电子线路与数字逻辑教案

教案说明

教案是教师为实施课堂教学，实现教学大纲要求而精心设计的授课方案；是

教师依据教学大纲，在深透钻研教材，参考大量有关资料的基础上，遵循教案编

写程序形成的文字材料。

一、教案大纲基本内容及要求

1、教学目标：包括知识目标、能力培养目标和思想教育目标，确定教学目

标的依据一是大纲，二是教材，三是学生。教学大纲规定了各年级、各学科的基

础知识和基础技能训练的基本要求，因此不能脱离大纲的指导；每章节教材都有

各自的特点，因此必须从具体的教材内容出发；学生的知识水平和接受能力也有

差异，因此又必须针对学生的实际情况。只有三者兼顾，教学目标才能准确定位。

2、课时安排：根据教学计划，按章节安排课时。课时安排要根据教学内容

要求和学生的接受能力而定，各课时教学内容的分配要讲究科学性、合理性。

3、重点难点：教学重点是教材中为了达到教学目的而着重指导学生必须熟

练掌握的内容。教学难点就是学生对教材中不易理解掌握的地方。重点和难点的

确定，一定要站在学生的角度去考虑。教师认为易学好懂的地方，学生不一定感

到好学。

4、主要内容：按章节详细编写授课内容，突出重点难点，每章节讲稿的内

容是教学大纲的分散点和具体落脚点，要突出重点，分散难点，每堂课教学内容

的量要基本相近，不能过轻或过重。在讲稿编写过程中，尽可能针对教学过程中

的主要内容设计板书。

5、教学方法与手段：教学方法是在科学理论指导下，探求完成教学任务，

实现最佳效果所选用的教和学的方法。教学方法的选择主要依据一定的教学目

的，因此，它所要求的教法巨然也不同。教学方法的选择和运用要从实际出发，

除了依据一定的教学目的,还要依据教材的特点，以及符合学生掌握知识的规律,

要在实践中不断改进教学方法和手段，以期获得良好的效果，

6、教具准备：教学过程中需要用的辅助材料。

7、教学后记：教师应重视填写“教学后记”，把课堂上出现的一些偶发事件

的处理、教学艺术火花的闪现、教学环节的巧妙衔接等都记录下来，作为研究教

学的第一手资料。

二、教案质量标准及质量保证

1、教学目标要求准确，符合人才培养目标。

2、教学内容所涉及的知识信息，要求把握好教什么与学什么、深度与广度、

重点与难点、能力点和思想教育点等。

3、教学方法与手段要能达到提高教学质量的目的，教法要灵活、得当，师

生要互动。

4、教学后记能够作用于以后的教学活动。

5、任课教师必须在授课前认真编写教案，并经教研室主任组织审定，合格

者再经学院批准后方可在教学中使用。

6、编写完的教案及讲稿应及时并不断地补充、修正、完善，吸收教改和科

研新成果，反映学科和课程的前沿动态。

7、任课教师授课时必须携带教案。

课程教学进度表

（2016—2017学年学期适用）

任课老师在每学期开课前根据课程教学大纲编写“课程教学进度表”，经教

研组讨论后在开学后一周内发至学生班级，学院备案。

学院：信工学院系所：电工电子中心任课教师：郑朝丹

性别：女年龄：38职称：讲师

学历学位：博士研究生所学专业：电子材料

课程名称：电子线路与数字逻辑

任课班级：信息安全15级

负责人签字：郑朝丹

本

学已本学期本学期时数

课

完

课

上

周

程

成

堂

课

学

学

总分小讲实设计实

讨

周

时

时

时

数

数

数

数

数计课论验作业践

48316348

教学方式课堂讲解

教材《数字逻辑》第四版，欧阳星明

《电子技术基础》数字部分，第六版，康华光，2014

教学参考书

《电子学》第二版，PaulHorowitz等著,吴利民等译，2013

周B教学内容教学环节及时数

实

（包括讲课、习题课、课堂讨论、验

饼习题设其合

次实备注

B课计他计

课践

实验课、课程设计、作业及其他）

1.1.概述；数字系统介绍、数字逻辑

4.12

电路的类型和研究方法；

认识常见电子元器件（RC/LC）、二

5.12

极管、三极管

1.2.数制及其转换1.3带符号二进

6.1制数的代码表示；L4几种常用的编2

码

2.1.逻辑代数的基本概念；2.2逻

7.12

辑代数的基本定理和规则；

2.3逻辑函数表达式的形式与变换

7.22

2.4逻辑函数化简

3.1数字集成电路的分类；3.2半导

8.12

体器件的开关特性

3.3逻辑门电路，简单逻辑门电路，

9.12

TTL逻辑门电路

