数字电路教案-阎石 第三章 逻辑门电路.docVIP

第3章 逻辑门电路 3.1 概述 逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。简称门电路。 用逻辑1和0 分别来表示电子电路中的高、低电平的逻辑赋值方式，称为正逻辑，目前在数字技术中，大都采用正逻辑工作；若用低、高电平来表示，则称为负逻辑。本课程采用正逻辑。 获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导通、截止（即开、关）两种工作状态。 在数字集成电路的发展过程中，同时存在着两种类型器件的发展。一种是由三极管组成的双极型集成电路，例如晶体管-晶体管逻辑电路（简称TTL电路）及射极耦合逻辑电路（简称ECL电路）。另一种是由MOS管组成的单极型集成电路，例如N-MOS逻辑电路和互补MOS（简称COMS）逻辑电路。 3.2 分立元件门电路 3.3.1二极管的开关特性 3.2.2三极管的开关特性 NPN型三极管截止、放大、饱和3种工作状态的特点 工作状态 截 止 放 大 饱 和 条 件 iB＝0 0＜iB＜IBS iB＞IBS 工 作 特 点 偏置情况 发射结反偏 集电结反偏 uBE0，uBC0 发射结正偏 集电结反偏 uBE0，uBC0 发射结正偏 集电结正偏 uBE0，uBC0 集电极电流 iC＝0 iC＝βiB iC＝ICS ce间电压 uCE＝VCC uCE＝VCC－iCRc uCE＝UCES＝0.3V ce间等效电阻 很大， 相当开关断开 可变 很小， 相当开关闭合 3.2.3二极管门电路 1、二极管与门 2、二极管或门 uA uB uY D1 D2 0V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V 0V 4.3V 4.3V 4.3V 截止 截止 截止 导通 导通 截止 导通 导通 3.2.4三极管非门 3.2.5组合逻辑门电路 1、与非门电路 2、或非门电路 3.3 集成逻辑门电路 TTL与非门 1、电路结构 （1）抗饱和三极管 作用：使三极管工作在浅饱和状态。因为三极管饱和越深，其工作速度越慢，为了提高工作速度，需要采用抗饱和三极管。 构成：在普通三极管的基极B和集电极C之间并接了一个肖特基二极管（简称SBD）。 特点：开启电压低，其正向导通电压只有0.4V，比普通硅二极管0.7V的正向导通压降小得多；没有电荷存储效应；制造工艺和TTL电路的常规工艺相容，甚至无须增加工艺就可制造出SBD。 （2）采用有源泄放电路 上图中的V6、R3、R6组成。 2、TTL与非门的工作原理 （1）V1的等效电路 V1是多发射极三极管，其有三个发射结为PN结。故输入级用以实现A、B、C与的关系。其等效电路如右图所示。 （2）工作原理分析 ①输入信号不全为1：如uA=0.3V， uB= uC =3.6V 则uB1=0.3+0.7=1V，T2、T5截止，T3、T4导通 忽略iB3，输出端的电位为： uY≈5―0.7―0.7＝3.6V 输出Y为高电平。 ②输入信号全为1：如uA=uB=uC 3.6V 则uB1=2.1V，T2、T5导通，T3、T4截止 输出端的电位为： uY=UCES＝0.3V 输出Y为低电平。 功能表 逻辑表达式： 集成与非门电路引脚排列图（顶视）： （74LS00内含4个2输入与非门，74LS20内含2个4输入与非门） 3、电压传输特性和噪声容限 （1）电压传输特性 定义：门电路输出电压uo随输入电压变化的特性曲线称为电压传输特性。 （电压传输特性曲线见课本图3.3.3.） （2）概念 输入电平范围：高电平UiHmin～UiHmax=1.2～5V；低电平UiLmin～UiLmax=0.2～1.0V ·关门电平。上述输入低电平中的最大值，即UOFF = UiLmax =1.0V。 只有当输入uI UOFF 时，与非门才关闭，输出高电平。 ·开门电平。上述输入高电平中的最小值，即UON =UiHmin=1.2V 只有当输入uI UON 时，与非门才开通，输出低电平。 ·阈值电压。工作在电压传输特性曲线转折区中点对应的输入电压称为阈值电压，又称为门槛电压。用UTH表示。 近似分析时，可以认为：当uI UTH时，与非门工作在关闭状态，输出高电平UOH ；当 uI UTH时，与非门工作在开通状态，输出低电平UOL 。 （3）噪声容限 在输入信号上叠加的噪声电压只要不超过允许值，就不会影响电路的正常逻辑功能，这个允许值称为噪声容限。 电路的噪声容限越大，其抗干扰能力就越强。 4、输入负载特性 定义：输入电压uI随输入端对地外接电阻RI变化的曲线，称为输入负载特性。 （1）在V2和V5导通前，uI随RI的增大而上升，输入电压uI 在RI上升到V2和V5开始导通时，uI不能