第一章数字逻辑基第二章逻辑门电路第三章组合逻辑电路

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1、第 一 章 数字逻辑基础 第 二 章 逻辑门电路 第 三 章 组合逻辑电路的分析与设计 第 四 章 常用组合逻辑功能器件 第 五 章 触发器 第 六 章 时序逻辑电路的分析与设计 第 七 章 常用时序逻辑功能器件 第 八 章 半导体存储器和可编程逻辑器件 第 九 章 脉冲波形的产生与变换 第 十 章 数模与模数转换器,目 录,教学要求,理解半导体器件的开关特性。 理解TTL与非门，OC门，TSL门电路的内部结构及工作原理。 掌握TTL门电路的外部特性、参数和使用方法。 重点、难点： TTL门电路的外部特性、参数和使用方法。 作业：P84 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.6,门电路是

2、用以实现逻辑关系的电子电路，与我们所讲过的基本逻辑关系相对应，门电路主要有：与门、或门、与非门、或非门、异或门等。,在数字电路中，一般用高电平代表1、低点平代表0，即所谓的正逻辑系统。, 2 逻辑门电路,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。,逻辑0和1： 电子电路中用高、低电平来表示。,2.1 二极管的开关特性,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。,基本和常用门电路有与门、或门、非门（反相器）、与非门、或非门、与或非门和异或门等。,二极管符号：,正极,负极, uD ,uo,uo,ui0V时，二极管截止，如同开关断开，uo0

3、V。,ui5V时，二极管导通，如同0.7V的电压源，uo4.3V。,二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度。,Ui0.5V时，二极管截止，iD=0。,Ui0.5V时，二极管导通。,只要能判断高低电平即可,K开-Vo=1, 输出高电平 K合-Vo=0, 输出低电平,可用三极管代替,2.2三极管的开关特性：,三极管的开关特性,截止状态,饱和状态,iBIBS,ui=UIL0.5V,uo=+VCC,ui=UIH,uo=0.3V,饱和区,截止区,放,大,区,ui=0.3V时，因为uBE0.5V，iB=0，三极管工作在截止状态，ic=0。因为ic=0，所以输出电压：,ui=1V时，三极管导通，基极电流

4、：,因为0iBIBS，三极管工作在放大状态。iC=iB=500.03=1.5mA，输出电压：,三极管临界饱和时的基极电流：,uo=uCE=UCC-iCRc=5-1.51=3.5V,uo=VCC=5V,ui3V时，三极管导通，基极电流：,而,因为iBIBS，三极管工作在饱和状态。输出电压：,uoUCES0.3V,二极管与门,设二极管的饱和压降 为0.3伏。, 2.3 分立元件门电路,二极管或门,三极管非门,嵌位二极管,（三极管的饱和压降 假设为0.3伏）,与非门,1. 体积大、工作不可靠。,2. 需要不同电源。,3. 各种门的输入、输出电平不匹配。,分立元件门电路的缺点,2.4.1 TTL与非门

5、的基本原理,与分立元件电路相比，集成电路具有体积小、可靠性高、速度快的特点，而且输入、输出电平匹配，所以早已广泛采用。根据电路内部的结构，可分为DTL、TTL、HTL、MOS管集成门电路等。, 2.4 TTL集成门电路,TTL与非门的内部结构,1. 任一输入为低电平（0.3V）时,1V,不足以让 T2、T5导通,1. 任一输入为低电平（0.3V）时,1V,uo=5-uR2-ube3-ube43.4V高电平！,2. 输入全为高电平（3.4V）时,电位被嵌 在2.1V,全反偏,1V,2. 输入全为高电平（3.4V）时,全反偏,uF=0.3V,一、电压传输特性,2.4.2 TTL与非门的特性和技术参

