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1、第 2 章 门电路,第 2 章 门电路,2.1 概述 2.2 最简单的与、或、非门电路 2.3 TTL门电路 2.4 CMOS门电路,返 回 主 目 录,第 2 章 门电路,2.1 概 述,门电路：,常用的门电路：,实现基本运算、复合运算的单元电路。,与门、或门、非门、与非门、或非门、,与或非门、异或门等。,门电路中以高、低电平表示二值逻辑的0、1两种逻辑状态。,高、低电平都允许有一定的变化范围。,正逻辑：用高电平表示逻辑1、低电平表示逻辑0 。,负逻辑：用高电平表示逻辑0、低电平表示逻辑1。,第 2 章 门电路,2.2 最简单的与、或、非门电路,2.2.1 二极管与门,1、电路和图形符号,输
2、出端,电源电压 VCC = 5V,A、B 输入端的电压,二极管工作状态 导通、截止,二极管导通时 VDF = 0.7V,输入端,VIH=3V 、VIL=0V,第 2 章 门电路,2.2 最简单的与、或、非门电路,2.2.1 二极管与门,1、电路和图形符号,电源电压 VCC = 5V,A、B 输入端的电压,二极管工作状态 导通、截止,二极管导通时 VDF = 0.7V,VIH=3V 、VIL=0V,2、逻辑功能分析,0 0,0V,0V,D1导通 D2导通,0.7V,0.7,第 2 章 门电路,2.2 最简单的与、或、非门电路,2.2.1 二极管与门,1、电路和图形符号,电源电压 VCC = 5V
3、,A、B 输入端的电压,二极管工作状态 导通、截止,二极管导通时 VDF = 0.7V,VIH=3V 、VIL=0V,2、逻辑功能分析,0 0,D1导通 D2导通,0.7,0 3,0V,3V,D1导通,0.7V,0.7,D2截止,第 2 章 门电路,2.2 最简单的与、或、非门电路,2.2.1 二极管与门,1、电路和图形符号,电源电压 VCC = 5V,A、B 输入端的电压,二极管工作状态 导通、截止,二极管导通时 VDF = 0.7V,VIH=3V 、VIL=0V,2、逻辑功能分析,0 0,D1导通 D2导通,0.7,0 3,D1导通 D2截止,0.7,3 0,3V,0V,D2导通,0.7V
4、,0.7,D1截止,第 2 章 门电路,2.2 最简单的与、或、非门电路,2.2.1 二极管与门,1、电路和图形符号,电源电压 VCC = 5V,A、B 输入端的电压,二极管工作状态 导通、截止,二极管导通时 VDF = 0.7V,VIH=3V 、VIL=0V,2、逻辑功能分析,0 0,D1导通 D2导通,0.7,0 3,D1导通 D2截止,0.7,3 0,3V,3V,D1截止 D2导通,0.7,3 3,D1导通 D2导通,3.7V,3.7,第 2 章 门电路,2.2 最简单的与、或、非门电路,2.2.1 二极管与门,1、电路和图形符号,电源电压 VCC = 5V,A、B 输入端的电压,二极管
5、工作状态 导通、截止,二极管导通时 VDF = 0.7V,VIH=3V 、VIL=0V,2、逻辑功能分析,0 0,D1导通 D2导通,0.7,0 3,D1导通 D2截止,0.7,3 0,D1截止 D2导通,0.7,3 3,D1导通 D2导通,3.7,3V 以上为逻辑 1,0.7V以下为逻辑0,0101,0011,0001,第 2 章 门电路,2.2.2 二极管或门,1、电路和图形符号,电路和图形符号,输入端,输出端,A、B 输入端的电压,二极管工作状态 导通、截止,二极管导通时 VDF = 0.7V,VIH=3V 、VIL=0V,第 2 章 门电路,2.2.2 二极管或门,1、电路和图形符号,
