数字逻辑电路教程PPT第2章逻辑门电路.ppt

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1、第二章第二章 逻辑门电路逻辑门电路n本章主要内容n介绍基本门电路的概念n将讨论数字集成电路的几种主要类型,重点是双极型TTL集成门电路nMOS型数字集成电路nTTL电路和MOS电路相互连接的问题.第二章第二章 集成逻辑门电路逻辑门电路n集成逻辑门电路，是把门电路的所有元器件及连接导线制作在同一块半导体基片上构成的。n它属于小规模集成电路(SSI)，它是组成一个较大数字系统的基本单元。第二章第二章 集成逻辑门电路逻辑门电路n集成度集成度n小规模(Small Scale Integrated Circuit,SSI)是由十几个门电路构成的。n中规模(Medium Scale Integrated

2、Circuit,MSI)是由上百个门电路构成的。n大规模(Large Scale Integrated Circuit,LSI)是由几百个至几千个门电路构成的。n超大规模(Very Large Scale Integrated Circuit,VLSI)是由一万个以上门电路构成的。第二章第二章 集成逻辑门电路逻辑门电路n应用n目前，广泛使用的逻辑门有TTL(Transistor-Transistor Logic)和CMOS两个系列。nTTL门电路属双极型数字集成电路，其输入级和输出级都是三极管结构，故称TTL。nCMOS门电路是由NMOS管和PMOS管组成的互补MOS集成电路，属单极性数字集成

3、电路。第二章第二章 集成逻辑门电路逻辑门电路n我国TTL系列数字集成电路型号与国际型号对应列入表2-1中 系列国产型号国际型号分类名称TTL系列CT1000CT2000CT3000CT400054/7454/74H54/74S54/74LS标准(通用系列)高速系列肖特基系列低功耗肖特基系列 第一节第一节 基本逻辑门电路基本逻辑门电路n与门与门n实现与逻辑功能的电路，称为与门。实现与逻辑功能的电路，称为与门。VA=VB=3V。由于R接到电源+12V上，故DA、DB均导通，VF=VF=3+0.7V=3.7V3V第一节第一节 基本逻辑门电路基本逻辑门电路nVA=3V，VB=0V，由于DB导通，VF=

4、0.7V，因而 DA截 止，通 常 将 DB导 通，使VF=VF=0+0.7V=0.7V0V称为箝位。VA=0V，VB=3V，由于DA导通，VF=VF=0+0.7V=0.7V0V，DB截止。第一节第一节 基本逻辑门电路基本逻辑门电路nVA=VB=0V，VF=0.7V，此时DA、DB均导通。VF=0+0.7V=0.7V0V(1)VA=VB=0V VF0V(2)VA=0V,VB=3V:VF0V(3)VA=3V,VB=0V:VF0V(4)VA=VB=3V VF3V第一节第一节 基本逻辑门电路基本逻辑门电路n电位关系电位关系输入 VF(V)VF(V)输出VF(V)0 0 0 3 3 0 3 30003

5、&FABA B0 00 11 01 1F0001第一节第一节 基本逻辑门电路基本逻辑门电路n或门n实现逻辑或功能的电路，称为或门。VA=VB=3V，由于R接到电源-VEE（-12V）上，故DA、DB均导通。VF因此为VA-VD=2.3V 3V。第一节第一节 基本逻辑门电路基本逻辑门电路nVA=0V，VB=3V，此时DB导通，将VF钳位在2.3V，DA加 反 向 电 压 截 止。因 此 VF=VB-VD=2.3V3V。VA=3V，VB=0V，此时DA导通，DB截止，VF=VA-VD=2.3V 3V。VA=VB=0V，DA、DB均导通，VF=0-VD=-0.7V 0V。第一节第一节 基本逻辑门电路

6、基本逻辑门电路n(1)VA=VB=0V:VF0Vn(2)VA=0V,VB=3V:VF3Vn(3)VA=3V,VB=0V:VF3Vn(4)VA=VB=3V:VF3V输入 VF(V)VF(V)输出VF(V)0 0 0 3 3 0 3 30303第一节第一节 基本逻辑门电路基本逻辑门电路A B0 00 11 01 1F01111FAB第一节第一节 基本逻辑门电路基本逻辑门电路n非门（反相器）非门（反相器）n实现逻辑非门功能的电路，称作非门(反相器)。第一节第一节 基本逻辑门电路基本逻辑门电路n数字电路中，二极管，三极管均工作在开关状态。三极管工作在饱和态和截止态。n饱和时，其集电极输出为低电平（VO

