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1、第 2 章2.2 基 本 逻 辑 门 电 路逻 辑 门 电 路在数字系统中，大量地运用着执行基本逻辑操作的电路，这些电路称为基本 逻辑电路或门电路。早期的门电路主要由继电器的触点构成，后来采用二极管、 三极管，目前则广泛应用集成电路。2.2.1 三种基本门电路1. 二极管与门电路实现“与”逻辑关系的电路叫做与门电路。由二极管组成的与门电路如图 2.5（a）所示，图 2.5 所示（b）为其逻辑符号。图中 A、B 为信号的输入端，Y 为信号的输出端。图 2.5二极管与门对二极管组成的与门电路分析如下。（1） A、B 都是低电平 uY0V（2） A 是低电平，B 是高电平 uY0V（3） A 是高电
2、平，B 是低电平 uY0V（4） A、B 都是高电平 uY5V从上述分析可知，该电路实现的是与逻辑关系，即“输入有低，输出为低； 输入全高，输出为高”，所以，它是一种与门。2. 二极管或门电路实现或逻辑关系的电路叫做或门电路。由二极管组成的或门电路如图 2.6 所示，其功能分析如下。图 2.6二极管或门（1） A、B 都是低电平 uY=0V（2） A 是低电平，B 是高电平 uY5V（3） A 是高电平，B 是低电平 uY5V（4） A、B 都是高电平 uY5V通过上述分析，该电路实现的是或逻辑关系，即“输入有高，输出为高；输 入全低，输出为低”，所以，它是一种或门。3. 三极管非门实现非逻辑
3、关系的电路叫做非门电路。因为它的输入与输出之间是反相关 系，故又称为反相器，其电路如图 2.7 所示。图 2.7三极管反相器2.2.2 DTL 与非门采用二极管门电路和三极管反相器，可组成与非门和或非门扩大逻辑功能， 这种电路应用非常广泛。DTL 与非门电路是由二极管与门和三极管反相器串联而成的，其电路图及逻 辑符号分别如图 2.8（a）和图 2.8（b）所示。图 2.8DTL 与非门当输入端 A、B 都是高电平时，VD1、VD2 均截止，而 VD3、VD4 和三极管导 通，注入三极管的基极电流足够大，三极管饱和导通，输出低电平， uY=0V，在 两个输入端 A、B 中有一个为低电平时，VD3
4、、VD4 和三极管均截止，输出高电平， uY=VCC。可见此逻辑门能实现与非逻辑关系。2.3 TTL 逻 辑 门 电 路TTL 门电路是晶体管-晶体管逻辑（Transistor-TransistorLogic）门电路 的简称，这种电路由于其输入级和输出级均采用晶体三极管而得名。按照国际通用标准，根据工作温度不同， TTL 电路分为 54 系列（-55 125）和 74 系列（070）；根据工作速度和功耗不同，TTL 电路又分为标 准系列、高速（H）系列、肖特基（S）系列和低功耗肖特基（LS）系列。 2.3.1 TTL 与非门的工作原理1. TTL 与非门的电路结构TTL 与非门的基本电路如图
5、2.9（a）所示，它由输入级、中间级和输出级三部分 组成。图 2.9基本 TTL 与非门电路及 V1 管的等效电路2. TTL 与非门的工作原理（1） 当 A、B 两端有一个输入为低电平 0.3V 时，V1 的发射结导通，其基极电 压等于输入低电压加上发射结正向压降 。V2、V5 都截止V3 和 V4 导通输出电压为：3.6V实现了“输入有低，输出为高”的逻辑关系。2） 当 A、B 两端均输入高电平 3.6V 时，V2、V5 饱和导通，输出为低电平，即 uoUCES0.3VV1 处于发射结和集电结倒置使用的放大状态。uC2=UCES2+uB5=0.3+0.7=1.0V由于 uB4=uC2=1.
