數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用

數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用課件第1頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六第二章邏輯門電路數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件第2頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六目標(biāo)在這一章里，你將學(xué)習(xí)：2.1概述2.2半導(dǎo)體分立器件的開關(guān)特性2.3邏輯門電路2.4TTL集成邏輯門電路2.5CMOS集成邏輯門電路2.6不同類型門電路的接口問題2.7邏輯門電路的應(yīng)用數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件第3頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六第二章邏輯門電路

內(nèi)容提要本章主要介紹邏輯電路的基本邏輯關(guān)系和邏輯門電路；TTL與非門的典型電路結(jié)構(gòu)、工作原理、傳輸特性和主要參數(shù)；CMOS集成邏輯門電路。數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件第4頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2．1概述1．正邏輯和負邏輯

在邏輯電路中，輸入輸出電位的高低用電平表示，高電平是一種狀態(tài)，低電平是另一種狀態(tài)；若高電平表示有信號，用1表示，低電平表示沒有信號，用0表示，則稱為正邏輯；反之若低電平表示有信號，用1表示，高電平表示沒有信號，用0表示，則稱為負邏輯。2．標(biāo)準(zhǔn)高電平和標(biāo)準(zhǔn)低電平

在數(shù)字電路中，高電平或低電平都是表示一定的電壓范圍，而不是一個固定不變的數(shù)值。將高電平的下限值稱為標(biāo)準(zhǔn)高電平，用USH表示，低電平的上限值稱為標(biāo)準(zhǔn)低電平，用USL表示；在實際電路中應(yīng)滿足高電平UH≥USH，低電平UL≤USL。數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件第5頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2．2半導(dǎo)體分立器件的開關(guān)特性2.2.1二極管的開關(guān)特性2.2.2晶體管的開關(guān)特性2.2.3ＭＯＳ管的開關(guān)特性

在數(shù)字電路中，二極管大多工作在開關(guān)狀態(tài)。由于二極管具有單向?qū)щ娞匦?，因此，在?shù)字電路中它可以作為一個電子開關(guān)使用。數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件第6頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.2.1二極管的開關(guān)特性1．二極管的靜態(tài)開關(guān)特性二極管的靜態(tài)開關(guān)特性是指二極管在正向直流電壓或反向直流電壓作用下穩(wěn)定導(dǎo)通或截止時呈現(xiàn)特性。

圖2-1二極管的開關(guān)電路數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件第7頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.二極管的動態(tài)開關(guān)特性

二極管的動態(tài)開關(guān)特性是指信號電壓突然變化時，二極管從一種工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一工作狀態(tài)時的轉(zhuǎn)換特性。轉(zhuǎn)換過程有兩種，即從導(dǎo)通到截止和從截止到導(dǎo)通，圖2-2所示為二極管的動態(tài)開關(guān)特性。

數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件第8頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六圖2-2二極管的動態(tài)開關(guān)特性由此可見，反向恢復(fù)時間是影響二極管開關(guān)速度的主要原因，反向恢復(fù)時間越長，開關(guān)速度越低。數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件第9頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.2.2晶體管的開關(guān)特性1．晶體管的靜態(tài)開關(guān)特性

晶體管的輸出特性曲線有三個區(qū)域——放大區(qū)、截止區(qū)、飽和區(qū)。在數(shù)字電路中，晶體管主要工作在飽和區(qū)和截止區(qū)，并在截至區(qū)和飽和區(qū)之間通過放大區(qū)進行快速轉(zhuǎn)換，晶體管的這種工作狀態(tài)稱為開關(guān)工作狀態(tài)。

圖2-3晶體管的開關(guān)工作狀態(tài)

數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件第10頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2．晶體管的動態(tài)開關(guān)特性與二極管相似，晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)時，其內(nèi)部電荷的存儲與消散都需要一定的時間，因此集電極電流的變化總是滯后于輸入電壓ui

的變化，所以晶體管由截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)或由飽和狀態(tài)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)都需要一定的時間。如圖2-4所示。

第11頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六圖2-4晶體管的開關(guān)時間第12頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.2.3ＭＯＳ管的開關(guān)特性1．ＭＯＳ管的開關(guān)作用