7、=Vces）；n截止时，其集电极输出高电平（无箝位时，VO=VCC，有箝位电路时，VO高电平将使DQ导通，由于VQ=2.5V，故VO=2.5V+0.7V=3.2V）。第一节第一节 基本逻辑门电路基本逻辑门电路nVI=0.3V时，一般硅管死区电压为0.5V，故T可能截止，只考虑到VEE时只考虑到VI时 第一节第一节 基本逻辑门电路基本逻辑门电路nVI=0.3V时，总的VB=-0.646V，T截止，VO为高电平。由于此时钳位二极管DQ导通，故VO=VQ+VDQ=3.2V3V。第一节第一节 基本逻辑门电路基本逻辑门电路n或：第一节第一节 基本逻辑门电路基本逻辑门电路n当VI=3.2V时，输入高电平，

8、T应饱和，即 在本例中 第一节第一节 基本逻辑门电路基本逻辑门电路n实际上 IBIBS，三极管饱和。输 出 为 低 电 平VO=Vces=0.3V0V。采用正逻辑，可列出非门的真值表。第一节第一节 基本逻辑门电路基本逻辑门电路n电位关系输入输入VI(V)输出输出VF(V)0330输入输入A输出输出F0110第二节第二节 TTL集成逻辑门电路集成逻辑门电路n一、TTL与非门的工作原理n TTL与非门的典型电路与非门的典型电路nTTL与非门的典型电路如图2-6所示，它分成输入级、中间级和输出级三个部分。TTL与非门的典型电路与非门的典型电路n输入级输入级n由多发射极晶体管T1和电阻R1组成，通过T

9、1的各个发射极实现与逻辑功能。TTL与非门的典型电路与非门的典型电路n中间级中间级n由T2、R2、R3组成，n其主要作用是从T2管的集电极c2和发射极e2同时输出两个相位相反的信号，分别驱动T3和T5管，来保证T4和T5管有一个导通时，另一个就截止。TTL与非门的典型电路与非门的典型电路n输出级输出级n由R4、R5、T3、T4、T5组成，T5是反相器，T3、T4组成复合管构成一个射随器，作为T5管的有源负载，并与T5组成推拉式电路，使输出无论是高电平或是低电平，输出电阻都很小，提高了带负载能力。工作原理工作原理n当输入端A、B、C中有任一个输入信号为低电平(VIL=0.3V)时，相应的发射结导

10、通，T1工作在深度负饱和状态，使T1管的基极电位VB1被箝制在VB1=VIL+VBE1=0.3+0.7=1V，n集电极电位VC1=VCES1+VIL=0.1+0.3=0.4Vn使T2管截止，IC2=0，VE2=VB5=0V，故T5管截止。工作原理工作原理n因R2和IB3都很小，故R2上的压降很小，VC2=VB35V，T3、T4管导通，VO=VOH=VB3-VBE3-VB43.6V。n即输入端A、B中至少有一个为低电平时，输出F为高电平。工作原理工作原理n当输入端全为高电平VIH=3.6V时，T1管的基极电位升高，使T1管的集电结、T2和T5的发射结正向偏置而导通，T1管的基极电位VB1被箝位在

11、2.1Vn(VB1=VBC1+VBES2+VBES5 =0.73=2.1V)。工作原理工作原理n由于T1各发射极电位均为3.6V，而其基极电位2.1V，集电极电位1.4V，故T1管处于倒置工作状态（发射结和集电结反向运用状态，发射结反向偏置、集电结正向偏置）。工作原理工作原理n电源VCC通过R1向T2和T5提供很大的偏置电流，使T2和T5管处于饱和导通状态，饱和压降为0.3V。T2管 的 集 电 极 电 位VC1=VCE2+VBE5=0.3V+0.7V=1V，致使T3管微导通，T4管截止。所以输出电压VO=VCES5=0.3V。n即输入端全为高电平时，输出端为低电平。工作原理工作原理n结论n总