6、数,测试电路,UOL,(0.3V),传输特性曲线,UOL,(0.3V),阈值UT=1.4V,理想的传输特性,输出高电平,输出低电平,1. 输出高电平UOH、输出低电平UOL,UOH2.4V UOL 0.4V 便认为合格。,典型值UOH=3.4V UOL 0.3V 。,2. 阈值电压UT,uiUT时，认为ui是低电平。,uiUT时，认为ui是高电平。,UT=1.4V,二、输入、输出负载特性,1. 前后级之间电流的联系,前级输出为 高电平时,前级,后级,前级流出 电流IOH（拉电流）,前级输出为 低电平时,前级,后级,流入前级的电流IOL 约 1.4mA (灌电流),灌电流的计算,关于电流的技术参

7、数,2. 扇出系数N0,与门电路输出驱动同类门的个数,前级输出为 高电平时,例如：,前级,前级输出为 低电平时,输出低电平时，流入前级的电流（灌电流）：,输出高电平时，前级流出的电流（拉电流）：,一般与非门的扇出系数为10。,由于IOL、IOH的限制，每个门电路输出端所带门电路的个数，称为扇出系数。,3. 输入端通过电阻R接地的情况,输入端 “1”,“0”？,R较小时,R较小时，uiUT 相当输入低电平，所以输出为高电平。,R增大,RuiuiUT时，输入变高，输出变低电平。,R临界=1.45K,1. 悬空的输入端相当于接高电平。,2. 为了防止干扰，可将悬空的输入端接高电平。,说明,4. 平均

8、传输时间,tpd1,tpd2,平均传输时间,传输时间一般为纳秒数量级,一、 集电极开路的与非门（OC门）, 2.4.3 其它类型的TTL门电路,符号,应用时输出端要接一上拉负载电阻RL,1. OC门可以实现“线与”功能,F=F1F2F3,RL,F=F1F2F3?,F=F1F2F3?,所以：F=F1F2F3,2. 负载电阻RL和电源 UCC可以根据情况选择,如RL用继电器线圈（J）替代，可以 实现对其它电路的控制。,问题,1. 如何确定上拉电阻RL?（RL(max) RL(min)）,参考：教材P52和P53，阎石数字电子技术基础P80,2. 一般的TTL与非门能否线与？,参考：教材P51倒数第

9、六行， 杨福生电子技术P320,二、 三态门,E-控制端,&,A,B,F,符号,功能表,&,A,B,F,符号,功能表,三态门主要作为TTL电路与总线间的接口电路,用途：,E1、E2、E3轮流接入高电平，将不同数据（A、B、C）分时送至总线。,TTL系列集成电路及主要参数,TTL系列集成电路,74：标准系列，前面介绍的TTL门电路都属于74系列，其典型电路与非门的平均传输时间tpd10ns，平均功耗P10mW。,74H：高速系列，是在74系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd6ns，平均功耗P22mW。,74S：肖特基系列，是在74H系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平

10、均传输时间tpd3ns，平均功耗P19mW。,74LS：低功耗肖特基系列，是在74S系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd9ns，平均功耗P2mW。74LS系列产品具有最佳的综合性能，是TTL集成电路的主流，是应用最广的系列。,TTL与非门主要参数,（1）输出高电平UOH：TTL与非门的一个或几个输入为低电平时的输出电平。产品规范值UOH2.4V，标准高电平USH2.4V。 （2）高电平输出电流IOH：输出为高电平时，提供给外接负载的最大输出电流，超过此值会使输出高电平下降。IOH表示电路的拉电流负载能力。 （3）输出低电平UOL：TTL与非门的输入全为高电平时的输出电平。

11、产品规范值UOL0.4V，标准低电平USL0.4V。 （4）低电平输出电流IOL：输出为低电平时，外接负载的最大输出电流，超过此值会使输出低电平上升。IOL表示电路的灌电流负载能力。 （5）扇出系数NO：指一个门电路能带同类门的最大数目，它表示门电路的带负载能力。一般TTL门电路NO8，功率驱动门的NO可达25。 （6）最大工作频率fmax：超过此频率电路就不能正常工作。,（7）输入开门电平UON：是在额定负载下使与非门的输出电平达到标准低电平USL的输入电平。它表示使与非门开通的最小输入电平。一般TTL门电路的UON (UIH) 2.0V。 （8）输入关门电平UOFF：使与非门的输出电平达到

