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第2章门电路 第2章门电路 2 1概述2 2最简单的与 或 非门电路2 3TTL门电路2 4CMOS门电路 返回主目录 第2章门电路 2 1概述 门电路 常用的门电路 实现基本运算 复合运算的单元电路 与门 或门 非门 与非门 或非门 与或非门 异或门等 门电路中以高 低电平表示二值逻辑的0 1两种逻辑状态 高 低电平都允许有一定的变化范围 正逻辑 用高电平表示逻辑1 低电平表示逻辑0 负逻辑 用高电平表示逻辑0 低电平表示逻辑1 第2章门电路 2 2最简单的与 或 非门电路 2 2 1二极管与门 1 电路和图形符号 输出端 电源电压VCC 5V A B输入端的电压 二极管工作状态导通 截止 二极管导通时VDF 0 7V 输入端 VIH 3V VIL 0V 第2章门电路 2 2最简单的与 或 非门电路 2 2 1二极管与门 1 电路和图形符号 电源电压VCC 5V A B输入端的电压 二极管工作状态导通 截止 二极管导通时VDF 0 7V VIH 3V VIL 0V 2 逻辑功能分析 00 0V 0V D1导通D2导通 0 7V 0 7 第2章门电路 2 2最简单的与 或 非门电路 2 2 1二极管与门 1 电路和图形符号 电源电压VCC 5V A B输入端的电压 二极管工作状态导通 截止 二极管导通时VDF 0 7V VIH 3V VIL 0V 2 逻辑功能分析 00 D1导通D2导通 0 7 03 0V 3V D1导通 0 7V 0 7 D2截止 第2章门电路 2 2最简单的与 或 非门电路 2 2 1二极管与门 1 电路和图形符号 电源电压VCC 5V A B输入端的电压 二极管工作状态导通 截止 二极管导通时VDF 0 7V VIH 3V VIL 0V 2 逻辑功能分析 00 D1导通D2导通 0 7 03 D1导通D2截止 0 7 30 3V 0V D2导通 0 7V 0 7 D1截止 第2章门电路 2 2最简单的与 或 非门电路 2 2 1二极管与门 1 电路和图形符号 电源电压VCC 5V A B输入端的电压 二极管工作状态导通 截止 二极管导通时VDF 0 7V VIH 3V VIL 0V 2 逻辑功能分析 00 D1导通D2导通 0 7 03 D1导通D2截止 0 7 30 3V 3V D1截止D2导通 0 7 33 D1导通D2导通 3 7V 3 7 第2章门电路 2 2最简单的与 或 非门电路 2 2 1二极管与门 1 电路和图形符号 电源电压VCC 5V A B输入端的电压 二极管工作状态导通 截止 二极管导通时VDF 0 7V VIH 3V VIL 0V 2 逻辑功能分析 00 D1导通D2导通 0 7 03 D1导通D2截止 0 7 30 D1截止D2导通 0 7 33 D1导通D2导通 3 7 3V以上为逻辑1 0 7V以下为逻辑0 0101 0011 0001 第2章门电路 2 2 2二极管或门 1 电路和图形符号 电路和图形符号 输入端 输出端 A B输入端的电压 二极管工作状态导通 截止 二极管导通时VDF 0 7V VIH 3V VIL 0V 第2章门电路 2 2 2二极管或门 1 电路和图形符号 电路和图形符号 A B输入端的电压 二极管工作状态导通 截止 二极管导通时VDF 0 7V VIH 3V VIL 0V 2 逻辑功能分析 00 0V 0V D1截止D2截止 0 第2章门电路 2 2 2二极管或门 1 电路和图形符号 电路和图形符号 A B输入端的电压 二极管工作状态导通 截止 二极管导通时VDF 0 7V VIH 3V VIL 0V 2 逻辑功能分析 00 0V 3V D1截止D2截止 0 03 D2导通 D1截止 2 3V 2 3 第2章门电路 2 2 2二极管或门 1 电路和图形符号 电路和图形符号 A B输入端的电压 二极管工作状态导通 截止 二极管导通时VDF 0 7V VIH 3V VIL 0V 2 逻辑功能分析 00 3V 0V D1截止D2截止 0 03 D2导通 D1截止 