第二章逻辑门电路优秀PPT.ppt
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1、第二章逻辑门电路第一页,本课件共有37页2.1开关元件的开关特性开关元件的开关特性 1.二极管的开关特性二极管的开关特性二极管的开关特性表现在导通与截止两种不同状态之间二极管的开关特性表现在导通与截止两种不同状态之间的转换过程。的转换过程。第二页,本课件共有37页2.晶体管的开关特性晶体管的开关特性晶体管可看成一个由基极电流控制的无触点开关,晶体管晶体管可看成一个由基极电流控制的无触点开关,晶体管截止时,开关断开,饱和时,开关闭合。截止时,开关断开,饱和时,开关闭合。第三页,本课件共有37页2.2基本逻辑门电路基本逻辑门电路1.与门电路与门电路UA=UB=0VUF=UA(或或UB)+0.7V=
2、0.7VUA(或或UB)=3V,UB(或或UA)=0VUF=UB+0.7V=0.7VUA=UB=3VUF=UA(或或UB)+0.7V=3.7V如果将高于如果将高于3V电平代表逻辑电平代表逻辑1,低,低于于0.7V电平代表逻辑电平代表逻辑0,将上述结,将上述结果画在同一表中。果画在同一表中。输入输入输出输出UAUBUF000010100111与逻辑真值表与逻辑真值表表中逻辑关系:表中逻辑关系:输入全输入全1,输出为,输出为1,否则输出为,否则输出为0。逻辑符号:逻辑符号:第四页,本课件共有37页2.或门电路或门电路UA=UB=0VUF=UA(或或UB)-0.7V=-0.7VUA(或或UB)=3V
3、,UB(或或UA)=0VUF=UA-0.7V=2.3VUA=UB=3VUF=UA(或或UB)-0.7V=2.3V如果将高于如果将高于2.3V电平代表逻辑电平代表逻辑1,低于低于0V电平代表逻辑电平代表逻辑0,将上述结,将上述结果画在同一表中。果画在同一表中。输入输入输出输出UAUBUF000011101111或逻辑真值表或逻辑真值表表中逻辑关系:表中逻辑关系:输入全输入全0,输出为,输出为0,否则输出为,否则输出为1。逻辑符号:逻辑符号:第五页,本课件共有37页3.非门电路非门电路UA=0VUF=3VUA=3VUF=UC=0.3V如果将高于电平如果将高于电平3V代表逻辑代表逻辑1,低于,低于0
4、.3V电平电平代表逻辑代表逻辑0,将上述结果画在同一表中。,将上述结果画在同一表中。0110非逻辑真值表非逻辑真值表表中逻辑关系:表中逻辑关系:入有入有0,出为,出为1,入有,入有1,出为,出为0。逻辑符号:逻辑符号:AF=第六页,本课件共有37页4.复合逻辑门复合逻辑门由基本逻辑门组成的逻辑电路称为复合逻辑门。由基本逻辑门组成的逻辑电路称为复合逻辑门。常用的有常用的有与非门、或非门、异或门和同或门。其特征为:与非门、或非门、异或门和同或门。其特征为:与非门与非门 或非门或非门 异或门异或门 同或门同或门名名 称称表表达达式式符符 号号真真 值值 表表逻逻辑辑功功能能F=A+BF=A+B11A
5、 AB BF F0 0 10 0 10 1 00 1 01 0 01 0 01 1 01 1 0F=AB+AB=A BF=AB+AB=A B=1=1A AB BF F+0 0 00 0 00 1 10 1 11 0 11 0 11 1 01 1 0入全入全1出出0否则出否则出1入全入全0出出1否则出否则出0入同出入同出0入异出入异出1入同出入同出1入异出入异出0F=A B=AB+ABF=A B=AB+AB=A AB BF F+0 0 10 0 10 1 00 1 01 0 01 0 01 1 11 1 1第七页,本课件共有37页5.正逻辑和负逻辑正逻辑和负逻辑在数字电路中,通常用电路的高电平和
6、低电平来分别代表在数字电路中,通常用电路的高电平和低电平来分别代表逻辑逻辑1 1和逻辑和逻辑0 0,在这种规定下的逻辑关系称为,在这种规定下的逻辑关系称为正逻辑正逻辑。反。反之称为之称为负逻辑负逻辑。对于一个数字电路,既可以采用正逻辑,也可采用负逻辑。对于一个数字电路,既可以采用正逻辑,也可采用负逻辑。同一电路,如果采用不同的逻辑规定,那么电路所实现的同一电路,如果采用不同的逻辑规定,那么电路所实现的逻辑运算是不同的。逻辑运算是不同的。负逻辑负逻辑输入输入 输输 出出 X YX YL L L L H HL L L L H HL H H L L HL H H L L HH L H L L HH
