門電路-(簡)資料教學(xué)文案

1、門電路門電路-(簡簡)資料資料1. 門電路門電路 是用以實(shí)現(xiàn)是用以實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系邏輯關(guān)系的電子電路，與基本邏輯關(guān)系相的電子電路，與基本邏輯關(guān)系相對(duì)應(yīng)。對(duì)應(yīng)。 門電路主要有：與門、或門、與非門、或非門、異門電路主要有：與門、或門、與非門、或非門、異或門等或門等。 門電路的兩種輸入，輸出電平：門電路的兩種輸入，輸出電平：高電平、低電平。它們分別對(duì)應(yīng)邏高電平、低電平。它們分別對(duì)應(yīng)邏輯電路的輯電路的1,0狀態(tài)。狀態(tài)。注意：各種門電路的工作注意：各種門電路的工作原理，只要求原理，只要求一般掌握一般掌握；而各種門電路的而各種門電路的外部特性外部特性和和應(yīng)用應(yīng)用是要求是要求重點(diǎn)重點(diǎn)。3.1 概述概述3. 正負(fù)

2、邏輯正負(fù)邏輯n 正邏輯：正邏輯：用高電平代表用高電平代表1、低點(diǎn)平代表、低點(diǎn)平代表0。（數(shù)字電路中采用）。（數(shù)字電路中采用）n 負(fù)邏輯：負(fù)邏輯：用高電平代表用高電平代表0、低點(diǎn)平代表、低點(diǎn)平代表1。2. 高低電平高低電平n 高電平：高電平：數(shù)字電路中較高電平代數(shù)值的范圍。數(shù)字電路中較高電平代數(shù)值的范圍。n 低電平：低電平：數(shù)字電路中較低電平代數(shù)值的范圍。數(shù)字電路中較低電平代數(shù)值的范圍。tvVHVL正邏輯10tvVHVL負(fù)邏輯10高電平高電平低電平低電平3.1 概述概述4. 集成電路集成電路n IC（Integrated Circuits）：）：將元、器件制作在同一硅片上，將元、器件制作在同一硅

3、片上，以實(shí)現(xiàn)電路的某些功能。以實(shí)現(xiàn)電路的某些功能。n SSI（Small-Scale Integration）：）： 10個(gè)門電路。個(gè)門電路。n MSI（Medium-Scale Integration）：）：10100個(gè)門電路。個(gè)門電路。n LSI（Large-Scale Integration）：）：100010000個(gè)門電路。個(gè)門電路。n VLSI（Very Large-Scale Integration）：）： 10000個(gè)門電路。個(gè)門電路。3.1 概述概述19611961年美國德克薩斯儀器年美國德克薩斯儀器公司首先制成集成電路。公司首先制成集成電路。英文英文Integrated Ci

4、rcuit,Integrated Circuit,簡稱簡稱ICIC。集成電路的優(yōu)點(diǎn)：體積小、集成電路的優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、可靠性高，功耗重量輕、可靠性高，功耗低。目前單個(gè)集成電路上低。目前單個(gè)集成電路上已能作出數(shù)千萬個(gè)三極管，已能作出數(shù)千萬個(gè)三極管，而其面積只有數(shù)十平方毫而其面積只有數(shù)十平方毫米。米。1. 半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性二極管具有二極管具有單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦裕?正向?qū)?，反向截止，相?dāng)于一個(gè)受電壓控制的正向?qū)ǎ聪蚪刂?，相?dāng)于一個(gè)受電壓控制的電子開關(guān)。電子開關(guān)。門電路的實(shí)現(xiàn)門電路的實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)，用來接通或斷開電路的開關(guān)器件。電子開關(guān)，用來接通或斷開電路的開關(guān)

