分立元件逻辑门PPT

（2-1）§2.1概述门电路的作用：是用以实现逻辑关系的电子电路，与基本逻辑关系相对应。门电路的主要类型：与门、或门、与非门、或非门、异或门等。门电路的输出状态与赋值对应关系：正逻辑：高电位对应“1”；低电位对应“0”。混合逻辑：输入用正逻辑、输出用负逻辑；或者输入用负逻辑、输出用正逻辑。一般采用正逻辑负逻辑：高电位对应“0”；低电位对应“1”。（2-2）100VVcc在数字电路中，对电压值为多少并不重要，只要能判断高低电平即可。K开------VO输出高电平，对应“1”。K合------VO输出低电平，对应“0”。VOKVccRVV§2.1概述（2-3）§2.2基本逻辑门电路一、二极管与门FD1D2AB+12VuAuBuF0V0V0.3V0V3V0.3V3V0V0.3V3V3V3.3V逻辑变量逻辑函数(uD=0.3V)000010ABF100111真值表：逻辑式：F=A•B逻辑符号：&ABF（2-4）二、二极管或门uAuBuF0V0V-0.3V0V3V2.7V3V0V2.7V3V3V2.7VFD1D2AB-12V§2.2基本逻辑门电路电路000011ABF101111逻辑式：F=A+B逻辑符号：ABF真值表：（2-5）R1DR2AF+12V+3V三、三极管非门uAuF3V0.30V3.3嵌位二极管§2.2基本逻辑门电路电路AF0110逻辑式：AF逻辑符号：1AF真值表：（2-6）R1DR2F+12V+3V三极管非门D1D2AB+12V二极管与门四、与非门逻辑式：BAF&ABF逻辑符号：§2.2基本逻辑门电路电路（2-7）§2.3TTL与非门数字集成电路：在一块半导体基片上制作出一个完整的逻辑电路所需要的全部元件和连线。使用时接：电源、输入和输出。数字集成电路具有体积小、可靠性高、速度快、而且价格便宜的特点。TTL型电路：输入和输出端结构都采用了半导体晶体管，称之为:Transistor—TransistorLogic。（2-8）CBAF2.3.1TTL与非门的基本原理一、结构TTL与非门的内部结构+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC3603k750100§2.3TTL与非门（2-9）输入级输出级中间级+5VABCR1T1R2T2R3FR4R5T3T4T5T1—多发射极晶体管：实现“与”运算。§2.3TTL与非门（2-10）+5VABCR1T1R2T2R3FR4R5T3T4T5“非”复合管形式与非门输出级“与”§2.3TTL与非门（2-11）1.任一输入为低电平（0.3V）时“0”0.7V不足以让T2、T5导通+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC3603k750100二、工作原理三个PN结导通需2.1V§2.3TTL与非门（2-12）+5VFR4R2R13kR5R3T3T4T1T5b1c1ABC0.7V“0”uouo=5-uR2-ube3-ube43.4V高电平！逻辑关系：任0则1。§2.3TTL与非门（2-13）+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC“1”全导通电位被嵌在2.1V全反偏1V截止2.输入全为高电平（3.4V）时§2.3TTL与非门（2-14）+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC全反偏“1”饱和uF=0.3VABCF输入、输出的逻辑关系式：逻辑关系：全1则0。§2.3TTL与非门（2-15）一、电压传输特性2.3.2TTL与非门的特性和技术参数测试电路&+5Vuiuo电压传输特性是指输出电压Vo随输入电压Vi变化的特性。§2.3TTL与非门（2-16）传输特性曲线uo(V)ui(V)123UOH“1”UOL(0.3V)阈值UT=1.4V理想的传输特性输出高电平输出低点平§2.3TTL与非门AUOHBCDEUOLUI(V)UO(V)0.32.7UOFFUTUON（2-17）1.输出高电平UOH、输出低电平UOLUOH2.4VUOL0.4V便认为合格。典型值UOH=3.4VUOL=0.3V。2.开门电平UON和关门电平UOFFuiUOFF=0.8V时，是输入低电平。uiUTON=2.0V时，是输入高电平。§2.3TTL与非门3.高电平噪声容限UNH和低电平噪声容限UNL(max)(min)OLOFFNLONOHNHUUUUUU（2-18）二、输入、输出负载特性&&？分两种情况讨论：（1）前级输出为高电平时（2）前级输出为低电平时§2.3TTL与非门1.扇出系数:与非门电路输出能驱动同类门的个数。（2-19）IiH1IiH3IOH前级输出为高电平时：+5VR4R2R5T3T4T1前级T1T1IiH221iHiHOHIII拉电流§2.3TTL与非门（2-20）T1T1T1+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级IOLIiL1IiL2IiL3前级输出为低电平时：21iLiLOLIII灌电流与非门的扇出系数一般是10。§2.3TTL与非门（2-21）例：某TTL门电路，最大灌入电流IOL=10mA,最大拉出电流IOH=1mA,输入低电平电流IIL≤1.0mA,输入高电平电流IIH≤80μA。求该门电路的扇出系数。解：输出为高电平时的扇出系数：输出为低电平时的扇出系数：所以该门电路的扇出系数为10。OLILI10==10I1OHIHI1000==25I80（2-22）2.平均传输延迟时间tui0tuo050%50%tPHLtPLHpdPHLPLH1t=(t+t)2典型值：310ns§2.3TTL与非门（2-23）+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCRuik45.133.4)V(4.1临界RRR计算临界电阻值：即：当R1.45k时，可以认为输入为“1”；当R1.45k时，可以认为输入为“0”。