第2章 基本逻辑运算及集成逻辑门精.ppt

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1、第2章 基本逻辑运算及集成逻辑门第1页，本讲稿共137页2.1基本逻辑运算基本逻辑运算逻辑运算是逻辑思维和逻辑推理的数学描述。具有逻辑运算是逻辑思维和逻辑推理的数学描述。具有真真与与假两种可能，并且可判定其真、假假两种可能，并且可判定其真、假的陈述语句叫逻辑变量。一般用英文大写字母的陈述语句叫逻辑变量。一般用英文大写字母A,B,C,表示。例如表示。例如,开关开关A闭合着闭合着,电灯电灯F亮着亮着,开关开关D开路着等均为逻辑变量，可分别将其记作开路着等均为逻辑变量，可分别将其记作A,F,D;开开关关B不太灵活不太灵活,电灯电灯L价格很贵价格很贵等均不是逻辑变量。等均不是逻辑变量。第2页，本讲稿共

2、137页 逻逻辑辑变变量量只只有有真真、假假两两种种可可能能，在在逻逻辑辑数数学学中中，把把真真、假假称称为为逻逻辑辑变变量量的的取取值值，简简称称逻逻辑辑值值，也也叫叫逻逻辑辑常常量量。通通常常用用1表表示示真真，用用0表表示示假假，或或者者相相反反。在在以以后后描描述述中中，若若不不作作特特别别说说明明，1就就代代表表真真，0就就代代表表假假。虽虽然然1和和0叫叫逻逻辑辑值值或或逻逻辑辑常常量量，但但是是它它们们没没有有大大小小的的含含义义，也也无无数数量量的的概概念念。它它们们只只是是代代表表逻逻辑辑真真、假假的的两两个形式符号。个形式符号。第3页，本讲稿共137页 一一个个结结论论成成

3、立立与与否否，取取决决于于与与其其相相关关的的前前提提条条件件是是否否成成立立。结结论论与与前前提提条条件件之之间间的的因因果果关关系系叫叫逻逻辑辑函函数数。通通常常记作：记作：F=f(A,B,C,)逻辑函数逻辑函数F也是一个逻辑变量，叫做因变量或输出变也是一个逻辑变量，叫做因变量或输出变量。因此它们也只有量。因此它们也只有1和和0两种取值，相对地把两种取值，相对地把A，B，C，叫做自变量或输入变量。叫做自变量或输入变量。第4页，本讲稿共137页2.1.1与逻辑与逻辑(与运算、逻辑乘与运算、逻辑乘)决决定定某某一一结结论论的的所所有有条条件件同同时时成成立立，结结论论才才成成立立，这这种因果关

4、系叫与逻辑，也叫与运算或叫逻辑乘。种因果关系叫与逻辑，也叫与运算或叫逻辑乘。例例如如，对对图图21所所示示电电路路的的功功能能作作如如下下描描述述：开开关关A闭闭合合，并并且且开开关关B闭闭合合，则则电电灯灯F亮亮。这这三三个个陈陈述述语语句句均均具具有有真真、假假两两种种可可能能，其其对对应应关关系系如如表表21(a)所所示示。用用1代代表表逻逻辑辑真真，0代代表表逻逻辑辑假假，则则表表21(a)可可改改为为表表21(b)的的形形式式。这这种种表表格格叫叫真真值值表表。所所谓谓真真值值表表，就就是是将将输输入入变变量量的的所所有有可可能能取取值值组组合合对对应应的的输输出出变变量量值值一一一

5、一列列出出来来的的表表格格。它它是是描描述述逻逻辑辑功功能能的的一一种种重要形式。重要形式。第5页，本讲稿共137页表表21与逻辑的真值表与逻辑的真值表(a)(b)A B FA BF假假假假假假真真真真假假真真真真假假假假假假真真000110110001图图21与门逻辑电路实例图与门逻辑电路实例图第6页，本讲稿共137页 由由表表21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辑。逻辑。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=AB读读作作F等等于于A乘乘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。也也有

6、有用用、等等符符号号来来表表示示逻逻辑辑乘乘。由表由表21可知，逻辑乘的基本运算规则为：可知，逻辑乘的基本运算规则为：00=001=010=011=10A=01A=A AA=A第7页，本讲稿共137页 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22所所示示，其其中中图图(a)是是我我国国常常用用的的传传统统符符号号，图图(b)为为国国外外流流行符号，图行符号，图(c)为国家标准符号。为国家标准符号。图图22与门的逻辑符号与门的逻辑符号第8页，本讲稿共137页2.1.2或逻辑或逻辑(或运算、逻辑加或运算、逻辑加)决决定定某某一一结结论论的的所所有有条条件件中中，只

