第2章-数电ppt课件-基本逻辑运算及集成逻辑门.ppt

第二章基本逻辑运算及集成逻辑门第二章基本逻辑运算及集成逻辑门2.1基本逻辑运算基本逻辑运算2.2常用复合逻辑常用复合逻辑2.3正负逻辑正负逻辑2.4集成逻辑门集成逻辑门12.1基本逻辑运算基本逻辑运算逻辑是指事物因果之间所遵循的规律。为了避免用冗繁的文字来描述逻辑问题，逻辑代数采用逻辑变量和一套运算符组成逻辑函数表达式来描述事物的因果关系。逻辑代数中的变量称为逻辑变量，一般用大写字母A、B、C、表示，逻辑变量的取值只有两种，即逻辑0和逻辑1。0和1称为逻辑常量。但必须指出，这里的逻辑0和1本身并没有数值意义，它们并不代表数量的大小，而仅仅是作为一种符号，代表事物矛盾双方的两种状态。2逻辑函数与普通代数中的函数相似，它是随自变量的变化而变化的因变量。因此，如果用自变量和因变量分别表示某一事件发生的条件和结果，那么该事件的因果关系就可以用逻辑函数逻辑函数来描述。数字电路的输入、输出量一般用高、低电平来表示，高、低电平也可以用二值逻辑1和0来表示。同时数字电路的输出与输入之间的关系是一种因果关系，因此它可以用逻辑函数来描述，并称为逻辑电路。对于任何一个电路，若输入逻辑变量A、B、C、的取值确定后，其输出逻辑变量F的值也被惟一地确定了，则可以称F是A、B、C、的逻辑函数，并记为32.1.1与逻辑与逻辑(与运算、逻辑乘与运算、逻辑乘)决定某一结论的所有条件同时成立，结论才成立，这种决定某一结论的所有条件同时成立，结论才成立，这种因果关系叫与逻辑，也叫与运算或叫逻辑乘。因果关系叫与逻辑，也叫与运算或叫逻辑乘。与逻辑的真值表与逻辑的真值表(a)(b)ABFABF假假假真真假真真假假假真000110110001与门逻辑电路实例图与门逻辑电路实例图4由由表表可可知知，上上述述三三个个语语句句之之间间的的因因果果关关系系属属于于与与逻逻辑辑。其逻辑表达式其逻辑表达式(也叫逻辑函数式也叫逻辑函数式)为：为：F=AF=AB B在在不不致致于于混混淆淆的的情情况况下下，可可以以把把符符号号“”省省掉掉。在在有些文献中，也采用有些文献中，也采用、&等符号来表示逻辑乘。等符号来表示逻辑乘。由表的真值表可知，逻辑乘的基本运算规则为：由表的真值表可知，逻辑乘的基本运算规则为：0 00=00=00 01=01=01 10=00=01 11=11=10 0A A=0=01 1A A=A AA AA A=A A5实实现现“与与运运算算”的的电电路路叫叫与与门门，其其逻逻辑辑符符号号如如图图所所示示，图图(a a)为为国国外外流流行行符符号号，图图(b b)为为国国家家标标准符号。准符号。与门的逻辑符号与门的逻辑符号(a)FAB(b)&FAB62.1.2或逻辑或逻辑(或运算、逻辑加或运算、逻辑加)决定某一结论的所有条件中，只要有一个成立，则决定某一结论的所有条件中，只要有一个成立，则结论就成立，这种因果关系叫或逻辑。结论就成立，这种因果关系叫或逻辑。(a)(b)ABFABF假假假真真假真真假真真真000110110111或逻辑的真值表或逻辑的真值表或门逻辑电路实例图或门逻辑电路实例图7由表可知，上述三个语句之间的因果关由表可知，上述三个语句之间的因果关系属于或逻辑。其逻辑表达式为：系属于或逻辑。其逻辑表达式为：F=A+BF=A+B读作读作“F F等于等于A A加加B B”。有些文献也采用。有些文献也采用、等符号来表示逻辑加。等符号来表示逻辑加。由表的真值表可知，逻辑加的运算规则为：由表的真值表可知，逻辑加的运算规则为：0+0=00+1=11+0=11+1=10+A=A1+A=1A+A=A8图或门的逻辑符号图或门的逻辑符号F FA AB B(a a)F FA AB B1 1(b b)实现实现“或运算或运算”的电路叫或门，其逻辑符的电路叫或门，其逻辑符号如图所示，图号如图所示，图(a a)为国外流行符号，图为国外流行符号，图(b b)为国家标准符号。为国家标准符号。92.1.3非非逻辑逻辑(非运算，非运算，逻辑逻辑反反)若前提条件为若前提条件为“真真”，则结论为，则结论为“假假”；若前提条件；若前提条件为为“假假”，则结论为，则结论为“真真”。即结论是对前提条件的。即结论是对前提条件的否定，这种因果关系叫非逻辑。否定，这种因果关系叫非逻辑。(a)(b)AFAF假假真真真真假假0110非逻辑的真值表非逻辑的真值表非门逻辑电路实例图非门逻辑电路实例图10由由表表的的真真值值表表可可知知，上上述述两两个个语语句句之之间间的的因因果果关关系系属属于于非非逻逻辑辑，也也叫叫非非运运算算或或者者叫叫逻逻辑辑反反。