12、标准高电平USH的输入电平。它表示使与非门关断所需的最大输入电平。一般TTL门电路的UOFF(UIL)0.8V。 （9）高电平输入电流IIH：输入为高电平时的输入电流，也即当前级输出为高电平时，本级输入电路造成的前级拉电流。 （10）低电平输入电流IIL：输入为低电平时的输出电流，也即当前级输出为低电平时，本级输入电路造成的前级灌电流。 （11）平均传输时间tpd：信号通过与非门时所需的平均延迟时间。在工作频率较高的数字电路中，信号经过多级传输后造成的时间延迟，会影响电路的逻辑功能。 （12）空载功耗：与非门空载时电源总电流ICC与电源电压VCC的乘积。,教学要求,理解CMOS门电路的内部结构

13、及工作原理 掌握CMOS门电路的外部特性、参数和使用方法。 重点、难点： CMOS门电路的外部特性、参数和使用方法。 作业：P85 2.6.3 2.6.5,2.6.1 CMOS反相器,ui=“1”,ui=“0”, 2.6 CMOS逻辑门电路,一、场效应管的开关特性,工作原理电路,转移特性曲线,输出特性曲线,截止状态,uiUT,uo=+VDD,导通状态,uiUT,uo0,当uA0V时，由于uGSuA0V，小于开启电压UT，所以MOS管截止。输出电压为uYVDD10V。,当uA10V时，由于uGSuA10V，大于开启电压UT，所以MOS管导通，且工作在可变电阻区，导通电阻很小，只有几百欧姆。输出电

14、压为uY0V。,二、CMOS反相器,1、CMOS非门,（1）uA0V时，TN截止，TP导通。输出电压uYVDD10V。 （2）uA10V时，TN导通，TP截止。输出电压uY0V。,2.6.2 CMOS门电路,1、CMOS与非门,A、B当中有一个或全为低电平时，TN1、TN2中有一个或全部截止，TP1、TP2中有一个或全部导通，输出Y为高电平。,只有当输入A、B全为高电平时，TN1和TN2才会都导通，TP1和TP2才会都截止，输出Y才会为低电平。,2、CMOS或非门,只要输入A、B当中有一个或全为高电平，TP1、TP2中有一个或全部截止，TN1、TN2中有一个或全部导通，输出Y为低电平。,只有当

15、A、B全为低电平时，TP1和TP2才会都导通，TN1和TN2才会都截止，输出Y才会为高电平。,与门,或门,CMOS与或非门,CMOS异或门,3、CMOS OD门、TSL门,CMOS OD门,CMOS TSL门,2.6.4 CMOS 传输门,C0、 ，即C端为低电平（0V）、 端为高电平（VDD）时， TN和TP都不具备开启条件而截止，输入和输出之间相当于开关断开一样。 C1、 ，即C端为高电平（VDD）、 端为低电平（0V）时，TN和TP都具备了导通条件，输入和输出之间相当于开关接通一样，uoui。,CMOS数字电路的特点及使用时的注意事项,（1）CMOS电路的工作速度比TTL电路的低。 （2）CMOS带负载的能力比TTL电路强。 （3）CMOS电路的电源电压允许范围较大，约在318V，抗干扰能力比TTL电路强。 （4）CMOS电路的功耗比TTL电路小得多。门电路的功耗只有几个W，中规模集成电路的功耗也不会超过100W。 （5）CMOS集成电路的集成度比TTL电路高。 （6）CMOS电路适合于特殊环境下工作。 （7）CMOS电路容易受静电感应而击穿，在使用和存放时应注意静电屏蔽，焊接时电烙铁应接地良好，尤其是CMOS电路多余不用的输入端不能悬空，应根据需要接地或接高电平。,