第3章逻辑门电路精选文档.ppt

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1、第3章 逻辑门电路本讲稿第一页，共二十七页图图2.2.13有源泄放有源泄放TTL与非门与非门本讲稿第二页，共二十七页 有有源源泄泄放放回回路路在在转转换换过过程程中中提提高高开开关关速速度度的的原原因因是是它它的的等等效效电电阻阻是是可可变变的的。在在输输入入由由低低电电平平全全部部变变为为高高电电平平的的瞬瞬间间，有有源源泄泄放放回回路路AB两两端端呈呈现现高高阻阻抗抗，使使V5迅迅速速饱饱和和，缩缩短短了了开开启启时时间间tON；在在输输入入由由高高电电平平变变为为低低电电平平的的瞬瞬间间，有有源源泄泄放放回回路路AB两两端端呈呈现现低低阻阻抗抗，使使V5加加快快截截止止，缩缩短短了了关关

2、闭闭时时间间tOFF(分析略分析略)。另另外外，有有源源泄泄放放回回路路还还能能提提高高电电路路的的抗抗干干扰扰能能力力，使使低低电电平平噪噪声声容容限限达达1V左左右右，改改善善了了电电压压传传输输特特性性，有有源源泄泄放放TTL与非门的电压传输特性接近于图与非门的电压传输特性接近于图2.2.5的理想特性。的理想特性。本讲稿第三页，共二十七页 2.抗饱和抗饱和TTL与非门与非门 尽尽管管有有源源泄泄放放TTL与与非非门门的的开开关关速速度度比比典典型型电电路路要要高高，但但它它的的速速度度仍仍然然不不够够理理想想，原原因因是是当当三三极极管管工工作作在在饱饱和和及及深深饱饱和和状状态态后后，

3、其其开开关关时时间间无法缩短，影响了门电路的传输速度。无法缩短，影响了门电路的传输速度。为为此此，提提出出了了抗抗饱饱和和(抵抵抗抗三三极极管管的的“过过饱饱和和”)电电路路。抗抗饱饱和和电电路路是是在在三三极极管管的的c结结上上并并联联了了一一 个个 肖肖 特特 基基 势势 垒垒 二二 极极 管管(Schottky Barrier Diode)，简简称称SBD，如如图图2.2.14(a)所所示示。图图2.2.14(B)是它的电路符号。是它的电路符号。本讲稿第四页，共二十七页 SBD是是一一种种金金属属半半导导体体二二极极管管(例例如如，铝铝硅硅二二极极管管)，它它的的正正向向导导通通电电压压

4、为为0.4V0.5V,比比一一般般硅硅管管的的正正向向导导通通电电压压0.6V0.7V低低0.2V。这这样样，当当三三极极管管的的c结结进进入入正正偏偏后后，SBD首首先先导导通通，c结结的的正正偏偏电电压压被被钳钳在在0.4V0.5V，使使三三极极管管不不会会进进入入深深饱饱和和，而而只只能能工工作作在在微微饱饱和和状状态态，从从而而大大大大提提高高了了门门电电路路的的工工作作速速度度。当当有有源源泄泄放放TTL电电路路中中的的V1,V2,V5都都采采用用SBD钳钳位位时时，如如图图2.2.15所所示示，就就会会收收到到明明显显的的抗抗饱和效果。这种抗饱和饱和效果。这种抗饱和TTL，简称，简

5、称“STTL”。本讲稿第五页，共二十七页图图2.2.14抗饱和三极管抗饱和三极管(a)并接并接SBD的三极管；的三极管；(B)电路符号电路符号本讲稿第六页，共二十七页图图2.2.15抗饱和抗饱和TTL电路电路本讲稿第七页，共二十七页 2.2.4 OC门及三态门门及三态门 1.OC门门 在在实实际际使使用用时时，有有时时需需要要将将多多个个与与非非门门的的输输出出端端直直接接相相连连，来来实实现现“与与”的的功功能能。例例如如，在在图图3.2.16中中，当当F1或或F2中中有有一一个个为为0时时，F=0(有有0出出0)；当当F1=F2=1时时，F=1(全全1出出1)。可可见见,。这这种种用用“线