其其逻逻辑辑表表达式为：达式为：通通常常称称A A为为原原变变量量，为为反反变变量量，二二者者共共同同称称为为互互补变量。补变量。完完成成“非非运运算算”的的电电路路叫叫非非门门或或者者叫叫反反相相器器，其其逻辑符号如图所示。逻辑符号如图所示。11非运算的运算规则是：非运算的运算规则是：非门的逻辑符号非门的逻辑符号(a)(a)常用符号；常用符号；(b)(b)国外流行符号；国外流行符号；(c)(c)国家标准符号国家标准符号10=-01=-122.2常用复合常用复合逻辑逻辑“与非与非”逻辑是逻辑是“与与”逻辑和逻辑和“非非”逻辑的组合。先逻辑的组合。先“与与”再再“非非”。其表达式为。其表达式为2.2.1“与非与非”逻辑逻辑(a)(a)国外流行符号；国外流行符号；(b)(b)国标符号国标符号实现实现“与非与非”逻辑运算的电路叫逻辑运算的电路叫“与非门与非门”。其。其逻辑符号如图所示。逻辑符号如图所示。(a a)(b b)F FA AB BF FA A&B B132.2.22.2.2“或非或非”逻辑逻辑“或非或非”逻辑是逻辑是“或或”逻辑和逻辑和“非非”逻辑的组合。先逻辑的组合。先“或或”后后“非非”。其表达式为：。其表达式为：实现实现“或非或非”逻辑运算的电路叫逻辑运算的电路叫“或非门或非门”。其。其逻辑符号如图所示。逻辑符号如图所示。(a)(a)国外流行符号；国外流行符号；(b)(b)国家标准符号国家标准符号(a)(b)FABA1FB142.2.3“与或非与或非”逻辑逻辑“与或非与或非”逻辑是逻辑是“与与”、“或或”、“非非”三种基本逻三种基本逻辑的组合。先辑的组合。先“与与”再再“或或”最后最后“非非”。其表达式为：。其表达式为：实现实现“与或非与或非”逻辑运算的电路叫逻辑运算的电路叫“与或非门与或非门”。其逻。其逻辑符号如图所示。辑符号如图所示。图与或非门的逻辑符号图与或非门的逻辑符号15“异或异或”逻辑：若两个输入变量逻辑：若两个输入变量A A、B B的取值相的取值相异，则输出变量异，则输出变量F F为为1 1；若；若A A、B B的取值相同，则的取值相同，则F F为为0 0。逻辑表达式为：逻辑表达式为：2.2.4“异或异或”逻辑及逻辑及“同或同或”逻辑逻辑1.两变量的两变量的“异或异或”及及“同或同或”逻辑逻辑16实现实现“异或异或”运算的电路叫运算的电路叫“异或异或门门”。其逻辑符号如图所示。其逻辑符号如图所示。图异或门的逻辑符号图异或门的逻辑符号(a)(a)国外流行符号；国外流行符号；(b)(b)国家标准符号国家标准符号(b b)F FA AB BF FA AB B1 1(a a)17“同或同或”逻辑：若两个输入变量逻辑：若两个输入变量A A、B B的取值相同，则的取值相同，则输出变量输出变量F F为为1 1；若；若A A、B B取值相异，则取值相异，则F F为为0 0。逻辑表达式为：逻辑表达式为：实现实现“同或同或”运算的电路叫运算的电路叫“同或门同或门”。其逻辑符号。其逻辑符号如图所示。如图所示。图同或门的逻辑符号图同或门的逻辑符号(a a)(b b)F FA AB BF FA AB B=18两变量的两变量的“异或异或”及及“同或同或”逻辑的真值表如逻辑的真值表如表所示。表所示。表表“异或异或”及及“同或同或”逻辑真值表逻辑真值表AB000110110110100119反反函函数数：对对于于输输入入变变量量的的所所有有取取值值组组合合，函函数数F F1 1和和F F2 2的的取值总是相反，则称取值总是相反，则称F F1 1和和F F2 2互为反函数。记作：互为反函数。记作：由表可知，两变量的由表可知，两变量的“异或逻辑异或逻辑”和和“同或逻辑同或逻辑”互为反互为反函数。即函数。即20多多变变量量的的“异异或或”或或“同同或或”运运算算，要要利利用用两两变变量量的的“异异或或门门”或或“同同或或门门”来来实实现现。实实现电路分别如图所示。现电路分别如图所示。2.多变量的多变量的“异或异或”及及“同或同或”逻辑逻辑图多变量的图多变量的“异或异或”电路电路212.3正负逻辑正负逻辑2.3.1正负逻辑正负逻辑正逻辑体系：用1表示高电平，用0表示低电平。负逻辑体系：用1表示低电平，用0表示高电平。1.1.正负逻辑的规定2.2.正负逻辑的转换对于同一个门电路，可以采用正逻辑，也可以采用负逻辑。本书若无特殊说明，一律采用正逻辑体制。