北京交通大学数字电子技术第章

第二章逻辑门电路2.1基本逻辑门电路2.2TTL逻辑门电路2.3MOS逻辑门电路2.4集成逻辑门电路的应用2.5正负逻辑及逻辑符号的变换一、二极管与门和或门电路1．与门电路

2.1基本逻辑门电路输入输出VA（V）VB（V）VL（V）0V0V5V5V0V5V0V5V0V0V0V5V0101BLA0011输入0001输出

与逻辑真值表

2．或门电路输入输出VA（V）VB（V）VL（V）0V0V5V5V0V5V0V5V0V5V5V5V0101BLA0011输入0111输出

或逻辑真值表二、三极管非门电路输入输出VA（V）VL（V）0V5V5V0VLA01输入10输出非逻辑真值表二极管与门和或门电路的缺点：（1）在多个门串接使用时，会出现低电平偏离标准数值的情况。（2）负载能力差。解决办法：将二极管与门（或门）电路和三极管非门电路组合起来。三、DTL与非门电路工作原理：

（1）当A、B、C全接为高电平5V时，二极管D1～D3都截止，而D4、D5和T导通，且T为饱和导通，VL=0.3V，即输出低电平。（2）A、B、C中只要有一个为低电平0.3V时，则VP≈1V，从而使D4、D5和T都截止，VL=VCC=5V，即输出高电平。所以该电路满足与非逻辑关系，即：2.2TTL逻辑门电路一、TTL与非门的基本结构及工作原理1．TTL与非门的基本结构TTL与非门的基本结构2．TT惯L与非灶门的绕逻辑搏关系（1蹄）输课入全秃为高昌电平水3.命6V时。T2、T3饱和肾导通巴，实现赞了与撕非门肾的逻辑功星能之背一：输入妄全为杰高电舰平时耀，输出在为低战电平。由于T2饱和余导通捏，VC2=1V。T4和二游极管D都截略止。由于T3饱和问导通瞒，输杀出电榜压为辩：VO=VCE裂S3≈0铁.3V该发胜射结撑导通股，VB1=1V。T2、T3都截坝止。（2想）输谜入有衬低电根平0胆.3V时。实现秆了与昆非门榴的逻呢辑功能并的另周一方讯面：输入驰有低饰电平逆时，输出斯为高路电平。忽略垦流过RC2的电托流，VB4≈VCC=5V。由于T4和D导通面，所柜以：VO≈VCC-VBE嗓4-VD=5卵-0郑.7卸-0偏.7烟=3港.6摊（V）综合上述两种情况，该电路满足与非的逻辑功能，即：二、TT暴L与非层门的肤开关待速度1．TT吓L与非亲门提夫高工虚作速平度的膝原理（1副）采大用多缘瑞发射骄极三河极管梦加快良了存倾储电夸荷的饰消散今过程奶。（2烟）采借用了唇推拉调式输研出级诊，输爬出阻弱抗比串较小堪，可盗迅速纠给负院载电响容充拒放电询。2．TT巷L与非拒门传目输延要迟时其间tpd导通永延迟柳时间tPH冬L——从输射入波颈形上里升沿态的中承点到捷输出垄波形绢下降掌沿的吗中点昼所经成历的防时间解。一般TT伤L与非舟门传穗输延遇迟时荒间tpd的值滋为几允纳秒赔～十乌几个勿纳秒如。截止溪延迟围时间tPL备H——从输论入波错形下新降沿慢的中耐点到舌输出厘波形邀上升辣沿的筒中点虽所经钓历的往时间叉。与非门的传输延迟时间tpd：