2 3V 2 3 30 D1导通 D2截止 2 3 第2章门电路 2 2 2二极管或门 1 电路和图形符号 电路和图形符号 A B输入端的电压 二极管工作状态导通 截止 二极管导通时VDF 0 7V VIH 3V VIL 0V 2 逻辑功能分析 00 3V 3V D1截止D2截止 0 03 D2导通 D1截止 2 3V 2 3 30 D1导通 D2截止 2 3 33 D1导通 D2导通 2 3 第2章门电路 2 2 2二极管或门 1 电路和图形符号 电路和图形符号 A B输入端的电压 二极管工作状态导通 截止 二极管导通时VDF 0 7V VIH 3V VIL 0V 2 逻辑功能分析 00 D1截止D2截止 0 03 D2导通 D1截止 2 3 30 D1导通 D2截止 2 3 33 D1导通 D2导通 2 3 2 3V以上为逻辑1 0V以下为逻辑0 0101 0011 0111 第2章门电路 二极管构成的门电路的缺点 电平有偏移 只用于IC内部电路 带负载能力差 第2章门电路 2 2 3三极管非门 反相器 1 电路和图形符号 2 逻辑功能分析 第2章门电路 2 2 3三极管非门 反相器 1 电路和图形符号 2 逻辑功能分析 VIL 截止 VOH 第2章门电路 2 2 3三极管非门 反相器 1 电路和图形符号 2 逻辑功能分析 VIL 截止 VOH VIH 饱和 VOL 第2章门电路 2 2 3三极管非门 反相器 1 电路和图形符号 2 逻辑功能分析 VIL 截止 VOH VIH 饱和 VOL 输入 输出 高电平为逻辑1 低电平为逻辑0 01 10 第2章门电路 2 3TTL门电路 2 3 1TTL反相器的电路结构和工作原理 一 电路结构和逻辑关系 TTL反相器电路 VCC 5V VIL 0 2V VIH 3 4V PN结导通压降VON 0 7V 第2章门电路 2 3TTL门电路 2 3 1TTL反相器的电路结构和工作原理 一 电路结构和逻辑关系 TTL反相器电路 VCC 5V VIL 0 2V VIH 3 4V PN结导通压降VON 0 7V 1 vI VIL 0 2V A 0 0 2V 1V 截止 截止 5V 导通 导通 vO 5 0 7 0 7 3 4V Y 1 第2章门电路 2 3TTL门电路 2 3 1TTL反相器的电路结构和工作原理 一 电路结构和逻辑关系 TTL反相器电路 VCC 5V VIL 0 2V VIH 3 4V PN结导通压降VON 0 7V 1 vI VIL 0 2V A 0 vO 5 0 7 0 7 3 4V Y 1 2 vI VIH 3 4V A 1 3 4V 2 1V 导通 1V 导通 截止 截止 vO 0 2V Y 0 第2章门电路 2 3TTL门电路 2 3 1TTL反相器的电路结构和工作原理 一 电路结构和逻辑关系 TTL反相器电路 VCC 5V VIL 0 2V VIH 3 4V PN结导通压降VON 0 7V 1 vI VIL 0 2V A 0 vO 5 0 7 0 7 3 4V Y 1 2 vI VIH 3 4V A 1 vO 0 2V Y 0 第2章门电路 几点说明 TTL反相器电路 1 二极管D1用于抑制 2 二极管D2使T5导通 负向干扰 时T4可靠截止 3 输入端悬空时 相当 输入逻辑1 输入电压vI 1 4V 第2章门电路 几点说明 TTL反相器电路 1 二极管D1用于抑制 2 二极管D2使T5导通 负向干扰 时T4可靠截止 3 输入端悬空时 相当 输入逻辑1 输入电压vI 1 4V 端电压很大 VB1很大 T1集电结导通 导通 导通 2 1V 1 4V 1V 截止 截止 0 2V 第2章门电路 二 电压传输特性 TTL反相器的电压传输特性 输出电压v0随输入电压vI变化曲线 1 AB段截止区 vI 0 6V 截止区 vI 0 6V VB1 1 3V T1导通 T2截止 T5截止 T4导通 D2导通 vO VOH VCC VR2 VBE4 VD2 3 4V 第2章门电路 二 电压传输特性 TTL反相器的电压传输特性 输出电压v0随输入电压vI变化曲线 1 AB段截止区 vI 0 6V 