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1、数字电路第二章逻辑门电路1第1页，本讲稿共66页第二章第二章 门电路门电路 2.1 概述概述 2.2 分离元件门电路分离元件门电路 2.3 TTL集成门电路集成门电路 2.4 其它类型的其它类型的TTL门电路门电路 2.5 MOS门电路门电路2第2页，本讲稿共66页门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，门电路是具有多输入端和单输出端的开关电路，门电路是具有多输入端和单输出端的开关电路，可以独立地完成各种逻辑功能，可以独立地完成各种逻辑功能，与我们所讲过的基本逻辑关系相对应，门电与我们所讲过的基本逻辑关系相对应，门电路主要有：路主要有：与门与门、或门或门、与非门
2、与非门、或非门或非门、异异或门或门等。等。在数字电路中，一般用高电平代表在数字电路中，一般用高电平代表1、低点平代表低点平代表0，即所谓的，即所谓的正逻辑系统正逻辑系统。2.1 概述概述门电路是数字电路中最基本的单元电路门电路是数字电路中最基本的单元电路3第3页，本讲稿共66页10 ViVoKVccR只要能判断高低只要能判断高低电平即可电平即可K开开-Vo=1,输出高电平输出高电平K合合-Vo=0,输出低电平输出低电平可用三极可用三极管代替管代替4第4页，本讲稿共66页R1R2AF+VccuAtuFt+Vcc0.3V三极管的开关特性：三极管的开关特性：5第5页，本讲稿共66页逻辑门电路分类：分
3、立元件门电路 集成逻辑门电路 2.2 分立元件门电路分立元件门电路 6第6页，本讲稿共66页二极管与门二极管与门FD1D2AB+12V一、二极管与门电路一、二极管与门电路结构组成结构组成7第7页，本讲稿共66页二极管与门电路二极管与门电路工作过程工作过程：设二极管的饱和压降为设二极管的饱和压降为0.3伏。伏。FD1D2AB+12V8第8页，本讲稿共66页工作特点工作特点：全高出高，有低出低全高出高，有低出低二极管与门电路二极管与门电路应用：应用：画输出波形画输出波形ABF9第9页，本讲稿共66页二极管或门二极管或门FD1D2AB-12V二、二极管或门电路二、二极管或门电路电路组成电路组成10第
4、10页，本讲稿共66页二极管或门电路二极管或门电路工作过程工作过程FD1D2AB-12V11第11页，本讲稿共66页二极管或门电路二极管或门电路工作特点：工作特点：全低出低，有高出高全低出低，有高出高应用：应用：画输出波形画输出波形12第12页，本讲稿共66页R1DR2AF+12V+3V三极管非门三极管非门嵌位二极管嵌位二极管三、三极管非门电路三、三极管非门电路电路组成电路组成13第13页，本讲稿共66页（三极管的饱和压降（三极管的饱和压降假设为假设为0.3付）付）三极管非门电路三极管非门电路工作过程工作过程R1DR2AF+12V+3V14第14页，本讲稿共66页三极管非门电路三极管非门电路电
5、路特点电路特点：它只工作在三极管的饱和区和截止它只工作在三极管的饱和区和截止区区工作特点工作特点：有低出高，有高出低有低出高，有高出低15第15页，本讲稿共66页R1DR2F+12V+3V三极管非三极管非门门D1D2AB+12V二极管与二极管与门门与非门与非门四、与非门电路四、与非门电路电路组成电路组成16第16页，本讲稿共66页与非门电路与非门电路特点：特点：1、先与后非、先与后非 2、全高出低，有低出高、全高出低，有低出高17第17页，本讲稿共66页五、或非门电路五、或非门电路电路组成电路组成DDAB-12VR1DR2F+12V+3V三极管三极管非门非门18第18页，本讲稿共66页或非门电
6、路或非门电路特点：特点：1、先或后非、先或后非 2、全低出高，有高出低、全低出高，有高出低19第19页，本讲稿共66页1.体积大、工作不可靠。体积大、工作不可靠。2.需要不同电源。需要不同电源。3.各种门的输入、输出电平不匹配。各种门的输入、输出电平不匹配。分立元件门电路的缺点分立元件门电路的缺点4.功耗大。功耗大。20第20页，本讲稿共66页与分立元件电路相比，集成电路具有体与分立元件电路相比，集成电路具有体积小、可靠性高、速度快的特点，而且输积小、可靠性高、速度快的特点，而且输入、输出电平匹配，所以早已广泛采用。入、输出电平匹配，所以早已广泛采用。根据电路内部的结构，可分为根据电路内部的结
