门电路简介用

1、门电路简介用第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路门电路简介用获得高、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。2.1 半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性1 1、二极管的开关特性二极管的开关特性逻辑门电路：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。二极管符号：正极负极uD 门电路简介用 + ui RL +uo D开关电路 IF 0.5 0.7iD(mA) uD(V)伏安特性UBR0 + ui=0V RL +uo Dui=0V时的等

2、效电路 + + ui=5V RL +uo D 0.7Vui=5V 时的等效电路uououi0V时，二极管截止，如同开关断开，uo0V。ui5V时，二极管导通，如同0.7V的电压源，uo4.3V。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。门电路简介用2 2、三、三极管的开关特性极管的开关特性 NPN型三极管截止、放大、饱和3 种工作状态的特点工作状态截 止放 大饱 和条 件iB00iBIBSiBIBS偏置情况发射结反偏集电结反偏uBE0，uBC0，uBC0，uBC0集电极电流iC0iCiBiCICSce间电压uCEVCCuCEVCCiCRcuCEUCES0.3V工作

3、特点ce间等效电阻很大，相当开关断开可变很小，相当开关闭合门电路简介用Q2ui iB e Rb biC (mA) 直流负载线 VCC Rc 0+VCCiC uo工作原理电路输出特性曲线80A60A40A20AiB=00 UCES VCC uCE(V) 0 0.5 uBE(V)输入特性曲线iB(A)Q1Q Rc cRbRc+VCCbce截止状态饱和状态iBIBSui=UIL0.5Vuo=+VCCui=UIHuo=0.3VRbRc+VCCbce0.7V0.3V饱和区截止区放大区门电路简介用10kui iB eRb b+VCC=+5ViC uo Rc1k c=40ui=0.3V时，因为uBE0.5V

4、，iB=0，三极管工作在截止状态，ic=0。因为ic=0，所以输出电压：ui=1V时，三极管导通，基极电流：因为0iBIBS，三极管工作在饱和状态。输出电压：uoUCES0.3V门电路简介用3 3、场效应、场效应管的开关特性管的开关特性 iD(mA) 0uDS(V)0 UT uGS(V)iD(mA)uGS=10V8V6V4V2V工作原理电路转移特性曲线输出特性曲线uiuiGDSRD+VDDGDSRD+VDDGDSRD+VDD截止状态uiUTuo0门电路简介用2.2 分立元件门电路分立元件门电路1 1、二极管与门二极管与门+VCC(+5V) R 3k Y D1A D2B5V0VABY &uA u

5、BuYD1 D20V 0V0V 5V5V 0V5V 5V0.7V0.7V0.7V5V导通 导通导通 截止截止 导通截止 截止A BY0 00 11 01 10001Y=AB门电路简介用A D1B D2 5V 0V YR3k2 2、二极管或门二极管或门ABY 1uA uBuYD1 D20V 0V0V 5V5V 0V5V 5V0V4.3V4.3V4.3V截 止 截 止截 止 导 通导 通 截 止导 通 导 通A BY0 00 11 01 10111Y=A+B门电路简介用A =40+5V Y电路图1逻辑符号AY1k4.3k3 3、三极管非门三极管非门uA0V时，三极管截止，iB0，iC0，输出电压u

6、YVCC5VuA5V时，三极管导通。基极电流为：iBIBS，三极管工作在饱和状态。输出电压uYUCES0.3V。mA1mA3 . 47 . 05Bi三极管临界饱和时的基极电流为：mA16. 01303 . 05BSIAY0110AY 门电路简介用AA1电路图逻辑符号YYGSDB+VDD+10V RD20k当uA0V时，由于uGSuA0V，小于开启电压UT，所以MOS管截止。输出电压为uYVDD10V。当uA10V时，由于uGSuA10V，大于开启电压UT，所以MOS管导通，且工作在可变电阻区，导通电阻很小，只有几百欧姆。输出电压为uY0V。AY 门电路简介用T4 +VCC(+5V) b1 A