同一个门电路，对正、负逻辑而言，其逻辑功能是不同的。222.3.2逻辑运算的优先级别逻辑运算的优先级别逻逻辑辑运运算算的的优优先先级级别别决决定定了了逻逻辑辑运运算算的的先先后后顺顺序序。在在求求解解逻逻辑辑函函数数时时，应应首首先先进进行行级级别别高高的的逻逻辑辑运运算算。各种逻辑运算的优先级别，由高到低的排序如下：各种逻辑运算的优先级别，由高到低的排序如下：长非号是指非号下有多个变量的非号。长非号是指非号下有多个变量的非号。23对对于于一一个个代代数数系系统统，若若仅仅用用它它所所定定义义的的一一组组运运算算符符号号就就能能解解决决所所有有的的运运算算问问题题，则则称称这这一一组组符符号号是是一一个完备的集合，简称完备集。个完备的集合，简称完备集。在在逻逻辑辑代代数数中中，与与、或或、非非是是三三种种最最基基本本的的运运算算，n变变量量的的所所有有逻逻辑辑函函数数都都可可以以用用n个个变变量量及及一一组组逻逻辑辑运运算算符符“、+、-”来来构构成成，因因此此称称“、+、-”运运算算符符是一组完备集。是一组完备集。2.3.3逻辑运算符的完备性逻辑运算符的完备性24ABF0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V正与门相当于负或门二极管与门电路用正逻辑ABF000010100111正与门用负逻辑负或门ABF11110101100025但但是是“与与、或或、非非”并并不不是是最最好好的的完完备备集集，因因为为它它实实现现一一个个函函数数要要使使用用三三种种不不同同规规格格的的逻逻辑辑门门。实实际际上上从从反反演演律律可可以以看看出出，有有了了“与与”和和“非非”可可得得出出“或或”，有有了了“或或”和和“非非”可可得得出出“与与”，因因此此“与与非非”、“或或非非”、“与与或或非非”运运算算中中的的任任何何一一种种都都能能单单独独实实现现“与与、或或、非非”运运算算，这这三三种种复复合合运运算算每每种种都都是是完完备备集集，而而且且实实现现函函数数只只需需要要一一种规格的逻辑门，这就给设计工作带来许多方便。种规格的逻辑门，这就给设计工作带来许多方便。26例如，任何一个逻辑函数式都可以通过逻辑变换例如，任何一个逻辑函数式都可以通过逻辑变换写成以下五种形式：写成以下五种形式：与或式与或式或与式或与式与非与非式与非与非式或非或非式或非或非式与或非式与或非式27图逻辑函数的五种形式图逻辑函数的五种形式282.4集成逻辑门集成逻辑门数数字字集集成成电电路路按按其其内内部部有有源源器器件件的的不不同同可可以以分分为为两两大类。大类。一一类类为为双双极极型型晶晶体体管管集集成成电电路路，它它主主要要有有晶晶体体管管晶晶体体管管逻逻辑辑(TTL-Transistor Transistor Logic)、射射极极耦耦合合逻逻辑辑(ECL-Emitter Coupled Logic)和和集集成成注注入入逻逻辑辑(I2L-Integrated Injection Logic)等几种类型。等几种类型。另另一一类类为为MOS(Metal Oxide Semiconductor)集集成成电电路路，其其有有源源器器件件采采用用金金属属氧氧化化物物半半导导体体场场效效应应管管，它又可分为它又可分为NMOS、PMOS和和CMOS等几种类型。等几种类型。29目目前前数数字字系系统统中中普普遍遍使使用用TTL和和CMOS集集成成电电路路。TTL集集成成电电路路工工作作速速度度高高、驱驱动动能能力力强强，但但功功耗耗大大、集集成成度度低低；MOS集集成成电电路路集集成成度度高高、功功耗耗低低。超超大大规规模模集集成成电电路路基基本本上上都都是是MOS集集成成电电路路，其其缺缺点点是是工工作作速速度度略略低低。目目前前已已生生产产了了BiCMOS器器件件，它它由由双双极极型型晶晶体体管管电电路路和和MOS型型集集成成电电路路构构成成，能能够充分发挥两种电路的优势，缺点是制造工艺复杂。够充分发挥两种电路的优势，缺点是制造工艺复杂。30小小规规模模集集成成电电路路(SSI-Small Scale Integration)，每每片组件内包含片组件内包含10100个元件个元件(或或1020个等效门个等效门)。中中规规模模集集成成电电路路(MSI-Medium Scale Integration)，每片组件内含，每片组件内含1001000个元件个元件(或或20100个等效门个等效门)。