逻辑门电路的基本应用-门电路

（2-0）一、二极管与门YD1D2AB+5V逻辑变量逻辑函数(uD=0.3V)000010

ABY100111真值表：逻辑式：Y=A•B逻辑符号&ABY3逻辑门电路二、二极管或门YD1D2AB-12V000011

ABY101111逻辑式：Y=A+B逻辑符号：

ABY真值表：（2-2）RRAY+12V三、三极管非门逻辑式：逻辑符号1AY真值表：

组合逻辑门是由与门、或门、非门中的全部或若干种结合在一起构成的逻辑门。1.与非门

与门在前，非门在后，串联则构成与非门。与非门的真值表和与非运算一致，见右表。与非门的逻辑关系和与门的逻辑关系相反，只有各输入端都是“1”，输出才为“0”，输入端只要有“0”，输出为“1”。与非门的逻辑符号如下图所示。与非门是应用最广的门电路之一。ABY001011101110Y

或门在前，非门在后，串联即可构成或非门。或非门的逻辑关系为：有“1”出“0”，全“0”出“1”，或非门的输出和或门正好相反，或非门的真值表见下表。或非门的逻辑符号如下图所示。2.或非门ABY001010100110

与门在前，后接或非门，则构成与或非门。与或非门的逻辑符号如图所示。若干个与门先分别进行与运算，然后，对与运算的结果再进行或非运算。真值表和逻辑符号如下所示，既可为0，也可为1。3.与或非门

解：由逻辑图可以写出逻辑关系式输出信号Y的波形如图3.8所示。图3.7例3.1图

图3.8例3.1的题解图

【例3.1】试写出图3.7所示电路的逻辑式，并根据给定的输入波形画出输出波形Y。

3.3TTL门电路TTL门电路是由三极管构成的集成电路，属于双极型器件，具有工作速度快、稳定性好、负载能力强等优点，但是功耗较大，工艺复杂，不易做成大规模集成电路。这类数字集成门通称为TTL集成逻辑门电路。TTL门电路TTL与非门电路三态输出与非门电路+5VABCT1R1R2T2T3T4T5R3R5R4Y+5VABCR1C1B1TTL与非门电路多发射极晶体管T1

等效电路+5VABCT1R1R2T2T3T4T5R3R5R4Y

设:

uA=0.3VuB=uC=3.6V，则

UB1=0.3+0.7=1VRLuY=5–ube3–ube4–uR2=5–0.7–0.7=3.6V拉电流UB1=1VuY=3.6V•T2、T5截止，T3、

T4导通Y=1+5VABCR1C1B11.输入不全为

1+5VABCT1R1R2T2T3T4T5R3R5R4Y设

uA=uB=uC=3.6V，输入端全部是高电平，UB1升高，足以使T2、T5导通，uo=0.3V,Y=0。且UB1=2.1V，T1发射结全部反偏。UC2=UCE2+UBE5=0.3+0.7=1V，使T3导通，T4截止。灌电流T1R1+UccUB1=2.1VUC2=1VuY=0.3V+5VABCR1C1B12.输入全为1集成门电路电气特性及主要参数

电压传输特性：输出电压uO与输入电压uI的关系曲线。1.曲线分析2.输入输出电平

(1)输出高电平UOH下限典型值为3V。(2)输出低电平UOL

上限典型值为0.3V。集成门电路电气特性及主要参数

13(3)开门电平UON一般要求UON≤1.8V(4)关门电平UOFF一般要求UOFF≥0.8V

在保证输出为额定低电平的条件下，允许的最小输入高电平的数值，称为开门电平UON。

在保证输出为额定高电平的条件下，允许的最大输入低电平的数值，称为关门电平UOFF。集成门电路电气特性及主要参数

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(5)阈值电压UTH

电压传输特性曲线转折区中点所对应的uI值称为阈值电压UTH（又称门槛电平）。通常UTH≈1.4V。

(6)噪声容限（UNL和UNH

）噪声容限也称抗干扰能力，它反映门电路在多大的干扰电压下仍能正常工作。

UNL和UNH越大，电路的抗干扰能力越强。集成门电路电气特性及主要参数

15①低电平噪声容限（低电平正向干扰范围）

UNL=UOFF-UILUIL为电路输入低电平的典型值（0.3V）若UOFF=0.8V，则有UNL=0.8-0.3=0.5(V)②高电平噪声容限（高电平负向干扰范围）

