[物理]第8章 时序逻辑电路.ppt

第10 章 门电路和组合逻辑电路 泸州职业技术学院机械工程系 机电一体化教研室 颜代书 编制 电路由三部分组成：V1、V2、V3和R1成输入级；V4、R2和R3组成中间级；V5、V6、R4和V7组成输出级。输入级V1采用了多射级三极管， V2和V3是输入端保护二极管，为抑制输入电压负向过冲而设置。只要A、B当中有一个是低电平，将使V1饱和， V4、 V7截止， V5、V6导通，输出级工作在射级输出状态，Y输出为高电平。 只有当A和B均为高电平时，才会使V1倒置，V1的集电结正向导通，使V4饱和导通，进而使V7导通，V5基极电位变低，使V5和V6截止，Y输出为低电平。 输入和输出的逻辑关系为：Y=A.B 由横坐标表示输入电压u1，用纵坐标表示输出电压u0，如把图10.2.2(a)所示的与非门电路输出电压随输入电压的变化用曲线描绘出来，就得到了图10.2.2(b)所示的电压传输特性曲线图。从电压传输特性曲线线l看，大致可分4段，AB、BC、CD、DE段 从电压传输特性曲线看到，当输入信号偏离正常的低电平0.3V而升高时，输出的高电平并不立刻改变。同样，当输入信号偏离正常高电平3.6V而降低时，输出的低电平也不会马上改变。因此，允许输入的高、低电平信号各有一个波动范围。在保证输出高、低电平基本不变的条件下，输入电平的允许波动范围称为输入端噪声容限。 （1）输入特性 输入特性分为输入电压-电流特性和输入负载特性。 输入电压-电流特性是指uI与iI之间的关系曲线。测量电路及实测曲线如图10.2.4所示，图示曲线反映了两个重要参数：IIS是输入低电平时流出输入端的电流，称为输入短路电流，其值较大；IIH是输入高电平时流入输入端的电流，其值较小。 输入负载特性是指u1随输入端外接电阻Ri变化的曲线。测量电路及实测曲线如图10.2.5所示。 输出特性是指逻辑门电路的输出电压与电流之间的关系，可以用输出特性曲线表示。 实际应用中，门电路输出端总接有几个负载门，如图10.2.7所示。为保证逻辑功能实现，必须对接入的负载门的个数进行限制，如果知道最大拉电流IOH(max)和所带负载门输入电流IIH,允许带相同负载门的最大个数N= IOH(max) / IIH 。 输出低电平，带灌电流负载。门电路输出低电平，V7饱和导通，负载电流灌入输出端，如图10.2.8(a)所示，称为灌电流。如图10.2.8(b)所示为测得的电压电流曲线，可见灌电流增加，输出电平也增大。为了保证输出为低电平，最大允许灌电流IOL(max)是一定的。允许带相同负载门的最大个数N= IOL(max) / IIS 。 在TTL逻辑电路中，由于二极管和三极管从导通变成截止或者从截止变为导通都需要一定的时间，而且还有二极管、三极管以及电阻等的寄生电容存在，所以反理想的矩形电压信号加到TTL与非门的输入端时，输出电压波形不仅要比输入信号滞后，而且波形的上升沿和下降沿也将变坏。如图10.2.9所示的是反映TTL与非门传输延迟时间的电路图和波形图。 TS门也是一种计算机中广泛使用的特殊门电路。三态输出门有3种输出状态：高电平工作状态；低电平工作状态和高阻抗状态。高阻抗状态为禁止状态。其逻辑关系见表10.2.1所示。 最简单的三态门电路如图10.2.16所示，在此电路中，若控制端EN=0（也称使能端）时，V9三极管截止，V8、V9、V10构成的电路对V1、V4、V5、V6、V7构成的TTL基本与非门无影响。此时输出Y=AB，该门电路处于工作状态。当控制端EN=1时，V9三极管饱和导通，UC9≈0.3V，因此V4、V7三极管截止，同时，二极管V10因三极管V9饱和而导通，使集电极电位UC4钳位在1V，使V5和V6无导通的可能，此时的Y处于高阻悬空状态，这是三态门的禁止态。 10.2.2 CMOS门电路 如图10.2.21所示的是由两个并联的P沟道增强型MOS管V1、V3和两个串联的N沟道增强型MOS管V2、V4组成的。输出和输入的逻辑关系 逻辑关系见表10.2.2所示。 如图10.2.22所示，它是由两个并联的N沟道增强型MOS管