第二章 逻辑门.ppt

1、第二章 逻 辑 门,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。,逻辑0和1 电子电路中用高、低电平来表示。,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。,基本和常用门电路有与门、或门、非门（反相器）、与非门、或非门、与或非门和异或门等。, 半导体器件的开关特性,1、二极管的开关特性,正极,负极,uD ,uo,uo,ui0V时，二极管截止，如同开关断开，uo0V。,ui5V时，二极管导通，如同0.7V的电压源，uo4.3V。,单向导电性,2、三极管的开关特性,截止状态,饱和状态,iBIBS,ui=UIL0.7V,uo=+VCC,ui=UI

2、H,uo=0.3V,饱和区,截止区,放,大,区,ui=0.3V时，因为uBE0.7V，iB=0，三极管工作在截止状态，ic=0。因为ic=0，所以输出电压：,ui=1V时，三极管导通，基极电流：,因为0iBIBS，三极管工作在放大状态。iC=iB=500.03=1.5mA，输出电压：,三极管临界饱和时的基极电流：,uo=uCE=UCC-iCRc=5-1.51=3.5V,uo=VCC=5V,ui3V时，三极管导通，基极电流：,而,因为iBIBS，三极管工作在饱和状态。输出电压：,uoUCES0.3V,3、场效应管的开关特性,工作原理电路,转移特性曲线,输出特性曲线,截止状态,uiUT,uo=+V

3、DD,导通状态,uiUT,uo0,分立元件门电路,1、二极管与门,Y=AB,2、二极管或门,Y=A+B,3、三极管非门,uA0V时，三极管截止，iB0，iC0，输出电压uYVCC5V,uA5V时，三极管导通。基极电流为：,iBIBS，三极管工作在饱和状态。输出电压uYUCES0.3V。,三极管临界饱和时的基极电流为：,当uA0V时，由于uGSuA0V，小于开启电压UT，所以MOS管截止。输出电压为uYVDD10V。,当uA10V时，由于uGSuA10V，大于开启电压UT，所以MOS管导通，且工作在可变电阻区，导通电阻很小，只有几百欧姆。输出电压为uY0V。,2.2 TTL数字集成逻辑门,2.2

4、.1基本TTL与非门工作原理,一、电路结构, 由输入级、中间级、输出级三部分构成。 P21 说明, 多发射极三极管T1。,二、 工作原理,假定输入信号高电平为3.6V，低高电平为0.3V，三极管饱和时Vce约为0.3V。,1、输入有低，输出为高,VA=0.3V T1之A射结导通, Vb1=0.3+0.7=1.0V T2、T4截止,另：Vcc、R2 T3、D3导通, Vo=5-0.7-0.7=3.6V,2、输入全高，输出为低,VI全高 T2、T4导通, Vb1=2.1V T1倒置 T1之AI约为1 Ib2约等于Ib1 只要R1、R2参数合适 T2饱和 Vc2=1.0V T3、D截止 Vo=0.3

5、V,功能表,真值表,逻辑表达式,输入有低，输出为高；输入全高，输出为低。, D1、D2的作用？ 回顾三个构成部分 P21,2.2.3 集电极开路门和三态门,一、集电极开路门（OC门） TTL与非门的一个缺点,TTL与非门的输出端不能直接连在一起！,问题的提出：,为解决一般TTL与非门不能“线与”的问题而设计的。,A、B不全为1时，uB1=1V，T2、T3截止，Y=1。,接入外接电阻R后：,A、B全为1时，uB1=2.1V，T2、T3饱和导通，Y=0。,OC门,二、三态门（TSL门） 1. 电路结构,2. 工作原理,（1）EN=0时 EN=0 T6饱和 VP=0.3V T2 T4截止 D导通 V

6、Q=1.0V T3 D3截止 F ”高阻“态悬浮 （2）EN=1时 EN=1 T6 D 截止 普通TTL与非门,输出端共有三种可能的状态：高阻、高电平、低电平 使能控制端高电平有效的三态与非门,（1）单向数据总线：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。,3. 三态门的应用,双向数据总线： “控制”为1时，D1非 总线 “控制”为0时，总线非 D1 实现数据的分时双向传送,2.4 MOS逻辑门,2.4.2 NMOS逻辑电路由N沟道场效应管构成,一、NMOS非门, T2 工作管（开关管）、 T1 负

7、载管, 等效电路： R1 T1等效电阻 T1始终导通 R1=100k,R2 T2等效电阻,T2导通R2=1k、T2截止，R2=1010k。, VA=0时，T2截止 VF= 1010/(100+1010) 5 5V 逻辑1, VA=5V时，T2导通 VF= 1/(100+1) 50V 逻辑0,二、NMOS与非门,功能表,真值表,三、NMOS或非门,功 能 表,真值表,2.4.3 CMOS 逻辑电路,（1）uA0V时，T2截止，T1导通。输出电压uYED10V。 （2）uA10V时，T2导通，T1截止。输出电压uY0V。,一、CMOS非门, T1P沟道增强型绝缘栅场效应管、T2N 漏极相连作为输出

8、、 栅极相连作为输入 ED|VT1|+VT2,A、B当中有一个或全为低电平时，T2、T4中有一个或全部截止，T1、T3中有一个或全部导通，输出F为高电平。,只有当输入A、B全为高电平时，T2和T4才会都导通，T1和T3才会都截止，输出Y才会为低电平。,二、CMOS与非门,另： CMOS与非门CC4011,只要输入A、B当中有一个或全为高电平，T1、T3中有一个或全部截止，T2、T4中有一个或全部导通，输出F为低电平。,只有当A、B全为低电平时，T1和T3才会都导通，T2和T4才会都截止，输出F才会为高电平。,三、CMOS或非门,CMOS与非门CC4011,C0、 ，即C端为低电平（0V）、 端为高电平（VDD）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。 C1、 ，即C端为高电平（VDD）、 端为低电平（0V）时，TN和TP都具备了导通条件