UNH=UIH-UON

UIH为电路输入高电平的典型值（3V）若UON=1.8V，则有UNH=3-1.8=1.2(V)集成门电路电气特性及主要参数

16平均传输延迟时间tpd

平均传输延迟时间tpd表征了门电路的开关速度。tpd=（tpLH+tpHL）/2TTL与非门的传输延迟时间

集成门电路电气特性及主要参数

3.4CMOS门电路MOS门电路由绝缘栅型场效应管组成，由NMOS和PMOS两种场效应管组成的互补型MOS电路称为CMOS门电路。CMOS电路是一种制造工艺简单、功耗低、抗干扰能力强、便于集成的数字集成器件，目前应用非常广泛。CMOS门电路CMOS非门电路CMOS与非门电路CMOS或非门电路

1．CMOS非门电路CMOS非门电路又称为CMOS反相器。驱动管VT1（N沟道增强型MOS管）和负载管VT2（P沟道增强型MOS管）形成互补对称结构，其栅极连接输入端A，漏极连接输出端Y，衬底与各自的源极相连。图3.16CMOS非门电路

2．CMOS与非门电路两输入的CMOS与非门电路如图6.3.17所示，驱动管VT1和VT2是NMOS管，在结构上串联。负载管VT3和VT4采用并联的PMOS管。负载管整体与驱动管串联。VT1和VT3的栅极相连形成输入端A，VT2和VT4的栅极相连形成输入端B。图3.17CMOS与非门电路3．3其它门电路——OC门及TSL门问题的提出:为解决一般TTL与非门不能线与而设计的。①A、B不全为1时，uB1=1V，T2、T3截止，Y=1。接入外接电阻R后：②A、B全为1时，uB1=2.1V，T2、T3饱和导通，Y=0。外接电阻R的取值范围为：1.OC门2.OC门的主要用途

①线与

从图中可以看出，仅当所有OC门的输出都是高电平时，Z才为高电平，任一个OC门输出为低电平时，Z就是低电平，所以输出Z的逻辑表达式为：

从表达式中可知，此电路通过输出线的相连，就实现了“与逻辑”功能，这称为“线与”。

OC门线与②电平转移

一般TTL电路输出高电平为3.6V，在需要不同高电平电压值输出的情况下，也可以用OC实现。如图所示电路中，OC电路的输出经负载电阻RL接向+10V电源电压VCC。这样，当电路输入低电平时输出管截止，输出高电平电压值为10V。

OC实现电平转移③用作驱动电路

OC门通常具有较大电流驱动能力，可直接用它驱动指示灯、继电器、脉冲变压器等等，其连接见下图。

OC门用作驱动电路3.TSL门①E＝0时，二极管D导通，T1基极和T2基极均被钳制在低电平，因而T2～T5均截止，输出端开路，电路处于高阻状态。结论：电路的输出有高阻态、高电平和低电平3种状态。②E＝1时，二极管D截止，TSL门的输出状态完全取决于输入信号A的状态，电路输出与输入的逻辑关系和一般反相器相同，即：Y=A，A＝0时Y＝1，为高电平；A＝1时Y＝0，为低电平。4.TSL门的应用：用于控制信号的传输①作多路开关：E=0时，门G1使能，G2禁止，Y=A；E=1时，门G2使能，G1禁止，Y=B。②信号双向传输：E=0时信号向右传送，B=A；E=1时信号向左传送，A=B。③构成数据总线：让各门的控制端轮流处于低电平，即任何时刻只让一个TSL门处于工作状态，而其余TSL门均处于高阻状态，这样总线就会轮流接受各TSL门的输出。9.3.4集成逻辑门电路中的几个实际问题1.TTL门电路与CMOS门电路性能的比较（1）与TTL相比，CMOS的功耗非常低。（2）TTL电源电压范围较窄，典型值为+5V；CMOS电源电压范围较宽，易于与其他电路接口。（3）CMOS门电路的工作速度低于TTL门电路，HCMOS，其工作速度与TTL门电路差不多。当CMOS门电路的电源电压UDD=+5V时，它可以和低耗能的TTL门电路兼容。262.TTL门电路与CMOS门电路的接口UOH(min)≥UIH(min)UOL(max)≥UIL(max)IOH(max)≥nIIH(max)IOL(max)≥mIIL(max)（1）TTL门电路驱动CMOS门电路输出端与电源之间接入一个电阻（上拉电阻）。（2）CMOS门电路驱动TTL门电路驱动能力范围内：直接连接驱动能力范围外：扩流27TTL电路驱动CMOS电路的接口电路的作用是：提高输出高电平，以便与CMOS电路逻辑电平相容。TTL驱动CMOS2.CMOS驱动TTLCMOS驱动TTL要解决的问题是增大其驱动电流。为此，可以用专门用于CMOS电路驱动TTL电路的接口电路或用晶体管衔接。

A、利用独立电流放大器利用三极管的电流放大作用，为TTL负载提供足够大的