9.23.3.2TTL集成逻辑门电路2

10.13.4触发器，基本RS触发器2

11.13.4.2常用的钟控触发器2

11.24.1组合逻辑电路的分析2

12.14.2组合逻辑电路的设计2

13.14.3组合逻辑电路的险象的处理2

7.1常用中规模组合逻辑电路：加

13.22

法器、译码器、编码器

7.1.2选择器与分配器；7.2计数

14.12

器，寄存器

15.15.1时序逻辑电路概述2

5.2同步时序逻辑电路的分析方

15.22

法

5.3同步时序逻辑电路的设计方

16.12

法

7.2常用中规模时序逻辑电路：计

17.12

数器、寄存器；

7.2常用中规模时序逻辑电路：计

17.22

数器、寄存器；

18.17.3.1555定时器2

19.17.3.2集成D/A转换器2

19.27.3.3集成A/D转换器2

教案

第一幸数李还科基础

计划学时：8

教学目标与要求：

（1）理解数字电路和数字信号的基本概念；掌握数制及转换，理解8421BCD码。

（2）熟练掌握逻辑代数的基本运算和基本定律，熟悉常用门电路的逻辑符号。

（3）熟悉常用函数的表示方法，掌握表达式、真值表、逻辑图间的相互转换。

（4）熟练掌握公式法和卡诺图法化简逻辑函数的基本方法；

教学主要内衮、时间安挑及教学方法与手段：

1绪论（包括：模拟信号和数字信号，模拟电路、数字电路和混合信号电路，数

字电路的优点，数字电路的发展及应用）

2数制和码制

3逻辑代数基础（包括：基本逻辑运算、复合逻辑运算，基本公式和常用公式、

基本规则）

4逻辑函数及其表示方法

5逻辑函数的两种标准形式

6逻辑函数的化简（包括：逻辑函数化简的意义，逻辑函数的公式化简法，逻辑

函数的卡诺图化简法）

重A和难皮：

（1）基本逻辑运算；基本的公式、定律和规则。

（2）逻辑函数的真值表、逻辑式、逻辑图之间的相互转换。

（3）逻辑函数的两种化简方法。

第一讲

数字电路概述

1.数字电路与模拟电路

电子电路中的信号可分为两类一模拟信号和数字信号。

模拟信号是在时间和幅隹上都连续变化的信号，例如温度、压力、磁场、电

场等物理量通过传感器变成的电信号，模拟语音的音频信号和模拟图像的视频信

号等，如图1.1（a）所示。对模拟信号进行传输、处理的电子线路称为模拟电路。

数字信号是在时间和幅值上都不连续变化的离散信号，也可以说是由低电平

电信号和高电平电信号组成的信号，例如计算机中各部件之间传输的信息、VCD

中的音视频信号等，如图1.1（b）所示。对数字信号进行传输、处理的电子线路

称为数字电路，如数字电子钟、数字万用表的电子电路都是由数字电路组成的。

（a）模拟信号波形（b）数字信号波形

图L1模拟信号和数字信号波形

2.数字电子技术的特点

1）数字电路的特点：精度高、可靠性强、应用范围广、.集成度高且成本低、

功耗低。

2）研究的主要问题：输入信号的状态（0或1）与输出信号的状态间的逻辑关

系。

3）研究数字电路的数学工具：逻辑代数

3.数字电路的分类

1）按集成度：小规模（SSI）、中规模（MSI）、大规模（LSI）、超大规模（VLSI）

2）按开关器件类型：双极性（TTL型）、单极性（M0S型）

3）按有无记忆功能：组合逻辑电路、时序逻辑电路

1.1数制与码制

1.1.1数制

数制是表示数值大小的各种计数体制，即计数进位制的简称。

1.十进制

1）基数（radix）：10

2）数码：1,〜，10

3）进位规律：逢十进一

4）权：其中i=

[-/H?（7臂W是小鬻数入包.）

2.二进制

1）基数：2

2）数码：1,0

3）进位规律：逢二进一

4）权：T

3.八进制

4.十六进制

数码：0〜9及A、B、C、D、E、F

十进制中的10〜15在十六进制中用A、B、C、D、E、F表示

1.1.2数制转换

1、其它进制数n十进制数

方法：加权系数求和法

【例1.1]（11001.011）2=（?）10

432,O12

解：（11001.011）2=1X2+1X2+0X2+0X2+1X2+0X2+1X2'

+1X2-3

=16+8+0+0+1+04-0.25+0+0.125=（25.375）

2、十进制数n其它进制数

方法：1）整数部分：除基数取余法（倒序）

2）小数部分：乘基数取整法

【例1.2】（50,75）|。=（110010.11.

