第二章逻辑门电路-PPT.pptx
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1、第二章逻辑门电路第第2章章 集成逻辑门电路集成逻辑门电路集成度集成度小规模小规模(Small Scale Integrated Circuit,SSI)就是由十几个门电路构成得。就是由十几个门电路构成得。中规模中规模(Medium Scale Integrated Circuit,MSI)就是由上百个门电路构成得。就是由上百个门电路构成得。大规模大规模(Large Scale Integrated Circuit,LSI)就是由几百个至几千个门电路构成得。就是由几百个至几千个门电路构成得。超大规模超大规模(Very Large Scale Integrated Circuit,VLSI)就是由
2、一万个以上门电路构就是由一万个以上门电路构成得。成得。第第2章章 集成逻辑门电路集成逻辑门电路应用应用目前目前,广泛使用得逻辑门有广泛使用得逻辑门有TTL(Transistor-Transistor Logic)与与CMOS两个系列。两个系列。TTL门电路属双极型数字集成电路门电路属双极型数字集成电路,其输入其输入级与输出级都就是三极管结构级与输出级都就是三极管结构,故称故称TTL。CMOS门电路就是由门电路就是由NMOS管与管与PMOS管组管组成得互补成得互补MOS集成电路集成电路,属单极性数字集成属单极性数字集成电路。电路。第第2章章 集成逻辑门电路集成逻辑门电路我国我国TTL系列数字集成
3、电路型号与国际型系列数字集成电路型号与国际型号对应列入表号对应列入表2-1中中 标准标准(通用系列通用系列)高速系列高速系列肖特基系列肖特基系列低功耗肖特基系列低功耗肖特基系列 54/7454/74H54/74S54/74LSCT1000CT2000CT3000CT4000TTL系列系列分类名称分类名称国际型号国际型号国产型号国产型号系列系列2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路二极管与门二极管与门实现与逻辑功能得电路实现与逻辑功能得电路,称为与门。称为与门。VA=VB=3V。由由 于于 R接接 到到电电源源+12V上上,故故DA、DB均导通均导通,VF=3+0、7V=3、7V3V2、1 基本逻
4、辑门电路基本逻辑门电路二极管与门二极管与门实现与逻辑功能得电路实现与逻辑功能得电路,称为与门。称为与门。VA=3V,VB=0V,由于由于DB优先导通优先导通,VF=0、7V,因而因而DA截止截止,通常将通常将DB导通导通,使使VF=0+0、7V=0、7V0V称为箝位。称为箝位。2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路二极管与门二极管与门实现与逻辑功能得电路实现与逻辑功能得电路,称为与门。称为与门。VA=0V,VB=3V,由于由于DA导通导通,VF=0+0、7V=0、7V0V,DB截止。截止。2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路二极管与门二极管与门实现与逻辑功能得电路实现与逻辑功能得电路,称为与门。
5、称为与门。VA=VB=0V,VF=0、7V,此时此时DA、DB均导通。均导通。VF=0+0、7V=0、7V0V2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路二极管与门二极管与门实现与逻辑功能得电路实现与逻辑功能得电路,称为与门。称为与门。(1)VA=VB=0V VF0V(2)VA=0V,VB=3V,VF0V(3)VA=3V,VB=0V,VF0V(4)VA=VB=3V VF3V2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路二极管与门二极管与门实现与逻辑功能得电路实现与逻辑功能得电路,称为与门。称为与门。0003 0 0 0 3 3 0 3 3输出输出VF(V)输入输入 VF(V)VF(V)电位关系电位关系2、1 基
6、本逻辑门电路基本逻辑门电路二极管与门二极管与门实现与逻辑功能得电路实现与逻辑功能得电路,称为与门。称为与门。A B0 00 11 01 1F0001真值表真值表大家有疑问的,可以询问和交流大家有疑问的,可以询问和交流可以互相讨论下,但要小声点可以互相讨论下,但要小声点2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路或门或门实现逻辑或功能得电路实现逻辑或功能得电路,称为或门。称为或门。VA=VB=3V,由由于于R接接到到电电源源-VEE(-12V)上上,故故DA、DB均均导导通通。VF因因此此为为VA-VD=2、3V 3V。2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路或门或门实现逻辑或功能得电路实现逻辑或功能得电路