7、只要要有有一一个个成成立立，则则结结论就成立，这种因果关系叫或逻辑。论就成立，这种因果关系叫或逻辑。例例如如，对对图图21所所示示电电路路功功能能，改改作作如如下下描描述述：开开关关A断断开开，开开关关B也也断断开开，则则电电灯灯F熄熄灭灭。显显然然这这三三个个语语句句都都是是逻逻辑辑变变量量，分分别别记记作作A，B，F。其其真真值值表表如如表表22所所示示。由由表表22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或逻辑。其逻辑表达式为：或逻辑。其逻辑表达式为：F=A+B读作读作F等于等于A加加B。也有用。也有用、等符号来表示逻辑加等符号来表示逻辑加.第9页，本讲稿共

8、137页由表由表22可知，逻辑加的运算规则为：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=A实现或运算的电路叫或门，其逻辑符号如图实现或运算的电路叫或门，其逻辑符号如图23所示。所示。表表22或逻辑的真值表逻辑的真值表(a)(b)A B FA BF假假假假假假真真真真假假真真真真假假真真真真真真000110110111第10页，本讲稿共137页图图23或门的逻辑符号或门的逻辑符号第11页，本讲稿共137页2.1.3非逻辑非逻辑(非运算，逻辑反非运算，逻辑反)若若前前提提条条件件为为真真，则则结结论论为为假假；若若前前提提条条件件为为假假，则则结

9、结论论为为真真。即即结结论论是是对对前前提提条条件件的的否否定定，这种因果关系叫非逻辑。这种因果关系叫非逻辑。例例如如，对对图图24所所示示电电路路的的功功能能作作如如下下描描述述：若若开开关关A闭闭合合，则则电电灯灯F就就亮亮。将将这这两两个个陈陈述述句句分分别别记记作作A、F，则其真值表如表，则其真值表如表23所示。所示。第12页，本讲稿共137页图图24非门逻辑电路实例图非门逻辑电路实例图(a)(b)A FA F假假真真真真假假0110表表23非逻辑的真值表非逻辑的真值表第13页，本讲稿共137页由由表表23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

10、辑，也叫非运算或叫逻辑反。其逻辑表达式为：也叫非运算或叫逻辑反。其逻辑表达式为：读读作作F等等于于A非非。通通常常称称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补变变量量。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，其其逻逻辑辑符符号号如如图图25所所示示。非非逻逻辑辑的的运运算算规规则是：则是：第14页，本讲稿共137页图图25非门的逻辑符号非门的逻辑符号(a)常用符号；常用符号；(b)国外流行符号；国外流行符号；(c)国标符号国标符号第15页，本讲稿共137页2.2常用复合逻辑常用复合逻辑2.2.1与非逻辑与非逻辑与与非非逻逻辑辑是是与与

11、逻逻辑辑和和非非逻逻辑辑的的组组合合。先与再非。其表达式为先与再非。其表达式为实实现现与与非非逻逻辑辑运运算算的的电电路路叫叫与与非非门门。其其逻逻辑辑符符号如图号如图26所示。所示。第16页，本讲稿共137页图图26与非门的逻辑符号与非门的逻辑符号(a)常用符号；常用符号；(b)国外流行符号；国外流行符号；(c)国标符号国标符号第17页，本讲稿共137页2.2.2或非逻辑或非逻辑或或非非逻逻辑辑是是或或逻逻辑辑和和非非逻逻辑辑的的组组合合。先或后非。其表达式为先或后非。其表达式为实实现现或或非非逻逻辑辑运运算算的的电电路路叫叫或或非非门门。其其逻逻辑辑符符号号如图如图27所示。所示。第18页

12、，本讲稿共137页图图27或非门的逻辑符号或非门的逻辑符号(a)常用符号；常用符号；(b)国外流行符号；国外流行符号；(c)国标符号国标符号第19页，本讲稿共137页2.2.3与或非逻辑与或非逻辑与与或或非非逻逻辑辑是是与与,或或,非非三三种种基基本本逻逻辑的组合。先与再或最后非。其表达式为辑的组合。先与再或最后非。其表达式为实实现现与与或或非非逻逻辑辑运运算算的的电电路路叫叫与与或或非非门门。其其逻逻辑辑符号如图符号如图28所示。所示。第20页，本讲稿共137页图图28与或非门的逻辑符号与或非门的逻辑符号(a)常用符号；常用符号；(b)国外流行符号；国外流行符号；(c)国标符号国标符号第21