6、0V，作用于 V3 和 V4 的发射结的串联支路的电压为：uC2-uO=1.0-0.3=0.7V所以，V3 和 V4 均截止。此时，电路实现了“输入全高，输出为低”的逻辑关系。2.4 其他类型的 TTL 门电路将两个门的输出端并联以实现与逻辑的功能，把这种连接方式称为“线 与”。如果将两个门电路的输出端连接在一起，如图 2.18 所示。当一个门的输 出处于高电平，而另一个门的输出为低电平时，将会产生很大的电流，有可能导 致器件损坏，无法形成有用的线与逻辑关系。图 2.18 推拉式输出级并联的情况2.4.1 集电极开路与非门（OC 门）集电极开路与非门是将推拉式输出级改为集电极开路的三极管结构，
7、做成集 电极开路输出的门电路（Open CollectorGate），简称为 OC 门，其电路如图 2.19 （a）所示。图 2.19OC 与非门的电路和图形符号将 OC 门输出连在一起时，再通过一个电阻接外电源，这样可以实现“线与”逻辑关系。只要电阻的阻值和外电源电压的数值选择得当，就能做到既保证输出 的高、低电平符合要求，而且输出三极管的负载电流又不至于过大。 而且输出 三极管的负载电流又不至于过大。两个 OC 门并联时的连接方式如图 2.20 所示。图 2.20OC 门输出并联的接法及逻辑图在图 2.21 中表示出“线与”电路中 OC 门输出高电平的情况，假定 n 个 OC 门连接成“线
8、与”逻辑，带 m 个与非门负载。当所有 OC 门都处于截止状态时， “线与”后输出为高电平。图 2.21“线与”电路中 OC 门输出高电平的情况OC 门除了可以实现多门的线与逻辑关系外，还可用于直接驱动较大电流的 负载，如继电器、脉冲变压器、指示灯等，也可以用来改变TTL 电路输出的逻辑 电平，以便与逻辑电平不同的其他逻辑电路相连接。2.4.2 三态门（TSL 门）为保持推拉式输出级的优点，还能作线与连接，人们又开发了一种三态与非 门，它的输出除了具有一般与非门的两种状态外，还可以呈现高阻状态，或称开 路状态、禁止状态。一个简单的三态门的电路如图 2.23(a)所示，图 2.23(b)所示为它
9、的逻辑符 号，它是由一个与非门和一个二极管构成的，EN 为控制端，A、B 为数据输入端。图 2.23三态与非门电路图 2.23 所示电路中，当 EN=1 时电路为工作状态，所以称为控制端高电平有 效。三态门的控制端也可以是低电平有效，即 EN 为低电平时，三态门为工作状 态；EN 为高电平时，三态门为高阻状态。其电路图及逻辑符号如图 2.24 所示。图 2.24控制端为低电平有效的三态门三态门的应用比较广泛，下面举例说明三态门的 3 种应用。电路图如图 2.25 所示。作多路开关信号双向传输构成数据总线图 2.25三态门三种应用的连接方式2.8 门电路在实际应用中应注意的问题2.8.1 多余输
10、入端的处理在使用集成门电路时，如果输入信号数小于门的输入端数，就有多余输入端。 一般不让多余的输入端悬空，以防止干扰信号引入。对多余输入端的处理，以不 改变电路工作状态及稳定可靠为原则。对于 TTL 与非门，通常将多余输入端通过 1k的电阻 R 与电源+VCC 相连；也可以将多余输入端与另一接有输入信号的输入端连接。这两种方法如图 2.34 所示。TTL 与门多余输入端的处理方法和与非门完全相同。图 2.34TTL 与非门多余输入端的处理方法对于 TTL 或非门，则应该把多余输入端接地，或把多余输入端与另一个接有 输入信号的输入端相接。这两种方法如图 2.35 所示。TTL 或门多余输入端的处 理方法和或非门完全相同。图 2.35TTL 或非门多余输入端的处理方法对于 CMOS 电路，多余的输入端必须依据相应电路的逻辑功能决定是接在正 电源 VDD 上（与门、与非门）或是与地相接（或门、或非门）。一般不宜与使用的输入端并联使用，因为输入端并联时将使前级的负载电容增加，工作速度下降， 动态功耗增加。