5、器件。兩種工作狀態(tài)：兩種工作狀態(tài)：1）接通（要求其阻抗很小，相當(dāng)于短路）接通（要求其阻抗很小，相當(dāng)于短路）2）斷開（要求其阻抗很大，相當(dāng)于開路）斷開（要求其阻抗很大，相當(dāng)于開路）3.2 半導(dǎo)體二極管門電路半導(dǎo)體二極管門電路2. 二極管與門二極管與門3. 二極管或門二極管或門ABY3.2 半導(dǎo)體二極管門電路半導(dǎo)體二極管門電路由于這些電由于這些電路有嚴(yán)重的路有嚴(yán)重的缺點(diǎn)，在集缺點(diǎn)，在集成電路中并成電路中并不使用，但不使用，但可幫助理解可幫助理解集成門的工集成門的工作原理。作原理。 MOS門電路：以門電路：以MOS管作為開關(guān)元件構(gòu)成的門電路。管作為開關(guān)元件構(gòu)成的門電路。 MOS管有管有NMOS管管和

6、和PMOS管管兩種。當(dāng)兩種。當(dāng)NMOS管和管和PMOS管管成對(duì)出現(xiàn)成對(duì)出現(xiàn)在電路中，且二者在工作中互補(bǔ)，稱為在電路中，且二者在工作中互補(bǔ)，稱為CMOS管管(意為互補(bǔ)意為互補(bǔ))。MOS管有增強(qiáng)型和耗盡型兩種。在管有增強(qiáng)型和耗盡型兩種。在數(shù)字電路中，多采用數(shù)字電路中，多采用增強(qiáng)型增強(qiáng)型。3.3 CMOS門電路門電路3.3 CMOS門電路門電路MOS門電路特點(diǎn)門電路特點(diǎn)：對(duì)比：對(duì)比TTL門電路門電路1、控制信號(hào)：、控制信號(hào)：TTL為電流控制器件，為電流控制器件，MOS屬于電壓控制器件。屬于電壓控制器件。 2、電路極性：、電路極性： TTL為雙極性電路，為雙極性電路， MOS屬于單極性電路。屬于單極性

7、電路。 雙極性電路：電源電壓對(duì)地為正，只有正邏輯；雙極性電路：電源電壓對(duì)地為正，只有正邏輯； 單極性電路：包括正、負(fù)兩種邏輯單極性電路：包括正、負(fù)兩種邏輯 。3、功耗問題：、功耗問題：TTL功耗大（功耗大（15mA/門），門）， MOS管功耗較低。管功耗較低。 4、驅(qū)動(dòng)能力：、驅(qū)動(dòng)能力： MOS管常用來電源開關(guān)，以及大電流地方開關(guān)電路。管常用來電源開關(guān)，以及大電流地方開關(guān)電路。5、邏輯電平范圍：、邏輯電平范圍：MOS電路高低電平相差大，抗干擾強(qiáng)，邏輯電平電路高低電平相差大，抗干擾強(qiáng)，邏輯電平范圍在（范圍在（515V）;TTL電路高低電平相差小，只能在電路高低電平相差小，只能在5V下工作。下工作

8、。CMOS反相器反相器PMOS管NMOS管 工作特點(diǎn)：工作特點(diǎn)：TP和和VTN總是總是一管導(dǎo)通而另一管截止，流一管導(dǎo)通而另一管截止，流過過VTP和和VTN的靜態(tài)電流極小的靜態(tài)電流極?。{安數(shù)量級(jí)）。（納安數(shù)量級(jí)）。 因而因而CMOS反相器的反相器的靜態(tài)靜態(tài)功耗極小功耗極小。這是。這是CMOS電路電路最突出的優(yōu)點(diǎn)之一。最突出的優(yōu)點(diǎn)之一。3.3 CMOS門電路門電路AZ0110AZ AZCMOS與非門與非門AVDDZBQ1Q2Q3Q4ABQ1Q2Q3Q4ZLLHHLHLHoffoffononononoffoffoffonoffononoffonoffHHHLBAZABZ001101011110AB

9、Z3.3 CMOS門電路門電路CMOS三態(tài)門三態(tài)門 當(dāng)當(dāng)EN= 0時(shí)，時(shí)，TG導(dǎo)通，導(dǎo)通，F(xiàn)=A； 當(dāng)當(dāng)EN= 1時(shí)，時(shí)，TG截止，截止，F(xiàn)為高阻輸出。為高阻輸出。3.3 CMOS門電路門電路Three-state gate是是一種重要的一種重要的總線接口總線接口電路。電路。三態(tài)三態(tài): 指其輸出既可指其輸出既可以是一般二值邏輯電以是一般二值邏輯電路的正常的高電平或路的正常的高電平或低電平，又可以保持低電平，又可以保持特有的特有的高阻抗?fàn)顟B(tài)高阻抗?fàn)顟B(tài)（Hi-Z）。）。處于高阻抗?fàn)顟B(tài)時(shí)，處于高阻抗?fàn)顟B(tài)時(shí)，輸出電阻很大，相當(dāng)輸出電阻很大，相當(dāng)于于開路開路，沒有任何邏，沒有任何邏輯控制功能。輯控制功能