13、页，本讲稿共137页2.2.4异或逻辑及同或逻辑异或逻辑及同或逻辑1.两变量的异或及同或逻辑两变量的异或及同或逻辑若若两两个个输输入入变变量量A、B的的取取值值相相异异，则则输输出出变变量量F的的值值为为1；若若A、B的的取取值值相相同同，则则F的的值值为为0。这这种种逻逻辑关系叫异或逻辑，其逻辑表达式为：辑关系叫异或逻辑，其逻辑表达式为：读作读作F等于等于A异或异或B。异或运算也称作模。异或运算也称作模2加加运算。实现异或运算的电路叫异或门。其逻辑符运算。实现异或运算的电路叫异或门。其逻辑符号如图号如图29所示。所示。第22页，本讲稿共137页图图29异或门的逻辑符号异或门的逻辑符号(a)常

14、用符号；常用符号；(b)国外流行符号；国外流行符号；(c)国标符号国标符号第23页，本讲稿共137页若若两两个个输输入入变变量量A、B的的取取值值相相同同，则则输输出出变变量量F的的值值为为1；若若A、B取取值值相相异异，则则F的的值值为为0。这这种种逻逻辑关系叫同或逻辑，其逻辑表达式为辑关系叫同或逻辑，其逻辑表达式为同同或或逻逻辑辑也也称称作作符符合合逻逻辑辑。实实现现同同或或运运算算的的电路叫同或门。其逻辑符号如图电路叫同或门。其逻辑符号如图210所示。所示。第24页，本讲稿共137页图图210同或门的逻辑符号同或门的逻辑符号(a)常用符号；常用符号；(b)国外流行符号；国外流行符号；(c

15、)国标符号国标符号第25页，本讲稿共137页两变量异或及同或逻辑的真值表如表两变量异或及同或逻辑的真值表如表24所示。所示。表表24异或及同或逻辑真值表异或及同或逻辑真值表AB0001101101101001第26页，本讲稿共137页反反函函数数的的定定义义：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F1和和F2的取值总是相反，则称的取值总是相反，则称F1和和F2互为反函数。记作：互为反函数。记作：由表由表24可知，两变量的异或逻辑和同或逻辑互可知，两变量的异或逻辑和同或逻辑互为反函数，即为反函数，即由对偶规则由对偶规则(见第三章见第三章)可知，可知，AB和和A B互为对偶

16、式。互为对偶式。第27页，本讲稿共137页2.多变量的异或及同或逻辑多变量的异或及同或逻辑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。其其实实现现多多变变量量异异或或与同或逻辑的电路分别如图与同或逻辑的电路分别如图211和图和图212所示。所示。第28页，本讲稿共137页图图212多变量的同或电路多变量的同或电路图图211多变量的异或电路多变量的异或电路第29页，本讲稿共137页由图由图211(a)得：得：由图由图211(b)得：得：由图由图212(a)得：得：由图由图212(b)得：得：第30页，本讲稿共137页(1)n

17、个个变变量量的的异异或或逻逻辑辑输输出出值值和和输输入入变变量量取取值值的的对对应应关关系系是是：输输入入变变量量取取值值组组合合中中，有有奇奇数数个个1时时，异异或或逻逻辑辑的的输输出出值值为为1；反反之之，输输出出值值为为0。利用此特性，可作为奇偶校验码校验位的产生电路。利用此特性，可作为奇偶校验码校验位的产生电路。异异或或逻逻辑辑电电路路，可可以以用用作作奇奇校校验验码码接接收收端端的的错错码码检检测测电电路路。当当它它输输出出0时时，表表示示输输入入代代码码有有错错码码；当当它它输输出出1时时，表表示示输输入入代代码码基基本本无无错错码码(有有可可能能有有偶偶数数位位错错码码，但但发发