大大规规模模集集成成电电路路(LSI-Large Scale Integration)，每每片组件内含片组件内含1000100000个元件个元件(或或1001000个等效门个等效门)。超超 大大 规规 模模 集集 成成 电电 路路(VLSI-Very Large Scale Integration)，每每片片组组件件内内含含100000个个元元件件(或或1000个个以以上等效门上等效门)。31目目前前常常用用的的逻逻辑辑门门和和触触发发器器属属于于SSI，常常用用的的译译码码器器、数数据据选选择择器器、加加法法器器、计计数数器器、移移位位寄寄存存器器等等组组件件属属于于MSI。常常见见的的LSI、VLSI有有只只读读存存储储器器、随随机机存存取取存存储储器器、微微处处理理器器、单单片片微微处处理理机机、位位片片式式微微处处理理器器、高高速速乘乘法法累累加加器器、通通用用和和专专用用数数字字信信号号处处理理器器等等。此此外外还还有有专专用用集集成成电电路路ASIC，它它分分标标准准单单元元、门门阵阵列列和和可可编编程程逻逻辑辑器器件件PLD。PLD是是近近十十几几年年来来迅迅速速发发展展的的新新型型数数字字器器件件，目目前前应应用用十十分分广泛。广泛。3233逻辑电平逻辑电平高电平高电平VH：大于给定电平值的电压范围：大于给定电平值的电压范围输入高电平输入高电平VIH输出高电平输出高电平VOH低电平低电平VL：小于给定电平值的电压范围：小于给定电平值的电压范围输入低电平输入低电平VIL输出低电平输出低电平VOL逻辑逻辑“0”和逻辑和逻辑“1”对应的电压范围宽，对应的电压范围宽，因此在数字电路中，对因此在数字电路中，对电子元件、器件参电子元件、器件参数精度的要求及其电源的稳定度的要求比数精度的要求及其电源的稳定度的要求比模拟电路要低模拟电路要低342.4.1 TTL与非门与非门1.TTL与非门的电路结构与非门的电路结构输入级输入级输入级输入级中间级中间级中间级中间级输出级输出级输出级输出级T5Y R3R5AB CR4R2R1T3T4T2+5VT1E2E3E1B等效电路等效电路等效电路等效电路C多发射极多发射极多发射极多发射极三极管三极管三极管三极管“与与”“非非”复合管复合管形式形式35输入级输入级由由多多发发射射极极管管V V1 1和和电电阻阻R R1 1组组成成，其其作作用用是是对对输输入入变变量量A A、B B、C C实现逻辑与，所以它相当一个与门。实现逻辑与，所以它相当一个与门。多多射射极极管管V V1 1的的结结构构如如图图(a)(a)所所示示，其其等等效效电电路路如如图图(b)(b)所所示示。设设二二极极管管V V1 1V V4 4的的正正向向管管压压降降为为0.7V0.7V，当当输输入入信信号号A A、B B、C C中中有有一一个个或或一一个个以以上上为为低低电电平平(0.3V)(0.3V)时时，U Ub b=1V=1V，U Uc c=0.3V=0.3V；当当A A、B B、C C全全部部为为高高电电平平(3.6V)(3.6V)时时，U Ub b=4.3V=4.3V，U Uc c=3.6V=3.6V。可可见见，仅仅当当所所有有输输入入都都为为高高时时，输输出出才才为为高高，只只要要有有一一个个输输入入为为低低，输输出出便便是是低低，所所以以起起到了与门的作用。到了与门的作用。36图多射极晶体管的结构及其等效电路图多射极晶体管的结构及其等效电路37中间级。中间级。由由V2、R2、R3组组成成，在在V2的的集集电电极极与与发发射射极极分分别别可可以以得得到到两两个个相相位位相相反反的的电电压压，以以满满足足输输出出级级的需要。的需要。输出级。输出级。由由V3、V4、V5和和R4、R5组组成成，这这种种电电路路形形式式称称推推拉拉式式电电路路，它它不不仅仅输输出出阻阻抗抗低低，带带负负载载能能力力强强，而且可以提高工作速度。而且可以提高工作速度。