7、,称为或门。称为或门。VA=0V,VB=3V,此时此时DB导通导通,将将VF钳位在钳位在2、3V,DA加反向电压截止。因加反向电压截止。因此此VF=VB-VD=2、3V3V。2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路或门或门实现逻辑或功能得电路实现逻辑或功能得电路,称为或门。称为或门。VA=3V,VB=0V,此时此时DA导通导通,DB截止截止,VF=VA-VD=2、3V 3V。2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路或门或门实现逻辑或功能得电路实现逻辑或功能得电路,称为或门。称为或门。VA=VB=0V,DA、DB均导通均导通,VF=0-VD=-0、7V 0V。2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路或门或门
8、实现逻辑或功能得电路实现逻辑或功能得电路,称为或门。称为或门。(1)VA=VB=0V:VF0V(2)VA=0V,VB=3V:VF3V(3)VA=3V,VB=0V:VF3V(4)VA=VB=3V:VF3V2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路或门或门实现逻辑或功能得电路实现逻辑或功能得电路,称为或门。称为或门。0333 0 0 0 3 3 0 3 3输出输出VF(V)输入输入 VA(V)VB(V)电位关系电位关系2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路或门或门实现逻辑或功能得电路实现逻辑或功能得电路,称为或门。称为或门。A B0 00 11 01 1F0111真值表真值表2、1 基本逻辑门电路基本逻辑
9、门电路非门非门(反相器反相器)实现逻辑非门功能得电路实现逻辑非门功能得电路,称作非门称作非门数字电路中数字电路中,二极管二极管,三极管均工作在开关状三极管均工作在开关状态。三极管工作在饱与态。三极管工作在饱与态与截止态。态与截止态。2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路非门非门(反相器反相器)实现逻辑非门功能得电路实现逻辑非门功能得电路,称作非门称作非门饱与时饱与时,其集电极输出为低其集电极输出为低电平电平(VO=Vces);截止时截止时,其集电极输出高电其集电极输出高电平平(无箝位时无箝位时,VO=VCC,有箝有箝位电路时位电路时,VO高电平将使高电平将使DQ导通导通,由于由于VQ=2、5V,
10、故故VO=2、5V+0、7V=3、2V)。2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路非门非门(反相器反相器)实现逻辑非门功能得电路实现逻辑非门功能得电路,称作非门称作非门VI=0、3V时时,一一般般硅硅管管死死区区电电压压为为0、5V,故故T可可能能截截止止,只考虑到只考虑到VEE时时只考虑到只考虑到VI时时 2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路非门非门(反相器反相器)实现逻辑非门功能得电路实现逻辑非门功能得电路,称作非门称作非门总总得得VB=-0、646V,T截截止止,VO为为高高电电平平。由由于于此此时时钳钳位位二二极极管管DQ导导通通,故故VO=VQ+VDQ=3、2V 3V。2、1 基本逻辑门
11、电路基本逻辑门电路非门非门(反相器反相器)实现逻辑非门功能得电路实现逻辑非门功能得电路,称作非门称作非门或:或:2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路非门非门(反相器反相器)实现逻辑非门功能得电路实现逻辑非门功能得电路,称作非门称作非门当当VI=3.2V时,输入时,输入高电平,高电平,T应饱和,即应饱和,即 2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路非门非门(反相器反相器)实现逻辑非门功能得电路实现逻辑非门功能得电路,称作非门称作非门在本例中在本例中 2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路非门非门(反相器反相器)实现逻辑非门功能得电路实现逻辑非门功能得电路,称作非门称作非门实际上实际上2、1 基本逻辑门
