戴蓓倩《电子线路》-27

1组合逻辑电路-门电路数字电子电路基础2§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”。3100VVcc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V4门(电子开关)满足一定条件时，电路允许信号通过开关接通。开门状态：关门状态：条件不满足时，信号通不过开关断开。5开关作用二极管反向截止：开关接通开关断开三极管（C,E)饱和区：截止区：开关接通CEB开关断开正向导通：CEB6R1R2AF+uccuAtuFt+ucc0.3V三极管的开关特性：7§2.2分离元件门电路一、二极管与门FD1D2AB+12VuAuBuF0V0V0.3V0V3V0.3V3V0V0.3V3V3V3.3V逻辑变量逻辑函数(uD=0.3V)8uAuBuF0V0V0.3V0V3V0.3V3V0V0.3V3V3V3.3V000010ABF100111逻辑式：F=A•B逻辑符号：&ABF9二、二极管或门uAuBuF0V0V-0.3V0V3V2.7V3V0V2.7V3V3V2.7VFD1D2AB-12V10uAuBuF0V0V-0.3V0V3V2.7V3V0V2.7V3V3V2.7V000011ABF101111逻辑式：F=A+B逻辑符号：1ABF11R1DR2AF+12V+3V三、三极管非门uAuF3V0.30V3.3嵌位二极管12uAuF3V0.30V3.3AF0110逻辑式：AF逻辑符号：1AF13R1DR2F+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：141.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：采用类似的方法还可以构成或非门、异或门等。15§2.3TTL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。16100个以下：小规模集成电路(SmallScaleIntegration:SSI)几百个：中规模集成电路（MediumScaleIntegration:MSI)几千个：大规模集成电路（LargeScaleIntegration:LSI)一万个以上：超大规模集成电路（VeryLargeScaleIntegration:VLSI)名称17CBAFTTL与非门的内部结构+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC3603k75010018一、电压传输特性2.3.1TTL与非门的特性和技术参数uo(V)ui(V)123UOH(3.4V)UOL(0.3V)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电平191.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.阈值电压UTuiUT时，认为ui是低电平。uiUT时，认为ui是高电平。UT=1.4V20二、扇出系数与非门电路输出能驱动同类门的个数，与非门的扇出系数一般是10。三、TTL与非门在使用时多余输入端处理：1.接+5V。2.若悬空，UI=“1”。为了防止干扰，一般将悬空的输入端接高电平。3.输入端并联使用。21四平均传输时间tui0tuo050%50%输出下降延迟时间tpd1输出上升延迟时间tpd2)(2121pdpdpdttt典型值：310ns222.3.2各种逻辑门的相互转换转换方法：采用反演定理。例：与非门可以转换成其他各种逻辑门。BABABABABABABABABABA把与非门的输入端连接在一起，就转换成非门。BABABABABABABA显然，与非门、或非门等也很容易得到。23RLUCC集电极悬空+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC&符号应用时输出端要接一上拉负载电阻RL。特点：RL和UCC可以外接。F=ABC§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）241.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=F1F2F3252.负载电阻RL和电源UCC可以根据情况选择。&J+30V220VJD262.4.2三态门E—控制端+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABDEE一、结构27+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABDEE二、工作原理1.控制端E=0时的工作情况：01截止ABF28+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABDEE2.控制端E=1时的工作情况：10导通截止截止高阻态29&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30E1E2E3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。31§2.5MOS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。322.5.1MOS反相器0UDSID负载线ui=“1”ui=“0”uo=“0”uo=“1”UCCuiuo33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UCCuiuo342.5.2CMOS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MOST1:ONT2:OFF同一电平:OFFON2.5.3CMOS与非门&ABF工作原理:+UDDAFT2T1BT3T4SSSSGG结构001011101110ABT1T2T3T4FBAFABT1T2T3T4FABF工作原理:+UDDFAT2T1BT3T4GGSSS结构00××101××010××011××02.5.4CMOS或非门BAF37附:门电路的常见逻辑符号与门或门非门F=A•BF=A+BAF&ABFABFABFABFABFABFA1FAFAFAF38与非门或非门OC门(两输入与非)BAFBAF&ABFABFABFABFABFABF&ABFABFABF国标39ABE&ABE&ABE国家标准三态门(两输入与非)与或非门CDAB+ABCDFABCDF&&