武漢大學(xué)數(shù)電課件第二章邏輯門電路

1、1電子技術(shù)電子技術(shù)數(shù)字電路部分?jǐn)?shù)字電路部分第二章第二章 門電路門電路2第二章第二章 門電路門電路 2.1 概述概述 2.2 分離元件門電路分離元件門電路 2.3 TTL集成門電路集成門電路 2.4 其它類型的其它類型的TTL門電路門電路 2.5 MOS門電路門電路3門電路是用以實現(xiàn)邏輯關(guān)系的電子電路，門電路是用以實現(xiàn)邏輯關(guān)系的電子電路，門電路是具有多輸入端和單輸出端的開關(guān)電門電路是具有多輸入端和單輸出端的開關(guān)電路，可以獨立地完成各種邏輯功能，路，可以獨立地完成各種邏輯功能，與我們所講過的基本邏輯關(guān)系相對應(yīng)，與我們所講過的基本邏輯關(guān)系相對應(yīng)，門電路主要有：門電路主要有：與門與門、或門或門、與非門

2、與非門、或非或非門門、異或門異或門等。等。在數(shù)字電路中，一般用高電平代表在數(shù)字電路中，一般用高電平代表1、低點平代表低點平代表0，即所謂的，即所謂的正邏輯系統(tǒng)正邏輯系統(tǒng)。 2.1 概述概述門電路是數(shù)字電路中最基本的單元電路門電路是數(shù)字電路中最基本的單元電路410 ViVoKVccR只要能判斷高只要能判斷高低電平即可低電平即可K開開-Vo=1, 輸出高電平輸出高電平K合合-Vo=0, 輸出低電平輸出低電平可用三極可用三極管代替管代替5R1R2AF+VccuAtuFt+Vcc0.3V三極管的開關(guān)特性：三極管的開關(guān)特性：6 邏輯門電路分類： 分立元件門電路 集成邏輯門電路 2.2 分立元件門電路分立

3、元件門電路 7二極管與門二極管與門FD1D2AB+12V一、二極管與門電路一、二極管與門電路結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成8二極管與門電路二極管與門電路 工作過程工作過程：設(shè)二極管的飽和壓降為設(shè)二極管的飽和壓降為0.3伏。伏。uA uB uF 0V 0V 0.3V 0V 3V 0.3V 3V 0V 0.3V 3V 3V 3.3V FD1D2AB+12V9 工作特點工作特點： 全高出高，有低出低全高出高，有低出低二極管與門電路二極管與門電路應(yīng)用：應(yīng)用：畫輸出波形畫輸出波形ABF10二極管或門二極管或門FD1D2AB-12V二、二極管或門電路二、二極管或門電路電路組成電路組成11uA uB uF 0V 0V -

4、0.3V 0V 3V 2.7V 3V 0V 2.7V 3V 3V 2.7V 二極管或門電路二極管或門電路工作過程工作過程FD1D2AB-12V12二極管或門電路二極管或門電路工作特點：工作特點：全低出低，有高出高全低出低，有高出高應(yīng)用：應(yīng)用：畫輸出波形畫輸出波形13R1DR2AF+12V +3V三極管非門三極管非門嵌位二極管嵌位二極管三、三極管非門電路三、三極管非門電路電路組成電路組成14uA uF 3V 0.3 0V 3.3 （三極管的飽和壓（三極管的飽和壓降降假設(shè)為假設(shè)為0.3付）付）三極管非門電路三極管非門電路工作過程工作過程R1DR2AF+12V+3V15三極管非門電路三極管非門電路電

5、路特點電路特點： 它只工作在三極管的飽和區(qū)和截它只工作在三極管的飽和區(qū)和截止區(qū)止區(qū)工作特點工作特點：有低出高，有高出低有低出高，有高出低16R1DR2F+12V+3V三極管非三極管非門門D1D2AB+12V二極管與二極管與門門與非門與非門四、與非門電路四、與非門電路電路組成電路組成17與非門電路與非門電路特點：特點：1、先與后非、先與后非 2、全高出低，有低出高、全高出低，有低出高18五、或非門電路五、或非門電路電路組成電路組成DDAB-12VR1DR2F+12V+3V三極管三極管非門非門19或非門電路或非門電路特點：特點：1、先或后非、先或后非 2、全低出高，有高出低、全低出高，有高出低20