ＭＯＳ管金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的簡稱，和晶體管一樣可以當(dāng)作開關(guān)使用。

圖2-5MOS管開關(guān)電路第13頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2．ＭＯＳ管的開關(guān)時間

雙極型晶體管由于飽和時有存儲電荷存在，所以其開關(guān)時間較長。而MOS管因為只有一種載流子參與導(dǎo)電，不存在存儲電荷，因此不存在存儲時間，因而它的開關(guān)時間較小。用PMOS管也可以構(gòu)成開關(guān)電路，不同的是PMOS管的開啟電壓為負值。

第14頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.3邏輯門電路2.3.1二極管門電路2.3.2晶體管門電路2.3.3組合邏輯門電路

在邏輯代數(shù)中最基本的邏輯關(guān)系有三種,即“與”、“或”、“非”，實現(xiàn)上述邏輯關(guān)系的電路叫邏輯門電路，簡稱門電路.第15頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.3.1二極管門電路1.二極管與門電路圖2-6二極管與門電路第16頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六

與門電路的輸入和輸出波形如圖2-7所示.圖2-7與門電路工作波形

第17頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.二極管或門電路圖2-8二極管或門電路第18頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六或門電路的輸入和輸出波形如圖2-9所示.圖2-9或門電路工作波形第19頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.3.2晶體管門電路圖2-10晶體管非門電路a）電路b）邏輯符號晶體管非門電路第20頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.3.3組合邏輯門電路1.復(fù)合門

(1)與非門與非門是與門和非門的組合，其邏輯符號如圖2-11a所示，邏輯表達式為

(2)或非門或非門是或門和非門的組合，其邏輯符號如圖2-11b所示，邏輯表達式為

第21頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六

(3)與或非門與或非門是與門、或門、非門的組合，其邏輯符號如圖2-11c所示，其邏輯表達式為

(4)異或門異或門電路的特點是兩個輸入信號相同時，輸出為0，相異時輸出為1，其邏輯符號如圖2-11d所示，邏輯關(guān)系表達式為

第22頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六圖2-11復(fù)合門邏輯符號第23頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.正邏輯和負邏輯的相互轉(zhuǎn)換

對同一電路，可以采用正邏輯，也可以采用負邏輯，而邏輯電路本身輸出與輸入的邏輯關(guān)系，并不因為采用正、負邏輯的不同而改變。但是對同一種電路，用正、負邏輯去分析,它的邏輯功能截然不同，當(dāng)然邏輯真值表也不同。正負邏輯符號如表2-6所示。

第24頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六表2-6正、負邏輯符號門電路正邏輯符號負邏輯符號與門或門非門與非門或非門第25頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.4TTL集成邏輯門電路2.4.1TTL與非門的工作原理2.4.2TTL與非門的外特性及有關(guān)參數(shù)2.4.3其他類型的TTL邏輯門電路2.4.4TTL系列數(shù)字集成電路簡介2.4.5TTL門電路使用中應(yīng)注意的問題

TTL邏輯門電路是晶體管—晶體管邏輯門電路的簡稱，它的輸入級和輸出級均采用晶體管。第26頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.4.1TTL與非門的工作原理1.電路組成圖2-16TTL集成與非門電路圖及邏輯符號

第27頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2．工作原理

當(dāng)輸入全為高電平時，輸出為低電平；當(dāng)輸入端至少有一個為低電平時，輸出為高電平。由此可見，電路的輸出與輸入之間滿足與非邏輯關(guān)系，即

第28頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.4.2TTL與非門的外特性及有關(guān)參數(shù)1．電壓傳輸特性

TTL與非門電壓傳輸特性是表示輸出電壓隨輸入電壓

變化的一條曲線，電壓傳輸特性曲線大致分為四段，如圖2-18：圖2-18TTL與非門的電壓傳輸特性第29頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2．主要參數(shù)

⑴輸出高電平

和輸出低電平

⑵

閾值電壓

⑶關(guān)門電平

和開門電平

⑷噪聲容限、⑸輸入短路電流

⑹輸入漏電流

⑺扇出系數(shù)⑻平均延遲時間

第30頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.4.3其他類型的TTL邏輯門電路1．集電極開路與非門（OC門）