截止区 vO VOH VCC VR2 VBE4 VD2 3 4V 2 BC段线性区 线性区 0 6V vI 1 3V T2导通 放大区 T5截止 vI vo 0 6V vI 1 3V 1 3V VB1 2V T1导通 T4导通 放大区 D2导通 第2章门电路 二 电压传输特性 TTL反相器的电压传输特性 输出电压v0随输入电压vI变化曲线 1 AB段截止区 vI 0 6V 截止区 vO VOH VCC VR2 VBE4 VD2 3 4V 2 BC段线性区 线性区 0 6V vI 1 3V vI vo 3 CD段转折区 转折区 vI VTH 1 4V VTH 阈值电压 转折区中点对应的输入电压 vI 1 4V VB1 2 1V T4截止 T2导通 T5导通 vO迅速 VOL 第2章门电路 二 电压传输特性 TTL反相器的电压传输特性 输出电压v0随输入电压vI变化曲线 1 AB段截止区 vI 0 6V 截止区 vO VOH VCC VR2 VBE4 VD2 3 4V 2 BC段线性区 线性区 0 6V vI 1 3V vI vo 3 CD段转折区 转折区 vI VTH 1 4V VTH 阈值电压 转折区中点对应的输入电压 vO迅速 VOL 4 DE段饱和区 饱和区 vI 1 4V vI继续 vO VOL不变 第2章门电路 二 电压传输特性 TTL反相器的电压传输特性 输出电压v0随输入电压vI变化曲线 1 AB段截止区 vI 0 6V 截止区 vO VOH VCC VR2 VBE4 VD2 3 4V 2 BC段线性区 线性区 0 6V vI 1 3V vI vo 3 CD段转折区 转折区 vI VTH 1 4V VTH 阈值电压 转折区中点对应的输入电压 vO迅速 VOL 4 DE段饱和区 饱和区 vI 1 4V vI继续 vO VOL不变 第2章门电路 三 输入端噪声容限 电压传输特性表明 TTL反相器的电压传输特性 当输入信号vI偏离正常的 VIH和VIL的一定范围内 信号vO基本不变 输出 在输出信号vO允许变化 的范围内 输入信号vI的允 许变化范围称为输入噪声容限 第2章门电路 输入噪声容限示意图 输入低电平噪声容限 VNL VIL max VOL max 输入高电平噪声容限 VNH VOH min VIH min 第2章门电路 2 3 2TTL反相器的静态输入特性和输出特性 一 输入特性 TTL反相器的输入端等效电路 第2章门电路 2 3 2TTL反相器的静态输入特性和输出特性 一 输入特性 TTL反相器的输入端等效电路 输入电流iI随输入电压vI变化的曲线 TTL反相器的输入特性 1 输入短路电流IIS 输入电压vI 0时的输入电流 方向 从输入端流出 近似分析时 用IIS表示输入低电平时的电流 IIS 2 高电平输入电流IIH 输入电压vI VTH时的输入电流 方向 流入输入端 IIH 第2章门电路 二 输出特性 1 输出高电平特性 TTL反相器高电平输出等效电路 输出电压v0随负载电流iL变化的曲线 第2章门电路 二 输出特性 1 输出高电平特性 TTL反相器高电平输出等效电路 输出电压v0随输出负载电流iL变化的曲线 TTL反相器高电平输出特性 1 负载电流iL方向 从输出端流出 拉电流 2 负载电流iL增大 输出高电平VOH下降 3 对负载电流iL最大值有限制 第2章门电路 2 输出低电平特性 TTL反相器低电平输出等效电路 第2章门电路 2 输出低电平特性 TTL反相器低电平输出等效电路 TTL反相器低电平输出特性 1 负载电流iL方向 流入输出端 灌电流 2 负载电流iL增大 输出低电平VOL上升 3 对负载电流iL最大值有限制 第2章门电路 门电路的扇出系数N 一个门 能驱动同类门电路的个数 例 在图示电路中 计算门G1最多可以驱动多少个同样的门电 路负载 要求G1输出高 低电平满足VOH 3 2V VOL 0 2V 门的输入特性 输出特性如前图所示 第2章门电路 TTL反相器低电平输出特性 解 计算保证VOL 0 2V时可以驱动的门电路数目N1 在低电平输出特性上查出 VOL 0 2V时的负载电流iL 16mA 