7、构，可分为DTL、TTL、HTL、MOS管集成门电路等。管集成门电路等。2.3 TTL集成门电路集成门电路集成电路集成电路：把电容、电阻、二极管、三极：把电容、电阻、二极管、三极管以及电路的连线都集成在一块硅半导体的管以及电路的连线都集成在一块硅半导体的基片上，组成了一个具有一定逻辑功能的完基片上，组成了一个具有一定逻辑功能的完整电路，并封装在一个管壳内，这就是集成整电路，并封装在一个管壳内，这就是集成电路。电路。21第21页，本讲稿共66页集成电路集成电路优点优点：体积小、重量轻、功耗小。分类分类：1、按用途：线性集成电路 数字集成电路 2、按结构：双极型（TTL，ECL，I2L）单极型（M
8、OS）3、按集成度：小规模集成电路（1-10）中规模集成电路（10-100）大规模集成电路（=100）超大规模集成电路（=10000）超超大规模集成电路（=100000）4、按速度：低速集成电路（Tpot40ns）中速集成电路（Tpot16ns）高速集成电路（Tpot6ns）超高速集成电路（TpotUe反偏UbUe反偏UbUe集电结反偏UcUb正偏UcUb正偏UcUb25第25页，本讲稿共66页主要参数主要参数导通条件导通条件：Ube0.5v饱和条件饱和条件：Ubes0.7v,Uces=0.1-0.3v深饱和浅饱和26第26页，本讲稿共66页1.任一任一输入为输入为低电平低电平（0.3V）时时
9、“0”1V不足以让不足以让T2、T5导通导通三个三个PN结结导通需导通需2.1V+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCTTL与非门的基本原理与非门的基本原理工作过程分析工作过程分析27第27页，本讲稿共66页+5VFR4R2R13kR5T3T4T1b1c1ABC1.任一输入为低电平（任一输入为低电平（0.3V）时）时“0”1Vuouo=5-uR2-ube3-ube4 3.4V高高电平！电平！28第28页，本讲稿共66页2.输入全为高电平（输入全为高电平（3.4V）时）时“1”全导通全导通电位被嵌电位被嵌在在2.1V全反偏全反偏 1V截止截止+5VFR4R2R13kT
10、2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC 29第29页，本讲稿共66页2.输入全为高电平（输入全为高电平（3.4V）时）时+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC全反偏全反偏“1”饱和饱和uF=0.3V 30第30页，本讲稿共66页一、电压传输特性一、电压传输特性2.3.2 TTL与非门的特性和技术参数与非门的特性和技术参数测试电路测试电路&+5Vuiu031第31页，本讲稿共66页u0(V)ui(V)123UOH(3.4V)UOL(0.3V)传输特性曲线传输特性曲线u0(V)ui(V)123UOH“1”UOL(0.3V)阈值阈值UT=1.4V理想的传输特性理想的传输特性输出高电平输
11、出高电平输出低电平输出低电平32第32页，本讲稿共66页1.输出高电平输出高电平UOH、输出低电平、输出低电平UOL UOH 2.4V UOL 0.4V 便认为合格。便认为合格。典型值典型值UOH=3.4V UOL 0.3V。2.阈值电压阈值电压UTuiUT时，认为时，认为ui是高电平。是高电平。UT=1.4V33第33页，本讲稿共66页二、输入、输出负载特性二、输入、输出负载特性&？1.前后级之间电流的联系前后级之间电流的联系34第34页，本讲稿共66页R1T1+5V前级输出为前级输出为 高电平时高电平时前级前级后级后级反偏反偏前级流出前级流出电流电流IOH（拉电流）（拉电流）+5VR4R2
12、R5T3T4 35第35页，本讲稿共66页前级输出为前级输出为 低电平时低电平时R1T1+5V前级前级后级后级流入前级的电流流入前级的电流IOL 约约 1.4mA(灌灌电流电流)+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1 36第36页，本讲稿共66页灌电流的计算灌电流的计算饱和饱和37第37页，本讲稿共66页关于电流的技术参数关于电流的技术参数38第38页，本讲稿共66页2.扇出系数扇出系数与门电路输出驱动同类门的个数与门电路输出驱动同类门的个数+5VR4R2R5T3T4T1前级前级T1T1IiH1IiH3IiH2IOH前级输出为前级输出为 高电平时高电平时例如：例如：39第39页，本讲稿共6