3、二进制=八进制o十六进制

方法：分组转换法

【例1.3](11001.11)2=(31.6)a=(19.C)u.

1.1.3码制

数码不仅可以表示大小，也可以表示事物，这种表示不同事物代号的数码叫

代码。编制代码遵循的规则称为码制。

二一十进制编码又称为BCD(BinaryCodedDecimal)码，即用二进制

代码表示十进制的十个数码0〜9。至少要用四位二进制数才能表示0〜9,

而四位二进制有16种组合，要在16种组合中挑出10个，分别表示0〜9,怎么

挑呢？不同的挑法构成了不同的BCD码，如：8421码、2421码、余3码、格雷

码等。

1.8421BCD码(恒权码)用自然二进制的0000〜1001来分别表示十进制

数的0〜9十个数码的，从高位到低位的权分别为8、4、2、1。

()(801.93)10=(100000000001.10010033)842g

注意：8421BCD码#四位二进制数

2.5421BCD码(恒权码)

3.余三码(无权码)余三码中每位的数码没有固定的权，它可由8421码加

3得到。余三码组成的四位二进制数比它代表的十进制数码多三。

1.2逻辑代数基础

L2.1基本的逻辑运算

1.与运算

1)与逻辑：只有决定某个事件的全部条件同时具备时，这件事才发生，这

种因果关系叫做与逻辑。

2)真值表

3)逻辑表达式丫=4・BA-&

B一

4)与门逻辑符号

与门逻辑符号

5)基本运算规则：

2.或运算

1）或逻辑：在决定某个事件的各个条件中，只要有一个具备，这件事情就

会发生，这种因果关系叫做或逻辑。

2）真值表

3）逻辑表达式y二4+81一N1

B一

4）或门逻辑符号

成门逻辑符号

5）基本运算规则：

3.非运算

1）非逻辑：只要条件具备了，事件就不会发生；而当条件不具备时，事件

一定发生，这种互相否定的因果关系叫做非逻辑，也叫做逻辑求反。

2）真值表

3）逻辑表达式Y=A

4）非门逻辑符号

5）基本运算规则：

非n龙辑符丹

4.复合逻辑运算

1）与非运算

①表达式

②谡辑符号

2）或非运算

①表达式丫=从+8

②逻辑符号

3）与或非运算

①表达式Y=AB+CD

②逻辑符号

4）异或运算

①表达式y-4④〃

②逻辑符号

③真值表

5）同或运算

①表达式y=AOB=NZ+A3

②逻辑符号

③真值表

第二讲

L2.2逻辑代数的基本公式、定理和规则

1.逻辑代数的基本公式

1)逻辑常量运算公式

2)逻辑变量与常量运算公式

0-1律：4+O=A,A+l=l;Al=A,AO=O

互补律：A+A=IAA=O

重叠律(自等律)：A+A=A4A

双重否定律(还原律)：A=A

3)逻辑代数的基本定理

交换律：AB=BAA+B=B+A

结合律：(AB)-C=4(B・C)(A+B)+C=A+(B+C)

分配律：A(B+C)=AB+ACA+BC=(A+B)(A^C)

反演律(摩根定律)：A+B=AB7TB=~A+'B

吸收律：

A+AB=AAB+AB=A

A+AB=A+B

AB+AC+BC=AB+AC

2.逻辑代数的三个基本规则

利用这三个规则，可以得到更多的公式，也可扩充公式的应用范围。

1)代入规则

任何一个含有变量A的等式，如果将所有出现A的位置都用同一个逻辑函数

代替，则等式仍然成立。

例如，己知等式而=1+豆，用函数Y二AC代替等式中的A,根据代入规贝IJ,

等式仍然成立，即有：

(AC)B=AC+B=A+B+C

据此可以证明n个变量的摩根定律成立。

2）反演规则

对于任何一个逻辑表达式Y,如果将表达式中的所有“产换成“+”