0 2 16 TTL反相器的输入特性 在输入特性上查出 0 2 vI 0 2V时门的输入电流iI 1mA 由N1 iI iL 有 第2章门电路 TTL反相器高电平输出特性 TTL反相器的输入特性 计算保证VOH 3 2V时可以驱动的门电路数目N2 在高电平输出特性上查出 VOH 3 2V时的负载电流iL 7 5mA 3 2 7 5 在输入特性上查出 器件手册规定 IOH 0 4mA 取负载电流iL 0 4mA 高电平输入电流IIH 40 A IIH 由N2IIH iL 有 第2章门电路 取N1 N2中数值小者为门G1可以驱动同类门的最大数目 即G1门的扇出系数N N2 10 第2章门电路 三 输入端负载特性 输入电压vI随输入端负载RP变化的曲线 TTL反相器输入端经电阻接地时的等效电路 第2章门电路 三 输入端负载特性 输入电压vI随输入端负载电阻RP变化的曲线 TTL反相器输入端经电阻接地时的等效电路 1 输入端负载RP较小时 输入电压vI VTH 1 4V 2 输入端负载RP很大时 输入电压vI VTH 1 4V 相当 于输入逻辑0 相当 于输入逻辑1 第2章门电路 2 3 4其他类型的TTL门电路 一 其他逻辑功能的门电路 1 与非门 TTL与非门电路 1 T1为多发射极三极管 实现逻辑与运算 A B 当A B有低电平0 2V时 VB1 0 9V T2 T5截止 T4 D3导通 输出VOH Y 1 当A B都为3 2V时 VB1 2 1V T2 T5导通 T4 D3截止 输出VOL Y 0 逻辑表达式 第2章门电路 2 或非门 TTL或非门电路 1 2个完全相同的输入 电路 为高电平3 2V 逻辑1 时 输入A B有一个或均 使 T5导通 T4截止 输出为 低电平VOL Y 0 输入A B同为低电平 0 2V 逻辑0 时 使T5截止 T4导通 输出为高电平VOH Y 1 逻辑表达式 第2章门电路 3 与或非门 TTL与或非门 1 2个完全相同的输入 电路 输入端为多发射极三 极管 2 当输入A B同为高 电平3 2V 逻辑1 时 使T2 T5 导通而T4截止 输出为低电平 VOL Y 0 当输入C D同为高电 平3 2V 逻辑1 时 导通而T4截止 输出为低电平 VOL Y 0 当输入A B和C D每 一组不同为高电平时 截止 输出为高电平VOH Y 1 逻辑表达式 第2章门电路 4 异或门 TTL异或门 第2章门电路 二 集电极开路的门电路 OC门 1 推拉式输出电路结构的局限性 输出电平不可调 输出端不能并联使用 负载能力不强 尤其是高电平输出 推拉式输出级并联的情况 解决的方法 OC门 集电极开路与非门的电路和图形符号 第2章门电路 2 OC门的结构特点 1 输出级为OC三极管T5 T5可承受较大电压 电流 3 输入A B同为高电平3 2V 逻辑1 时 T5饱和 输出为 低电平VOL 0 2V Y 0 输入A B有低电平0 2V 逻辑0 时 T5截止 输出为 逻辑表达式 OC门输出并联的接法及逻辑图 第2章门电路 3 OC门实现的线与 1 几个OC门的输出端并联 共用一个外接电阻 电压源 2 Y1 Y2中有低电平输出 逻辑0 Y即为低电平输出 逻辑0 Y1 Y2只有同为高电平输出 逻辑1 Y即为高电平输出 逻辑1 线与 连线实现总输出Y和每个 门输出Y1 Y2之间的与逻辑关系 总输出Y和输入A B C D 为与或非逻辑关系 第2章门电路 三 三态输出门电路 TS门 输出有三种状态 输出高电平VOH 输出低电平VOL 输出高阻态Z 输出 输入之间有逻辑关系 输出 输入之间没有逻辑关系 为工作状态 P 1 D截止 状态 P 0 D导通 为工作 T4 T5 均截止 为高阻状态 Y Z 逻辑表达式 第2章门电路 三态门的应用 1 用三态输出门接成总线结构 用三态输出门接成总线结构 工作时 各三态门控制端 EN轮流为1 各个门的输出信号 轮流通过总线传输 第2章门电路 2 用三态输出门实现数据的双向传输 用三态输出门实现数据的双向传输 EN 1时 三态门G1处于 工作状态 G2处于高阻状态 数据DO经G1门反相后送到 总线上 第2章门电路 