7、L H L L HH H H H L LH H H H L L110010101000111001110001正逻辑正逻辑输入输入 输输 出出 X Y X Y 或或 与与 或非或非 与非与非L L L L H HL L L L H HL H H L L HL H H L L HH L H L L HH L H L L HH H H H L LH H H H L L001101010111000110001110除在特殊情况下注明为负逻辑外,通常采用正逻辑。除在特殊情况下注明为负逻辑外,通常采用正逻辑。非非或或非非 与与 或或与与第八页,本课件共有37页例例1:已知三输入与非门中输入已知三输入与
8、非门中输入A、B和输出和输出F的波形如图所示,请在的波形如图所示,请在(1)(5)波形波形中选定输入中选定输入C的波形的波形。解:满足入全解:满足入全1,出为,出为0的有的有(1)、(2)、(3);同时满足入有同时满足入有0,出为,出为1的有的有(1)、(2)、(3)。所以所以(1)、(2)、(3)都可作都可作为输入为输入C的波形的波形。0第九页,本课件共有37页例例2:己知两输入与非门的输入波形如图己知两输入与非门的输入波形如图A和和B所示,请在所示,请在(1)(4)波形中波形中选择输出选择输出F的波形。如果的波形。如果B=0,输出,输出F波形如何波形如何?解:满足入全解:满足入全1,出为,
9、出为0的有的有(2)、(4);同时满足入有同时满足入有0,出为,出为1的有的有(2)。所以所以(2)是输出是输出F波形。波形。第十页,本课件共有37页例例3:逻辑门的输入端逻辑门的输入端A、B和输出波和输出波形图所示,请列出真值表,写形图所示,请列出真值表,写出逻辑门的表达式。出逻辑门的表达式。解:解:ABF00001110111 F=A+B 或或第十一页,本课件共有37页2.3TTL数字集成逻辑门电路数字集成逻辑门电路TTL是晶体管是晶体管晶体管逻辑晶体管逻辑(Transistor一一TransistorLogic)电路的简称。在电路的简称。在TTL门电路中,输入门电路中,输入和输出部分的开
10、关元件均采用三极管和输出部分的开关元件均采用三极管(也称双极型晶体也称双极型晶体管管),因此得名,因此得名TTL数字集成电路。数字集成电路。TTL电路在中、小规模集成电路方面应用广泛。电路在中、小规模集成电路方面应用广泛。TTL电路的基本环节是与非门,本节先介绍电路的基本环节是与非门,本节先介绍TTL与非门的与非门的工作原理及参数,然后介绍集电极开路工作原理及参数,然后介绍集电极开路TTL与非门和与非门和TTL三态门等。三态门等。第十二页,本课件共有37页一一.基本基本TTL与非门工作原理与非门工作原理1.输入至少有一个为低电平输入至少有一个为低电平0.3VUA=0.3V,T1的的A发发射射结
11、结导导通通,UB1=UA+UBE1=0.3V+0.7V=1V,T2和和T4不足以导通而不足以导通而截止截止。UCC通通过过R2向向T3提提供供基基极极电电流流,使使T3和和D3导通导通,UR20,UO=UCC-UBE3-UD3=3.6V(高高电电平平),实实现现输输入入有有0,输输出出为为1的的逻辑关系逻辑关系。2.UA=UB=3.6V(高电平高电平)UCCR1R3使使T2和和T4饱饱和和导导通通,T1的的UB1=30.7=2.lV,T1的的两两个个发发射射结结处处于于截截止止状状态态,而而集集电电结结处处于于正正向向偏偏置置的的导导通通状状态态。T1处处于于倒倒 置置 运运 用用,此此 时时