6、电路和图形符号,A、B 输入端的电压,二极管工作状态 导通、截止,二极管导通时 VDF = 0.7V,VIH=3V 、VIL=0V,2、逻辑功能分析,0 0,0V,0V,D1截止 D2截止,0,第 2 章 门电路,2.2.2 二极管或门,1、电路和图形符号,电路和图形符号,A、B 输入端的电压,二极管工作状态 导通、截止,二极管导通时 VDF = 0.7V,VIH=3V 、VIL=0V,2、逻辑功能分析,0 0,0V,3V,D1截止 D2截止,0,0 3,D2导通,D1截止,2.3V,2.3,第 2 章 门电路,2.2.2 二极管或门,1、电路和图形符号,电路和图形符号,A、B 输入端的电压,
7、二极管工作状态 导通、截止,二极管导通时 VDF = 0.7V,VIH=3V 、VIL=0V,2、逻辑功能分析,0 0,3V,0V,D1截止 D2截止,0,0 3,D2导通,D1截止,2.3V,2.3,3 0,D1导通,D2截止,2.3,第 2 章 门电路,2.2.2 二极管或门,1、电路和图形符号,电路和图形符号,A、B 输入端的电压,二极管工作状态 导通、截止,二极管导通时 VDF = 0.7V,VIH=3V 、VIL=0V,2、逻辑功能分析,0 0,3V,3V,D1截止 D2截止,0,0 3,D2导通,D1截止,2.3V,2.3,3 0,D1导通,D2截止,2.3,3 3,D1导通,D2
8、导通,2.3,第 2 章 门电路,2.2.2 二极管或门,1、电路和图形符号,电路和图形符号,A、B 输入端的电压,二极管工作状态 导通、截止,二极管导通时 VDF = 0.7V,VIH=3V 、VIL=0V,2、逻辑功能分析,0 0,D1截止 D2截止,0,0 3,D2导通,D1截止,2.3,3 0,D1导通,D2截止,2.3,3 3,D1导通,D2导通,2.3,2.3V以上为逻辑 1,0V 以下为逻辑0,0101,0011,0111,第 2 章 门电路,二极管构成的门电路的缺点,电平有偏移,只用于IC内部电路,带负载能力差,第 2 章 门电路,2.2.3 三极管非门（反相器）,1、电路和图
9、形符号,2、逻辑功能分析,第 2 章 门电路,2.2.3 三极管非门（反相器）,1、电路和图形符号,2、逻辑功能分析,VIL,截止,VOH,第 2 章 门电路,2.2.3 三极管非门（反相器）,1、电路和图形符号,2、逻辑功能分析,VIL,截止,VOH,VIH,饱和,VOL,第 2 章 门电路,2.2.3 三极管非门（反相器）,1、电路和图形符号,2、逻辑功能分析,VIL,截止,VOH,VIH,饱和,VOL,输入、输出,高电平为逻辑 1,低电平为逻辑 0,01,10,第 2 章 门电路,2.3 TTL门电路,2.3.1 TTL反相器的电路结构和工作原理,一、电路结构和逻辑关系,TTL反相器电路
10、,VCC = 5V,VIL = 0.2V,VIH = 3.4V,PN结导通压降VON = 0.7V,第 2 章 门电路,2.3 TTL门电路,2.3.1 TTL反相器的电路结构和工作原理,一、电路结构和逻辑关系,TTL反相器电路,VCC = 5V,VIL = 0.2V,VIH = 3.4V,PN结导通压降VON = 0.7V,(1) vI =VIL= 0.2V( A=0 ),0.2V,1V,截 止,截 止,5V,导通,导通,vO 50.70.7 = 3.4V( Y=1 ),第 2 章 门电路,2.3 TTL门电路,2.3.1 TTL反相器的电路结构和工作原理,一、电路结构和逻辑关系,TTL反相
11、器电路,VCC = 5V,VIL = 0.2V,VIH = 3.4V,PN结导通压降VON = 0.7V,(1) vI =VIL= 0.2V( A=0 ),vO 50.70.7 = 3.4V( Y=1 ),(2) vI =VIH= 3.4V( A=1 ),3.4V,2.1V,导通,1V,导通,截止,截止,vO 0.2V( Y=0 ),第 2 章 门电路,2.3 TTL门电路,2.3.1 TTL反相器的电路结构和工作原理,一、电路结构和逻辑关系,TTL反相器电路,VCC = 5V,VIL = 0.2V,VIH = 3.4V,PN结导通压降VON = 0.7V,(1) vI =VIL= 0.2V(