三、TT五L与非玩门的凶电压坡传输计特性富及抗急干扰捏能力1．撇电压仔传输卡特性糕曲线较：Vo=f（Vi）ABCDE（1氏）输出查高电故平电赴压VOH——在正啄逻辑寺体制念中代穴表逻梨辑“劝1”矩的输据出电倦压。VOH的理填论值添为3邻.6V，产品尾规定铜输出闷高电利压的宿最小犬值VOH（mi抄n）=2趴.4V。（2涂）输出工低电劝平电娘压VOL——在正粪逻辑色体制育中代枯表逻遍辑“趁0”掩的输粪出电武压。VOL的理健论值弄为0跑.3V，产品狡规定恳输出那低电舰压的泊最大汉值VOL（ma使x）=0华.4V。（3）关门叔电平铜电压VOF时F——是指贺输出猎电压卡下降员到VOH（mi优n）时对扔应的齿输入良电压叼。即输入吐低电饶压的下最大纤值。热在产辟品手特册中遇常称锐为输入金低电瞎平电哨压，用VIL（ma趟x）表示敞。产辆品规群定VIL（ma债x）=0册.8V。2．苦几个孝重要塞参数（4倒）开门抛电平使电压VON——是指禾输出腥电压会下降沃到VOL（ma羽x）时对千应的缓输入含电压花。即输入带高电扯压的锡最小棵值。暮在产倡品手脾册中畜常称放为输入旗高电上平电惰压，用VIH（mi奖n）表示谋。产门品规早定VIH（mi拾n）=2V。（5愧）阈值搞电压Vth——电压瞎传输众特性傍的过旺渡区锋所对闭应的扒输入预电压忽，即锦决定缴电路猎截止芝和导线通的康分界维线，定也是老决定辽输出屡高、本低电越压的艇分界低线。近似绑地：Vth≈VOF营F≈VON即Vi＜Vth，与非裂门关映门，泄输出页高电惭平；Vi＞Vth，与非糠门开地门，日输出救低电冷平。Vth又常鞋被形罗象化薪地称颜为门槛意电压。Vth的值鸡为1序.3V～1位.４V。低电斤平噪如声容蝴限VNL＝VOF膜F-VOL（ma驴x）＝0菠.8V-0咸.4V＝0它.4V高电咐平噪玻声容塞限VNH＝VOH（mi块n）-VON＝2霜.4V-2闷.0V＝0驾.4VTT肆L门电必路的议输出抬高低谊电平割不是独一个掏值，寻而是灭一个普范围民。3．克抗干绩扰能锦力同样世，它物的输膨入高置低电衫平也首有一观个范欺围，亲即它绣的输蕉入信喷号允格许一锡定的销容差络，称榜为噪声挡容限。四、TT彼L与非钥门的臂带负尝载能宗力1．辈输入秆低电绳平电煮流IIL与输垄入高叫电平周电流IIH（1汤）输入蛮低电财平电衫流IIL——是指不当门摊电路较的输尚入端另接低般电平亦时，烈从门倍电路版输入助端流般出的石电流何。可以奋算出轨：产品劫规定IIL＜1销.6mA。（2均）输入恋高电怠平电急流IIH异——是指掩当门雕电路茂的输葵入端栗接高张电平恰时，陕流入寒输入态端的轨电流恋。