6、1. 體積大、工作不可靠。體積大、工作不可靠。2. 需要不同電源。需要不同電源。3. 各種門的輸入、輸出電平不匹配。各種門的輸入、輸出電平不匹配。分立元件門電路的缺點分立元件門電路的缺點4. 功耗大。功耗大。21與分立元件電路相比，集成電路具有與分立元件電路相比，集成電路具有體積小、可靠性高、速度快的特點，而且體積小、可靠性高、速度快的特點，而且輸入、輸出電平匹配，所以早已廣泛采用。輸入、輸出電平匹配，所以早已廣泛采用。根據(jù)電路內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，可分為根據(jù)電路內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，可分為DTL、TTL、HTL、MOS管管集成門電路等。集成門電路等。 2.3 TTL集成門電路集成門電路集成電路集成電路：把電容、

7、電阻、二極管、：把電容、電阻、二極管、三極管以及電路的連線都集成在一塊硅半三極管以及電路的連線都集成在一塊硅半導(dǎo)體的基片上，組成了一個具有一定邏輯導(dǎo)體的基片上，組成了一個具有一定邏輯功能的完整電路，并封裝在一個管殼內(nèi)，功能的完整電路，并封裝在一個管殼內(nèi)，這就是集成電路。這就是集成電路。22集成電路集成電路 優(yōu)點優(yōu)點：體積小、重量輕、功耗小。 分類分類：1、按用途：線性集成電路 數(shù)字集成電路 2、按結(jié)構(gòu)：雙極型（TTL，ECL，I2L） 單極型（MOS） 3、按集成度：小規(guī)模集成電路（1-10） 中規(guī)模集成電路（10-100） 大規(guī)模集成電路（=100） 超大規(guī)模集成電路（=10000） 超超大

8、規(guī)模集成電路（=100000） 4、按速度：低速集成電路（Tpot40ns） 中速集成電路（Tpot16ns） 高速集成電路（Tpot6ns） 超高速集成電路（TpotUe反偏UbUe反偏UbUe集電結(jié)反偏UcUb正偏UcUb正偏UcUb26主要參數(shù)主要參數(shù) 導(dǎo)通條件導(dǎo)通條件：Ube0.5v 飽和條件飽和條件： Ubes0.7v,Uces=0.1-0.3v深飽和淺飽和271. 任一任一輸入為輸入為低電平低電平（0.3V）時時“0”1V不足以讓不足以讓T2、T5導(dǎo)通導(dǎo)通三個三個PN結(jié)結(jié)導(dǎo)通需導(dǎo)通需2.1V+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCTTL與非門的基本原理與非

9、門的基本原理工作過程分析工作過程分析28+5VFR4R2R13kR5T3T4T1b1c1ABC1. 任一輸入為低電平（任一輸入為低電平（0.3V）時）時“0”1Vuouo=5-uR2-ube3-ube4 3.4V高電平！高電平！ 292. 輸入全為高電平（輸入全為高電平（3.4V）時）時“1”全導(dǎo)通全導(dǎo)通電位被嵌電位被嵌在在2.1V全反偏全反偏 1V截止截止+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC 302. 輸入全為高電平（輸入全為高電平（3.4V）時）時+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC全反偏全反偏“1”飽和飽和uF=0.3VABCF 31一、電壓傳

10、輸特性一、電壓傳輸特性2.3.2 TTL與非門的特性和技術(shù)參數(shù)與非門的特性和技術(shù)參數(shù)測試電路測試電路&+5Vuiu032u0(V)ui(V)123UOH(3.4V)UOL(0.3V)傳輸特性曲線傳輸特性曲線u0(V)ui(V)123UOH“1”UOL(0.3V)閾值閾值UT=1.4V理想的傳輸特性理想的傳輸特性輸出高電平輸出高電平輸出低電平輸出低電平331. 輸出高電平輸出高電平UOH、輸出低電平、輸出低電平UOL UOH 2.4V UOL 0.4V 便認(rèn)為合格。便認(rèn)為合格。 典型值典型值UOH=3.4V UOL 0.3V 。 2. 閾值電壓閾值電壓UTuiUT時，認(rèn)為時，認(rèn)為ui是高

11、電平。是高電平。UT=1.4V34二、輸入、輸出負(fù)載特性二、輸入、輸出負(fù)載特性&？1. 前后級之間電流的聯(lián)系前后級之間電流的聯(lián)系35R1T1+5V前級輸出為前級輸出為 高電平時高電平時前級前級后級后級反偏反偏前級流出前級流出電流電流IOH（拉電流）（拉電流）+5VR4R2R5T3T4 36前級輸出為前級輸出為 低電平時低電平時R1T1+5V前級前級后級后級流入前級的電流入前級的電流流IOL 約約 1.4mA (灌電流灌電流)+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1 371155RbeTTIOL結(jié)壓降的壓降mA4 . 137 . 03 . 05 灌電流的計算灌電流的計算飽和飽和38名稱