10、。高阻態(tài)的意義高阻態(tài)的意義:實(shí)際實(shí)際電路中在不斷開電路電路中在不斷開電路下實(shí)現(xiàn)功能性斷開。下實(shí)現(xiàn)功能性斷開。CMOS系列及命名方法系列及命名方法74 FAM nn前綴系列助記符功能數(shù)字 前綴：前綴：74商用系列；商用系列；54軍用系列。軍用系列。 助記符：以字母表示系列類型。助記符：以字母表示系列類型。 功能數(shù)字：以數(shù)字表示電路的功能數(shù)字：以數(shù)字表示電路的邏輯功能。邏輯功能。3.3 CMOS門電路門電路HC（ High-speed CMOS ，高速高速CMOS 系列）；系列）；HCT（High-speed CMOS, TTL compatible ，與，與TTL兼兼容的高速容的高速CMOS 系

11、列）；系列）；VHC（Very High-speed CMOS，甚高速，甚高速CMOS 系系列）；列）；VHCT: Very High-speed CMOS, TTL compatible，與，與TTL兼容的甚高速兼容的甚高速CMOS 系系列）。列）。 例：例：74HC04-商用高商用高速速CMOS 六反相六反相器；器； 74HCT00-商用商用高速高速CMOS 四四-二二輸入與非門。輸入與非門。CMOS電路的使用注意事項(xiàng)電路的使用注意事項(xiàng) 輸入電路的靜電保護(hù)輸入電路的靜電保護(hù) CMOS電路的輸入端設(shè)置了電路的輸入端設(shè)置了保護(hù)電路保護(hù)電路，給使用者帶，給使用者帶來很大方便。但是，這種保護(hù)還是有

12、限的。應(yīng)注意以下幾來很大方便。但是，這種保護(hù)還是有限的。應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：點(diǎn)： （1）所有與）所有與CMOS電路直接接觸的工具、儀表等必電路直接接觸的工具、儀表等必須可靠須可靠接地接地。 （2）存儲(chǔ)和運(yùn)輸）存儲(chǔ)和運(yùn)輸CMOS電路，最好采用電路，最好采用金屬屏蔽金屬屏蔽層層做做包裝包裝材料。材料。3.3 CMOS門電路門電路 多余或暫時(shí)不用的輸入端的處理多余或暫時(shí)不用的輸入端的處理（1）多余或暫時(shí)不用的輸入端的）多余或暫時(shí)不用的輸入端的不能懸空不能懸空； （2）與其它輸入端）與其它輸入端并聯(lián)并聯(lián)使用。使用。3.3 CMOS門電路門電路ABFC 多余或暫時(shí)不用的輸入端的處理多余或暫時(shí)不用的輸入端的處

13、理3.3 CMOS門電路門電路 （3）將不用的輸入端）將不用的輸入端按照電路功能要求接電源或接地按照電路功能要求接電源或接地。比如將與門、與非門的多余輸入端接電源，將或門、或非比如將與門、與非門的多余輸入端接電源，將或門、或非門的多余輸入端接地。門的多余輸入端接地。 一般，接電源時(shí)需接上拉電阻；接地時(shí)需接下拉電阻。一般，接電源時(shí)需接上拉電阻；接地時(shí)需接下拉電阻。典型值典型值1-10k。ABFC+5V1k上拉電阻保持上拉電阻保持高電平高電平下拉電阻保持下拉電阻保持低電平低電平ABFC1k 電路設(shè)計(jì)與安裝應(yīng)盡量消除噪聲，保證電路穩(wěn)定工作。電路設(shè)計(jì)與安裝應(yīng)盡量消除噪聲，保證電路穩(wěn)定工作。 （1）在每