有两秧种情粪况:①寄歌生三围极管周效应母：IIH=βPIB1，βP为寄摄生三皆极管胳的电恶流放闯大系做数。由于βp和βi的值女都远坟小于冲1，所以IIH的数颂值比费较小鸭，产桑品规霉定：IIH＜4序0uA。②倒卷置的秆放大六状态考：IIH=βiIB1，βi为倒括置放寒大的慨电流蓬放大际系数胞。（1签）灌足电流佳负载错——美当驱胸动门晨输出益低电氏平时青，电胡流从延负载采门灌鱼入驱僵动门裹。2．亩带负桂载能要力当负抹载门延的个拿数增德加，毁灌电峰流增舱大，糟会使T3脱离爷饱和央，输毕出低撒电平根升高妄。因倘此，帝把允缎许灌酒入输烈出端栗的电竖流定茫义为输出盖低电血平电版流IOL，产品勉规定IOL=1睁6mA。由此斥可得宰出:NOL称为索输出则低电遍平时即的扇昨出系竞数。（2词）拉店电流骡负载爪——匠当驱雹动门亮输出氏高电期平时舟，电屑流从末驱动炎门拉令出,临流至厉负载迅门的寇输入咬端。NOH称为输出想高电气平时聚的扇坊出系巡寿数。产品贫规定碍:IOH=0勇.4mA。由此植可得坏出：拉电单流增妙大时誓，RC4上的浸压降苦增大豪，会虑使输籍出高状电平另降低抚。因据此，萝把允产许拉禽出输置出端熄的电巾流定箭义为输出泳高电玻平电好流IOH。一般NOL≠NOH，常取反两者择中的夹较小炼值作狠为门档电路拐的扇裁出系塔数，竿用NO表示剩。五、TT口L与非胆门举蛇例—昼—7砍40馋074带00哀是一失种典组型的TT篮L与非认门器秧件，磨内部即含有哨4个白2输缓入端捐与非拌门，集共有额14御个引庙脚。害引脚贫排列净图如肃图所冷示。六、TT法L门电订路的裤其他科类型1．茶非门2．呼或非高门3．丈与或派非门在工辰程实穷践中民，有膛时需惭要将递几个酱门的扣输出巨端并烦联使令用，嘉以实点现与炊逻辑剖，称樱为线与。普通傅的TT惭L门电鲁路不犯能进高行线棚与。为此貌，专门澡生产愚了一歪种可切以进悟行线编与的奴门电或路—饥—集银电极郊开路瞒门。4．忠集电坡极开烈路门郑（OC门）（1哄）实骡现线独与。逻辑无关系医为:OC门主榆要有坊以下另几方仗面的疤应用同：（2返）实惹现电葬平转懒换。如图笼示，可使烧输出匠高电左平变群为1跟0V。（3透）用描做驱片动器议。如图抚是用毯来驱喉动发孤光二亏极管介的电按路。（1昨）当输恋出高童电平就时，RP不能饺太大酷。RP为最冤大值斯时要区保证俯输出红电压举为VOH（mi虽n）。OC门进宵行线塌与时垄，外舅接上溉拉电义阻RP的选拨择：得：VCC-VOH（min）=IIHRP（max）

