U0L≤0.4V)输出端带负载的情形如图：低电平输出电流:IOL=N1·IILN1·IIS由于T4管的导通电阻为RON，N1是输出低电平时负载门的数目。所以，UOL=IOL·RON。为了保证UOL≤0.4v，要限制负载门的数目N1。+VCCT1截止导通UOL+VCCT3T4+VCCT1驱动门负载门IILIILIOL当前第13页\共有32页\编于星期日\14点+VCCT3T4RC3高电平输出电流： 由于T3管的导通电阻为RON，所以：

UOHVCC-N2·IIH(RC3+RON)-0.7v为了保证UOH≥2.4v，要限制负载门的数目N2。2.输出端为高电平时

(U0=UOH≥2.4v)输出端带负载的情形如图：扇出系数N是门电路可以驱动同类门电路的最大数目。N应该确定为上述N1和N2的较小值.N2是输出高电平时负载门的数目。导通截止UOH驱动门负载门IIHIIHIOH+VCCT1+VCCT1

三.门电路的扇出系数N

IOH=N2·IIH当前第14页\共有32页\编于星期日\14点四、门间限流电阻的确定R11RG1G2为了保证G1输出的高、低电平能正确地传输到G2的输入端，门间限流电阻R不能太大，要求：1、当UO1=UOH时，UI2≥UIH（min)应满足此时，门间电流流向如图，UOHUIHIIH所以，下式应满足:UOH

-IIH·R≥UIH（min)（1）……2、当UO1=UOL时，UI2≤UIL（max)应满足所以，下式应满足:UOL+IIL·R≤UIL（max)（2）……此时，门间电流流向如图，UOLUILIIL根据（1）、（2）式可确定门间连接电阻R的数值。通常，R≤1KΩ。1G11G2当前第15页\共有32页\编于星期日\14点TTL门电路中的与非门、或非门、与或非门、异或门、同或门等，读者可以自学2-4-3.其它类型的TTL门电路下面重点介绍TTLOC门和三态门当前第16页\共有32页\编于星期日\14点1.线与问题在数字系统中，有些场合需要将门电路的输出端并联使用，即“线与”。Y=02.OC门解决上述问题的办法：需要线与时，用OC门。线与电流大损坏T4T3T4G1+VCC导通导通截止截止10T3T4G2+VCCIIL1）结构T1T2T4Y+VCCAB但推拉式输出的门电路不能并联。例如，如图所示情形时,门电路会损坏。一、OC门（集电极开路的门）&ABY2）逻辑符号（以OC与非门为例）当前第17页\共有32页\编于星期日\14点3.OC门的使用使用OC门时，应外接上拉电阻RL和电源VCC’。4.线与输出函数式线与Y=AB•CD若电路如图：&CDY&ABRL+VCC’则：(与非与）（与或非）=AB+CDRL的大小应根据公式计算，通常在12K之间。VCC’的数值根据UOH的需要选定；当前第18页\共有32页\编于星期日\14点1AYR1T2T3T4YA+VCC二、三态门（TS门）1、三态门的组成及工作原理EN端为“使能端”。当EN=1时：同时，二极管D

截止，对T2、T3也没有影响，原非门电路正常工作。当EN=0时：同时，二极管D导通，T3基极为低电平，T3截止。T3、T4均截止，非门电路输出为高阻状态。T1输入端被封锁，UB1为低电平，T2、T4截止；ENEN三态非门逻辑符号对T1没有影响；T1END截止截止0010（以三态非门为例）当前第19页\共有32页\编于星期日\14点逻辑符号名称输出表达式2、常用三态门的图形符号和输出逻辑表达式Y=高阻（EN=0时）A（EN=1时）Y=A（EN=0时）高阻（EN=1时）Y=高阻（EN=0时）AB（EN=1时）Y=高阻（EN=1时）AB（EN=0时）三态非门（1控制有效）1ENENAY1ENENAY&ENENAYB&ENENAYB三态非门（0控制有效）三态与非门（1控制有效）三态与非门（0控制有效）当前第20页\共有32页\编于星期日\14点