2 用三态输出门实现数据的双向传输 用三态输出门实现数据的双向传输 EN 1时 三态门G1处于 工作状态 G2处于高阻状态 数据DO经G1门反相后送到 总线上 EN 0时 三态门G2处于 工作状态 G1处于高阻状态 来自总线上的数据经G2门反 第2章门电路 一 电路结构 2 4 1CMOS反相器及工作原理 T1为增强型PMOS管 T1 T2栅极接一起做输入端 漏极接一起做 输出端 T2为增强型NMOS管 为负载管 有源负载 为工作管 MOS管的工作状态 导通 截止 输入电平 VIL 0V VIH VDD MOS管的开启电压 VGS th N VGS th P 电源电压 VDD VGS th N VGS th P 2 4CMOS门电路 第2章门电路 一 电路结构 2 4 1CMOS反相器及工作原理 二 逻辑功能分析 0 T2截止 T1导通 VDD 0 第2章门电路 一 电路结构 2 4 1CMOS反相器及工作原理 二 逻辑功能分析 0 T2截止 T1导通 VDD VDD T1截止 T2导通 0 VDD 第2章门电路 一 电路结构 2 4 1CMOS反相器及工作原理 二 逻辑功能分析 0 T2截止 T1导通 VDD VDD T1截止 T2导通 0 输入 输出 高电平为逻辑1 低电平为逻辑0 01 10 逻辑表达式 第2章门电路 2 4 4其他类型的CMOS门电路 一 其他逻辑功能的CMOS门电路 1 CMOS与非门 T1 T3两个PMOS管并联 T2 T4两个NMOS管串联 MOS管的工作状态 导通 截止 输入电平 VIL 0V VIH VDD MOS管的开启电压 VGS th N VGS th P 1 电路结构 第2章门电路 2 4 4其他类型的CMOS门电路 一 其他逻辑功能的CMOS门电路 1 CMOS与非门 1 电路结构 2 逻辑功能分析 00 0 0 导通 截止 导通 截止 VDD 第2章门电路 2 4 4其他类型的CMOS门电路 一 其他逻辑功能的CMOS门电路 1 CMOS与非门 1 电路结构 2 逻辑功能分析 00 0 VDD 导通 截止 导通 截止 VDD 0VDD 导通 截止 截止 导通 VDD 第2章门电路 2 4 4其他类型的CMOS门电路 一 其他逻辑功能的CMOS门电路 1 CMOS与非门 1 电路结构 2 逻辑功能分析 00 VDD 0 导通 截止 导通 截止 VDD 0VDD 导通 截止 截止 导通 VDD VDD0 截止 导通 导通 截止 VDD 第2章门电路 2 4 4其他类型的CMOS门电路 一 其他逻辑功能的CMOS门电路 1 CMOS与非门 1 电路结构 2 逻辑功能分析 00 VDD VDD 导通 截止 导通 截止 VDD 0VDD 导通 截止 截止 导通 VDD VDD0 截止 导通 导通 截止 VDD VDDVDD 截止 导通 截止 导通 0 第2章门电路 2 4 4其他类型的CMOS门电路 一 其他逻辑功能的CMOS门电路 1 CMOS与非门 1 电路结构 2 逻辑功能分析 00 导通 截止 导通 截止 VDD 0VDD 导通 截止 截止 导通 VDD VDD0 截止 导通 导通 截止 VDD VDDVDD 截止 导通 截止 导通 0 输入 输出高电平为 逻辑1低电平为逻辑0 0101 0011 1110 逻辑表达式 第2章门电路 2 CMOS或非门 1 电路结构 T1 T3两个PMOS管串联 T2 T4两个NMOS管并联 MOS管的工作状态 导通 截止 输入电平 VIL 0V VIH VDD MOS管的开启电压 VGS th N VGS th P 第2章门电路 2 CMOS或非门 1 电路结构 2 逻辑功能分析 00 导通 截止 导通 截止 VDD 0 0 第2章门电路 2 CMOS或非门 1 电路结构 2 逻辑功能分析 00 导通 截止 导通 截止 VDD 0 VDD 0VDD 导通 截止 截止 导通 0 第2章门电路 2 CMOS或非门 1 电路结构 2 逻辑功能分析 00 导通 截止 导通 截止 VDD VDD 0 0VDD 导通 截止 截止 导通 0 VDD0 截止 导通 导通 截止