13、6页+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级前级IOLIiL1IiL2IiL3前级输出为前级输出为 低电平时低电平时 40第40页，本讲稿共66页输出低电平时，流入前级的电流（灌电流）：输出低电平时，流入前级的电流（灌电流）：输出高电平时，前级流出的电流（拉电流）：输出高电平时，前级流出的电流（拉电流）：一般与非门的扇出系数为一般与非门的扇出系数为10。由于由于IOL、IOH的限制，每个门电路输出端所带门的限制，每个门电路输出端所带门电路的个数，称为扇出系数。电路的个数，称为扇出系数。41第41页，本讲稿共66页3.输入端通过电阻输入端通过电阻R接地的情况接地的情况Rui输入端输入端“1
14、”,“0”？+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC 42第42页，本讲稿共66页R较小时较小时R较小时，较小时，uiUT 相当输入低电平，所以输出相当输入低电平，所以输出为高电平。为高电平。Rui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC 43第43页，本讲稿共66页R增大增大Ruiui UT时，输入变高，输出变低电时，输入变高，输出变低电平。平。R临界临界=1.45K Rui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC 44第44页，本讲稿共66页1.悬空的输入端相当于接高电平。悬空的输入端相当于接高电平。2.为了防止
15、干扰，可将悬空的输入端为了防止干扰，可将悬空的输入端接高电平。接高电平。45第45页，本讲稿共66页4.平均传输时间平均传输时间tuiotuoo50%50%tpd1tpd2平均传输时间平均传输时间46第46页，本讲稿共66页2.4.1 集电极开路的与非门（集电极开路的与非门（OC门）门）集电极悬空集电极悬空无无T3,T4+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC T3T4 2.4 其它类型的其它类型的TTL门电路门电路47第47页，本讲稿共66页&符号符号！48第48页，本讲稿共66页应用时输出端要接一上拉负载电阻应用时输出端要接一上拉负载电阻RLRLUCC+5VFR2R13kT2R3
16、T1T5b1c1ABC 49第49页，本讲稿共66页1.OC门可以实现门可以实现“线与线与”功能功能&UCCF1F2F3FF=F1F2F3RL输出级输出级 UCCRLT5T5T5 F50第50页，本讲稿共66页F=F1F2F3?任一导通任一导通F=0UCCRLF1F2F3F 51第51页，本讲稿共66页全部截止全部截止F=1F=F1F2F3?所以：所以：F=F1F2F3UCCRLF1F2F3F 52第52页，本讲稿共66页2.负载电阻负载电阻RL和电源和电源 UCC可以根据情况选择可以根据情况选择&J+30V 220VJ如如RL用继电器线圈（用继电器线圈（J）替代，可以）替代，可以实现对其它电
17、路的控制。实现对其它电路的控制。53第53页，本讲稿共66页1.如何确定上拉电阻如何确定上拉电阻RL?（RL(max)RL(min)）参考：阎石数字电子技术基础参考：阎石数字电子技术基础P802.一般的一般的TTL与非门与非门能否能否线与？线与？参考：杨福生电子技术参考：杨福生电子技术P32054第54页，本讲稿共66页2.4.2 三态门三态门E-控制端控制端+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5AB DE 55第55页，本讲稿共66页56第56页，本讲稿共66页57第57页，本讲稿共66页&ABF符号符号功能表功能表低电平起作用低电平起作用58第58页，本讲稿共66页&ABF符号符
18、号功能表功能表高电平起作用高电平起作用59第59页，本讲稿共66页60第60页，本讲稿共66页61第61页，本讲稿共66页62第62页，本讲稿共66页2.5.2 CMOS反相器反相器UCCST2DT1AFNMOS管管PMOS管管CMOS电路电路63第63页，本讲稿共66页UCCST2DT1uiuoui=0截止截止ugs2=UCC导通导通u=“”工作原理：工作原理：64第64页，本讲稿共66页UCCST2DT1uiuoui=导通导通截止截止u=“”工作原理：工作原理：65第65页，本讲稿共66页2.5.2 CMOS电路的优点电路的优点1.静态功耗小。静态功耗小。2.允许电源电压范围宽（允许电源电压范围宽（3 18V）。）。3.扇出系数大，抗噪容限大。扇出系数大，抗噪容限大。66第66页，本讲稿共66页