第2章数电逻辑门电路课件

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1、第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路2.1 概述概述2.2 分立元件门电路分立元件门电路2.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路3.4 MOS门电路门电路3.5 TTL电路电路MOS电路的接口电路的接口2.1 概述概述门电路的作用：门电路的作用：是用以实现逻辑关系的电子电是用以实现逻辑关系的电子电路，与基本逻辑关系相对应。路，与基本逻辑关系相对应。门电路的主要类型：门电路的主要类型：与门、或门、与非门、或与门、或门、与非门、或非门、异或门等。非门、异或门等。门电路的输出状态与赋值对应关系：门电路的输出状态与赋值对应关系：正逻辑：正逻辑：高电位对应高电位对应“1”；低电位对应；低电位对应“0”。混合逻辑：

2、混合逻辑：输入用正逻辑、输出用负逻辑；或者输输入用正逻辑、输出用负逻辑；或者输入用负逻辑、输出用正逻辑。入用负逻辑、输出用正逻辑。一般采用一般采用正逻辑正逻辑负逻辑：负逻辑：高电位对应高电位对应“0”；低电位对应；低电位对应“1”。100VVcc在数字电路中，对电压值为多少并不重要，在数字电路中，对电压值为多少并不重要，只要能判断高低电平即可。只要能判断高低电平即可。K开开-VO输出高电平，对应输出高电平，对应“1” 。K合合-VO输出低电平，对应输出低电平，对应“0” 。VOKVccR V V门门(电子开关电子开关)满足一定条件时，电路允满足一定条件时，电路允 许信号通过许信号通过 开关接通

3、开关接通 。开门状态：开门状态：关门状态：关门状态：条件不满足时，信号通不条件不满足时，信号通不过过 开关断开开关断开 。开关开关作用作用二极管二极管反向截止：反向截止：开关接通开关接通开关断开开关断开三极管三极管（C,E)饱和区：饱和区： 截止区：截止区：开关接通开关接通CEB开关断开开关断开 正向导通：正向导通： CEB2.2.1 二极管与门电路二极管与门电路 FD1D2AB+12VuAuBuF0V0V0.3V0V3V0.3V3V0V0.3V3V3V3.3V逻辑变量逻辑变量逻辑函数逻辑函数( uD=0.3V ) 2.2 分立元件门电路分立元件门电路uAuBuF0V0V0.3V0V3V0.3

4、V3V0V0.3V3V3V3.3V0 0 00 1 0 A B F1 0 01 1 1逻辑式：逻辑式：F=A B逻辑符号：逻辑符号：&ABF2.2.2二极管或门二极管或门uAuBuF0V0V-0.3V0V3V2.7V3V0V2.7V3V3V2.7VFD1D2AB-12VuAuBuF0V0V-0.3V0V3V2.7V3V0V2.7V3V3V2.7V0 0 00 1 1 A B F1 0 11 1 1逻辑式：逻辑式：F=A+B逻辑符号：逻辑符号： ABFR1DR2AF+12V +3V2.2.3 三极管反相器三极管反相器uAuF3V0.30V3.3钳位二极管钳位二极管uAuF3V0.30V3

5、.3AF0110逻辑式：逻辑式：AF 逻辑符号：逻辑符号：1AF2.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路数字集成电路：数字集成电路：在一块半导体基片上制作出一个在一块半导体基片上制作出一个完整的逻辑电路所需要的全部元件和连线。完整的逻辑电路所需要的全部元件和连线。使用时接：电源、输入和输出。数字集成电使用时接：电源、输入和输出。数字集成电路具有体积小、可靠性高、速度快、而且价路具有体积小、可靠性高、速度快、而且价格便宜的特点。格便宜的特点。TTL型电路：型电路：输入和输出端结构都采用了半导体晶输入和输出端结构都采用了半导体晶体管，称之为体管，称之为: Transistor Transistor Lo