12、电路基本逻辑门电路非门非门(反相器反相器)实现逻辑非门功能得电路实现逻辑非门功能得电路,称作非门称作非门IBIBS,三极管饱与。三极管饱与。输出为低电平输出为低电平VO=Vces=0、3V0V采用正逻辑采用正逻辑,可列出非可列出非门得真值表。门得真值表。2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路非门非门(反相器反相器)实现逻辑非门功能得电路实现逻辑非门功能得电路,称作非门称作非门3003VF(V)VI(V)电位关系电位关系1001FA真值表真值表2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路4、与非门电路与非门电路2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路5、或非门电路或非门电路2、2 TTL集成逻辑门电路集成逻辑
13、门电路 TTL与与非非门门得得工工作原理作原理 TTL与与非非门门得得典典型电路型电路TTL与非门得典与非门得典型电路如图型电路如图2-6所示所示,它分成输入级、中它分成输入级、中间级与输出级三个间级与输出级三个部分。部分。输入级输入级中间级中间级输出级输出级 TTL与非门得典型电路与非门得典型电路输入级由多发射极输入级由多发射极晶体管晶体管T1与电阻与电阻R1组成组成,通过通过T1得各个得各个发射极实现与逻辑发射极实现与逻辑功能。功能。多发射极晶体管多发射极晶体管 T1 的等效电路的等效电路 TTL与非门得典型电路与非门得典型电路中中间间级级由由T2、R2、R3组成。组成。其其主主要要作作用
14、用就就是是从从T2管管得得集集电电极极c2与与发发射射极极e2同同时时输输出出两两个个相相位位相相反反得得信信号号,分分别别驱驱动动T3与与T5管管,来来保保证证T4与与T5管管有有一一个个导导通通时时,另另一一个就截止。个就截止。TTL与非门得典型电路与非门得典型电路输出级由输出级由R4、R5、T3、T4、T5组成组成,T5就就是反相器是反相器,T3、T4组组成复合管构成一个射成复合管构成一个射随器随器,作为作为T5管得有管得有源负载源负载,并与并与T5组成组成推拉式电路推拉式电路,使输出使输出无论就是高电平或就无论就是高电平或就是低电平是低电平,输出电阻输出电阻都很小都很小,提高了带负提高
15、了带负载能力。载能力。工作原理工作原理则则VB1=VIL+VBE1 =0、3+0、7=1VVB2=VC1=VCES1+VIL =0、1+0、3=0、4V0.3V3.6V3.6VDA导通导通!设设A=0 B=1 C=1(VIL=0、3V),1V0.3V所以所以:T2、T5 截止截止T3 、T4 导通导通VF =5UBE3UBE4 50、70、7=3、6V拉电流拉电流F=1工作原理工作原理设设A=B=C=1,即即VA=VB=VC=VIH=3、6V,3、6V3、6V3、6V2、1VT1管得基极电位升管得基极电位升高高,使使T1管得集电结、管得集电结、T2与与T5得发射结正向得发射结正向偏置而导通偏置
16、而导通,T1管得管得基极电位基极电位VB1被箝位被箝位在在2、1V。1、4V故故T1管处于倒置工管处于倒置工作状态作状态(发射结与集发射结与集电结反向运用状态电结反向运用状态,发射结反向偏置、发射结反向偏置、集电结正向偏置集电结正向偏置)。T3 导通导通,T4 截止截止 VF=0、3V ,F=0VF=0、3V灌电流灌电流结论结论:电路只要输入有一个为低电路只要输入有一个为低电平时电平时,输出就为高电平输出就为高电平;只有输入全为高电平时只有输入全为高电平时,输输出才为低电平。该门为与出才为低电平。该门为与非门。即非门。即1、输入不全为输入不全为1时时,输出为输出为12、输入全为输入全为1时时,
17、输出为输出为0真值表为真值表为:111111100 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1FA B C真值表真值表2、TTL与非门得电压传输特性与非门得电压传输特性及及 抗干扰能力抗干扰能力电压传输特性电压传输特性电压传输特性就是描述输出电压电压传输特性就是描述输出电压vO与输入电压与输入电压vI之间对应关系得曲线之间对应关系得曲线,如图如图2-7所示。所示。TTL与非门得电压传输特性与非门得电压传输特性AB段段(截止区截止区):vI0、6V,输出电压输出电压vO不随输入电压不随输入电压vI变化变化,保持在高电平保持在高电平VH。VC10、7V,T2与与T