18、生生的的概概率率很很小小)。也也可可用用于于偶偶校校验验码码的的错错码码检检测测，只只是是其其输输出出值值1和和0的的含含义义与与检检测测奇奇校校验验码码时相反。时相反。第31页，本讲稿共137页(2)偶偶数数个个变变量量的的同同或或逻逻辑辑，等等同同于于这这偶偶数数个个变变量的异或之非。如：量的异或之非。如：奇奇数数个个变变量量的的同同或或逻逻辑辑，等等同同于于这这奇奇数数个个变变量量的的异或。如：异或。如：第32页，本讲稿共137页2.3正正负负逻逻辑辑2.3.1正负逻辑正负逻辑在在数数字字系系统统中中，逻逻辑辑值值是是用用逻逻辑辑电电平平表表示示的的。若若用用逻逻辑辑高高电电平平UOH表

19、表示示逻逻辑辑真真，用用逻逻辑辑低低电电平平UOL表表示示逻逻辑假，则称为正逻辑；反之，则称为负逻辑。辑假，则称为正逻辑；反之，则称为负逻辑。当当规规定定真真记记作作1，假假记记作作0时时，正正逻逻辑辑可可描描述述为为：若若UOH代代表表1，UOL代代表表0，则则为为正正逻辑；反之，则为负逻辑。逻辑；反之，则为负逻辑。UOH和和UOL统统称称为为逻逻辑辑电电平平，其其值值由由逻逻辑辑器器件件内内部部结结构构确确定定。UOH和和UOL的的差差值值(叫叫逻逻辑辑摆摆幅幅)愈愈大大，则则1和和0的区别越明显，电路可靠性越高。的区别越明显，电路可靠性越高。第33页，本讲稿共137页2.3.2逻辑运算的

20、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。各各种种逻辑运算的优先级别，由高到低的顺序如下：逻辑运算的优先级别，由高到低的顺序如下：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。第34页，本讲稿共137页2.3.3逻辑运算的完备性逻辑运算的完备性与与、或或、非非是是逻逻辑辑代代数数中中三三种种最最基基本本的的逻逻辑辑运运算算。任任何何逻逻辑辑函函数数都都可可以以用用这这三三种种运运算算的的组组合合来来构构成成。即即任任

21、何何数数字字系系统统都都可可以以用用这这三三种种逻逻辑辑门门来来实实现现。因因此此，称称与与、或或、非非是是一一个个完完备备集集合合，简简称称完完备备集集。但但是是，它它不不是是最最好好的的完完备备集集，因因为为用用它它实实现现逻逻辑辑函函数数，必必须须同同时时使使用用三三种种不不同同的的逻逻辑辑门门，这这对对数数字字系系统统的的制制造造与与维维修都不方便。修都不方便。第35页，本讲稿共137页由由反反演演律律(见见逻逻辑辑代代数数一一章章)可可以以看看出出，利利用用与与和和非非可可得得或或；利利用用或或和和非非可可得得与与。因因此此与与非非、或或非非、与与或或非非这这三三种种复复合合运运算算

22、中中的的任任何何一一种种都都能能实实现现与与、或或、非非的的功功能能，即即这这三三种种复复合合运运算算各各自自都都是是完完备备集集。因因此此，利利用用与与非非门门、或或非非门门、与与或或非非门门中中的的任任何何一一种种，就就可可以以实实现现任任何何逻逻辑辑函函数数，这这给给数数字字系系统统的的制制造造与与维维修修带带来来了了极极大大的的方方便。便。第36页，本讲稿共137页2.4集集成成逻逻辑辑门门 把把若若干干个个有有源源器器件件和和无无源源器器件件及及其其连连线线，按按照照一一定定的的功功能能要要求求，制制做做在在同同一一块块半半导导体体基基片片上上，这这样样的的产产品品叫叫集集成成电电路

23、路。若若它它完完成成的的功功能能是是逻逻辑辑功功能能或或数数字字功功能能，则则称称为为逻逻辑辑集集成成电电路路或或数数字字集集成成电电路路。最最简简单单的的数数字字集集成成电电路路是是集成逻辑门。集成逻辑门。集集成成逻逻辑辑门门，按按照照其其组组成成的的有有源源器器件件的的不不同同可可分分为为两两大大类类：一一类类是是双双极极性性晶晶体体管管逻逻辑辑门门；另另一一类类是是单单极极性性绝绝缘缘栅场效应管逻辑门，简称栅场效应管逻辑门，简称MOS门。门。第37页，本讲稿共137页 双双极极性性晶晶体体管管逻逻辑辑门门主主要要有有TTL门门(晶晶体体管管晶晶体体管管逻逻辑辑门门)、ECL门门(射射极极