由：（2圆）当输锦出低秧电平浓时所以砍：RP（五mi照n）＜RP＜RP（祸ma捞x）由：得：RP不能幕太小馒。RP为最悄小值狮时要丑保证腥输出态电压细为VOL亡（m坊ax吊）。（1近）三子态输称出门算的结非构及赤工作吵原理尚。当EN=0时，G输出初为1躬，D1截止皇，相材当于前一个泊正常漫的二结输入疲端与卖非门肥，称泽为正呀常工叮作状塞态。当EN=1时，G输出赴为0闻，T4、T3都截杰止。膛这时械从输确出端L看进孝去，牢呈现陪高阻班，称化为高劣阻态继，或遭禁止赛态。5．啄三态糊门去掉民非门G，则EN=1时，都为工泪作状告态，EN=0时，缺为高哑阻态售。三态略门在啄计算然机总简线结错构中荒有着懒广泛备的应助用。（a）组成虽单向梅总线宋——灾实现宅信号摧的分往时单誉向传脚送。（b）组成贿双向脚总线灯，实现壤信号步的分貌时双盘向传艳送。（2阿）三监态门民的应滋用七、TT稠L集成棉逻辑验门电献路系痒列简夜介1．残74响系列遵——庆为TT禁L集成赤电路复的早灰期产责品，详属中热速TT追L器件唐。2．薯74L系列秒——偿为低前功耗TT陷L系列巾，又梢称LT虽TL系列玩。3．辩74H系列仅——相为高晋速TT要L系列到。4．张74S系列寸——为肖辩特基TT庸L系列婶，进商一步室提高赶了速僻度。74S系列仿的几柳点改酿进：（1懒）采用死了抗工饱和鼓三极闭管5．鱼74LS系列瓦——喜为低疫功耗贿肖特棒基系拥列。6．够74AS系列剧——势为先颗进肖莲特基理系列武，7．渣74AL小S系列猜——为先盗进低功耗型肖特材基系愤列。（2仗）将Re械2用“沸有源虫泄放葬电路哪代替半”。（3缺）输颈出级盈采用赚了达兔林顿械结构朱。（4辨）输榆入端逗加了嘴三个绪保护回二极炉管。74S系列脱的几恐点改劝进：（1遥）采用吗了抗草饱和泳三极适管所以结输出烈为低嫌电平共。一、NM内OS门电妙路1．NM妙OS非门2.躺3MO域S逻辑选门电跳路逻辑蹄关系恭：（吸设两茧管的呈开启墙电压堤为VT1=VT2=4V，且gm1＞＞gm2）（1爷）当输雀入Vi为高如电平持8V时，T1导通述，T2也导蓝通。缓因为gm1＞＞gm2，所以沉两管牛的导犁通电判阻RDS符1＜＜RDS亡2，输出均电压宴为：（2贺）当统输入Vi为低脑电平侍0V时，2．NM知OS门电穿路（1泡）与赞非门T1截止虚，T2导通耀。VO=VDD-VT=8V尚=VOH，即输歌出为止高电极平。所以健电路适实现盖了非停逻辑肉。0101BLA0011输入1110输出

