《数字电子技术基础 教学课件 ppt 作者 张志良 第2章 逻辑门电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电子技术基础 教学课件 ppt 作者 张志良 第2章 逻辑门电路（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2章 机械工业出版社同名教材 配套电子教案,数字电子技术基础,第2章 逻辑门电路,2.1 分列元件门电路概述,2.1.1 二极管门电路, 二极管与门电路, 二极管或门电路,【例2-1】电路如图2-3所示，设VD为理想二极管，E3V，输入电压UI波形如图2-4，试画出输出电压UO波形。,解：uOuD+uIuR+E。 二极管VD导通时，uD0，即uOuI。 二极管VD截止时，R中无电流，uR0，即uOE。 当uI E时，VD截止，uOE。如图2-4所示。, 二极管门电路的开关特性, 二极管的动态特性,若输入脉冲的周期小于2tre，则该二极管就不能起到开关作用。, 减小二极管反向恢复时间的措施,
2、正向导通电流不要过大。, 选用结电容较小的二极管；, 在要求较高的场合，应选择快恢复二极管或肖特基二极管。,肖特基二极管（Schottky Barrier Diode，缩写为SBD）。 正向压降小（0.3V0.4V）； 本身无电荷存储作用，开关时间极短（小于普通二极管的十分之一）。,2.1.2 三极管非门电路, 工作原理,在数字电子电路中，主要分析研究截止和饱和两种工作状态。, 截止状态,uOVCC。, 饱和状态,uOUCES 0, 三极管非门电路的开关特性, 三极管的开关特性, 减小三极管开关时间的措施, 选用结电容小的三极管，即选用fT大的高频三极管。 降低三极管饱和程度。 基极电阻并接加
3、速电容。 采用肖特基三极管,2.2 TTL集成门电路,TTL是三极管-三极管逻辑（Transistor-Transistor Logic）集成门电路，是双极型器件组成的门电路。,2.2.1 74LS与非门电路, 电路组成和工作原理,由三部分组成：输入级、中间级和输出级。, 输入输出电平分析,输入低电平时，输出高电平，uOH 3.4V。 输入高电平时，输出低电平，uOL 0.35V。, 集电极开路门（OC门）,标志符号：“ ”,主要作用：, 实现“线与”功能； 实现电平转换； 用作驱动电路。, 三态门（TSL门）,输出状态除了高电平、低电平外，还有第三种状态：高阻态（相当于输出端开路）。 标志符
4、号：“ ” 控制使能端：EN（Enable） 主要用途：用于总线分时传送电路信号。,【例2-4】已知三态门电路和输入电压波形如图2-15所示，试画出输出电压波形。,解：Y=Y1+Y2=AB +CDEN,2.2.2 门电路外部特性和主要参数,以74LS系列与非门为例，分析TTL门电路的外部特性。, 电压传输特性,uOf（uI）,大致可分为三个区域：截止区、转折区和饱和区。 转折区对应于阈值电压UTH=1V, 特性, 输入伏安特性,iIf（uI）。,输入伏安特性可分为输入低电平和输入高电平两种情况，以阈值电压UTH为分界点。 IILmax-0.4mA。 IIHmax20A。, 输入负载特性,uIf
5、（RI）。,RI较小时，uI相当于输入低电平，与非门处于关门状态。使与非门保持关门状态的RI最大值称为关门电阻ROFF，74LS系列门电路ROFF 4.2k。,RI较大时，uI相当于输入高电平，与非门处于开门状态。使与非门保持开门状态的RI最小值称为开门电阻RON，74LS系列门电路RON 6.3k。,【例2-5】已知74LS系列三输入端与非门和或非门电路如图2-20所示，其中2个输入端分别接输入信号A、B，另一个输入端为多余引脚。试写出输出表达式。,解：Y1= ；Y2= ；Y3=1；Y4= ；Y5=1；Y6= ； Y7= Y8=0；Y9= ；Y10=0；Y11= ；Y12=0。,TTL与（与
6、非）门电路：多余输入端可接+VCC，或与有信号输入端并联，或悬空，或接对地电阻RIRON；,TTL或（或非）门电路：多余输入端可接地，或与有信号输入端并联，或接对地电阻RIROFF，但不能悬空。, 输出特性,uOf（iO）。, 拉电流负载输出特性,拉电流过大时，将降低输出高电平电压值。, 灌电流负载输出特性,灌电流过大时，输出三极管脱离饱和状态，输出低电平随灌电流增大而上升。, 门电路的主要参数, 输出高电平UOH。,74LS系列门电路UOH3.4V。,一般手册中给出UOH的最小值UOHmin，74LS系列门电路UOHmin 2.7V。, 输出低电平UOL。,74LS系列门电路UOL0.35V
