第3章逻辑门电路优秀课件.ppt

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1、第3 章 逻辑门电路第1 页，本讲稿共27 页图2.2.13有源泄放TTL 与非门第2 页，本讲稿共27 页 有 源 泄 放 回 路 在 转 换 过 程 中 提 高 开 关 速 度 的 原 因 是 它的 等 效 电 阻 是 可 变 的。在 输 入 由 低 电 平 全 部 变 为 高 电 平 的瞬 间，有 源 泄 放 回 路AB 两 端 呈 现 高 阻 抗，使V5迅 速 饱 和，缩 短 了 开 启 时 间tON；在 输 入 由 高 电 平 变 为 低 电 平 的 瞬 间，有 源泄 放 回 路AB 两 端 呈 现 低 阻 抗，使V5加 快 截 止，缩 短 了 关 闭 时间tOFF(分析略)。另 外

2、，有 源 泄 放 回 路 还 能 提 高 电 路 的 抗 干 扰 能 力，使 低 电 平噪 声 容 限 达1V 左 右，改 善 了 电 压 传 输 特 性，有 源 泄 放TTL 与 非 门的电压传输特性接近于图2.2.5 的理想特性。第3 页，本讲稿共27 页 2.抗饱和TTL 与非门 尽 管 有 源 泄 放TTL 与 非 门 的 开 关 速 度 比 典 型电 路 要 高，但 它 的 速 度 仍 然 不 够 理 想，原 因 是 当三 极 管 工 作 在 饱 和 及 深 饱 和 状 态 后，其 开 关 时 间无法缩短，影响了门电路的传输速度。为 此，提 出 了 抗 饱 和(抵 抗 三 极 管 的

3、“过 饱 和”)电 路。抗 饱 和 电 路 是 在 三 极 管 的c 结 上 并 联 了一 个 肖 特 基 势 垒 二 极 管(Schottky Barrier Diode)，简 称SBD，如 图2.2.14(a)所 示。图2.2.14(B)是它的电路符号。第4 页，本讲稿共27 页 SBD 是 一 种 金 属 半 导 体 二 极 管(例 如，铝 硅 二 极 管)，它 的 正 向 导 通 电 压 为0.4V0.5V,比 一 般硅 管 的 正 向 导 通 电 压0.6V0.7V 低0.2V。这 样，当 三极 管 的c 结 进 入 正 偏 后，SBD 首 先 导 通，c 结 的 正 偏 电压 被

4、钳 在0.4V0.5V，使 三 极 管 不 会 进 入 深 饱 和，而 只能 工 作 在 微 饱 和 状 态，从 而 大 大 提 高 了 门 电 路 的 工 作速 度。当 有 源 泄 放TTL 电 路 中 的V1,V2,V5都 采 用SBD 钳位 时，如 图2.2.15 所 示，就 会 收 到 明 显 的 抗 饱 和 效 果。这种抗饱和TTL，简称“STTL”。第5 页，本讲稿共27 页图2.2.14抗饱和三极管(a)并接S BD 的三极管；(B)电路符号第6 页，本讲稿共27 页图2.2.15抗饱和TTL 电路第7 页，本讲稿共27 页 2.2.4 OC 门及三态门 1.OC 门 在 实 际

5、 使 用 时，有 时 需 要 将 多 个 与 非 门 的 输 出 端 直 接 相 连，来实 现“与”的 功 能。例 如，在 图3.2.16 中，当F1或F2中 有 一个 为 0 时，F=0(有 0 出 0)；当 F1=F2=1 时，F=1(全 1 出 1)。可 见,。这 种 用“线”连 接 成“与”的 方 式 称 为“线 与”(Wired AND)。图 中 所 用 的 门 就 是OC 门。“线 与”可 以 节 省 门 数，减 少 门的 级 数。例 如，在 上 例 中，如 果 采 用 一 般 的TTL 与 非 门，则需要三级四个门，逻辑图留请读者画)。第8 页，本讲稿共27 页 图 2.2.16

6、第9 页，本讲稿共27 页 必 须 指 出 的 是，并 不 是 所 有 形 式 的 与 非 门 都 能 接 成“线 与”电路。例 如，一 般 的TTL 与 非 门，由 于 采 用 了 推 拉 式 输 出 电 路，无 论 是 输 出 高 电 平 还 是 低 电 平，输 出 电 阻 都 比 较 低，只 有 几 至几 十。如 果 将 两 个 输 出 端 直 接 相 连，当 一 个 门 的 输 出 为 高 电平，另 一 个 门 输 出 为 低 电 平 时，则 会 形 成 一 条 自+UCC到 地 的 低阻 通 路，会 有 一 股 很 大 的 电 流 从 截 止 门 的V4管 灌 入 到 导 通 门 的

7、V5管，如 图2.2.17 所 示。这 个 大 电 流 不 仅 会 使 导 通 门 的 输 出 低 电 平 抬 高，而 且 还 可 能 因 功 耗 太 大 而 损 坏 两 个 门 的 输 出 管，这 是 不 允 许 的。为了克服一般TTL 门不能直接相连的缺点，提出了OC门。第10 页，本讲稿共27 页图2.2.17两个TTL 门输出端相连第11 页，本讲稿共27 页图2.2.18O C 门结构第12 页，本讲稿共27 页图2.2.19OC门符号第13 页，本讲稿共27 页 OC门 是 用 外 接 电 阻RL来 代 替V3、V4复 合 管 组 成 的有 源 负 载。当n 个OC门 相 连 时，