38(1)输入全部为高电位输入全部为高电位(3.6V)当当输输入入端端全全部部为为高高电电位位3.6V时时，由由于于V1的的基基极极电电压压Ub1最最多多不不能能超超过过2.1V(Ub1=Ubc1+Ube2+Ube5)，所所以以V1所所有有的的发发射射结结反反偏偏；这这时时V1的的集集电电结结正正偏偏，V1管的基极电流管的基极电流Ib1流向集电极并注入流向集电极并注入V2的基极，的基极，2.TTL与非门的功能分析与非门的功能分析39T5Y R3R5AB CR4R2R1T3T4T2+5VT1“1”(3.6V)4.3VT T2 2、T T5 5饱和导通饱和导通饱和导通饱和导通钳位钳位2.1VE E结反偏结反偏结反偏结反偏截止截止截止截止“0”(0.3V)负载电流负载电流负载电流负载电流（灌电流）（灌电流）（灌电流）（灌电流）输入全高输入全高“1”,输出为输出为低低“0”1V40此此时时的的V1是是处处于于倒倒置置(反反向向)运运用用状状态态(把把实实际际的的集集电电极极用用作作发发射射极极，而而实实际际的的发发射射极极用用作作集集电电极极)，其其电电流流放放大大系系数数反反很很小小(反反0.05)，因因此此Ib2=Ic1=(1+反反)Ib1Ib1，由由于于Ib1较较大大足足以以使使V2管管饱饱和和，且且V2管管发发射射极极向向V5管管提提供供基基流流，使使V5也饱和，这时也饱和，这时V2的集电极压降为的集电极压降为这这个个电电压压加加至至V3管管基基极极，可可以以使使V3导导通通。此此时时V3射射极极电电位位Ue3=Uc2-Ube30.3V，它它不不能能驱驱动动V4，所所以以V4截截止止。V5由由V2提供足够的基流，处于饱和状态，因此输出为低电位：提供足够的基流，处于饱和状态，因此输出为低电位：41(2)输入端至少有一个为低电位输入端至少有一个为低电位(0.3V)当当输输入入端端至至少少有有一一个个为为低低电电位位(0.3V)时时，相相应应低低电电位位的的发发射射结结正正偏偏，V1的的基基极极电电位位Ub1被被钳钳在在1V，因因而而使使V1其其余余的的发发射射结结反反偏偏截截止止，如如果果V2、V5导导通通要要求求Ub1至至少少为为2.1V 所所以以V2、V5截截止止。此此时时V1的的基基极极电电流流Ib1经经过过导导通通的的发发射射结结流流向向低低电电位位输输入入端端，而而V2的的基基极极只只可可能能有有很很小小的的反反向向基基极极电电流流进进入入V1的的集集电电极极，所所以以Ic10，但但V1的的基基流流Ib1很很大大，因此这时因此这时V1处于深饱和状态：处于深饱和状态：此此时时V2的的集集电电极极电电位位Uc2UCC=5V，足足以以使使V3、V4导导通通，因此输出为高电位：因此输出为高电位：42T5Y R3R5AB CR4R2R1T3T4T2+5VT11VT T2 2、T T5 5截止截止截止截止 负载电流负载电流负载电流负载电流（拉电流）（拉电流）（拉电流）（拉电流）(0.3V)“1”“0”输入有低输入有低“0”输出为输出为高高“1”流过流过 E结的电结的电流为正向电流流为正向电流VY 5-0.7-0.7=3.6V5V43综综上上所所述述，当当输输入入端端全全部部为为高高电电位位(3.6V)时时，输输出出为为低低电电位位(0.3V)，这这时时V5饱饱和和，电电路路处处于于开开门门状状态态；当当输输入入端端至至少少有有一一个个为为低低电电位位(0.3V)时时，输输出出为为高高电电位位(3.6V)，这这时时V5截截止止，电电路路处处于于关关门门状状态态。由由此此可可见见，电路的输出和输入之间满足与非逻辑关系：电路的输出和输入之间满足与非逻辑关系：表表TTLTTL与非门各级工作状态与非门各级工作状态输入V1V2V3V4V5输出与非门状态全部为高电位倒置工作饱和导通截止饱和低电位UOL开门至少有一个为低电位深饱和截止微饱和导通截止高电位UOH关门44(3)输入端全部悬空。输入端全部悬空。输输入入端端全全部部悬悬空空时时，V1管管的的发发射射结结全全部部截截止止。+UCC通通过过R1使使V1的的集集电电结结及及V2和和V5的的发发射射结结同同时时导导通通，使使V2和和V5处处于于饱饱和和状状态态，则则Ub3=Uc2=Uces+Ube5=0.3+0.7=1V。由由于于R4的作用，的作用，V3导通，导通，故故Ube3=0.7 V。此时：。此时：Ube4=Ub4-Ub4=Ue3-Uces5=Ub3-Ube3-Uces51-0.7-0.3=0 V 所以所以V4处于截止状态。处于截止状态。45 可可见见该该电电路路在在输输入入端端全全部部悬悬空空时时，V4截截止止，V5饱和。故其输出电压饱和。故其输出电压UO为：为：UO=UCES50.3V 故故输输入入端端全全部部悬悬空空和和输输入入端端全全部部接接高高电电平平时时，该该电电路路的的工工作作状状态态完完全全相相同同。所所以以，TTL电电路路的的某某输输入入端端悬悬空空，可可以以等等效效地地看看作作该该端端接接入入了了逻逻辑辑高高电电平平。