6、线”连连接接成成“与与”的的方方式式称称为为“线线与与”(Wired AND)。图图中中所所用用的的门门就就是是OC门门。“线线与与”可可以以节节省省门门数数，减减少少门门的的级级数数。例例如如，在在上上例例中中，如如果果采采用用一一般般的的TTL与与非非门门，则则需需要要三三级级四四个个门门 ，逻逻辑辑图图留留请读者画请读者画)。本讲稿第八页，共二十七页 图 2.2.16本讲稿第九页，共二十七页 必必须须指指出出的的是是，并并不不是是所所有有形形式式的的与与非非门门都都能能接接成成“线线与与”电电路路。例例如如，一一般般的的TTL与与非非门门，由由于于采采用用了了推推拉拉式式输输出出电电路路

7、，无无论论是是输输出出高高电电平平还还是是低低电电平平，输输出出电电阻阻都都比比较较低低，只只有有几几至至几几十十。如如果果将将两两个个输输出出端端直直接接相相连连，当当一一个个门门的的输输出出为为高高电电平平，另另一一个个门门输输出出为为低低电电平平时时，则则会会形形成成一一条条自自+UCC到到地地的的低低阻阻通通路路，会会有有一一股股很很大大的的电电流流从从截截止止门门的的V4管管灌灌入入到到导导通通门门的的V5管管，如如图图2.2.17所所示示。这这个个大大电电流流不不仅仅会会使使导导通通门门的的输输出出低低电电平平抬抬高高，而而且且还还可可能能因因功功耗耗太太大大而而损损坏坏两两个个门

8、门的的输输出出管管，这这是是不不允允许许的的。为了克服一般为了克服一般TTL门不能直接相连的缺点，提出了门不能直接相连的缺点，提出了OC门。门。本讲稿第十页，共二十七页图图2.2.17两个两个TTL门输出端相连门输出端相连本讲稿第十一页，共二十七页图图2.2.18OC门结构门结构本讲稿第十二页，共二十七页图图2.2.19OC门符号门符号本讲稿第十三页，共二十七页 OC门门是是用用外外接接电电阻阻RL来来代代替替V3、V4复复合合管管组组成成的的有有源源负负载载。当当n个个OC门门相相连连时时，可可共共用用一一个个外外接接负负载载电电阻阻RL，如如图图2.2.20所所示示。只只要要RL选选择择得

9、得恰恰当当，就就不不会会在在+UCC和和地地之之间间形形成成低低阻阻通通路路。RL的的取取值值原原则则是是：应应保保证输出高电平证输出高电平UOH2.7V，输出低电平，输出低电平UOL0.35V。综上所述：综上所述：(1)OC门门在在使使用用时时输输出出端端与与电电源源UCC之之间间必必须须外外接接一一个个负载电阻负载电阻RL。(2)当当OC门输出端并联时，能实现门输出端并联时，能实现“线与线与”功能。功能。本讲稿第十四页，共二十七页图图2.2.20n个个OC门门“线与线与”本讲稿第十五页，共二十七页 2.三态门三态门 三三态态门门就就是是输输出出有有三三种种状状态态的的与与非非门门(Tris

10、tate Logic Gate)，简简称称TSL门门。它它与与一一般般TTL与与非非门门的的不同点是：不同点是：(1)输输出出端端除除了了有有高高电电平平、低低电电平平两两种种状状态态外外，还还增增加加了一个了一个“高阻态高阻态”，或称，或称“禁止态禁止态”。(2)输入级多了一个输入级多了一个“控制端控制端”，或称，或称“使能端使能端”E。TSL门门的的一一种种电电路路结结构构如如图图2.2.21(a)所所示示，图图2.2.21(B)是它的符号。它的工作原理为是它的符号。它的工作原理为本讲稿第十六页，共二十七页图图2.2.21一种形式的三态门一种形式的三态门(a)电路；电路；(B)符号符号本讲

11、稿第十七页，共二十七页 (1)当当E=1时时，与与 非非 门门 处处 于于 正正 常常 工工 作作 状状 态态，。(2)当当E=0时时，例例如如，UE=0.3V,则则V1的的Ub1=1V,V2,V5截截止止。同同时时因因为为Ub3被被钳钳位位在在Ub3=Ue+Ud=0.3+0.7=1V，所所以以V4也也截截止止。这这时时从从输输出出端端看看进进去去，电电路路处处于于高高阻阻态态，相相当当于于开开路路。这这种种门门的真值表如表的真值表如表2.2.1所示。所示。此此外外，还还有有一一种种TSL门门，如如图图2.2.22(a)所所示示，控控制制端端 为为低低电电平平有有效效，即即 接接低低电电平平时