7、BR13kT3T2T1Y R4100+VCC(+5V)T5 A BTTL与非门电路T1的等效电路D3c1R13kR2750R3360R53kD1D22.3 TTL集成门电路集成门电路一、一、TTL与非门工作原理与非门工作原理门电路简介用ABY+5VT1T2D3T4T5R1R2R3R44k1.6k1301k0.3V1.0V3.6VT2，T5截止1. 有一个输入端输入低电平有一个输入端输入低电平T4 ， D3导通门电路简介用2.1V3.6V3.6VT2饱和T5深度饱和0.7V1.0VT3，T4截止0.3V2. 两个输入端都输入高电平两个输入端都输入高电平ABY+5VT1T2D3T4T5R1R2R3

8、R44k1.6k1301k门电路简介用BAYuA uBuY0.3V 0.3V0.3V 3.6V3.6V 0.3V3.6V 3.6V3.6V3.6V3.6V0.3VA BY0 00 11 01 11110功能表功能表真值表真值表逻辑表达式逻辑表达式门电路简介用74LS00 的引脚排列图VCC 3A 3B 3Y 4A 4B 4Y 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND 14 13 12 11 10 9 874LS20 1 2 3 4 5 6 7VCC 2A 2B NC 2C 2D 2Y 1A 1B NC 1C 1D 1Y GND74LS20 的引脚排列图 14 13 12 11 10 9 87

9、4LS00 1 2 3 4 5 6 774LS00内含4个2输入与非门，74LS20内含2个4输入与非门。门电路简介用2 2、TTL非门、或非门、与或非门、与门、或门及异或门非门、或非门、与或非门、与门、或门及异或门 14 13 12 11 10 9 874LS04 1 2 3 4 5 6 7VCC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND6 反相器 74LS04 的引脚排列图T4AR13kT3T2T1YR4100+VCCT5R2750R3360R53kTTL 反相器电路A=0时，T2、T5截止，T3、T4导通，Y=1。A=1时，T2、T5导通，T3、T4

10、截止，Y=0。AY TTL非门门电路简介用 14 13 12 11 10 9 874LS02 1 2 3 4 5 6 7VCC 3Y 3B 3A 4Y 4B 4A 1Y 1B 1A 2Y 2B 3A GND74LS02 的引脚排列图T4ABR1T3T2T1YR4+VCCT5R2R3R5T2T1R1TTL 或非门电路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。BAYTTL或非门门电路简介用 14 13

11、 12 11 10 9 874LS51 1 2 3 4 5 6 7VCC 2B 2C 2D 2E 2F 2Y 2A 1A 1B 1C 1D 1Y GND74LS51 的引脚排列图T4ABCDR1T3T2T1YR4+VCCT5R2R3R5T2T1R1TTL 与或非门电路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。DCBAYTTL与或非门门电路简介用二、TTL电路的特性和参数 抗干扰能力 (1)输出高电平VOH 典型值：3.6V VOH(

12、min) =2.4V(2)输出低电平VOL 典型值：0.3V VOL(max) =0.4VvI&+5VVVvOvIvO03.6V0.3V2.4V0.4VVOFFVON门电路简介用(3)输入高电平VIH VIH(min)=VON=2.0V 保证输出为低电平的最小输入高电平 (4)输入低电平VIL VIL(max)=VOFF =0.8V 保证输出为高电平的最大输入低电平(5)噪声容限 VNH= VOH(min) VON VNL= VOFF VOL(max) 门电路简介用2. 带负载能力(1)输入低电平电流IIL 典型值1.6mA(2)输入高电平电流IIH 典型值40uAT1R1+5VIIH2.1V

13、3.6VT1R1+5VIIL1.0V0.3V门电路简介用ABY+5VT1T2T3T4T5R1R2R3R4R5T1R1T1R1+5V(3)输出低电平电流IOL带灌电流负载能力_典型值16mAIOL(max)是指输出低电平达到0.4V的最大输出电流T4截止T5饱和IOL=IC5门电路简介用ABY+5VT1T2T3T4T5R1R2R3R4R5T1R1T1R1+5V(4)输出高电平电流IOH带拉电流负载能力_典型值0.4mAIOH(max)是指输出高电平达到2.4V的最大输出电流IOH=IE4门电路简介用(5)扇出系数NO 门电路能够驱动同类门电路的个数 NOH=IOH/IIH NOL=IOL/IIL

