第2章---逻辑门电路

第2章逻辑门电路内容提要逻辑门电路是按特定逻辑功能构成的系列开关电路。它具有体积小，成本低，抗干扰能力强，使用灵活方便等特点,是构成各种复杂逻辑控制及数字运算电路的基本单元。在电子产品中被广泛应用。熟练掌握门电路的基本原理及使用方法是本章学习的主要内容。2.1逻辑门电路基本门电路：与门、或门、非门（又称反相器）。常用门电路：与非门、或非门、异或门、与或非门等2.2不同系列门电路TTL系列门电路、MOS系列门电路、2.3门电路综合应用比较电路、三选二电路、产品分类电路、门电路组成数字信号源、门电路构成控制门、门电路组成单稳态触发电路2.4常用IC门简介2020/5/26第二章（1）22.1逻辑门电路◆逻辑门电路是指能够实现一些基本逻辑关系的电路，简称“门电路”或“逻辑元件”。各种门电路均可用半导体分立元件或集成电路构成。目前几乎都做成单片集成电路◆基本门电路是指能够实现三种基本逻辑功能关系的电路，即与门、或门、非门（又称反相器）。◆逻辑门电路的描述有以下4种方方式：真值表、逻辑表达式、逻辑图和波形图。这4种描述方法都能反映逻辑门电路输入和输出变量间的逻辑关系。其实这4种描述方法是等价的，各有其特点且可以相互转换。在逻辑电路的分析和设计过程中可根据实际情况灵活选择不同的描述方式。2020/5/26第二章（1）32.1.1非门定义：输入与输出信号状态满足“非”逻辑关系。非门电路：逻辑符号：非门波形图：非门工作特点：●当输入端为低电平0（0V）时，晶体管截止，晶体管集电极—发射极间呈高阻状态，输出端L的电压近似等于电源电压；●任何能够实现“非”逻辑关系的电路均称为“非门”，也称为反相器。式中的符号“-”表示取反，在其逻辑符号的输出端用一个小圆圈来表示。AL●当输入端A为高电平1（+5V）时，晶体管导通，L端输出0.2～0.3V的电压，属于低电平范围；2020/5/26第二章（1）42.1.2与门定义：输入与输出信号状态满足“与”逻辑关系。与门电路：逻辑符号：与门波形图：与门工作特点：●当A、B中的任何一端为低电平“0”（0V）或A、B端同时为低电平“0”时，二极管D1、D2的导通使输出端L为低电平“0”（0.7V）。●如图所示为双输入单输出DTL与门电路及与门逻辑符号。当输入端A与B同时为高电平“1”（+5V）时，二极管D1、D2均截止，R中没有电流，其上的电压降为0V，输出端L为高电平“1”（+5V）；●任何能够实现L=A·B“与”逻辑关系的电路均称为“与门”。2020/5/26第二章（1）52.1.3或门定义：输入与输出信号状态满足“或”逻辑关系。或门电路：逻辑符号：或门波形图：或门工作特点：●当A、B端同时为低电平“0”（0V）时，输出端L一定为低电平0。●如图所示为双输入单输出DTL或门电路及或门逻辑符号。当输入端A或B中的任一端为高电平“1”（+5V）时，输出端L一定为高电平“1”（+4.3V）；输入端A和B均为高电平时，输出端也为高电平。●任何能够实现L=A+B“或”逻辑关系的电路均称为“或门”。2020/5/26第二章（1）62.1.4其他常见门电路1.与非门与非门电路：逻辑符号：与非门波形图：与非门工作特点：●当输入端A和B同时为高电平（+5V）时，所接二极管D1和D2截止，晶体管T1、T2均导通，输出端L为低电平0（+0.3V）。可见，只要输入端中的任意一端为低电平时，输出端就一定为高电平，只有当输入端均为高电平时，输出端才为低电平，既输入与输出信号状态满足“与非”逻辑关系。●如图所示为双输入单输出TTL与非门电路及其逻辑符号。当输入端A或B中的任何一端为低电平0（0V）时，所接二极管D1或D2导通，晶体管T1的基极电压为0.7V（小于2.1V），晶体管T1截止，晶体管T2也截止，输出端L为高电平（+5V）；当输入端同时为低电平0（0V）时，输出端同样也为高电平（+5V）。●任何能够满足“与非”逻辑关系的电路均称为“与非门”。BAL逻辑关系式：提示◆常用门电路也可以由基本门电路“非门”、“与门”、“或门”间接构成。例如：◆通常我们将由逻辑符号表示的逻辑电路称为“逻辑图”。2020/5/26第二章（1）72.或非门或非门电路：逻辑符号：或非门波形图：◆能够实现“或非”逻辑关系的电路均称为“或非门”。在一个或门的输出端连接一个非门就构成了“或非门”，如下图所示。