12、 1,UC2=UCE2+UBE4=0.3+0.7=1V,使使T3和和D3截止截止,故,故UO=0.3V,输入级输入级 中间级中间级 输出级输出级实现实现输入全输入全1,输出为,输出为0的与非的与非逻辑关系。逻辑关系。若若A、B悬空,悬空,UCCR1R3仍使仍使T2和和T4饱和导通,饱和导通,输出状态输出状态与与A=1、B=1相同相同。输出端不输出端不能连接在一起。能连接在一起。第十三页,本课件共有37页二二.TTL与非门的技术参数与非门的技术参数 1.电压传输特性电压传输特性AB段截止区段截止区UI0.6V时时,T1导导通通UB1小小于于1.3V,T2和和T4截截止止,而而T3和和D3导通导通
13、,UO=3.6V。BC段线性区段线性区UI=(0.6 1.3V),UB2在在 0.71.4V之之间间,,T2导导通通,工工作作于于放放大大 区区,而而 T4仍仍 然然 截截 止止,UIUC2UO。CD段转折区段转折区UI=(1.3V1.4V),UB21.4V,T4开开始始导导通通,UC2T3和和D3截截止止,UO低低电电平平。这这一一段段称称为特性曲线转折区。为特性曲线转折区。DE段饱和区段饱和区UI1.4V后后,T4逐逐渐渐由由导导通通进进 入入饱饱 和和 导导 通通 状状 态态,UO0.3V。第十四页,本课件共有37页2.输入和输出高、低电平以及噪声容限输入和输出高、低电平以及噪声容限 输
14、出高电平输出高电平UOH:典型值典型值UOH=3.6V,UOH(min)=2.4V。输出低电平输出低电平UOL:典型值典型值UOL=0.3V,UOL(max)=0.4V。输入高电平输入高电平UIH:典型值典型值UIH=3.6V,UIH(min)=2.0VUIH(min)=UON,RON=2.5k。输入低电平输入低电平UIL:典型值典型值UIL=0.3V,UIL(max)=0.8VUIL(max)=UOFF,ROFF=0.7k。噪声容限:衡量逻辑门的抗干扰能力。噪声容限:衡量逻辑门的抗干扰能力。高电平噪声容限高电平噪声容限UNH=UOH(min)-UIH(min)=0.4V低电平噪声容限低电平噪
15、声容限UNL=UIL(max)-UOL(max=0.4V第十五页,本课件共有37页3.扇入与扇出系数扇入与扇出系数扇入系数扇入系数NI:输入端的个数确定。:输入端的个数确定。扇出系数扇出系数NO:表示一个逻辑门能:表示一个逻辑门能驱动同类门的最大数目。驱动同类门的最大数目。NO=IO/IILIOL为为逻辑门输出电流,逻辑门输出电流,IIL为驱动为驱动同类门的输入电流。同类门的输入电流。4.平均传输延迟时间平均传输延迟时间tPdtPd是通导延时时间是通导延时时间tPHL和截止延时时间和截止延时时间tPLH的平均值,即的平均值,即tPd=(tPHL+tPLH)/2(tPd越小,工作速度越快越小,工
16、作速度越快)5.静态功耗静态功耗它它是是指指与与非非门门空空载载时时电电源源总总电电流流IC与与电电源源电电压压UCC的的乘乘积积,是门电路的重要参数之一。是门电路的重要参数之一。第十六页,本课件共有37页例:图示的例:图示的TTL门电路中,设开门电阻门电路中,设开门电阻RON=2.5k,关门电阻,关门电阻ROFF=0.75k,写出各电路的逻辑表达式。,写出各电路的逻辑表达式。(a)(b)(c)(d)解:解:第十七页,本课件共有37页三三.TTL集电极开路门集电极开路门(简称(简称OC门)门)OC门门的的电电路路特特点点在在于于用用外外接接电电阻阻RC代替了原来的代替了原来的T3、D3和和R4
17、部分。部分。两两个个OC门门输输出出端端相相连连可可以以实实现现线线与逻辑。与逻辑。F1F2F00011011真值表真值表0001前面介绍的普通逻辑门输出端不前面介绍的普通逻辑门输出端不能连接在一起,否则将造成逻辑能连接在一起,否则将造成逻辑混乱和器件的损坏。混乱和器件的损坏。=F1F2=ABCD第十八页,本课件共有37页例:己知输入例:己知输入A、B和和C的波形的波形如图所示,试画出输出波形。如图所示,试画出输出波形。解:解:Y3=Y2Y1=ABC Y3第十九页,本课件共有37页四四.三态门三态门1工作原理工作原理当当CS=0T5饱和导通饱和导通T6截止截止 T7导通导通T3截止。同时截止。
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