§2.3TTL与非门11(5)ibeRuURR3.输入端通过电阻R接地TTL与非门在使用时多余输入端处理：悬空的输入端相当于接高电平。为了防止干扰，一般将悬空的输入端接高电平或输入端并联使用。（2-24）§2.4其它类型的TTL门电路2.4.1集电极开路的与非门（OC门）一、问题的提出标准TTL与非门进行与运算:&ABEF&CD&G1&ABEF&CDG能否“线与”？（OpenCollector)ABCDEFEFCDABFEG（2-25）+5VR4R2T3T4T5R3TTL与非门的输出电阻很低。这时，直接线与会使电流i剧烈增加。i功耗T4热击穿UOL与非门2：不允许直接“线与”与非门1截止与非门2导通UOHUOL与非门1：i+5VR4R2T3T4T5R3问题：TTL与非门能否直接线与？§2.4其它类型的TTL门电路（2-26）RLUCC集电极悬空+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC&符号应用时输出端要接一上拉负载电阻RL。二、OC门结构特点：RL和UCC可以外接。F=ABC§2.4其它类型的TTL门电路（2-27）OC门可以实现“线与”功能。&&&UCCF1F2F3F分析：F1、F2、F3任一导通，则F=0。F1、F2、F3全截止，则F=1。输出级RLUCCRLT5T5T5F=F1F2F3§2.4其它类型的TTL门电路（2-28）2.4.2三态门E—控制端+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABDEE一、结构§2.4其它类型的TTL门电路（2-29）+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABDEE二、工作原理1.控制端E=0时的工作情况：01截止ABF§2.4其它类型的TTL门电路（2-30）+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABDEE2.控制端E=1时的工作情况：10导通截止截止高阻态§2.4其它类型的TTL门电路（2-31）&ABFE符号输出高阻0E1EABF功能表三、三态门的符号及功能表&ABFE符号输出高阻1E0EABF功能表使能端高电平起作用使能端低电平起作用§2.4其它类型的TTL门电路（2-32）E1E2E3公用总线０１０三态门主要作为TTL电路与总线间的接口电路。四、三态门的用途工作时，E1、E2、E3分时接入高电平。§2.4其它类型的TTL门电路（2-33）§2.2MOS门电路MOS电路的特点：2.是电压控制元件，静态功耗小。3.允许电源电压范围宽（318V）。4.扇出系数大，抗噪声容限大。优点1.工艺简单，集成度高。缺点：工作速度比TTL低。（2-34）一、MOS反相器0UDSID负载线ui=“1”ui=“0”uo=“0”uo=“1”UCCuiuo§2.5MOS门电路（2-35）等效结构UCCuiuoT2（负载管）T1(驱动管）UGS=UDSUT导通有源负载(非线性电阻)实际结构UCCuiuo§2.5MOS门电路一、MOS反相器（2-36）二.CMOS反相器NMOS管PMOS管CMOS电路工作原理：ui=0时：ugs2=UCC，T2导通、T1截止，uo=“１”；ui=1时：T1导通、T2截止，uo=“0”。UCCST2DT1uiuoDSComplementary-SymmetryMOS互补对称式MOS,简称CMOS。T1:ONT2:OFF同一电平:OFFON§2.5MOS门电路（2-37）三.CMOS与非门&ABF工作原理:+UDDAFT2T1BT3T4SSSSGG结构001011101110ABT1T2T3T4FBAF§2.5MOS门电路（2-38）ABT1T2T3T4FABF工作原理:+UDDFAT2T1BT3T4GGSSS结构00××101××010××011××0四.CMOS或非门BAF§2.5MOS门电路（2-39）附:门电路的常见逻辑符号与门或门非门F=A•BF=A+BAF&ABFABFABFABFABFABFA1FAFAFAF（2-40）与非门或非门OC门(两输入与非)BAFBAF&ABFABFABFABFABFABF&ABFABFABF国标（2-41）ABE&ABE&ABE国家标准三态门(两输入与非)与或非门CDAB+ABCDFABCDF&&（2-42）本章小结１.利用半导体器件的开关特性，可以构成与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等各种逻辑门电路，也可以构成在电路结构和特性两方面都别具特色的三态门、OC门和传输门。2.TTL电路的优点是开关速度较高，抗干扰能力较强，带负载的能力也比较强，缺点是功耗较大。3.CMOS电路具有制造工艺简单、功耗小、输入阻抗高、集成度高、电源电压范围宽等优点，其主要缺点是工作速度稍低，但随着集成工艺的不断改进，CMOS电路的工作速度已有了大幅度的提高。（2-43）1.三态门输出高阻状态时，是正确的说法。P.用电压表测量指针不动Q.相当于悬空R.电压不高不低S.测量电阻指针不动2.以下电路中可以实现“线与”功能的有。P.与非门Q.三态输出门R.集电极开路门S.或非门3．TTL电路的特点是工作速度、负载能力、功耗；CMOS电路的特点是集成度、功耗、工作速度。P.高Q.低4．TTL电路在正逻辑系统中，以下各种输入中相当于输入逻辑“1”。P.悬空Q.通过电阻2.7kΩ接电源R.通过电阻2.7kΩ接地S.通过电阻510Ω接地5．对于TTL与非门闲置输入端的处理，可以。P.接电源Q.通过电阻3kΩ接电源R.接地S.与有用输入端并联Doyouknow?(3)