换成“・"，“0”换成“1”，“1”换成“0”，原变量换成反变量，反变量换成

原变量，那么所得的表达式就是函数Y的反函数（或称补函数）Fo这个规则称

为反演规则。

利用反演规则可以很容易地求出一个函数的反函数。

注意：①逻辑运算的优先顺序不变；②不是单个变量的反号保持不变。

3）对偶定理

对于任何一个逻辑表达式Y,如果将表达式中的所有“・”换成“+”，

“+”换成“・"，“0”换成“1”，“1”换成“0”，而变量保持不变，则可得到

一个新的函数表达式Y',Y'称为函数Y的对偶函数，这个规则称为对偶规则。

例如：

对偶规则的意义在于：如果两个函数相等，则它们的对偶函数也相等。

【例1】证明逻辑等式：AB^ABC+ABD+AB（C+D）=AB

1.3逻辑函数的建立及其表示方法

1.3.1逻辑函数的建立

【例2】三人多数表决电路

设定变量，状态赋值；列些真值表

1.3.2逻辑函数的表示方法

常用的逻辑函数表示方法有：

1.逻辑表达式（不唯一）

2.真值表（唯一性）

3.卡诺图（唯一性）

4.逻辑图（不唯一）

5.波形图（不唯一）

1.3.3逻辑函数的最小项表示法

1.最小项：所有变量都以原变量或以反变量的形式出现一次，并只出现一次

的与项（乘积项）

2.编号表示法：/〃i

3.性质：

l）n个变量的逻辑函数有2n个最小项。

2）任意一个最小项，只有一组变量取值可使其值为1。

3）任意两个不同最小项的乘积必为Oo

4）全部最小项的和必为lo

4.逻辑函数的最小项表达式

【例3】将丫=初+及展开成最小项表达式。

1.3.4逻辑函数不同表示方法间的转换

1.真值表o表达式

［例4］写出例2直值表的逻辑函数表达式。

【例5】写出例3逻辑函数表达式的真值表。

2.逻辑图=表达式

【例6】写出下图所示逻辑图的逻辑函数表达式。

【归纳总结】

逻辑代数的基本公式、定律和定理是逻辑代数的基础，必须熟记于心，才能

做到灵活运用；逻辑函数表达式有不同的表示方法，最小项及函数的最小项表示

法要熟练掌握。

第三讲

【引入】

根据逻辑表达式，可以画出相应的逻辑图。但是直接根据逻辑要求而归纳出

来的逻辑表达式及其对应的逻辑电路，往往不是最简单的形式，这就需要对逻辑

表达式进行化简。用化简后的逻辑表达式来构成逻辑电路，所需的门电路的数目

最少，电路最简单，这样有利于提高运算速度、稳定性，也比较经济。

【新课】

1.4逻辑函数的化简方法

化简逻辑函数经常用到的方法有两种：一种是公式（代数）化简法，就是利

用逻辑代数中的公式进行化简；另一种是卡诺图化简法，用来进行化简的工具是

卡诺图。

L4.1逻辑函数的最简表达式

逻辑函数表达式的一般形式：

与-或表达式

或-与表达式

与非-与非表达式

或非-或非表达式

与-或-非表达式

每种表达式都有相应的最简形式。

L4.2公式化简法

公式化简法就是运用逻辑代数的基本公式、定律和定理来化简逻辑函数的一

种方法。

1.常规法：利用几个常用的公式化简

AB+AB=A

A+AB=A

A+AB=A+B

AB+AC+BC=A13+AC

【例1】用公式法化简逻辑函数丫=入5+A万心+•

（略）

【例2］用公式法化简逻辑函数y=4）+A5+AB+XC+心O+A5研

（略）

2.配项法

利用公式4+入=1;A^=0;A+A=4;AB+^C+5C=AB+KC,先写入某项，

展开后消去多余项。

【例3】用公式法化简逻辑函数y=A三+8个+杀7+反'

（有两种答案：Y=AB+AC+BC=AB+AC+BC）

公式化简法的优点是简单方便，不受逻辑变量数目的限制，适用于变量较多

的逻辑函数是化简。缺点是直观行差，难以判断所得的结果是否为最简。而卡诺

图化简法具有直观、形象且有规律，是逻辑函数化简的一种常用方法。

L4.3卡诺图化简法

卡诺图化简法是将逻辑函数用卡诺图来表示，在卡诺图上进行函数化简的方

法。

L卡诺图

1）逻辑相邻性：如果一个逻辑函数的某两个最小项只有一个变量不同，其

余变量均相同，则称这样的两个最小项为相邻最小项。

2）卡诺图：将代表n个变量的逻辑函数的2n个最小项的小方格，按相邻规

则排列的方格图。

3）画法:

^BC

A\()001II10

0口|「

1

2变St片诺图3变5H：曲图

2.逻辑函数的卡诺图

在卡诺图上那些与给定逻辑函数的最小项相应的方格内填入1,其余的方格

内填入0（或省略不填），即得到该函数的卡诺图。

【例4】画出逻辑函数y二通心+Mc+A前+ABC的卡诺图。

［例5］画出逻辑函数y（A8c。）=＞皿3,4,6,7,1114,15）的卡诺图。

3.化简逻辑函数

1）合并相邻项的规律：

2n个标1的相邻最小项（相邻1方格）合并，可消去n个变量。

2）化简的步骤：

①画变量的卡诺图

②画出函数的卡诺图一一填“1”

③合并相邻1方格最小项一一圈“1”

④写最简与或表达式

【例6】试用卡诺图化简逻辑函数丫=茄心+^C+痛心+ABC。

\CD

AB\OQ0111io

6

A\00011110

11

0-0-10

【例7］试用卡诺图化简逻辑函数y（A民CD）=Z〃z（l,3,4,6,7,11,14,15）。

（略）

3）画圈原则：圈数最少、圈尽可能大、有小到大、不能遗漏。

注意：2n个标1的相邻最小项（相邻1方格）才能合并

1方格可以重复圈，但在新包围圈中至少要有一个尚未圈过的1

方格。

第四讲

【复习巩固】

1)逻辑函数的化简方法

2)卡诺图化简法中，圈1时注意事项

【例1】试用卡诺图化简逻辑函数y=AB+AC3+8己5+M+A次力

分析：利用合并相邻项的规律简化填“1”过程

1.4.4具有无关项的逻辑函数的化简

1.无关项及其表示法

(1)无关项

在逻辑函数中变量的某些取值组合根本不会出现，或不允许出现。取值根本

不会出现或不允许出现的变量取值组合所对应的最小项叫做约束项或无关项。

如“8421BCD码显示译码器电路”

“水箱问题”中的无关项问题。

(2)性质

(3)表示法

逻辑表达式：约束条件

真值表(卡诺图)：x

2.具有无关项的逻辑函数的化简

根据需要，将“X”n“1”

【例2】化简逻辑函数

尸(AB,C,D)=£川0,2,4,6,8)+1,12,13,14,15)

【本模块小结】

数字逻辑基础是是逻辑电路分析和设计的基础。要熟练掌握逻辑代数的基本

逻辑运算和基本定律，熟悉常用门电路的逻辑符号；熟悉常用逻辑函数的表示方

法，掌握表达式、真值表、逻辑图间的相互转换；熟练掌握公式法和卡诺图法化

简逻辑函数的基本方法。需要重点把握：逻辑函数不同表述方法之间的相互转换

和逻辑函数的两种化简方法

【习题1］化简LA8+AC+8C

【习题2】化简y=Mc+A比+AB乙+ABC

【习题3】化简

y(A,8,O=£〃z(024,5,6)

ABC=O

注意：“X”="1”，但不是“1”

【习题4】写出给定逻辑图的输出函数表达式。

教研组意见：

负责人签字：年月日

教学后记(实施情况及分析人

舄二幸集成门电路

计划学时：6

教学百标与要求：

（1）了解半导体器件的开关特性。

（2）熟练掌握基本逻辑门（与、或、与非、或非、异或门）、三态门、OD门（OC

门）和传输门的逻辑功能。

（3）学会门电路逻辑功能分析方法。

（4）掌握逻辑门的主要参数及在应用中的接口问题。

教学主要内宗、时间安挑及教学方法与手段：

1CMOS门电路（MOS管的开关特性、CMOS反相器的电路结构和工作原理、

CMOS与非门、或非门和与或非门、CMOS门电路的电气特性、CMOS逻辑电

路系列、CMOS漏极开路门、CMOS三态门、CMOS传输门）

2TTL门电路（二极管和三极管的开关特性、分立元件门电路、LSTTL与非门、

LSTTL门电路的电气特性、TTL集电极开路门和三态门）

3集成门电路的接口

重A和唯A：

（1）CMOS门电路的结构和功能。

（2）TTL门电路的结构和功能。

第一讲

概述

逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。简称门电路。用逻

辑I和0分别来表示电子电路中的高、低电平的逻辑赋值方式，称为正逻辑，

目前在数字技术中，大都采用正逻辑工作；若用低、高电平来表示，则称为负逻

辑。本课程采用正逻辑。

获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导通、截止（即开、关）

两种工作状态。

在数字集成电路的发展过程中，同时存在着两种类型器件的发展。一种是由

三极管组成的双极型集成电路，例如晶体管-晶体管逻辑电路（简称TTL电路）

及射极耦合逻辑电路（简称ECL电路）。另一种是由MOS管组成的单极型集成电

路，例如N-MOS逻辑电路和互补MOS（简称COMS）逻辑电路,

分立元件门电路

二极管的开关特性

AJD(mA)