14、一塊插板的電源線上，并接幾十）在每一塊插板的電源線上，并接幾十F的低頻去的低頻去耦電容和耦電容和0.010.047F的高頻去耦電容，以防止的高頻去耦電容，以防止TTL電路電路的動(dòng)態(tài)尖峰電流產(chǎn)生的干擾。的動(dòng)態(tài)尖峰電流產(chǎn)生的干擾。 （2） 整機(jī)裝置應(yīng)有良好的接地系統(tǒng)。整機(jī)裝置應(yīng)有良好的接地系統(tǒng)。3.3 CMOS門電路門電路雙極性三極管的開關(guān)特性（靜態(tài)）雙極性三極管的開關(guān)特性（靜態(tài)）在數(shù)字電路中，三極管作為開關(guān)元件，主要工作在在數(shù)字電路中，三極管作為開關(guān)元件，主要工作在飽和飽和和和截止截止兩種開關(guān)狀態(tài)，放大區(qū)只是極短暫的過渡狀態(tài)。兩種開關(guān)狀態(tài)，放大區(qū)只是極短暫的過渡狀態(tài)。3.4 TTL門電路門電路T

15、TL (Transistor-Transistor Logic):三極管三極管三極管三極管邏輯電路。邏輯電路。TTL反相器（反相器（Transistor-Transistor Logic）電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)3.4 TTL門電路門電路TTL與非門與非門全全1 輸出輸出0有有0輸出輸出11V2.1V3.4 TTL門電路門電路TTL三態(tài)門三態(tài)門01截止截止YAB3.4 TTL門電路門電路baseemittercollectorR2R1VINVOUTQ1VCC肖特基系列肖特基系列TTL門電路門電路肖特基三極管（肖特基三極管（Schottky Transistors）3.4 TTL門電路門電路華特華特 肖

16、特基博士發(fā)明，利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成肖特基博士發(fā)明，利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬半導(dǎo)體結(jié)原理制作的。的金屬半導(dǎo)體結(jié)原理制作的。低功耗、大電流、超低功耗、大電流、超高速高速半導(dǎo)體器件。其反向恢復(fù)時(shí)間極短，正向?qū)▔喊雽?dǎo)體器件。其反向恢復(fù)時(shí)間極短，正向?qū)▔航祪H降僅0.4V0.4V左右，而整流電流卻可達(dá)到幾千毫安。左右，而整流電流卻可達(dá)到幾千毫安。5. TTL系列系列 74S(Schottky TTL): 肖特基肖特基TTL系列，比普通系列，比普通74系列速系列速度高，但功耗大。度高，但功耗大。74LS(Low-power Schottky TTL):低功耗低功耗肖特基肖特基TTL系列，系列，

17、比普通比普通74系列速度高，功耗只有其系列速度高，功耗只有其1/5。74AS(Advanced Schottky TTL):改進(jìn)型改進(jìn)型肖特基肖特基TTL系列，系列，比普通肖特基系列速度高一倍，功耗相同。比普通肖特基系列速度高一倍，功耗相同。3.4 TTL門電路門電路 74F(Fast TTL): 高速高速肖特基肖特基TTL系列，功耗、速度系列，功耗、速度介于介于 74AS 和和 74ALS 之間。之間。 TTL集成電路多余或暫時(shí)不用的輸入端的處理集成電路多余或暫時(shí)不用的輸入端的處理 （1）多余或暫時(shí)不用的輸入端的）多余或暫時(shí)不用的輸入端的一般不懸空，但可一般不懸空，但可以懸空以懸空；懸空時(shí)相

18、當(dāng)于；懸空時(shí)相當(dāng)于接高電平接高電平。 （2）與其它）與其它輸入端并聯(lián)輸入端并聯(lián)使用。使用。 （3）將不用的輸入端按照電路功能要求）將不用的輸入端按照電路功能要求接電源或接接電源或接地地。一般，接電源時(shí)需接上拉電阻；接地時(shí)需接下拉電。一般，接電源時(shí)需接上拉電阻；接地時(shí)需接下拉電阻。典型值阻。典型值1-10k。3.4 TTL門電路門電路 （4）嚴(yán)禁帶電操作嚴(yán)禁帶電操作，要在電路切斷電源的時(shí)候，插拔和，要在電路切斷電源的時(shí)候，插拔和焊接集成電路塊，否則容易引起集成電路塊的損壞。焊接集成電路塊，否則容易引起集成電路塊的損壞。3.5 TTL電路與電路與CMOS電路的接口電路電路的接口電路 TTL和和CM