24、耦耦合合逻逻辑辑门门)和和I2L门门(集集成成注注入入逻逻辑辑门门)等。等。单单极极性性MOS门门主主要要有有PMOS门门(P沟沟道道增增强强型型MOS管管构构成成的的逻逻辑辑门门)、NMOS门门(N沟沟道道增增强强型型MOS管管构构成成的的逻逻辑辑门门)和和CMOS门门(利利用用PMOS管管和和NMOS管管构构成成的的互互补补电电路构成的门电路，故又叫做互补路构成的门电路，故又叫做互补MOS门。门。第38页，本讲稿共137页2.4.1TTL与非门与非门典型的典型的TTL与非门的电路图如图与非门的电路图如图213(a)所示。所示。图图213典型的典型的TTL与非门电路与非门电路(a)电路原理图

25、；电路原理图；(b)多射极晶体管的等效电路多射极晶体管的等效电路第39页，本讲稿共137页1.电路结构电路结构由由多多发发射射极极晶晶体体管管V1和和电电阻阻R构构成成输输入入级级。其其功功能能是是对对输输入入变变量量A、B、C实实现现与与运运算算，如如图图213(b)所所示。示。晶晶体体管管V2和和电电阻阻R2、R3构构成成中中间间级级。其其集集电电极极和和发发射射极极各各输输出出一一个个极极性性相相反反的的电电平平，分分别别用用来来控控制制晶晶体体管管V4和和V5的工作状态。的工作状态。晶晶体体管管V3、V4、V5和和电电阻阻R4、R5构构成成输输出出级级，它它们们的的功功能能是是非非运运

26、算算。在在正正常常工工作作时时，V4和和V5总总是是一一个个截截止止，另另一个饱和。一个饱和。第40页，本讲稿共137页2.功能分析功能分析(1)输输入入端端至至少少有有一一个个为为低低电电平平(UIL=0.3V)。当当输输入入端端至至少少有有一一个个接接低低电电平平UIL(0.3V)时时，接接低低电电平平的的发发射射结结正正向向导导通通，则则V1的的基基极极电电位位UB1=UBE1+UIL=0.7+0.3=1V。为为使使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，UB1至至少少应应当当等等于于2.1V(UB1=UBC1+UBE2+UBE5)。现现在在UB1=1V，所

27、所以以，V2和和V5必必然然截截止止。由由于于V2截截止止，故故IC20，R2中中的的电电流流也也很很小，因而小，因而R2上的电压很小。因此有上的电压很小。因此有第41页，本讲稿共137页该该电电压压使使V3和和V4的的发发射射结结处处于于良良好好的的正正向向导导通通状状态态，V5处于截止状态，此时输出电压等于高电平处于截止状态，此时输出电压等于高电平(3.6V)。UO=UOH=UC2-UBE3-UBE4=5-0.7-0.7=3.6V此值未计入此值未计入R2上的压降，所以实际的上的压降，所以实际的UOH小于小于3.6V。当当UO=UOH时，称与非门处于关闭状态。时，称与非门处于关闭状态。第42

28、页，本讲稿共137页(2)输输入入端端全全部部接接高高电电平平(UIH=3.6V)。V1的的基基极极电电位位UB1最最高高不不会会超超过过2.1V。因因为为当当UB12.1V时时，V1的的集集电电结结及及 V2和和 V5的的 发发 射射 结结 会会 同同 时时 导导 通通，从从 而而 把把 UB1钳钳 在在UB1=UBC1+UBE2+UBE5=0.7+0.7+0.7=2.1V。所所以以，当当各各个个输输入入端端都都接接高高电电平平UIH(3.6V)时时，V1的的所所有有发发射射结结均均截截止止。这这时时+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，

29、从而使通，从而使V2和和V5处于饱和状态。此时处于饱和状态。此时V2的集电极电位为的集电极电位为UC2=UCES2+UBE50.3+0.7=1V第43页，本讲稿共137页 UC2加加到到V3的的基基极极，由由于于R4的的存存在在，可可以以使使V3导导通通。所以，所以，V4的基极电位和射极电位分别为的基极电位和射极电位分别为UB4=UE3UC2-UBE3=1-0.7=0.3VUE4=UCES50.3V可可见见，V4的的发发射射结结偏偏压压UBE4=UB4-UE4=0.3-0.3=0V，所所以以，V4处处于于截截止止状状态态。在在V4截截止止、V5饱饱和和的的情情况况下下，输输出出电电压压UO为为