实实际际电电路路中中，悬悬空空易易引引入入干干扰扰，故故对对不不用用的的输输入端一般不悬空，入端一般不悬空，应作相应的处理。应作相应的处理。46(4)一个输入端通过电阻一个输入端通过电阻RE接地，其它输入端接高电平。接地，其它输入端接高电平。设设V1的的发发射射极极A通通过过RE接接地地，其其它它输输入入端端均均接接高高电电平平，如如图图所所示示。在在+UCC的的作作用用下下，接接RE的的发发射射结结必必然然导导通通，在在RE上上形形成成电电压压UEA。RE越越大大，其其压压降降UEA越越大大。实实验验测测知知，只只要要RE0.7 k，其其端端电电压压就就相相当当于于逻逻辑辑低低电电平平。使使与与非非门门输输出出高高电电平平，即即与与非非门门处处于于关关门门状状态态。只只要要RE2k，则则其其端端 电电 压压 UEA达达 到到 1.4V，此此 时时 V1管管 的的 基基 极极 电电 位位UB1=UBE1+UEA=0.7+1.4=2.1V，从从而而使使V5导导通通，V4截截止止，与与非非门门输输出出低低电电平平，即即与与非非门门处处于于开开门门状状态态。由由于于V1管管的的基基极极电电位位UB1不不可可能能高高于于2.1V，因因此此，不不管管RE的的阻阻值值有有多多大大，其其端端电电压压最最高高为为1.4 V。该该电电压压值值虽虽然然与与高高电电平平(3.6V)相相差差甚远，但其效果相当于在该端接入了高电平。甚远，但其效果相当于在该端接入了高电平。47图一个输入端接电阻图一个输入端接电阻 48 当当与与非非门门的的某某一一输输入入端端通通过过电电阻阻RE接接参参考考地地(其其它它输输入入端端接接高高电电平平)时时，为为使使与与非非门门可可靠靠地地工工作作在在关关门门状状态态，RE所所允允许许的的最最大大阻阻值值叫叫该该与与非非门门的的关关门门电电阻阻，记记作作ROFF。为为使使与与非非门门可可靠靠地地工工作作在在开开门门状状态态，RE所所允允许许的的最最小小阻阻值值叫叫该该与与非非门门的的开开门门电电阻阻，记记作作RON。由由上上述述分分析析可可知知，典典型型TTL与与非非门门的的ROFF=0.7 k，RON=2k。考考虑虑到到不不同同类类型型的的TTL与与非非门门，其其内内部部结结构构及及元元件件参参数数会会有有所所不不同同，故故它它们们的的ROFF及及RON也也会会有有所所差差异异。所所以以，在在工工程程技技术术中中，TTL与与非非门门的的ROFF和和RON分别取值为分别取值为0.5 k和和2 k。综综合合上上述述，当当TTL与与非非门门的的某某一一输输入入端端通通过过电电阻阻R接接地地时时，若若R0.5k，则则该该端端相相当当于于输输入入逻逻辑辑低低电电平平；若若R2 k，则该端相当于输入逻辑高电平。，则该端相当于输入逻辑高电平。49TTL与与非非门门具具有有较较高高的的开开关关速速度度，主主要要原原因因有有两两点点：一一是是由由于于采采用用了了多多射射极极管管V1,它它缩缩短短了了V2和和V5的的开开关关时时间间。当当输输入入端端全全部部为为高高电电位位时时，V1处处于于倒倒置置工工作作状状态态。此此时时V1向向V2提提供供了了较较大大的的基基极极电电流流，使使V2、V5迅迅速速导导通通饱饱和和；当当某某一一输输入入端端突突然然从从高高电电位位变变到到低低电电位位时时，Ib1转转而而流流向向V1低低电电位位输输入入端端，即即为为V1正正向向工工作作的的基基流流，该该瞬瞬间间将将产产生生一一股股很很大大的的集集电电极极电电流流Ic1，正正好好为为V2和和V5提提供供了了很很大大的的反反向向基基极极电电流流，使使V2和和V5基基区区的的存存储储电电荷荷迅迅速速消消散散，因因而而加加快快了了V2和和V5的的截截止止过程，提高了开关速度。过程，提高了开关速度。50二二是是由由于于采采用用了了推推拉拉式式输输出出电电路路，加加速速了了V5管管存存储储电电荷荷的的消消散散过过程程。当当V2由由饱饱和和转转为为截截止止时时，V3和和V4导导通通。由由于于V3、V4是是复复合合射射随随，相相当当于于V5集集电电极极只只有有很很小小电电阻阻，此此时时瞬瞬间间电电流流很很大大，从从而而加加速速了了V5管管脱脱离离饱和的速度，使饱和的速度，使V5迅速截止。迅速截止。