时，二

&v0.5V%-I

极管截止，iD=0o

UBR

UD(V)

To-0.50.7

S>0.5U时，

伏安特性一极管导通。开关电路

D

时的等效电路%=5U时的等效电路

%=ov时，二极管截止,%=5U时，二极管导通，如

同0.7U的电压源，以。=4.3巩

如同开关断开，uo=OVo

二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度。

三极管的开关特性NPN型三极管截止、放大、饱和3种工作状态的特点

工作状态截止放大饱和

条件4=00<4<4s九

发射结反发射结正发射结正

偏偏偏

偏置情况集电结反集电结反集电结正

偏偏偏

工Ub8>0,UBC<0UBE>0,UBC>0

作集电极电4=0lc=B2B】c=Jcs

特流

点&E=KC-UcE=%S=

ce间电压如=Kc

0.3V

很大，很小，

ce间等效

相当开关可变相当开关

电阻

断开闭会

二极管门电路1、二极管与门

>+丘(+w)

j输入输出

5VDi3kQA8Y

Ld____

N000

J匕010

0VBo-100

111

I工D,

WA"BUY

I导通导通

OVOV0.7V

A

OV5V0.7V导通截止0-----&

—oY

5VOV0.7V截止导通B

1截止截止0—

5V5V5V

2、二极管或门

5VA

OV

小珠M-D.D2

OVOV截止

OV4.3截止

OVV截止

5V4.3导通

5VV导通

0V4.3截止

5V5VV导通

导通

三极管非门

三极管临界饱和时

的基极电流为：

5-0.3…人

--------=0.16mA

30x1

理〉&$，三极管工作

在饱和状态。输出电

压〃Y=&ES=03V。

AY

①〃A=OU时，三极管截止，jB=0,ic=0,01

输出电压〃Y=%C=5V

10

②以=5U时，三极管导通。基极电流为:

4.3

组合逻辑门电路

1、与非门电路

XC

5

0

第二讲

集成逻辑门电路

一、TTL与非门

1、电路结构

(1)抗饱和三极管

作用：使三极管工作在浅饱和状态。因为三极管饱和越深，其工作速度越慢，为

了提高工作速度，需要采用抗饱和三极管。

构成：在普通三极管的基极B和集电极C之间并接了一个肖特基二极管(简称

SBD)o

特点：开启电压低，其正向导通电压只有0.4V,比普通硅二极管0.7V的正向导

通压降小得多；没有电荷存储效应；制造工艺和TTL电路的常规工艺相容，甚至

无须增加工艺就可制造出SBDo

(2)采用有源泄放电路+&(+5V)

上图中的V6、L、R6组成。

2、HL与非门的工作原理£4

221----------~0

⑴月的等效电路?3D3

匕是多发射极三极管，其有三个发射结为PN结。故输入R

Vi的等效电路

级用以实现A、B、C与的关系。其等效电路如右图所示。

(2)工作原理分析

①输入信号不全为1：如UA=0.3V,UR=ur=3.6V

则UB1=O.3+0.7=1V,T2、

T5截止，T3、T4导通

忽略了B3,输出端的电位

为：

wy^5-0.7-0.7=3.6V

输出n为高电平。

②输入信号全为1：

如UA=UB=UC3.6V

则吨1=2.IV,T2、T5导通，T3、丁4截止

输出端的电位为：

uY=UCES=0.3V

输出卜为低电平。

WAWBWY真值表

0.3V0.3V3.6V

AB

0.3V3.6V3.6V~~0~M

3.6V0.3V3.6V011

i1oi1

功能表36V3.6V0.3V工

谡辑表达式：

集成与非门电路引脚排列图（顶视）:

