第3章逻辑门电路

1、（2-1）第二章第二章 门电路门电路 2.1 概述概述 2.2 分离元件门电路分离元件门电路 2.3 TTL集成门电路集成门电路 2.4 其它类型的其它类型的TTL门电路门电路 2.5 MOS门电路门电路（2-2）门电路是用以实现逻辑关系的电子电门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与我们所讲过的基本逻辑关系相对应，路，与我们所讲过的基本逻辑关系相对应，门电路主要有：门电路主要有：与门与门、或门或门、与非门与非门、或或非门非门、异或门异或门等。等。在数字电路中，一般用高电平代表在数字电路中，一般用高电平代表1、低点平代表低点平代表0，即所谓的，即所谓的正逻辑系统正逻辑系统。 2.1 概述概述（2

2、-3）10 ViVoKVccR只要能判断高只要能判断高低电平即可低电平即可K开开-Vo=1, 输出高电平输出高电平K合合-Vo=0, 输出低电平输出低电平可用三极可用三极管代替管代替（2-4）R1R2AF+VccuAtuFt+Vcc0.3V三极管的开关特性：三极管的开关特性：（2-5）二极管与门二极管与门FD1D2AB+12VuA uB uF 0V 0V 0.3V 0V 3V 0.3V 3V 0V 0.3V 3V 3V 3.3V 设二极管的饱和压降设二极管的饱和压降为为0.3伏。伏。 2.2 分立元件门电路分立元件门电路 （2-6）二极管或门二极管或门uA uB uF 0V 0V -0.3V

3、0V 3V 2.7V 3V 0V 2.7V 3V 3V 2.7V FD1D2AB-12V（2-7）R1DR2AF+12V +3V三极管非门三极管非门uA uF 3V 0.3 0V 3.3 嵌位二极管嵌位二极管（三极管的饱和压降（三极管的饱和压降假设为假设为0.3伏）伏）（2-8）R1DR2F+12V +3V三极管非门三极管非门D1D2AB+12V二极管与门二极管与门与非门与非门（2-9）1. 体积大、工作不可靠。体积大、工作不可靠。2. 需要不同电源。需要不同电源。3. 各种门的输入、输出电平不匹配。各种门的输入、输出电平不匹配。分立元件门电路的缺点分立元件门电路的缺点（2-10）2.3.1

4、TTL与非门的基本原理与非门的基本原理与分立元件电路相比，集成电路具与分立元件电路相比，集成电路具有体积小、可靠性高、速度快的特点，有体积小、可靠性高、速度快的特点，而且输入、输出电平匹配，所以早已广而且输入、输出电平匹配，所以早已广泛采用。根据电路内部的结构，可分为泛采用。根据电路内部的结构，可分为DTL、TTL、HTL、MOS管管集成门电集成门电路等。路等。 2.3 TTL集成门电路集成门电路（2-11）TTL与非门的内部结构与非门的内部结构+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCCBAF （2-12）1. 任一输入为低电平（任一输入为低电平（0.3V）时）时“0

5、”1V不足以让不足以让T2、T5导通导通三个三个PN结结导通需导通需2.1V+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC （2-13）+5VFR4R2R13kR5T3T4T1b1c1ABC1. 任一输入为低电平（任一输入为低电平（0.3V）时）时“0”1Vuouo=5-uR2-ube3-ube4 3.4V高电平！高电平！ （2-14）2. 输入全为高电平（输入全为高电平（3.4V）时）时“1”全导通全导通电位被嵌电位被嵌在在2.1V全反偏全反偏 1V截止截止+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC （2-15）2. 输入全为高电平（输入全为高电平

6、（3.4V）时）时+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC全反偏全反偏“1”饱和饱和uF=0.3VABCF （2-16）一、电压传输特性一、电压传输特性2.3.2 TTL与非门的特性和技术参数与非门的特性和技术参数测试电路测试电路&+5Vuiu0（2-17）u0(V)ui(V)123UOH(3.4V)UOL(0.3V)传输特性曲线传输特性曲线u0(V)ui(V)123UOH“1”UOL(0.3V)阈值阈值UT=1.4V理想的传输特性理想的传输特性输出高电平输出高电平输出低电平输出低电平（2-18）1. 输出高电平输出高电平UOH、输出低电平、输出低电平UOL UOH 2.4V

7、 UOL 0.4V 便认为合格。便认为合格。 典型值典型值UOH=3.4V UOL 0.3V 。 2. 阈值电压阈值电压UTuiUT时，认为时，认为ui是高电平。是高电平。UT=1.4V（2-19）二、输入、输出负载特性二、输入、输出负载特性&？1. 前后级之间电流的联系前后级之间电流的联系（2-20）R1T1+5V前级输出为前级输出为 高电平时高电平时前级前级后级后级反偏反偏前级流出前级流出电流电流IOH（拉（拉电流）电流）+5VR4R2R5T3T4 （2-21）前级输出为前级输出为 低电平时低电平时R1T1+5V前级前级后级后级流入前级的电流入前级的电流流IOL 约约 1.4mA