BAL2020/5/26第二章（1）83.异或门异或门电路：逻辑符号：双输入端异或门波形图：◆能够实现“异或”逻辑关系的电路均称为“异或门”。异或门可由非门、与门和或门组合而成，如下图所示。BABABAL提示当输入端A、B的电平状态互为相反时，输出端L一定为高电平；当输入端A、B的电平状态相同时输出L一定为低电平。2020/5/26第二章（1）94.同或门同或门电路：逻辑符号：双输入端同或门波形图：提示当输入端A、B的电平状态互为相反时，输出端L一定为低电平；而当输入端A、B的电平状态相同时，输出端L一定为高电平。◆能够实现A⊙B“同或”逻辑关系的电路均称为“同或门”。由非门、与门和或门组合而成的同或门及逻辑符号如下图所示。BABAL2020/5/26第二章（1）102.2不同系列门电路目前使用的门电路大多为集成门电路，最常用的是TTL系列和CMOS系列。在两种不同系列的门电路中，他们虽具有相同的逻辑功能而两者的结构、制造工艺却不同，其外形尺寸、性能指标也有所差别。因此有必要了解两种不同系列门电路的结构特点、工作原理及主要特性，以便在实际设计中合理选择芯片。2020/5/26第二章（1）112.2.1TTL系列门电路◆TTL（晶体管—晶体管逻辑）门电路只制成单片集成电路。输入级由多发射极晶体管构成，输出级由推挽电路（功率输出电路）构成。标准TTL与非门如下图所示。◆标准TTL与非门◆电路工作原理1.电路组成2.逻辑关系当一个发射极或3个发射极都接低电平（A、B、C接地），多发射极晶体管T1一定工作在饱和导通状态，其集电极电压UB2≈0.2V，晶体管T2必定截止，使T3饱和导通，而T4截止，输出端L为高电平。当3个发射极都接高电平（A、B、C都接+5V）时，T1的集电结处于正向偏置而导通（倒置工作状态）至使T2、T4饱和导通，则有UB4≈0.7V，UCES2≈0.2VUB3≈0.9V，T3截止，UL≈02020/5/26第二章（1）12◆小结（4）多发射极晶体管始终有基极电流流过。在正向状态下，基极电流流向一个或几个处于低电平的输入端；在反向状态下，基极电流流向晶体管T2的基极。即基区载流子（电荷）在工作状态转换时无需排空，省去了排空所需时间，使晶体管从一种状态转换到另一种状态非常迅速。因此，TTL系列门电路的工作速度比其他系列门电路要快。（1）输入信号与输出信号符合与非逻辑关系。（2）拉电流与灌电流：输出为高电平时，向负载输出的电流为拉电流；输出端L为低电平时，负载电流流入输出端L并经T4流向地端，称此为灌电流。（3）若某一输入端悬空，无论其他输入端接高电平或是低电平，悬空端的作用相当于接高电平。◆提示1.若输出端L所接的负载较重（即负载从输出端汲取的控制电流较大），输出的高电平经电阻R4后会略有下降。2.在实际应用中，为避免引入干扰不用的输入端一般不允许悬空。3.下图是TTL与非门74LS00集成电路示意图。它包括4个双输入与非门，此类电路多数采用双列直插式封装。在封装表面上都有一个小豁口，用来标识管脚的排列顺序。如果豁口方向朝左，管脚顺序是按逆时针顺序排列的。2020/5/26第二章（1）132.2.2MOS系列门电路◆特点▲MOS系列门电路是采用MOS（MetalOxideSemiconductor金属氧化物半导体）场效应晶体管制作。▲MOS场效应晶体管几乎不需要驱动功率。这种系列的门电路（或开关电路）体积小且制造简单，可以制成高封装密度的集成电路。▲由于场效应晶体管的电容作用，开关时间较长，使电路的工作速度较慢。◆类型▲PMOS电路：用P沟道耗尽型MOS场效应晶体管作为电路元件，则称为PMOS；▲NMOS电路：采用N沟道耗尽型MOS场效应晶体管作为电路元件，称为NMOS；▲CMOS电路：既采用P沟道耗尽型MOS场效应晶体管又采用N沟道耗尽型MOS场效应晶体管，构成互补对称电路，则称为CMOS。2020/5/26第二章（1）14◆CMOS门电路举例▲CMOS非门电路▲CMOS与非门▲CMOS或非门工作原理A为高电平，T1截止T2导通，L为低电平，符合非逻辑关系。工作原理A、B同为高电平时T1、T2截止，T3、T4导通，L为低电平，符合与非逻辑关系。反之亦然。工作原理请自行分析2-22020/5/26第二章（1）15作业P48习题22.32.42.52.6下周一交2-2