与非真值表（2贼）或事非门0101BLA0011输入1000输出

或非真值表1．惭逻辑及关系寻：（设VDD＞（VTN+|VTP|）正，且VTN=|VTP|）（1科）当Vi=0V时，TN截止宾，TP导通卵。输缴出VO≈VDD。（2蔑）当Vi=VDD时，TN导通责，TP截止欧，输凭出VO≈0V。二、CM烘OS非门CM全OS逻辑上门电著路是躁由N沟道MO笑SF迹ET和P沟道MO控SF戒ET互补勇而成鱼。（1召）当Vi＜2V，TN截止械，TP导通够，Vo≈VDD=1亮0V。2．想电压俯传输惧特性拐：CM晨OS门电允路的距阈值臣电压Vth=VDD/2（设兄:VDD=1剖0V吃，VTN=|VTP|=顽2V怪）（2惨）当2V＜Vi＜5V，TN工作瞧在饱巨和区糕，TP工作在可季变电蹦阻区怠。（3浩）当Vi=5V，两管宪都工喊作在戴饱和术区，Vo=（VDD/2距）=胶5V。（4嘉）当5V＜Vi＜8V，TP工作大在饱胡和区却，TN工作酬在可逗变电伟阻区介。（5钱）当Vi＞8V，TP截止河，TN导通夫，Vo=0V。3．桶工作口速度由于CM毛OS非门和电路授工作界时总原有一孔个管果子导琴通，鞋所以堵当带贪电容偏负载犯时，挂给电款容充谦电和谎放电乱都比液较快泻。CM冬OS非门煎的平预均传报输延难迟时良间约傍为1顷0ns。（2助）或红非门三、是其他汁的CM俯OS门电帆路1．CM宅OS与非持门和京或非纠门电扑路（1盒）与畏非门（3守）带搏缓冲嗓级的词门电旗路为了拍稳定乱输出环高低规电平监，可束在输浇入输南出端关分别声加反丧相器箩作缓咱冲级店。后级计为与翠或非作门，烈经过民逻辑穗变换籍，可晴得：2．CM笑OS异或灭门电长路由两怀级组辫成，府前级窝为或慢非门贵，输荐出为当EN=1时，TP2和TN2同时浸截止尊，输餐出为高阻舅状态。所以远，这业是一貌个低绍电平姨有效谢的三汇态门孤。3蒸．CM娘OS三态斤门当EN=0时，TP2和TN2同时导通，为正常的非门，输出4市．CM殖OS传输党门工作帅原理仰：（莫设两火管的晓开启线电压VTN=|VTP|）（1）当C接高电平VDD，接低电平0V时，若Vi在0V～VDD的范围变化，至少有一管导通，相当于一闭合开关，将输入传到输出，即Vo=Vi。（2）当C接低电平0V，接高电平VDD，Vi在0V～VDD的范围变化时，TN和TP都截止，输出呈高阻状态，相当于开关断开。1．CM唉OS逻辑桃门电泡路的反系列（1农）基哈本的CM剖OS——寇40决00系列睡。（2董）高速窝的CM那OS——HC系列氏。（3墨）与TT置L兼容愚的高恒速CM牙OS——HC京T系列吼。2．CM所OS逻辑菠门电滥路主快要参努数的哗特点（1挺）VOH（mi季n）=0扫.9VDD；VOL（ma型x）=0孟.0卷1VDD。所以CM早OS门电虑路的蔑逻辑翠摆幅怖（即拐高低雄电平断之差古）较拳大。（2挨）阈慰值电部压Vth约为VDD/2寸。（3间）CM角OS非门佳的关盘门电估平VOF普F为0捷.4雾5VDD，开门址电平VON为0押.5乐5VDD。因此波，其腐高、俯低电客平噪凳声容据限均碧达0亮.4吓5VDD。（4票）CM辞OS电路撒的功浪耗很残小，防一般舰小于雀1mW/门；（5涛）因CM篇OS电路刚有极夹高的爸输入烧阻抗盼，故掀其扇钩出系掌数很绍大，素可达厌50捧。四、CM粘OS逻辑怪门电尘路的法系列魂及主孕要参巧数一、TT砍L与CM朵OS器件出之间碰的接六口问却题两种冲不同穿类型娇的集辆成电爪路相貌互连画接，酷驱动沾门必徐须要栽为负砖载门克提供宗符合升要求泼的高狐低电唱平和唤足够井的输驶入电锣流，老即要早满足学下列祖条件区：驱动秀门的VOH（mi剖n）≥负载盲门的VIH（mi姨n）驱动坟门的VOL（ma础x）≤负载希门的VIL（ma晴x）驱动钥门的IOH（ma怨x）≥负载极门的IIH（总）驱动雪门的IOL（ma扰x）≥负载铁门的IIL（总）2.羡4撑集钢成逻庸辑门斤电路江的应吐用（b）用TT睛L门电誉路驱输动5V低电屯流继赤电器姻，其迟中二芦极管D作保元护，悼用以吓防止塑过电辜压。二、TT边L和CM厉OS电路剃带负袖载时早的接处口问舞题1．对于凯电流饮较小绝、电酬平能传够匹轨配的烫负载沉可以师直接越驱动虾。（a）用TT等L门电绩路驱碎动发驻光二跑极管LE滔D，这时狂只要倘在电办路中著串接朽一个捆约几俊百W的限蜂流电敬阻即夕可。2．肢带大皇电流漫负载（a）可将货同一破芯片哲上的片多个据门并内联作控为驱信动器烈。（b）也可付在门借电路镇输出伸端接搁三极夸管，剑以提屠高负摩载能泉力。（2港）对度于或舒非门歇及或信门，艳多余们输入道端应逢接低电丹平，比耗如直惰接接假地；堡也可匠以与缴有用崖的输拴入端嫌并联压使用款。三、溪多余跑输入善端的敞处理（1迹）对绢于与伸非门医及与吊门，殿多余着输入被端应喜接高电灭平。如甩直接嫩接电汤源正私端，贫在前圾级驱捏动能柔力允蔬许时疫，也馒可以手与有大用的蝇输入仇端并鞭联使方用。3．属