1）同一条线上分时传送数据，其连线方式称为“总线结构”。工作原理：（以三路输入为例）2）实现数据的双向传输1工作Y=A传输结果ENG1G2EN1EN2EN3总线传递Y1路数据Y2路数据Y3路数据0010101000B=Y1EN1ENAY11EN2ENBY21EN3ENCY3总线1ENENAG11ENBENG2总线Y工作原理高阻态工作高阻态3、三态门的应用当前第21页\共有32页\编于星期日\14点

§2-5CMOS门电路基本电路用TP管和TN管构成。输入脉冲幅度通常为VDD。VA0VTPTNUYVDD真值表A01Y10当UI

≥VDD/2时,=U0L

0当UI

≤VDD/2时,

=

U0H

VDD表达式Y=AU0U0其阈值电平VTH=VDD/20VDDVDD截止截止导通导通0TNTP+VDDAYVDD/2VDDVDD/2VDD0VIVO2-5-1CMOS反向器的工作原理一.电路结构二.工作原理三.电压传输特性当前第22页\共有32页\编于星期日\14点由于CMOS反向器的栅极和衬底之间有SiO2绝缘层，所以CMOS反向器正常工作时，有II=IG=0成立。但绝缘层非常薄，极易击穿,所以，制作CMOS器件时，集成了“输入保护电路”,

以保护绝缘层不被击穿。输入保护措施是有限度的，使用时还必须注意器件的正确使用方法。2-5-2CMOS反向器的静态输入特性和输出特性一、输入特性当前第23页\共有32页\编于星期日\14点由于UGS越大，TN管的导通电阻RON就越小，1.低电平输出特性U0=U0L时:所以：在同样的IOL值下，VDD越高，使TN管导通时的UGS就越大，其RON就越小，UOL也就越低。+VDDTNTPUIHUOLIOLRLIOL从负载电路注入TN管。TN管导通，TP管截止，VDD=5V10V15VUOLOIOL二、输出特性当前第24页\共有32页\编于星期日\14点2.高电平输出特性由于UGS越负，TP管的导通电阻RON就越小，U0=U0H时：所以：在同样的IOH值下，VDD越高，使TP管导通时的UGS就越负，其RON就越小，VOH也就越高。TNTP+VDDUILUOHIOHRLIOH从TP管流向负载电路。TP管导通，TN管截止，UOHOIOHVDDVDD=5V10V15V当前第25页\共有32页\编于星期日\14点CMOS门电路中的与或非门、异或门、同或门等下面重点介绍CMOS与非门和或非门2-5-3其它类型的CMOS门电路读者可以自学当前第26页\共有32页\编于星期日\14点一、CMOS与非门（以二输入为例）1、

组成两TP管在上，并联；两TN管在下，串联；2、工作原理只有当AB同为1、使串联的TN管同时导通时，输出才为0，其它情况输出为1。AB00011011T3P

T1P

T2N

T4NYBA功能特点：

3、输出逻辑表达式1110通通通通通通通通止止止止止止止止T1T3+VDDYT2T4ABY=A•BY=A•B当前第27页\共有32页\编于星期日\14点二、

CMOS或非门（以二输入为例）3、输出逻辑表达式：Y=A•B1、

组成两TP管在上，串联；两TN管在下，并联；2、工作原理只有当AB同为0、使串联的TP管同时导通时，输出才为1，其它情况输出为0。功能特点：AB00011011T3P

T1P

T2N

T4NYBA通止通止通通止止止止通通止通止通1000BAT3T1T2T4VDDY=A+B当前第28页\共有32页\编于星期日\14点为了克服上述缺点，可在门电路的输入、输出端增设“缓冲器”。

CMOS门电路的优点：电路结构简单CMOS门电路的缺点：1）输出电阻RO的大小，受输入端状态的影响2）输出电平UOL、UOH，受输入端数目的影响缓冲器可由CMOS非门组成。增加缓冲器后，电路的逻辑功能将改变：&11