30、UO=UOL=UCES50.3V UO=UOL时，称与非门处于开门状态。时，称与非门处于开门状态。第44页，本讲稿共137页 综综上上所所述述，当当输输入入端端至至少少有有一一端端接接低低电电平平(0.3V)时时，输输出出为为高高电电平平(3.6V)；当当输输入入端端全全部部接接高高电电平平(3.6V)时时，输输出出为为低低电电平平(0.3V)。由由此此可可见见，该该电电路路的的输输出出和和输输入入之间满足与非逻辑关系之间满足与非逻辑关系 第45页，本讲稿共137页(3)输输入入端端全全部部悬悬空空。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R

31、1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，从从 而而 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的的作作用用，V3导导通通，故，故UBE3=0.7V。此时。此时V2的发射结电压为的发射结电压为UBE4=UB4-UE4=UE3-UCES5=UB3-UBE3-UCES51-0.7-0.3=0V所以所以V4处于截止状态。处于截止状态。第46页，本讲稿共137页因因此此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饱饱和和。故其输出电压故其输出电压U

32、O为为UO=UCES50.3V可可见见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入端端一一般般不不悬悬空空，应应作作相应的处理。相应的处理。第47页，本讲稿共137页 (4)一一个个输输入入端端通通过过电电阻阻RE接接地地，其其它它输输入入端端接接高高电电平平。设设V1的的发发射射极极A通通过过RE接接地地，其其它

33、它输输入入端端均均接接高高电电平平，如如图图214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RE0.7k，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

34、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1.4V。该该电电压压值值虽虽然然与与高高电电平平(3.6)相差甚远，但其效果相当于在该端接入了高电平。相差甚远，但其效果相当于在该端接入了高电平。第48页，本讲稿共137页图图214一个输入端接电阻一个输入端接电阻第49页，本讲稿共137页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

35、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=0.7k，RON=2k。考考虑虑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也也会会有有差差异异。所所以以，在在工工程程技技术术中中，TTL与非门的与非门的ROF

36、F和和RON分别取值为分别取值为0.5k和和2k。综综上上所所述述，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R2k，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。第50页，本讲稿共137页3.主要参数主要参数对对器器件件使使用用者者来来说说，正正确确理理解解器器件件各各项项参参数数是是十十分分重重要的。要的。(1)输出高电平输出高电平UOH和输出低电平和输出低电平UOL与与非非门门至至少少一一个个输输入入端端接接低低电电平平时时的的输输出出电电压压叫叫输输出出高高电电平平

37、，记记作作UOH。不不同同型型号号的的TTL与与非非门门，其其内内部部结结构构有有所所不不同同，故故其其UOH也也不不一一样样。即即使使同同一一个个与与非非门门，其其UOH也也随随负负载载的的变变化化表表现现出出不不同同的的数数值值。但但是是只只要要在在2.43.6V之间即认为合格。之间即认为合格。UOH的标准值是的标准值是3V。与与非非门门的的所所有有输输入入端端都都接接高高电电平平时时的的输输出出电电压压叫叫输输出出低低电电平平，记记作作UOL。其其值值只只要要在在00.5V之之间间即即认认为为合合格格。UOL的标准值是的标准值是0.3V。第51页，本讲稿共137页 (2)开门电平开门电平

38、UON和关门电平和关门电平UOFF开开门门电电平平UON是是保保证证与与非非门门输输出出标标准准低低电电平平时时，允允许许输输入入的的高高电电平平的的最最小小值值。只只有有输输入入电电平平大大于于UON，与与非非门门才才进进入入开开门门状状态态，输输出出低低电电平平。即即UON是是为为使使与与非非门门进进入入开开门门状状态态所所需需要要输输入入的的最最低低电电平平。一一般般产产品品规规定定UON在在1.41.8V之之间间。关关门门电电平平UOFF是是保保证证与与非非门门输输出出标标准准高高电电平平的的90%(2.7V)时时，允允许许输输入入的的低低电电平平的的最最大大值值。只只有有输输入入电电

39、平平低低于于UOFF，与与非非门门才才进进入入关关门门状状态态，输输出出高高电电平平。即即UOFF是是为为使使与与非非门门进进入入关关门门状状态态所所需需要要输输入入的的最最高高电电平平。一般产品规定一般产品规定UOFF在在0.81V之间。之间。第52页，本讲稿共137页 (3)噪声容限噪声容限UNH和和UNL当当与与非非门门的的输输入入端端全全接接高高电电平平时时，其其输输出出应应为为低低电电平平，但但是是若若输输入入端端窜窜入入负负向向干干扰扰电电压压，就就会会使使实实际际输输入入电电平平低低于于UON，致致使使输输出出电电压压不不能能保保证证为为低低电电平平。在在保保证证与与非非门门输输