8、(灌电流灌电流)+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1 （2-22）1155RbeTTIOL结压降的压降mA4 . 137 . 03 . 05 灌电流的计算灌电流的计算饱和饱和（2-23）名称及符号名称及符号 含义含义 输入低电平电流输入低电平电流 IiL 输入为低电平时流入输输入为低电平时流入输入端的电流入端的电流-1 .4mA。 输入高电平电流输入高电平电流 IiH 输入为高电平时流入输输入为高电平时流入输入端的电流入端的电流几十几十A。 IOL及其极限及其极限 IOL（max） 当当 IOL IOL(max)时时，输出输出不再是低电平。不再是低电平。 IOH及其极限及其极限 IOH

9、(max) 当当 IOH IOH(max)时时， 输出输出不再是高电平。不再是高电平。 关于电流的技术参数关于电流的技术参数（2-24）2. 扇出系数：扇出系数： 与门电路输出驱动同类门的个数与门电路输出驱动同类门的个数+5VR4R2R5T3T4T1前级前级T1T1IiH1IiH3IiH2IOH前级输出为前级输出为 高电平时高电平时例如：例如： （2-25）+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级前级IOLIiL1IiL2IiL3前级输出为前级输出为 低电平时低电平时 （2-26）输出低电平时，流入前级的电流（灌电流）：输出低电平时，流入前级的电流（灌电流）：21iLiLOLIII输出高

10、电平时，前级流出的电流（拉电流）：输出高电平时，前级流出的电流（拉电流）：21iHiHOHIII一般与非门的扇出系数为一般与非门的扇出系数为10. 由于由于IOL、IOH的限制，每个门电路输出端所的限制，每个门电路输出端所带门电路的个数，称为扇出系数。带门电路的个数，称为扇出系数。（2-27）3. 输入端通过电阻输入端通过电阻R接地的情况接地的情况Rui输入端输入端“1”,“0”？+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC （2-28）R较小时较小时R较小时，较小时，uiUT 相当输入低电平相当输入低电平，所以，所以输出为高电平。输出为高电平。Rui+5VFR4R2R1

11、3kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC )5(11beiURRRuRR33 . 4（2-29）R增大增大Ruiui UT时，输入变高，输出变时，输入变高，输出变低电平。低电平。RR33 . 4)V(4 . 1R临界临界=1.45K Rui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC （2-30）1. 悬空的输入端相当于接高电平。悬空的输入端相当于接高电平。2. 为了防止干扰，可将悬空的输入为了防止干扰，可将悬空的输入端接高电平。端接高电平。（2-31）4. 平均传输时间平均传输时间tuiotuoo50%50%tpd1tpd2平均传输时间平均传输时间)(2121pd

12、pdpdttt（2-32）2.4.1 集电极开路的与非门（集电极开路的与非门（OC门）门）集电极悬空集电极悬空无无T3,T4+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC T3T4 2.4 其它类型的其它类型的TTL门电路门电路（2-33）&符号符号！（2-34）应用时输出端要接一上拉负载电阻应用时输出端要接一上拉负载电阻RLRLUCC+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC （2-35）1. OC门可以实现门可以实现“线与线与”功能功能&UCCF1F2F3FF=F1F2F3RL输出级输出级 UCCRLT5T5T5 F（2-36）F=F1F2F3?任一导通任一导通

13、F=0UCCRLF1F2F3F （2-37）全部截止全部截止F=1F=F1F2F3?所以：所以：F=F1F2F3UCCRLF1F2F3F （2-38）2. 负载电阻负载电阻RL和电源和电源 UCC可以根据情况选择可以根据情况选择&J+30V 220VJ如如RL用继电器线圈（用继电器线圈（J）替代，可以）替代，可以实现对其它电路的控制。实现对其它电路的控制。（2-39）1. 如何确定上拉电阻如何确定上拉电阻RL?（RL(max) RL(min)）参考：阎石参考：阎石数字电子技术基础数字电子技术基础P802. 一般的一般的TTL与非门与非门能否能否线与？线与？参考：杨福生参考：杨福生电子技

14、术电子技术P320（2-40）2.4.2 三态门三态门E-控制端控制端+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5AB DEE （2-41）01截止截止ABF +5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5AB DEE （2-42）10导通导通截止截止截止截止高阻态高阻态+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5AB DEE （2-43）&ABFE符号符号输出高阻输出高阻0E1EABF 功能表功能表低电平起作用低电平起作用（2-44）&ABFE符号符号输出高阻输出高阻1E0EABF 功能表功能表高电平起作用高电平起作用（2-45）三态门主要作为三态门主要作为TTL电路与电路与总线总线间间的的接口电路接口电路用途：用途：E1、E2、E3轮流轮流接入高电平，将接入高电平，将不同数据（不同数据（A、B、C）分时送）分时送至总线。至总线。E1E2E3公用总线公用总线 ABC（2-46）2.5.1 MOS反相器反相器0UDSID负载线负载线ui=“1”ui=“0”uo=“0”uo=“1”uiuoUCCRDS 2.5 MOS门电路门电路（2-47）uiuoUCCuiuoUCC实际结构实际结构等效结构等效结构（2-48）2.5.2 CMOS反相