19、OS電路的電壓和電流參數(shù)各不相同，電路的電壓和電流參數(shù)各不相同，需要采用接口電路。需要采用接口電路。一般要考慮兩個(gè)問題：一般要考慮兩個(gè)問題：一是要求一是要求電平匹配電平匹配，即驅(qū)動(dòng)門要為負(fù)載門提供符，即驅(qū)動(dòng)門要為負(fù)載門提供符合標(biāo)準(zhǔn)的輸出高電平和低電平；合標(biāo)準(zhǔn)的輸出高電平和低電平；二是要求二是要求電流匹配電流匹配，即驅(qū)動(dòng)門要為負(fù)載門提供足，即驅(qū)動(dòng)門要為負(fù)載門提供足夠大的驅(qū)動(dòng)電流。夠大的驅(qū)動(dòng)電流。3.5 TTL電路與電路與CMOS電路的接口電路電路的接口電路1. TTL門驅(qū)動(dòng)門驅(qū)動(dòng)CMOS門門 （1）電平不匹配）電平不匹配TTL門作為驅(qū)動(dòng)門，它的門作為驅(qū)動(dòng)門，它的UOH2.4V,UOL0.5V；

20、CMOS門作為負(fù)載門，它的門作為負(fù)載門，它的UIH3.5V，UIL1V。可見，可見，TTL門的門的UOH不符合要求不符合要求。 （2）電流匹配）電流匹配CMOS電路輸入電流幾乎為零，所以不存在問題。電路輸入電流幾乎為零，所以不存在問題。3.5 TTL電路與電路與CMOS電路的接口電路電路的接口電路（3）解決電平匹配問題）解決電平匹配問題 TTL門驅(qū)動(dòng)門驅(qū)動(dòng)CMOS門門 外接上拉電阻外接上拉電阻RP 在在TTL門電路的輸出門電路的輸出端外接一個(gè)上拉電阻端外接一個(gè)上拉電阻RP，使使TTL門電路的門電路的UOH5V。（當(dāng)電源電壓相同時(shí)）（當(dāng)電源電壓相同時(shí)） 3.5 TTL電路與電路與CMOS電路的接

21、口電路電路的接口電路選用選用電平轉(zhuǎn)換電路電平轉(zhuǎn)換電路(如如CC40109)若電源電壓不一致時(shí)可選用電平轉(zhuǎn)換電路。若電源電壓不一致時(shí)可選用電平轉(zhuǎn)換電路。 CMOS電路的電源電壓可選電路的電源電壓可選318V； 而而TTL電路的電源電壓只能為電路的電源電壓只能為5V。 采用采用TTL的的OC門門實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。若電源電壓不一致時(shí)也可選用若電源電壓不一致時(shí)也可選用OC門實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。門實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。3.5 TTL電路與電路與CMOS電路的接口電路電路的接口電路2. CMOS門驅(qū)動(dòng)門驅(qū)動(dòng)TTL門門（1）電平匹配）電平匹配 CMOS門電路作為驅(qū)動(dòng)門，門電路作為驅(qū)動(dòng)門，UOH5V，UOL0V； TTL門電路作為負(fù)載門，門電路作為負(fù)載門，UIH2.0V，UIL0.8V。 電平匹配是符合要求的。電平匹配是符合要求的。（2）電流不匹配）電流不匹配 CMOS門電路門電路4000系列最大允許灌電流為系列最大允許灌電流為0.4mA， TTL門電路的門電路的IIS1.4 mA， CMOS4000系列驅(qū)動(dòng)電流不足。系列驅(qū)動(dòng)電流不足。3.5 TTL電路與電路與CMOS電路的接口電路電路的接口電路 （3）解決電流匹配問題）解決電流匹配問題 CMOS電路常用的是電路常用的是4000系列和系列和54HC/74HC系列產(chǎn)品，后幾位