40、出出低低电电平平的的前前提提条条件件下下，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负负向向干干扰扰电电压压叫叫高高电电平平噪噪声声容容限限(或或叫叫高高电电平平干干扰扰容容限限)，记作，记作UNH。其值一般为。其值一般为UNH=UIH-UON=3-1.8=1.2V式中，式中，UIH=3V是输入高电平的标准值。是输入高电平的标准值。第53页，本讲稿共137页当当与与非非门门的的输输入入端端接接有有低低电电平平时时，其其输输出出应应为为高高电电平平。若若输输入入端端窜窜入入正正向向干干扰扰，以以致致使使输输入入低低电电平平叠叠加加上上该该干干扰扰电电压压后后大大于于UOFF，则则输

41、输出出就就不不能能保保证证是是高高电电平平。在在保保证证与与非非门门输输出出高高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低低电电平平上上的的最最大大正正向向干干扰扰电电压压叫叫低低电电平平噪噪声声容容限限(或或叫叫低低电电平干扰容限平干扰容限)，记作，记作UNL。其值一般为。其值一般为UNL=UOFF-UIL=0.8-0.3=0.5V式中，式中，UIL=0.3V是输入低电平的标准值。是输入低电平的标准值。第54页，本讲稿共137页(4)平均传输延迟时间平均传输延迟时间tpd平平均均传传输输延延迟迟时时间间是是衡衡量量门门电电路路运运算算速速度度的的重重要要指指标标。当当输输入入端

42、端输输入入信信号号后后，需需要要经经过过一一定定的的时时间间td，才才能能在输出端产生对应的输出信号。在输出端产生对应的输出信号。td就叫传输延迟时间。就叫传输延迟时间。从从输输入入端端接接入入高高电电平平开开始始，到到输输出出端端输输出出低低电电平平为为止止，所所经经历历的的时时间间叫叫导导通通延延迟迟时时间间，记记作作tpHL。测测试试时时，把把输输入入波波形形的的上上升升边边沿沿的的中中点点，到到对对应应输输出出波波形形下下降降边边沿的中点之间的时间间隔作为沿的中点之间的时间间隔作为tpHL的值。如图的值。如图215所示。所示。第55页，本讲稿共137页图图215TTL与非门的延迟时间与

43、非门的延迟时间第56页，本讲稿共137页从从输输入入端端接接入入低低电电平平开开始始，到到输输出出端端输输出出高高电电平平为为止止，所所经经历历的的时时间间叫叫截截止止延延迟迟时时间间，记记作作tpLH。测测试试时时，把把输输入入波波形形的的下下降降边边沿沿的的中中点点到到对对应应输输出出波波形形的的上上升升边边沿沿的的中中点之间的时间间隔作为点之间的时间间隔作为tpLH的值。如图的值。如图215所示。所示。平均传输延迟时间平均传输延迟时间tpd是是tpHL和和tpLH的平均值，即的平均值，即TTL门的门的tpd在在340ns之间。之间。第57页，本讲稿共137页(5)功耗功耗输出端不接负载时

44、，门电路消耗的功率叫空载功耗。输出端不接负载时，门电路消耗的功率叫空载功耗。动动态态功功耗耗是是门门电电路路的的输输出出状状态态由由UOH变变为为UOL(或或相相反反)时，门电路消耗的功率。时，门电路消耗的功率。静静态态功功耗耗是是门门电电路路的的输输出出状状态态不不变变时时，门门电电路路消消耗耗的的功率。静态功耗又分为截止功耗和导通功耗。功率。静态功耗又分为截止功耗和导通功耗。截截止止功功耗耗POFF是是门门输输出出高高电电平平时时消消耗耗的的功功率率；导导通通功功耗耗PON是是门门输输出出低低电电平平时时消消耗耗的的功功率率。导导通通功功耗耗大大于于截截止止功功耗耗。作作为为门门电电路路的