6、gic。2.3.1 TTL2.3.1 TTL集成门电路的结构集成门电路的结构 TTL集成门电路的结构一般分为三级，即输集成门电路的结构一般分为三级，即输入级、中间级和输出级。入级、中间级和输出级。完成信号输入完成信号输入放大作用放大作用完成信号处理完成信号处理及耦合作用及耦合作用完成驱动放完成驱动放大作用大作用1.输入级形式C=AC=A+BC=ABC=AB2.中间级形式 单变量分相器单变量分相器 对于功能不同的门，这部分电路不一样。例如对于功能不同的门，这部分电路不一样。例如TTL与非门中间级就是分相器；或非门中间级就与非门中间级就是分相器；或非门中间级就是线与电路。是线与电路。 分相器的逻辑

7、表达式分相器的逻辑表达式为：为：AFAF21 A+B分相器A、B中中有一个为有一个为高电平高电平VT1、VT2必必有一个饱和有一个饱和导通导通 F2必然为必然为高电平，高电平，F1为低电平。为低电平。 A+B分相器A、B均均为低电平为低电平VT1、VT2都截止都截止 F2必然为必然为高电平，高电平，F1为低电平。为低电平。 输入、输出的逻辑关输入、输出的逻辑关系为：系为：BAFBAF21KCBAFKCBAF21 其输出与输入变量的逻辑关系为：其输出与输入变量的逻辑关系为： 根据以上分析，不难得到根据以上分析，不难得到n个变量之个变量之(或或)的的分相器。分相器。3.输出级形式 TTL集成门电路

8、输出有四种输出形式，即集成门电路输出有四种输出形式，即(a)集电极开路输出集电极开路输出，(b)三态门输出三态门输出，(c)图腾柱输图腾柱输出出，(d)复合管和图腾柱输出复合管和图腾柱输出。(a)(b) 特点：具特点：具有控制有控制VT1、VT2均截止均截止的电路，当的电路，当控制有效时，控制有效时，输出端输出端F呈呈高阻态；当高阻态；当控制无效时，控制无效时，按逻辑门正按逻辑门正常功能输出常功能输出0，1两态。两态。特点：要接特点：要接负载电阻负载电阻RL和驱动电压和驱动电压VCC，实现，实现高压、大电高压、大电流驱动。流驱动。3.输出级形式 TTL集成门电路输出有四种输出形式，即集成门电路

9、输出有四种输出形式，即(a)集电极开路输出集电极开路输出，(b)三态门输出三态门输出，(c)图腾柱输图腾柱输出出，(d)复合管和图腾柱输出复合管和图腾柱输出。(c)(d) 特点：任何特点：任何时候作为输时候作为输出的两个三出的两个三极管，总有极管，总有一个处于截一个处于截止状态，而止状态，而另一个处于另一个处于饱和导通状饱和导通状态，该电路态，该电路具有较强的具有较强的驱动能力。驱动能力。 特点：具特点：具有图腾柱输有图腾柱输出和复合管出和复合管输出的特点，输出的特点，有极强驱动有极强驱动能力。能力。CBAF 2.3.2 集成集成TTL逻辑门逻辑门一、一、TTL与非门与非门TTL与非门的内部结

10、构与非门的内部结构+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC360 3k750 100 输入级输入级输出级输出级中间级中间级+5VABCR1T1R2T2R3FR4R5T3T4T5T1 多发射极晶多发射极晶体管：体管：实现实现“与与”运算。运算。+5VABCR1T1R2T2R3FR4R5T3T4T5“非非”复合管形式复合管形式与非门与非门输出级输出级“与与”1. 任一输入为低电平（任一输入为低电平（0.3V）时）时“0”0.7V不足以让不足以让T2、T5导通导通+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC360 3k750 100 三个三个PN结结导

11、通需导通需2.1V+5VFR4R2R13kR5R3T3T4T1T5b1c1ABC0.7V“0”uouo=5-uR2-ube3-ube4 3.4V 高电平！高电平！逻辑关系：逻辑关系：任任0则则1。+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC“1”全导通全导通电位被钳电位被钳在在2.1V全反偏全反偏 1V截止截止2. 输入全为高电平（输入全为高电平（3.4V）时）时+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC全反偏全反偏“1”饱和饱和uF =0.3VABCF 输入、输出的逻辑关系式：输入、输出的逻辑关系式：逻辑关系：逻辑关系：全全1则则0。二、二、 集电极开路的与非门