8、可 共 用 一 个 外 接 负 载 电阻RL，如 图2.2.20所 示。只 要RL选 择 得 恰 当，就 不 会在+UCC和 地 之 间 形 成 低 阻 通 路。RL的 取 值 原 则 是：应 保证输出高电平UOH2.7V，输出低电平UOL0.35V。综上所述：(1)OC 门 在 使 用 时 输 出 端 与 电 源UCC之 间 必 须 外 接 一个负载电阻RL。(2)当OC门输出端并联时，能实现“线与”功能。第14 页，本讲稿共27 页图2.2.20n 个OC门“线与”第15 页，本讲稿共27 页 2.三态门 三 态 门 就 是 输 出 有 三 种 状 态 的 与 非 门(Tristate L

9、ogic Gate)，简 称TSL 门。它 与 一 般TTL 与 非 门的不同点是：(1)输 出 端 除 了 有 高 电 平、低 电 平 两 种 状 态 外，还 增 加了一个“高阻态”，或称“禁止态”。(2)输 入 级 多 了 一 个“控 制 端”，或 称“使 能 端”E。TSL 门 的 一 种 电 路 结 构 如 图2.2.21(a)所 示，图2.2.21(B)是它的符号。它的工作原理为第16 页，本讲稿共27 页图2.2.21一种形式的三态门(a)电路；(B)符号第17 页，本讲稿共27 页(1)当E=1 时，与非门处于正常工作状态，。(2)当E=0 时，例 如，UE=0.3V,则V1的U

10、b1=1V,V2,V5截 止。同 时 因 为Ub3被 钳 位 在Ub3=Ue+Ud=0.3+0.7=1V，所 以V4也截 止。这 时 从 输 出 端 看 进 去，电 路 处 于 高 阻 态，相 当 于开路。这种门的真值表如表2.2.1 所示。此 外，还 有 一 种TSL 门，如 图2.2.22(a)所 示，控 制 端 为 低 电 平 有 效，即 接 低 电 平 时，与 非 门 处 于 工 作 状 态。其符 号 如 图2.2.22(B)所 示，真 值 表 如 表2.2.2 所 示。在 使 用 时 请 认清。第18 页，本讲稿共27 页表2.2.1一种TSL 门的真值表第19 页，本讲稿共27 页

11、图2.2.22另一种形式的三态门(a)电路；(B)符号(b)A&F BENER1ABV2V1V4V5F+VCCV3EVD(a)R2R5R3R4第20 页，本讲稿共27 页 三 态 门 主 要 应 用 在 数 字 系 统 的 总 线 结 构 中。当 多个 门 利 用 一 条 总 线 来 传 输 信 息 时，每 一 时 刻 只 允 许 一个 门 处 于 工 作 状 态，其 余 的 门 不 应 影 响 总 线 的 信 息，均 应 处 于 高 阻 态，相 当 于 与 总 线 脱 开。例 如，在 图2.2.23 中，将 三 个TSL 门 的 输 出 连 接 到 同 一 根 总 线 上。如 果 令E1,E

12、2,E3 轮 流 接 高 电 平1，那 么D1,D2;D3,D4;D5,D6 这 三 组 数 据 就 会 轮 流 地 按 与 非 关 系 送 到 总 线上，这 样 就 可 以 用 同 一 根 总 线 轮 流 地 把 三 组 数 据 输 送 出去 了。当 某 一 个 门 处 于 高 阻 态 时，就 相 当 于 此 门 的 输 出端与总线断开，使总线不受此门的影响。第21 页，本讲稿共27 页表2.2.2另一种TSL 门的真值表第22 页，本讲稿共27 页 图2.2.24 是 用TSL 门 来 实 现 数 据 的 双 向 传 输 的。具体为：当E=1 时，G1工 作，G2高 阻 态，信 号 由A

13、传 输到B。当E=0时，G2工作，G1高阻态，信号由B 传输到A。改 变 控 制 器E 的 电 平，就 可 控 制 信 号 的 传 输 方向。如 果A 为 主 机，B 为 外 部 设 备，则 通 过 一 根 导 线，既 可 由A 向B 输 出 数 据，又 可 由B 向A 输 入 数 据，互 相不 干 扰。三 态 门 除 了 作 三 态 与 非 门 外，还 可 用 作 三 态反 相 器 或 缓 冲 器，它 也 是 数 字 系 统 中 的 一 种 重 要 的 接口电路。第23 页，本讲稿共27 页图2.2.23用TSL 门接成总线结构第24 页，本讲稿共27 页图2.2.24用TSL 门实现数据的

14、双向传输第25 页，本讲稿共27 页2.3 ECL 电路及I2L 电路的特点 本 节 对ECL、I2L 电 路 的 结 构 及 工 作 原 理 不 作 介 绍，请读者参阅有关教材。1.射极耦合逻辑电路(简称ECL)ECL 电 路 的 管 子 工 作 在 非 饱 和 状 态。它 的 主 要 特 点 是：速 度 高，带 负 载 能 力 强，逻 辑 功 能 强，可 以 实 现 线 或。在大 型 高 速 计 算 机 中，ECL 得 到 广 泛 的 应 用。缺 点 是：功 耗大，抗干扰能力差。第26 页，本讲稿共27 页 2.集 成 注 入 逻 辑 电 路(Integrated Injection Logic 简称I2L)I2L 电 路 的 主 要 特 点 是：电 路 简 单，集 成 度 高，功 耗 低，能 在 低 电 压、小 电 流 下 工 作，特 别 适 合 制作 大 规 模 数 字 集 成 电 路。I2L 电 路 广 泛 应 用 于 单 片微 处 理 器、大 规 模 逻 辑 阵 列、电 子 手 表 等 微 型 数字 系 统 中。缺 点 是：工 作 速 度 低，抗 干 扰 能 力 差。为克服这些缺点，目前已出现了肖特基I2L 电路。第27 页，本讲稿共27 页