12、之，该电路只要输入有一个为低电平时，输出就为高电平；只有输入全为高电平时，输出才为低电平。n所以该门为与非门。电位关系、真值表电位关系、真值表n()当A、B至少有一个为低电平（0.3V）时，VO=3.6V。n()当A、B全为高电平VIH=3.6V时，VO=VCES5=0.3V。n即：有0为1；全1为0电位关系、真值表电位关系、真值表n真值表为：TTL与非门的电压传输特性及与非门的电压传输特性及抗干扰能力抗干扰能力n电压传输特性电压传输特性电压传输特性是描述输出电压vO与输入电压vI之间对应关系的曲线，如图2-7所示。n（1）测试电路）测试电路TTL与非门的电压传输特性及与非门的电压传输特性及抗

13、干扰能力抗干扰能力nAB段（截止区）：nvI0.6V，输出电压vO不随输入电压vI变化，保持在高电平VH。nVC10.7V，T2和T5管截止，T3、T4管导通，输出为高电平，VOH=3.6V。n由于这段T2和T5管截止，故称截止区。TTL与非门的电压传输特性及与非门的电压传输特性及抗干扰能力抗干扰能力nBC段（线性区）：n0.6VvI1.3V，0.7VVC11.4V。n这时T2管开始导通并处于放大状态，T2管的集电极电压VC2和输出电压vO随输入电压vI的增大而线性降低，故该段称为线性区。n由于T5管的基极电位还低于0.7V，故T5管仍截止。T3、T4管还是处于导通状态。TTL与非门的电压传输

14、特性及与非门的电压传输特性及抗干扰能力抗干扰能力nCD段（过渡区）：n1.3VvI1.4V，T5管开始导通，T2、T3、T4管也都处于导通状态，T4、T5管有一小段时间同时导通，故有很大电流流过R4电阻，T2管提供T5管很大的基极电流，T2、T5管趋于饱和导通，T4管趋于截止，输出电压vO急剧下降到低电平vO=0.3V。TTL与非门的电压传输特性及与非门的电压传输特性及抗干扰能力抗干扰能力nCD段（过渡区）：n由于vI的微小变化而引起输出电压vO的急剧下降，故此段称为过渡区或转折区。TTL与非门的电压传输特性及与非门的电压传输特性及抗干扰能力抗干扰能力nCD段中点对应的输入电压，既是T5管截止

15、和导通的分界线，又是输出高、低电平的分界线，故此电压称阈值电压VT（门槛电压），VT=1.4V。nVT是决定与非门状态的重要参数。当vIVT时，与非门截止，输出高电平。当vIVT时，与非门饱和导通，输出低电平。TTL与非门的电压传输特性及与非门的电压传输特性及抗干扰能力抗干扰能力nDE段（饱和区）：nvI1.4V以后，T1管处于倒置工作状态，VB1被箝位在2.1V，T2、T5管进入饱和导通状态，T3管微导通，T4管截止。n由于T2、T5管饱和导通，故称该段为饱和区。第三节第三节 其他类型的其他类型的TTL门电路门电路 n一、集电极开路门(OC门)n线与线与:把几个逻辑门的输出端直接连在一起,实

16、现逻辑与 n1、TTL与非门直接线与出与非门直接线与出现的问题：现的问题：nF1=1，F2=0就会在电源和地之间形成一个低阻通路，破坏了逻辑关系，而且还会把截止门中的导通管T4烧坏。第三节第三节 其他类型的其他类型的TTL门电路门电路 n2、集电极开路门(OC门)n电路结构：把TTL与非门电路的推拉输出级改为三极管集电极开路输出,称为集电极开路(Open Collector)门电路。n逻辑图和逻辑符号（a）逻辑图；（b）国标逻辑符号（c）惯用逻辑符号第三节第三节 其他类型的其他类型的TTL门电路门电路 n逻辑功能：逻辑功能：第三节第三节 其他类型的其他类型的TTL门电路门电路 nOC门的应用n1、实现线与 第三节第三节 其他类型的其他类型的TTL门电路门电路 n三态输出门（三态输出门（TLS门）门）n1、工作原理nVEN=0.3V（EN=0）,nVb1=1.0V,Vb3=1.0V,T4、T5截止。n即EN=0输出为高阻态nVEN=3.6V（EN=1）,D截止，就是与非门。第三节第三节 其他类型的其他类型的TTL门电路门电路 n2、三态门的用途n在总线传输中的应用第三节第三节 其他类型的其他类型的TTL门电路门电路 n数据双向传输nEN=0，G1高阻，N经G2向M送数据。n EN=1，G2高阻，M经G1向N送数据。