45、的功功耗耗指指标标通通常常是是指指空空载载导导通通功功耗耗。TTL门的功耗范围为门的功耗范围为122mW。第58页，本讲稿共137页(6)功耗延迟积功耗延迟积M门门的的平平均均延延迟迟时时间间tpd和和空空载载导导通通功功耗耗PON的的乘乘积积叫叫功功耗耗延延迟迟积积或或功功耗耗速速度度积积，也也叫叫品品质质因因数数，简简称称pd积积，记记作作M。即。即M=PONtpd若若PON的的单单位位是是mW，tpd的的单单位位是是ns，则则M的的单单位位是是pJ(微微微微焦焦耳耳)。M是是全全面面衡衡量量一一个个门门电电路路品品质质的的重重要要指指标标。M越小，其品质越高。越小，其品质越高。74系列系

46、列TTL门的延迟时间及功耗如表门的延迟时间及功耗如表25所示。所示。第59页，本讲稿共137页表表2574系列系列TTL与非门的传输延迟时间与非门的传输延迟时间tpd和功耗和功耗PON产品型号产品型号传输延迟时间传输延迟时间tpd/ns功耗功耗PON/mW产品名称的意义产品名称的意义74001010标准标准TTL74H00622高速高速TTL74L00331低功耗低功耗TTL74S00319肖特基肖特基TTL74LS009.52低功耗肖特基低功耗肖特基TTL74ALS003.51.3先进低功耗肖特基先进低功耗肖特基TTL74AS0038先进肖特基先进肖特基TTL第60页，本讲稿共137页(7)

47、输入短路电流输入短路电流IIS和输入漏电流和输入漏电流IIH输输入入短短路路电电流流IIS是是把把与与非非门门的的一一个个输输入入端端直直接接接接地地(其其它它输输入入端端悬悬空空)时时，由由该该输输入入端端流流向向参参考考地地的的电电流流，也也叫低电平输入电流。叫低电平输入电流。IIS的典型值约为的典型值约为1.5mA。输输入入漏漏电电流流IIH是是把把与与非非门门的的一一个个输输入入端端接接高高电电平平(其其它它输输入入端端悬悬空空)时时，流流入入该该输输入入端端的的电电流流，也也叫叫高高电电平平输输入入电电流流。因因为为此此时时V1管管处处于于倒倒置置状状态态，故故IIH数数值值很很小小

48、，一般为几十微安。一般为几十微安。第61页，本讲稿共137页 (8)最大灌电流最大灌电流IOLmax和最大拉电流和最大拉电流IOHmaxIOLmax是是在在保保证证与与非非门门输输出出标标准准低低电电平平的的前前提提下下，允允许许流流进进输输出出端端的的最最大大电电流流，一一般般为为十十几几毫毫安安。IOHmax是是在在保保证证与与非非门门输输出出标标准准高高电电平平并并且且不不出出现现过过功功耗耗的的前前提提下下，允许允许流出流出输出端的最大电流，一般为几毫安。输出端的最大电流，一般为几毫安。实实际际应应用用中中，若若输输出出电电流流超超出出IOLmax或或IOHmax，则则与与非门就可能输

49、出不正确的逻辑电平。非门就可能输出不正确的逻辑电平。第62页，本讲稿共137页(9)扇入系数扇入系数NI扇扇入入系系数数是是门门电电路路的的输输入入端端数数。一一般般NI5，最最多多不不超超过过8。当当需需要要的的输输入入端端数数超超过过NI时时，可可以以用用与与扩扩展展器器来来实实现。现。(10)扇出系数扇出系数NO扇扇出出系系数数NO是是在在保保证证门门电电路路输输出出正正确确的的逻逻辑辑电电平平和和不不出出现现过过功功耗耗的的前前提提下下，其其输输出出端端允允许许连连接接的的同同类类门门的的输输入入端端数数。NO由由IOLmax/IIS和和IOHmax/IIH中中的的较较小小者者决决定定

50、。一一般般NO8，NO越大，表明门的负载能力越强。越大，表明门的负载能力越强。第63页，本讲稿共137页(11)最小负载电阻最小负载电阻RLminRLmin是是为为保保证证门门电电路路输输出出正正确确的的逻逻辑辑电电平平，在在其其输输出端允许接入的最小电阻出端允许接入的最小电阻(或最小等效电阻或最小等效电阻)。在在门门的的输输出出端端接接上上负负载载RL后后，只只要要RL阻阻值值不不趋趋于于零零，对对输输出出低低电电平平几几乎乎无无影影响响。但但RL阻阻值值太太小小，会会使使门门电电路路无无法法输输出出正正确确高高电电平平。因因为为与与非非门门处处于于关关门门状状态态时时，应应当当输输出出高高