7、。,一般手册中给出UOL的最大值UOLmax，74LS系列门电路UOLmax 0.5V。, 阈值电压UTH。,阈值电压也称为门限电压或门槛电压，是输出电压由高电平变为低电平或由低电平变为高电平的分界线。,对与非门电路，当uI UTH时，uOUOL；,当uI UTH时，uOUOH。,74LS系列门电路UTH1V。, 关门电平UOFF。,UOFF是TTL与非门电路输出高电平时，输入端允许输入的最大低电平值。,为保证TTL输出高电平，应满足uIUOFF。,一般，手册中给出输入低电平最大值UILmax代替UOFF。,74LS系列门电路UILmax0.8V。, 开门电平UON。,UON是TTL与非门电路
8、输出低电平时，输入端允许输入的最小高电平值。,为保证TTL输出低电平，应满足uIUON。,一般，手册中给出输入高电平最小值UIHmin代替UON。,74LS系列门电路UIHmin2V。, 噪声容限。,指输入电平受噪声干扰时，为保证电路维持原输出电平，允许叠加在原输入电平上的最大噪声电平。,噪声容限可分为低电平噪声容限UNL和高电平噪声容限UNH。,高电平噪声容限UNHUOHmin-UIHmin,低电平噪声容限UNLUILmax-UOLmax,74LS系列门电路UNH0.7V，UNL0.3V。, 扇入系数NI和扇出系数NO。,表明带动同类门电路的数量。, 静态动耗PD,维持输出高电平或维持输出低
9、电平不变时的最大功耗。,74LS系列门电路PD2mW。,需要说明的是，门电路输出高电平和输出低电平时，分别工作在截止区和饱和区，功耗很低。功耗较大的阶段发生在高低电平转换区域，因此，TTL的电路功耗与信号频率有关，信号频率越高，功耗越大。, 传输延迟时间tpd,tpd是电路传输延迟时间的平均值，即开启时间ton和关闭时间toff的平均值。,tpd（ton+toff）2,74LS系列门电路tpd10ns。,2.2.3 不同系列的TTL门电路,总体可分为54系列和74系列： 54系列为满足军用要求设计，工作温度范围-50C+125C； 74系列为满足民用要求设计，工作温度范围0C+70C。,而每一
10、大系列中又可分为（为便于书写，以74为例）几个子系列：, 74系列（基本型）, 74L系列（低功耗）, 74H系列（高速）, 74S系列（肖特基）, 74LS系列（低功耗肖特基）, 74AS系列（先进高速肖特基）, 74ALS系列（先进低功耗肖特基）,其中74（基本型）子系列为早期TTL产品，已基本淘汰。74LS子系列以其价廉物美、综合性能较好而应用最广，目前仍为主流应用品种之一。,2.3 CMOS集成门电路,2.3.1 CMOS反相器及其特点,主要特点：, 输入电阻高,可达1015，基本上不需要信号源提供电流。, 电压传输特性好,线性区很窄，特性曲线陡峭，且高电平趋于VDD，低电平趋于0，电
11、压传输特性接近于理想开关。, 静态功耗低, 抗干扰能力强,阈值电压UTHVDD2，噪声容限很大，也接近于VDD2。, 扇出系数大,CMOS反相器前级门的扇出系数不是取决于后级门的输入电阻，而是取决于后级门的输入电容。, 电源电压范围大,318V。,CMOS电路也有一些缺点：输入端易被静电击穿、工作速度不高、输出电流较小等。 但随着CMOS电路新工艺的发展，这些问题已逐步改善。,不同系列集成门电路输入/输出特性参数,2.3.3 TTL门电路与CMOS门电路的连接,连接原则：,驱动门 负载门 UOHmin UIHmin (2-6a) UOLmax UILmax (2-6b) IOHmax nIIH
12、max (2-6c) IOLmax nIILmax (2-6d),其中n是负载门的个数。根据上述连接原则和表2-1，可以得出：, 74HCT系列门电路与74LS系列门电路可直接相互连接。, 74HC系列门电路可以驱动74LS系列门电路。, CMOS 4000系列门电路可以驱动一个（不能多个）74LS系列负载门电路。, 74LS系列门电路不能直接驱动CMOS 4000系列和74HC系列门电路。,2.4 常用集成门电路,双列直插式引脚排列规律：,集成门电路通常在一片芯片中集成多个门电路，常有以下几种形式：, 2输入端4门电路。, 3输入端3门电路。, 4输入端2门电路。,常用典型芯片介绍：, 与门和与非门, 或门和或非门, 与或非门, 异或门和同或门, 反相器,