74LS00的引脚排列图74LS20的引脚排列图

（74LS00内含4个2输入与非门，74LS20内含2个4输入与非门）

3,电压传输特性和噪声容限

（1）电压传输特性

定义：门电路输出电压随输入电压变化的特性曲线称为电压传输特性。

（电压传输特性曲线见课本图3.3.3.）

（2）概念

输入电平范围：高电平LUn〜Ux=L2〜5V；低电平LUn〜Uz=0.2〜LOV

•关门电平。上述输入低电平中的最大值，即U.F=加皿=1.0VO

只有当输入5〈UOFF时，与非门才关闭，输出高电平。

•开门电平。上述输入高电平中的最小值，即UON=UM1L2V

只有当输入口＞八时，与非门才开通，输出低电平。

・阈值电压。工作在电压传输特性曲线转折区中点对应的输入电压称为阈值电压,

又称为门槛电压。用如表示。

近似分析时，可以认为：当UY%时，与非门工作在关闭状态，输出高电平U°H；

当

5时，与非门工作在开通状态，输出低电平Ik。

（3）噪声容限

在输入信号上叠加的噪声电压只要不超过允许值，就不会影响电路的正常逻辑功

能，这个允许值称为噪声容限。

电路的噪声容限越大，其抗干扰能力就越强。

4、输入负载特性

定义：输入电压口随输入端对地外接电阻R1变化的曲线，称为输入负载特性。

（1）在丫2和V5导通前，5随4的增大而上升，输入电压口

在R上升到匕和V5开始导通时，出不能用上式进行计算。当w上升到1.IV时,

%的基极电压被钳在1.8V上，V,利Vs导通，输出u0为低电增Ik,此后，5不再

随R1的增大而升高。5随Ri变化的曲线如上面右图所示。

•维持输出高电平的&最大值称为关门电阻，用R肝表示，其值约为700。。

•维持输出低电平的R最小值称为开门电阻，用电表示，其值约为2。IKQo

5、输出负载特性

输出电压5随负载电流I。变化的特性曲线称为输出负载特性。

6、传输延迟时间

由于二极管、三极管由导通变为截止或由截止变为导通时，都需要一定的时间,

再加上其它原因，输出电压u。的脉冲波形不仅比输入波形延迟了一定的时间，

而且波形的上升沿和下降沿也都变坏了。

低功耗肖特基系列

其它功能的TTL门电路

TTL集成逻辑门电路除与非门外，常用的还有集电极开路与非门、或非门、

与或非门、三态门和异或门等。它们都是在上面所述的非门的基础上发展出来的。

1、集电极开路与非门（0C门）

•电路结构与逻辑符号

A

B

C

逻辑符号

•作用与功能

问题的提出：为解决一般TTL与非门不能线与而设计的。（作用）

功能：接入外接电阻R后：

①A、B不全为1时，UB1=1V,T2>T3截止，Y=lo}

②A、B全为1时,UBI=2.IV,T2、T3饱和导通，Y=0o

外接电阻"的取值范围为：

・应用

(a)实现线与(b)驱动显示器(c)实现电平转换2、与或非门

3、三态输出门(TSLH)