14、 NO =min(NOH , NOL)3.平均传输延迟时间tPdtPHL输出由高电平 变为低电平的时间tPLH输出由低电平 变为高电平的时间tPHLtPLH50%50%tPd=(tPHL+ tPLH)/2门电路简介用4. 功耗 PCC=VCCICC(1)空载导通功耗PON 输出为低电平时的功耗(2)空载导通功耗POFF 输出为高电平时的功耗 PON POFF门电路简介用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

15、，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。门电路简介用三、三、OC门及门及TSL门门ABY+5VT1T2D3T4T5R1R2R3R44k1.6k1301kABY+5VT1T2D3T4T5R1R2R3R44k1.6k1301k？门电路简介用OC 与非门的电路结构AB+VCCYR YABCD&OC 门线与图

16、+VCCR Y1 Y2 T1 T2 T3 uB1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。BAY外接电阻R的取值范围为：ILOLOLCCmIIUVmaxIHOHOHCCmInIUVminROC门门电路简介用TSL门国标符号T4AR13kT3T2T1YR4100+VCC(+5V)T5R2750R3360R53kAE&ENYED电路结构E0时，二极管D导通，T1基极和T2基极均被钳制在低电平，因而T2T5均截止，输出端开路，电路处于高阻状态。结论：电路的

17、输出有高阻态、高电平和低电平3种状态。E1时，二极管D截止，TSL门的输出状态完全取决于输入信号A的状态，电路输出与输入的逻辑关系和一般反相器相同，即：Y=A，A0时Y1，为高电平；A1时Y0，为低电平。门电路简介用TSL门的应用：G1总线ABE1ENY1EN1AE1ENB1EN1 1ENE1 A1 1ENE2 A2 1ENEn An(a) 多路开关(b) 双向传输(c) 单向总线G1G2G1G2G2Gn作多路开关：E=0时，门G1使能，G2禁止，Y=A；E=1时，门G2使能，G1禁止，Y=B。信号双向传输：E=0时信号向右传送，B=A；E=1时信号向左传送，A=B 。构成数据总线：让各门的控

18、制端轮流处于低电平，即任何时刻只让一个TSL门处于工作状态，而其余TSL门均处于高阻状态，这样总线就会轮流接受各TSL门的输出。门电路简介用2.3 CMOS集成门电路集成门电路1 1、CMOS非门非门uA+VDD+10VTPTN+VDD+10V+VDD+10VSSRONPRONN10V0V(a) 电路(b) TN截止、TP导通(c) TN导通、TP截止uYuYuY（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。AY 门电路简介用2 2、CMOS与非门、或非门、与门、或门、与或非门和异或门与非门、或非门、与门、或门、与或非

19、门和异或门CMOS与非门BY+VDDATP1TN1TN2TP2BAYA、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。门电路简介用BY+VDDATN1TP2TN2TP1CMOS或非门BAY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。门电路简介用与门ABAB

20、&1Y=AB=ABAB&YABA+B11或门AB1YY=A+B=A+B&1&1 & 1ABCDABCDABCDYYY(a) 由与非门和反相器构成(b) 由与门和或非门构成(c) 逻辑符号CMOS与或非门DCBADCBAYDCBAY门电路简介用&ABY&CMOS异或门BABABABABABAY3 3、CMOS OD门、门、TSL门及传输门门及传输门&1YAB+VDDRD外接AB&Y(a) 电路(b) 符号ABYCMOS OD门门电路简介用CMOS TSL门11ENAETP2TP1 YTN1TN2AEY+VDD(a) 电路(b) 符号E=1时，TP2、TN2均截止，Y与地和电源都断开了，输出端呈现为高阻态。E=0时，TP2、TN2均导通，TP1、TN1构成反相器。可见电路的输出有高阻态、高电平和低电平3种状态，是一种三态门。门电路简介用C+VDDTGuiuiuouoTPTNCCC(a) 电路(b) 符号CMOS 传输门C0、 ，即C端为低电平（0V）、 端为高电平（VDD）时， TN和TP都不具备开启