18、5管管截止截止,T3、T4管导通管导通,输输出为高电平出为高电平,VOH=3、6V。由于这段由于这段T2与与T5管截管截止止,故称截止区。故称截止区。TTL与非门得电压传输特性与非门得电压传输特性BC段段(线性区线性区):0、6VvI1、3V,0、7VVC11、4V。这时这时T2管开始导通并管开始导通并处于放大状态处于放大状态,T2管得管得集电极电压集电极电压VC2与输出与输出电压电压vO随输入电压随输入电压vI得得增大而线性降低增大而线性降低,故该故该段称为线性区。段称为线性区。由于由于T5管得基极电位还低于管得基极电位还低于0、7V,故故T5管仍截止。管仍截止。T3、T4管还就是处于导通状
19、态。管还就是处于导通状态。TTL与非门得电压传输特性与非门得电压传输特性CD段段(过渡区过渡区):1、3VvI1、4V,T5管开始导通管开始导通,T2、T3、T4管也都处于导通状管也都处于导通状态态,T4、T5管有一小段管有一小段时间同时导通时间同时导通,故有很故有很大电流流过大电流流过R4电阻电阻,T2管提供管提供T5管很大得基管很大得基极电流极电流;T2、T5管趋于饱与导通管趋于饱与导通,T4管趋于截止管趋于截止,输出电压输出电压vO急剧下降到低电平急剧下降到低电平vO=0、3V。由于由于vI得微小变化而引起输出电压得微小变化而引起输出电压vO得急剧下降得急剧下降,故此段称为过渡区或转折区
20、。故此段称为过渡区或转折区。TTL与非门得电压传输特性与非门得电压传输特性CD段段(过渡区过渡区):CD段中点对应得输入段中点对应得输入电压电压,既就是既就是T5管截止管截止与导通得分界线与导通得分界线,又就又就是输出高、低电平得是输出高、低电平得分界线分界线,故此电压称阈故此电压称阈值电压值电压VT(门槛电压门槛电压),VT=1、4V。VT就是决定与非门状态得重要参数。当就是决定与非门状态得重要参数。当vIVT时时,与非门截止与非门截止,输出高电平。输出高电平。当当vIVT时时,与非门饱与导通与非门饱与导通,输出低电平。输出低电平。VT TTL与非门得电压传输特性与非门得电压传输特性DE段段
21、(饱与区饱与区):vI1、4V以后以后,T1管处管处于倒置工作状态于倒置工作状态,VB1被被箝位在箝位在2、1V,T2、T5管管进入饱与导通状态进入饱与导通状态,T3管微导通管微导通,T4管截止。管截止。由于由于T2、T5管饱与导管饱与导通通,故称该段为饱与区。故称该段为饱与区。抗干扰能力抗干扰能力(输入噪声容限输入噪声容限)关门电平关门电平VOFF:输出为输出为标准高电平标准高电平VSH时所允时所允许得最大输入低电平值。许得最大输入低电平值。通常通常VOFF=0、8V。开门电平开门电平VON:输出为标输出为标准低电平准低电平VSL时所允许时所允许得最小输入高电平值。得最小输入高电平值。通常通
22、常VON=1、8V。VNL抗干扰能力抗干扰能力(输入噪声容限输入噪声容限):不破坏与非门不破坏与非门输出逻辑状态所允许得最大干扰电压。输出逻辑状态所允许得最大干扰电压。VNH输入低电输入低电平得抗干平得抗干扰能力扰能力 输入高电平输入高电平得抗干扰能得抗干扰能力力 VNL=VOFF-VILmaxVNH=VIHmin-VONTTL与非门得输入特性、输出与非门得输入特性、输出特性与带负载能力特性与带负载能力 了解输入输出特性了解输入输出特性,可正确处理可正确处理TTL与非门与非门之间与其它电路之间得连接问题。只要输之间与其它电路之间得连接问题。只要输入端、输出端得电路结构形式与参数与入端、输出端得
23、电路结构形式与参数与TTL与非门相同与非门相同,输入、输出特性对其它输入、输出特性对其它TTL电路也适用。电路也适用。TTL与非门得输入特性与非门得输入特性 输入特性就是描述输入电流与输入电压之间得关输入特性就是描述输入电流与输入电压之间得关系曲线系曲线,如图如图2-8所示得特性曲线。规定输入电流所示得特性曲线。规定输入电流流入输入端为正流入输入端为正,而从输入端流出为负。而从输入端流出为负。TTL与非门得输入特性与非门得输入特性 当当vI小于小于0、6V时时T2就是截止得就是截止得,T1基极电流均经基极电流均经其发射极流出其发射极流出(因集电极得负载电阻很大因集电极得负载电阻很大,IC1可以
24、可以忽略不计忽略不计),这时电流大小可以近似计算为这时电流大小可以近似计算为iI=-(VCC-VBE1-vI)/R1。TTL与非门得输入特性与非门得输入特性 当当vI=0时时,相当于输入端接地相当于输入端接地,故将此时得输入电故将此时得输入电流称为输入短路电流流称为输入短路电流IIS,IIS=(VCC-VBE1)/R1=(5-0、7)/31、4mA。TTL与非门得输入特性与非门得输入特性 当当vI等于等于0、6V时时T2管开始导通管开始导通,T2管导通以后管导通以后IB1一部分就要流入一部分就要流入T2管得基极管得基极,iI得绝对值随之略有得绝对值随之略有减小减小;vI继续增加继续增加,IB2
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