数字电路总复习

第2章逻辑门电路,本章主要内容：逻辑门电路的特点逻辑门电路的分析逻辑门电路的主要特性参数本章难点：逻辑门电路的特点及分析,2.1逻辑门电路,获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导通、截止（即开、关）两种工作状态。,逻辑0和1：电子电路中用高、低电平来表示。,逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。简称门电路。,基本和常用门电路有与门、或门、非门（反相器）、与非门、或非门、与或非门和异或门等。,2.1逻辑门电路,2.1.1半导体器件的开关特性,1、二极管的开关特性,二极管符号：,正极,负极,uD,二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度。,Ui0.5V时，二极管导通。,2.1逻辑门电路,2、三极管的开关特性,2.1逻辑门电路,2.1逻辑门电路,2.1.2分立元件门电路,1、非门,2.1逻辑门电路,2、与门,Y=AB,2.1逻辑门电路,3、或门,Y=A+B,2.2TTL集成门电路,1、TTL与非门,2.2TTL集成门电路,输入信号不全为1：如uA=0.3V，uB=3.6V,1V,则uB1=0.3+0.7=1V，T2、T5截止，T3、T4导通,忽略iB3，输出端的电位为：,输出Y为高电平。,uY50.70.73.6V,2.2TTL集成门电路,输入信号全为1：如uA=uB=3.6V,2.1V,则uB1=2.1V，T2、T5导通，T3、T4截止,输出端的电位为：,uY=UCES0.3V,输出Y为低电平。,2.2TTL集成门电路,功能表,真值表,逻辑表达式,输入有低，输出为高；输入全高，输出为低。,2.2TTL集成门电路,74LS00内含4个2输入与非门，74LS20内含2个4输入与非门。,2.2TTL集成门电路,2、TTL非门,A=0时，T2、T5截止，T3、T4导通，Y=1。,A=1时，T2、T5导通，T3、T4截止，Y=0。,2.2TTL集成门电路,3、TTL或非门,A、B中只要有一个为1，即高电平，如A1，则iB1就会经过T1集电结流入T2基极，使T2、T5饱和导通，输出为低电平，即Y0。,AB0时，iB1、iB1均分别流入T1、T1发射极，使T2、T2、T5均截止，T3、T4导通，输出为高电平，即Y1。,2.2TTL集成门电路,4、TTL与或非门,A和B都为高电平（T2导通）、或C和D都为高电平（T2导通）时，T5饱和导通、T4截止，输出Y=0。,A和B不全为高电平、并且C和D也不全为高电平（T2和T2同时截止）时，T5截止、T4饱和导通，输出Y=1。,2.2TTL集成门电路,5、OC门,问题的提出：,为解决一般TTL与非门不能线与而设计的。,A、B不全为1时，uB1=1V，T2、T3截止，Y=1。,接入外接电阻R后：,A、B全为1时，uB1=2.1V，T2、T3饱和导通，Y=0。,外接电阻R的取值范围为：,2.2TTL集成门电路,5、OC门,问题的提出：,为解决一般TTL与非门不能线与而设计的。,A、B不全为1时，uB1=1V，T2、T3截止，Y=1。,接入外接电阻R后：,A、B全为1时，uB1=2.1V，T2、T3饱和导通，Y=0。,外接电阻R的取值范围为：,2.2TTL集成门电路,6、TTL系列集成电路,74：标准系列，前面介绍的TTL门电路都属于74系列，其典型电路与非门的平均传输时间tpd10ns，平均功耗P10mW。,74H：高速系列，是在74系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd6ns，平均功耗P22mW。,74S：肖特基系列，是在74H系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd3ns，平均功耗P19mW。,74LS：低功耗肖特基系列，是在74S系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd9ns，平均功耗P2mW。74LS系列产品具有最佳的综合性能，是TTL集成电路的主流，是应用最广的系列。,2.2TTL集成门电路,7、TTL与非门主要参数,（1）输出高电平UOH：TTL与非门的一个或几个输入为低电平时的输出电平。产品规范值UOH2.4V，标准高电平USH2.4V。