將普通TTL與非門的輸出級改為集電極開路的晶體管結(jié)構(gòu)，稱為集電極開路門電路，簡稱OC門(OpenCollector)。圖2-20OC門電路

第31頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2．三態(tài)輸出門（TSL門）

三態(tài)門，是指邏輯門的輸出除有高、低電平兩種狀態(tài)外，還有第三種狀態(tài)——高阻狀態(tài)（或稱禁止?fàn)顟B(tài)）的門電路，簡稱TSL(TristateLogic)門。

圖2-23三態(tài)門

第32頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.4.4

TTL系列數(shù)字集成電路簡介

在我國TTL數(shù)字集成電路分為CT54系列和CT74系列，兩個系列具有完全相同的電路結(jié)構(gòu)和電氣性能參數(shù)，所不同的是54系列工作溫度-55～125℃，為軍用品；74系列工作溫度在0～70℃，為民用品。第33頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.4.5TTL門電路使用中應(yīng)注意的問題在使用TTL集成門電路時，應(yīng)注意以下事項：1．電源電壓應(yīng)滿足在標(biāo)準(zhǔn)值5（1±10%）V的范圍內(nèi)。2．TTL電路的輸出端所接負載，不能超過規(guī)定的扇出系數(shù)。3．具有推拉式輸出結(jié)構(gòu)的TTL門電路，不允許直接并聯(lián)使用，三態(tài)門的輸出端可以并聯(lián)使用，但同一時刻只能有一個門工作，其余處于高阻態(tài)；集電極開路門輸出端可并聯(lián)使用，但公共輸出端必須通過負載電阻RL與電源相接。4．TTL門多余輸入端的處理方法第34頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.5CMOS集成邏輯門電路2.5.1CMOS反相器2.5.2其他類型的CMOS邏輯門電路2.5.3CMOS系列數(shù)字集成電路簡介2.5.4CMOS門電路特性及使用常識目前集成邏輯門電路有兩大類，一類是前面介紹的TTL門電路，另一類為CMOS集成邏輯門電路，它是由增強型PMOS管和增強型NMOS管組成的互補對稱MOS門電路。第35頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.5.1CMOS反相器1．電路結(jié)構(gòu)2.工作原理

本電路具有反相器功能，故稱為非門，其邏輯表達式為

圖2-35CMOS反相器第36頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.5.2其他類型的CMOS邏輯門電路1.與非門

它是由兩個串聯(lián)的增強型NMOS管和兩個并聯(lián)的增強型PMOS管組成。

電路的邏輯關(guān)系表達式為圖2-36CMOS與非門

第37頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.或非門

它是由兩個并聯(lián)的增強型NMOS管和兩個串聯(lián)的增強型PMOS管組成。

電路的邏輯關(guān)系表達式為

圖2-37

CMOS或非門

第38頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六3.CMOS傳輸門

CMOS傳輸門是一種傳送信號的可控開關(guān)，它是由兩個參數(shù)對稱的NMOS管和PMOS管并聯(lián)而成。

圖2-38CMOS傳輸門第39頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.5.3

COMS系列數(shù)字集成電路簡介CMOS集成電路系列主要有CC4000系列和CC54/74HC系列，4000系列由于具有功耗低，噪聲容限大等特點，已得到廣泛應(yīng)用，但工作速度較慢；CC54/74HC系列具有較高的工作速度和驅(qū)動能力。第40頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.5.4CMOS門電路特性及使用常識

TTL電路的使用注意事項，一般對CMOS電路也適用。但因CMOS電路容易產(chǎn)生柵極擊穿問題，所以要特別注意以下幾點：（1）避免靜電損壞（2）多余輸入端的處理方法（3）并聯(lián)使用第41頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.6不同類型門電路的接口問題

1.TTL電路驅(qū)動CMOS電路

圖2-39TTL-CMOS電路的接口第42頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2．CMOS電路驅(qū)動TTL電路圖2-40CMOS-TTL電路的接口

第4