12、及符號名稱及符號 含義含義 輸入低電平電流輸入低電平電流 IiL 輸入為低電平時流入輸輸入為低電平時流入輸入端的電流入端的電流-1 .4mA。 輸入高電平電流輸入高電平電流 IiH 輸入為高電平時流入輸輸入為高電平時流入輸入端的電流入端的電流幾十幾十A。 IOL及其極限及其極限 IOL（max） 當(dāng)當(dāng) IOL IOL(max)時時，輸出輸出不再是低電平。不再是低電平。 IOH及其極限及其極限 IOH (max) 當(dāng)當(dāng) IOH IOH(max)時時， 輸出輸出不再是高電平。不再是高電平。 關(guān)于電流的技術(shù)參數(shù)關(guān)于電流的技術(shù)參數(shù)392. 扇出系數(shù)扇出系數(shù) 與門電路輸出驅(qū)動同類門的個數(shù)與門電路輸出驅(qū)動

13、同類門的個數(shù)+5VR4R2R5T3T4T1前級前級T1T1IiH1IiH3IiH2IOH前級輸出為前級輸出為 高電平時高電平時例如：例如： 40+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前級前級IOLIiL1IiL2IiL3前級輸出為前級輸出為 低電平時低電平時 41輸出低電平時，流入前級的電流（灌電流）：輸出低電平時，流入前級的電流（灌電流）：21iLiLOLIII輸出高電平時，前級流出的電流（拉電流）：輸出高電平時，前級流出的電流（拉電流）：21iHiHOHIII一般與非門的扇出系數(shù)為一般與非門的扇出系數(shù)為10。 由于由于IOL、IOH的限制，每個門電路輸出端所的限制，每個門電路輸出端所帶

14、門電路的個數(shù)，稱為扇出系數(shù)。帶門電路的個數(shù)，稱為扇出系數(shù)。423. 輸入端通過電阻輸入端通過電阻R接地的情況接地的情況Rui輸入端輸入端“1”,“0”？+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC 43R較小時較小時R較小時，較小時，uiUT 相當(dāng)輸入低電平相當(dāng)輸入低電平，所以，所以輸出為高電平。輸出為高電平。Rui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC )5(11beiURRRuRR33 . 444R增大增大Ruiui UT時，輸入變高，輸出變時，輸入變高，輸出變低電平。低電平。RR33 . 4)V(4 . 1R臨界臨界=1.45K Rui+

15、5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC 451. 懸空的輸入端相當(dāng)于接高電平。懸空的輸入端相當(dāng)于接高電平。2. 為了防止干擾，可將懸空的輸入為了防止干擾，可將懸空的輸入端接高電平。端接高電平。464. 平均傳輸時間平均傳輸時間tuiotuoo50%50%tpd1tpd2平均傳輸時間平均傳輸時間)(2121pdpdpdttt472.4.1 集電極開路的與非門（集電極開路的與非門（OC門）門）集電極懸空集電極懸空無無T3,T4+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC T3T4 2.4 其它類型的其它類型的TTL門電路門電路48&符號符號！49應(yīng)用時輸出端

16、要接一上拉負(fù)載電阻應(yīng)用時輸出端要接一上拉負(fù)載電阻RLRLUCC+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC 501. OC門可以實現(xiàn)門可以實現(xiàn)“線與線與”功能功能&UCCF1F2F3FF=F1F2F3RL輸出級輸出級 UCCRLT5T5T5 F51F=F1F2F3?任一導(dǎo)通任一導(dǎo)通F=0UCCRLF1F2F3F 52全部截止全部截止F=1F=F1F2F3?所以：所以：F=F1F2F3UCCRLF1F2F3F 532. 負(fù)載電阻負(fù)載電阻RL和電源和電源 UCC可以根據(jù)情況選可以根據(jù)情況選擇擇&J+30V 220VJ如如RL用繼電器線圈（用繼電器線圈（J）替代，可以）替代，可以實現(xiàn)對其它電路的控制。實現(xiàn)對其它電路的控制。541. 如何確定上拉電阻如何確定上拉電阻RL?（RL(max) RL(min)）參考：閻石參考：閻石數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)P802. 一般的一般的TTL與非門與非門能否能否線與？線與？參考：楊福生參考：楊福生電子技術(shù)電子技術(shù)P320552.4.2 三態(tài)門三態(tài)門E-控制端控制端+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5AB DEE 565758&ABFE符號符號輸出高阻輸出高阻0E1EABF 功能表功能表低電平起作用低電平起作用59&ABFE符號符號輸出高阻輸出高阻