12、时，与与非非门门处处于于工工作作状状态态。其其符符号号如如图图2.2.22(B)所所示示，真真值值表表如如表表2.2.2所所示示。在在使使用用时时请请认认清。清。本讲稿第十八页，共二十七页表表2.2.1一种一种TSL门的真值表门的真值表本讲稿第十九页，共二十七页图图2.2.22另一种形式的三态门另一种形式的三态门(a)电电路；路；(B)符号符号(b)A&FBENER1ABV2V1V4V5F+VCCV3EVD(a)R2R5R3R4本讲稿第二十页，共二十七页 三三态态门门主主要要应应用用在在数数字字系系统统的的总总线线结结构构中中。当当多多个个门门利利用用一一条条总总线线来来传传输输信信息息时时，

13、每每一一时时刻刻只只允允许许一一个个门门处处于于工工作作状状态态，其其余余的的门门不不应应影影响响总总线线的的信信息息，均均应应处处于于高高阻阻态态，相相当当于于与与总总线线脱脱开开。例例如如，在在图图2.2.23 中中，将将三三个个TSL门门的的输输出出连连接接到到同同一一根根总总线线上上。如如果果令令E1,E2,E3 轮轮流流接接高高电电平平1，那那么么D1,D2;D3,D4;D5,D6 这这三三组组数数据据就就会会轮轮流流地地按按与与非非关关系系送送到到总总线线上上，这这样样就就可可以以用用同同一一根根总总线线轮轮流流地地把把三三组组数数据据输输送送出出去去了了。当当某某一一个个门门处处

14、于于高高阻阻态态时时，就就相相当当于于此此门门的的输输出出端端与与总总线线断断开开，使总线不受此门的影响。使总线不受此门的影响。本讲稿第二十一页，共二十七页表表2.2.2另一种另一种TSL门的真值表门的真值表本讲稿第二十二页，共二十七页 图图2.2.24 是是用用TSL门门来来实实现现数数据据的的双双向向传传输输的的。具具体为：体为：当当E=1时，时，G1工作，工作，G2高阻态，信号由高阻态，信号由A传输到传输到B。当当E=0时，时，G2工作，工作，G1高阻态，信号由高阻态，信号由B传输到传输到A。改改变变控控制制器器E的的电电平平，就就可可控控制制信信号号的的传传输输方方向向。如如果果A为为

15、主主机机，B为为外外部部设设备备，则则通通过过一一根根导导线线，既既可可由由A向向B输输出出数数据据，又又可可由由B向向A输输入入数数据据，互互相相不不干干扰扰。三三态态门门除除了了作作三三态态与与非非门门外外，还还可可用用作作三三态态反反相相器器或或缓缓冲冲器器，它它也也是是数数字字系系统统中中的的一一种种重重要要的的接接口口电电路。路。本讲稿第二十三页，共二十七页图图2.2.23用用TSL门接成总线结构门接成总线结构本讲稿第二十四页，共二十七页图图2.2.24用用TSL门实现数据的双向传输门实现数据的双向传输本讲稿第二十五页，共二十七页2.3 ECL电路及电路及I2L电路的特点电路的特点

16、本本节节对对ECL、I2L电电路路的的结结构构及及工工作作原原理理不不作作介介绍绍，请读者参阅有关教材。请读者参阅有关教材。1.射极耦合逻辑电路射极耦合逻辑电路(简称简称ECL)ECL电电路路的的管管子子工工作作在在非非饱饱和和状状态态。它它的的主主要要特特点点是是：速速度度高高，带带负负载载能能力力强强，逻逻辑辑功功能能强强，可可以以实实现现线线或或。在在大大型型高高速速计计算算机机中中，ECL得得到到广广泛泛的的应应用用。缺缺点点是是：功功耗耗大，抗干扰能力差。大，抗干扰能力差。本讲稿第二十六页，共二十七页 2.集集 成成 注注 入入 逻逻 辑辑 电电 路路(Integrated Injection Logic简称简称I2L)I2L电电路路的的主主要要特特点点是是：电电路路简简单单，集集成成度度高高，功功耗耗低低，能能在在低低电电压压、小小电电流流下下工工作作，特特别别适适合合制制作作大大规规模模数数字字集集成成电电路路。I2L电电路路广广泛泛应应用用于于单单片片微微处处理理器器、大大规规模模逻逻辑辑阵阵列列、电电子子手手表表等等微微型型数数字字系系统统中中。缺缺点点是是：工工作作速速度度低低，抗抗干干扰扰能能力力差差。为为克服这些缺点，目前已出现了肖特基克服这些缺点，目前已出现了肖特基I2L电路。电路。本讲稿第二十七页，共二十七页