（2）高电平输出电流IOH：输出为高电平时，提供给外接负载的最大输出电流，超过此值会使输出高电平下降。IOH表示电路的拉电流负载能力。（3）输出低电平UOL：TTL与非门的输入全为高电平时的输出电平。产品规范值UOL0.4V，标准低电平USL0.4V。（4）低电平输出电流IOL：输出为低电平时，外接负载的最大输出电流，超过此值会使输出低电平上升。IOL表示电路的灌电流负载能力。（5）扇出系数NO：指一个门电路能带同类门的最大数目，它表示门电路的带负载能力。一般TTL门电路NO8，功率驱动门的NO可达25。（6）最大工作频率fmax：超过此频率电路就不能正常工作。,2.2TTL集成门电路,（7）输入开门电平UON：是在额定负载下使与非门的输出电平达到标准低电平USL的输入电平。它表示使与非门开通的最小输入电平。一般TTL门电路的UON1.8V。（8）输入关门电平UOFF：使与非门的输出电平达到标准高电平USH的输入电平。它表示使与非门关断所需的最大输入电平。一般TTL门电路的UOFF0.8V。（9）高电平输入电流IIH：输入为高电平时的输入电流，也即当前级输出为高电平时，本级输入电路造成的前级拉电流。（10）低电平输入电流IIL：输入为低电平时的输出电流，也即当前级输出为低电平时，本级输入电路造成的前级灌电流。（11）平均传输时间tpd：信号通过与非门时所需的平均延迟时间。在工作频率较高的数字电路中，信号经过多级传输后造成的时间延迟，会影响电路的逻辑功能。（12）空载功耗：与非门空载时电源总电流ICC与电源电压VCC的乘积。,2.2TTL集成门电路,（1）电源电压,TTL逻辑门对电源电压要求比较严格，所以在配备电源电压时，选用50.25，不可超过5.25，特别是严禁颠倒电源极性，以防损坏集成电路。,（2）对于多余端的处理,F=A.B.1=A.B,F=A.B.A=A.B,8、TTL逻辑门使用中应注意的问题,2.3COMS门电路,1、CMOS非门,（1）uA0V时，TN截止，TP导通。输出电压uYVDD10V。（2）uA10V时，TN导通，TP截止。输出电压uY0V。,2.3COMS门电路,A、B当中有一个或全为低电平时，TN1、TN2中有一个或全部截止，TP1、TP2中有一个或全部导通，输出Y为高电平。,只有当输入A、B全为高电平时，TN1和TN2才会都导通，TP1和TP2才会都截止，输出Y才会为低电平。,2、CMOS与非门,2.3COMS门电路,只要输入A、B当中有一个或全为高电平，TP1、TP2中有一个或全部截止，TN1、TN2中有一个或全部导通，输出Y为低电平。,只有当A、B全为低电平时，TP1和TP2才会都导通，TN1和TN2才会都截止，输出Y才会为高电平。,3、CMOS或非门,2.3COMS门电路,4、CMOS与或非门,2.3COMS门电路,（1）电源问题,CMOS集成电路的工作电源电压一般在318之间，国产C000系列CMOS电路的电源电压允许在715范围内选择。,因CMOS电路的输入阻抗很高，因此输入端不允许悬空。因为悬空会感应电荷使输入端电位不定，破坏正常的逻辑关系，另外也易受外界噪声干扰，使电路产生误动作，而且极易使栅极因感应静电造成击穿。所以，对于“与”门、“与非”门的多余端应接高电平，对于“或”门、“或非”门的多余端应接低电平，或者与有用的输入端并接在一起，这样并联使用还可以增大输出端的负载能力,（2）多余输入端的处理,5、CMOS逻辑门使用中应注意的问题,2.3COMS门电路,（3）CMOS器件使用,CMOS电路具有很高的输入阻抗，致使器件易受外界干扰、冲击和静电击穿，所以在其内部输入端接有二极管保护电路。输入保护网络的引入，使器件的输入阻抗有一定的下降，但仍达到108以上。因此，在安装电路、改变电路连接、插拔CMOS器件时，必须切断电源，否则CMOS器件很容易受到极大的感应或电冲击而损坏；在焊接CMOS器件时，电烙铁必须可靠接地，以防电烙铁漏电击穿器件输入端。一般可利用电烙铁断电后的余热焊接，并先焊接其接地脚；另外，虽然各种CMOS输入端有抗静电的保护措施，但仍须小心对待在包装、储存、运输等环节中可能产生的静电问题，可采取多种措施，诸如工作台面有良好的导电性，并且可靠接地。,TTL与CMOS门电路比较,（1）CMOS电路的工作速度比TTL电路的低。（2）CMOS带负载的能力比TTL电路强。（3）CMOS电路的电源电压允许范围较大，约在318V，抗干扰能力