12、 A=0 ),vO 50.70.7 = 3.4V( Y=1 ),(2) vI =VIH= 3.4V( A=1 ),vO 0.2V( Y=0 ),第 2 章 门电路,几点说明：,TTL反相器电路,(1) 二极管 D1 用于抑制,(2) 二极管 D2 使 T5导通,负向干扰；,时T4可靠截止。,(3) 输入端悬空时，相当,输入逻辑1、输入电压vI =1.4V。,第 2 章 门电路,几点说明：,TTL反相器电路,(1) 二极管 D1 用于抑制,(2) 二极管 D2 使 T5导通,负向干扰；,时T4可靠截止。,(3) 输入端悬空时，相当,输入逻辑1、输入电压vI =1.4V。,端电压很大,VB1很大,
13、T1集电 结导通,导通,导通,2.1V,1.4V,1V,截止,截止,0.2V,第 2 章 门电路,二、电压传输特性,TTL反相器的电压传输特性,输出电压 v0 随输入电压 vI 变化曲线。,(1) AB段 截止区,vI 0.6V,截止区,vI 0.6V,VB1 1.3V,T1导通,T2 截止,T5 截止,T4导通,D2导通,vO = VOH = VCCVR2VBE4VD2= 3.4V,第 2 章 门电路,二、电压传输特性,TTL反相器的电压传输特性,输出电压 v0 随输入电压 vI 变化曲线。,(1) AB段 截止区,vI 0.6V,截止区,vO = VOH = VCCVR2VBE4VD2=
14、3.4V,(2) BC段 线性区,线性区,0.6VvI1.3V,T2导通 （放大区）,T5截止,vI vo,0.6VvI1.3V,1.3VVB12V,T1导通,T4导通 （放大区）,D2导通,第 2 章 门电路,二、电压传输特性,TTL反相器的电压传输特性,输出电压 v0 随输入电压 vI 变化曲线。,(1) AB段 截止区,vI 0.6V,截止区,vO = VOH = VCCVR2VBE4VD2= 3.4V,(2) BC段 线性区,线性区,0.6VvI1.3V,vI vo,(3) CD段 转折区,转 折 区,vI = VTH 1.4V,VTH 阈值电压,（转折区中点对应的输入电压）,vI 1
15、.4V,VB1=2.1V,T4截止,T2导通,T5导通,vO 迅速VOL,第 2 章 门电路,二、电压传输特性,TTL反相器的电压传输特性,输出电压 v0 随输入电压 vI 变化曲线。,(1) AB段 截止区,vI 0.6V,截止区,vO = VOH = VCCVR2VBE4VD2= 3.4V,(2) BC段 线性区,线性区,0.6VvI1.3V,vI vo,(3) CD段 转折区,转 折 区,vI = VTH 1.4V,VTH 阈值电压,（转折区中点对应的输入电压）,vO 迅速VOL,(4) DE段 饱和区,饱和区,vI 1.4V,vI 继续， vO =VOL不变,第 2 章 门电路,二、电
16、压传输特性,TTL反相器的电压传输特性,输出电压 v0 随输入电压 vI 变化曲线。,(1) AB段 截止区,vI 0.6V,截止区,vO = VOH = VCCVR2VBE4VD2= 3.4V,(2) BC段 线性区,线性区,0.6VvI1.3V,vI vo,(3) CD段 转折区,转 折 区,vI = VTH 1.4V,VTH 阈值电压,（转折区中点对应的输入电压）,vO 迅速VOL,(4) DE段 饱和区,饱和区,vI 1.4V,vI 继续， vO =VOL不变,第 2 章 门电路,三、输入端噪声容限,电压传输特性表明：,TTL反相器的电压传输特性,当输入信号vI偏离正常的,VIH和VIL的一定范围内，,信号 vO 基本不变。,输出,在输出信号 vO 允许变化,的范围内，,输入信号 vI 的允,许变化范围称为输入噪声容限。,第 2 章 门电路,输入噪声容限示意图,输入低电平噪声容限,VNL= VIL(max) VOL(max),输入高电平噪