•电路结构和逻辑符号

・工作原理

①当丽=0时，二极管D截止，TSL门的输出状态完全取决于输入信号力、B

的状态，电路输出与输入的逻辑关系和一般与非门相同。

②当丽=1时，二极管3导通，一方面使Uc2=lV,%截止；另一方面使电

=1V,从而使V2和V5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。

•三态输出门的应用(a)构成单向总线(b)构成双向总线

二、TTL数字集成电路及主要参数

TTL系列集成电路

①74：标准系列，前面介绍的HL门电路都属于74系列，其典型电路与非门的

平均传输时间?d=10ns,平均功耗々10mW。

②74H：高速系列，是在74系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传

输时间tpd=6ns,平均功耗々22mW。

③74S：肖特基系列，是在74H系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平

均传输时间Sd=3ns,平均功耗尸=19mW。

TTL与非门主要参数

（1）输出高电平㈤H：TTL与非门的一个或几个输入为低电平时的输出电平。

产品规范值©H22.4V,标准高电平长H=2.4VO

（2）高电平输出电流TOE：输出为高电平时，提供给外接负载的最大输出电

流，超过此值会使输出高电平下降。70H表示电路的拉电流负载能力。

（3）输出低电平的L：TTL与非门的输入全为高电平时的输出电平。产品规

范值比L〈0.4V,标准低电平为L=0.4V。

（4）低电平输出电流/OL：输出为低电平时，外接负载的最大输出电流，超

过此值会使输出低电平上升。/0L表示电路的灌电流负载能力。

（5）扇出系数用：指一个门电路能带同类门的最大数目，它表示门电路的

带负载能力。一般HL门电路帖28,功率驱动门的用可达25。

（6）最大工作频率备超过此频率电路就不能正常工作。

（7）输入开门电平4N：是在额定负载下使与非门的输出电平达到标准低电平

比L的输入电平。它表示使与非门开通的最小输入电平。一般TTL门电路的比N

Q1.8V。

（8）输入关门电平40FF：使与非门的输出电平达到标准高电平比H的输入电平。

它表示使与非门关断所需的最大输入电平。一般TTL门电路的4（）FF^0.8VO

（9）高电平输入电流ZIH：输入为高电平时的输入电流，也即当前级输出为高

电平时，本级输入电路造成的前级拉电流。

（10）低电平输入电流/IL：输入为低电平时的输出电流，也即当前级输出为低

电平时，本级输入电路造成的前级灌电流。

（11）平均传输时间rPd：信号通过与非门时所需的平均延迟时间。在工作频率

较高的数字电路中，信号经过多级传输后造成的时间延迟，会影响电路的逻辑功

能。

（12）空载功耗：与非门空载时电源总电流花C与电源电压北C的乘积。

三、TTL集成电路逻辑门电路的使用注意事项

（1）关于电源等：对于各种臬成电路，使用时一定要在推荐的工作条件范围内，

否则将导致性能下降或损坏器件。

（2）关于输入端：数字集成电路中多余的输入端在不改变逻辑关系的前提下可

以并联起来使用，也可根据逻辑关系的要求接地或接高电平。HL电路多余的输

入端悬空表示输入为高电平（3）关于输出端：具有推拉输出结构的TTL门电路

的输出端不允许直接并联使用。输出端不允许直接接电源丫支或直接接地。

第三讲

CMOS集成逻辑门电路漏极）JD端极）

一、CMOS反相器彳（衬底）

OGI巫（衬底）

1、MOS管的符号（栅极

人（源极）人（源极）

增强型NMOS管和增强型PMOS管的

NMOS管PMOSW

符号如右图所示：

2、CMOS反相器

（@电路Q）TN截止、Tp导通（。TN导通、Tp截止

（1）〃A=OV时，TN截止，Tp导通。输出电压何=FbD=10\r。

（2）g=10V时，TN导通，Tp截止。输出电压i/y=OV。

二、其它功能的CMOS电路CMOS与非门和或非门

CMOS与非门①力、夕当中有一个或全为低电平时，TNI、TN2中有一个或全部截止,

TpbTP2中有一个或全部导通，输出V为高电平。

②只有当输入小8全为高电平时，TN1和TN2才会都导通，TP1和TP2才会都截

止，输出V才会为低电平。

CMOS或非门①只要输入48当中有一个或全为高电平，TpbTP2中有一个或全

部截止，TNbTN2中有一个或全部导通，输出卜为低电平。

②只有当45全为低电平时，Tpi和TP2才会都导通，TN1和TN2才会都截止，

输出N才会为高电平。

2、漏极开路的CMOS门（0DH）

和TTL电路中的0C门一样，CMOS门电路中也有漏极开路的门电路，即0D

门。下图所示为一输入漏极开路的与非缓冲/驱动器，也具有与非功能一其逻辑

符号亦在下图标示出，与0C门符号相同。

3、CMOS传输门

•电路结构与逻辑符号

・工作原理

①、0时，即C端为低电平（0V）、端为高电平（+时，TN和Tp都不

具备开启条件而截止，输入和输出之间相当于开关断开一样C

②£1时，即。端为高电平(+你))、

CMOSTSL门

端为低电平(0V)时，TN和TP都具备

了导通条件，输入和输出之间相当于开

关接通一样，Uo=ui。

4、CMOS三态输出门电路及逻辑符号如

图所示。

①，Tp2、TN2均导通，Tpi、TNI构成

反相器。

时，TP2、TN2均截止，V与地和电源都

⑧电路

断开了，输出端呈现为高阻态。

可见电路的输出有高阻态、高电平和低电平3种状态，是一种三态门。

Ao----1

_Vo----o7

E°-----OEN

CMOSTSL门符号

三、高速CMOS门电路四、CMOS数字集成电路的特点与系列

1、特点

(1)CMOS电路的工作速度比TTL电路的低。

(2)CMOS带负载的能力比TTL电路强。

(3)CMOS电路的电源电压允许范围较大，约在3〜18V,抗干扰能力比TTL

电路强。

(4)CMOS电路的功耗比TTL电路小得多。门电路的功耗只有几个n