此此外外，由由于于采采用用推推拉拉式式输输出出级级，与与非非门门输输出出低低电电平平时时V5处处于于深深饱饱和和状状态态，输输出出电电阻阻很很低低；而而输输出出高高电电平平时时V3、V4导导通通，组组成成射射极极跟跟随随器器，其其输输出出电电阻阻也也很很低低，因因此此无无论论哪哪种种状状态态输输出出电电阻阻都都很很低低，都都有有很很强强的的带负载能力。带负载能力。51(3)TTL与非门的特性与参数与非门的特性与参数1.电压传输特性电压传输特性电电压压传传输输特特性性是是指指输输出出电电压压跟跟随随输输入入电电压压变变化化的的关关系系曲曲线线，即即UO=f(uI)函函数数关关系系，它它可可以以用用曲曲线线表表示示。由图可见，曲线大致分为四段：由图可见，曲线大致分为四段：AB段段(截止区截止区)：当：当UI0.6V时，时，V1工作在深饱和状工作在深饱和状态，态，Uces10.1V，Ube20.7V，故，故V2、V5截止，截止，V3、V4均导通，输出高电平均导通，输出高电平UOH=3.6V。52图图 TTL与非门的电压传输特性与非门的电压传输特性输出电压输出电压输出电压输出电压 U UOO与输入电压与输入电压与输入电压与输入电压 U Ui i的关系。的关系。的关系。的关系。C CD DE E电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性测试电路测试电路测试电路测试电路0 01 12 23 31 12 23 34 4 U Ui i/V/VU UOO/V/V&+5V+5VU Ui iU Uo oV VV VA AB B53BC段段(线线性性区区)：当当0.6VUI1.3V时时，0.7VUb21.4V，V2开开始始导导通通，V5尚尚未未导导通通。此此时时V2处处于于放放大大状状态态，其其集集电电极极电电压压Uc2随随着着UI的的增增加加而而下下降降，并并通通过过V3、V4射射极极跟跟随随器使输出电压器使输出电压UO也下降，下降斜率近似等于也下降，下降斜率近似等于-R2/R3。CD段段(转转折折区区)：1.3VUI1.4V，当当UI略略大大于于1.3V时时，V5开开始始导导通通，此此时时V2发发射射极极到到地地的的等等效效电电阻阻为为R3 Rbe5，比比V5截截 止止 时时 的的 R3小小 得得 多多，因因 而而 V2放放 大大 倍倍 数数 增增 加加，近近 似似 为为-R2/(R3 Rbe5)，因因此此Uc2迅迅速速下下降降，输输出出电电压压UO也也迅迅速速下下降降，最后最后V3、V4截止，截止，V5进入饱和状态进入饱和状态。DE段段(饱饱和和区区)：当当UI1.4V时时，随随着着UI增增加加V1进进入入倒倒置置工工作作状状态态，V3导导通通，V4截截止止，V2、V5饱饱和和，因因而而输输出出低低电电平平UOL=0.3V。54 从电压传输特性可以得出以下几个重要参数：从电压传输特性可以得出以下几个重要参数：输出高电平输出高电平UOH和输出低电平和输出低电平UOL 电电压压传传输输特特性性的的截截止止区区的的输输出出电电压压UOH=3.6V，饱饱和和区区的的输输出出电电压压UOL=0.3V。一一般般产产品品规规定定UOH2.4V、UOL0.4V时即为合格。时即为合格。阈值电压阈值电压UT 阈阈值值电电压压也也称称门门槛槛电电压压。电电压压传传输输特特性性上上转转折折区区中中点点所所对对应应的的输输入入电电压压UT1.3V，可可以以将将UT看看成成与与非非门门导通导通(输出低电平输出低电平)和截止和截止(输出高电平输出高电平)的分界线。的分界线。55A AB BC CD DE E电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性典型值典型值典型值典型值U UOHOH=3.6V3.6V，U UOH(minOH(min)=2.4V2.4V典型值典型值典型值典型值U UOLOL=0.3V0.3V，U UOL(max)OL(max)=0.4V0.4V输出高电平电压输出高电平电压输出高电平电压输出高电平电压U UOHOH输出低电平电压输出低电平电压输出低电平电压输出低电平电压U UOLOL输出高电平输出高电平输出高电平输出高电平电压电压电压电压U UOHOH和输出低电平电压和输出低电平电压和输出低电平电压和输出低电平电压U UOLOLU UOO/V/V0 01 12 23 31 12 23 34 4 U Ui i/V/V56 开门电平开门电平UON和关门电平和关门电平UOFF。开开门门电电平平UON是是保保证证输输出出电电平平达达到到额额定定低低电电平平(0.3V)时时，所所允允许许输输入入高高电电平平的的最最低低值值，即即只只有有当当UIUON时时，输输出出才才为为低低电电平平。通通常常UON=1.4V，一一般般产产品规定品规定UON1.8V。关关门门电电平平UOFF是是保保证证输输出出电电平平为为额额定定高高电电平平(2.7V左左右右)时时，允允许许输输入入低低电电平平的的最最大大值值，即即只只有有当当UIUOFF时时，输输出出才才是是高高电电平平。通通常常UOFF1V，一一般般产产品要求品要求UOFF0.8V。57 噪声容限噪声容限UNL、UNH 实实际际应应用用中中，由由于于外外界界干干扰扰、电电源源波波动动等等原原因因，可可能能使使输输入入电电平平UI偏偏离离规规定定值值。为为了了保保证证电电路路可可靠靠工工作作，应应对对干干扰扰的幅度有一定限制，称为噪声容限。的幅度有一定限制，称为噪声容限。低低电电平平噪噪声声容容限限是是指指在在保保证证输输出出高高电电平平的的前前提提下下，允允许许叠加在输入低电平上的最大噪声电压叠加在输入低电平上的最大噪声电压(正向干扰正向干扰)，用，用UNL表示：表示：UNL=UOFF-UIL 若若UOFF=0.8V,UIL=0.3V，则，则UNL=0.5V。高高电电平平噪噪声声容容限限是是指指在在保保证证输输出出低低电电平平的的前前提提下下，允允许许叠叠加加在在输输入入高高电电平平上上的的最最大大噪噪声声电电压压(负负向向干干扰扰)，用用UNH表表示：示：若若UON=1.8V，UIH=3V，则，则UNH=1.2V。58ABDE噪声容限噪声容限噪声容限噪声容限门电路抗干扰能力门电路抗干扰能力门电路抗干扰能力门电路抗干扰能力01231234 Ui/V/VU UOO/V/V输出低电平输出低电平输出低电平输出低电平,典型值典型值典型值典型值U UOLOL=0.3V0.3VU UOL(max)OL(max)=0.4V0.4V输入高电平：典型值输入高电平：典型值输入高电平：典型值输入高电平：典型值U UIHIH=3.6V3.6VU UIH(min)IH(min)=2V2V=U UONON输出高电平：典型值输出高电平：典型值输出高电平：典型值输出高电平：典型值U UOHOH=3.6V3.6VU UOH(minOH(min)=2.4V2.4V输入低电平输入低电平输入低电平输入低电平,典型值典型值典型值典型值U UILIL=0.3V0.3VU UIL(max)IL(max)=0.8V0.8V=U UOFFOFF59 噪声容限噪声容限噪声容限噪声容限门电路抗干扰能力门电路抗干扰能力门电路抗干扰能力门电路抗干扰能力111输出输出1输入输入0输出输出0输入输入VoVoVIVIU UOH(min)OH(min)U UONONV VNHNHV VNH NH=U=UOH(min)OH(min)-U-UON ON=2.4-2=0.42.4-2=0.4V VU UOL(max)OL(max)U UOFFOFFV VNLNLV VNLNL=U=UOFFOFF-U-UOL(max)OL(max)=0.8-0.4=0.40.8-0.4=0.4V V60图 TTL与非门输入特性 2.输入特性输入特性 输输入入特特性性是是指指输输入入电电流流与与输输入入电电压压之之间间的的关关系系曲曲线，即线，即II=f(uI)的函数关系。的函数关系。典型的输入特性如图所示。典型的输入特性如图所示。61&？前后级之间电流的联系前后级之间电流的联系分两种情况讨论：分两种情况讨论：（1）前级输出为）前级输出为 高电平时高电平时 （2）前级输出为）前级输出为 低电平时低电平时62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+5VR4R2R5T3T4R1T1+5V级间电流：级间电流：流出前级，记为流出前级，记为IOH（拉电流）。（拉电流）。拉电流能力：拉电流能力：维持维持UOH时，所允许的最大拉电流值。时，所允许的最大拉电流值。63前级输出为前级输出为 低电平时低电平时前级前级后级后级R1T1+5V级间电流：级间电流：流入前级，记为流入前级，记为IOL，约，约 1.4mA。称。称为为灌电流。灌电流。+5VR2R13kT2R3T1T5b1c164灌电流的计算灌电流的计算饱和压降饱和压降R1T1+5V+5VR2R13kT2R3T1T5b1c165有关电流的技术参数有关电流的技术参数66 设设输输入入电电流流II由由信信号号源源流流入入V1发发射射极极时时方方向向为为正正，反