SCH2-逻辑门电路

1、2022-5-41 第二章 逻辑门电路2.2基本逻辑门电路2.3. 几种常用复合门电路2.1二极管和三极管的开关特性2.4. TTL集成逻辑 门电路2.5其他类型的TTL门电路2022-5-422.4. TTL集成逻辑 门电路 分立元件构成的门电路，元件多体积大，连线和焊点多，电路的可靠性较差。目前分立元件门电路已经被集成门电路所替代。 集成门电路与分立元件的门电路相比，不但体积小、重量轻、功耗小、速度快、可靠性高、而且成本较低、价格便宜，十分方便于安装和调试。 按导电类型和开关元件的不同，集成门电路可分为双极型集成逻辑门和单极型集成逻辑门两大类。2022-5-432.4.1 TTL与非门集成

2、电路结构 逻辑电路的输入端和输出端都采用了半导体晶体管，称之为 ransistor- ransistor- ogic(晶体管-晶体管-逻辑电路)，简称为，TTL集成逻辑门是目前应用最广泛的集成电路。R4R3R5R2R13KUCC7501003003K5V(U0)(Ui)2.4.1TTL与非门电路结构2022-5-44TTL与非门集成电路R4R3R5R2R13KUCC7501003003K5V(U0)(Ui)输入端至少有一个为低电平时的工作情况：0.3V3.6V3.6V3.6V0.3V深度饱和深度饱和 VFUCCIB3R2UBE3UBE4500.70.73.6V实现了有0出1的与非功能2022-

3、5-45输入端全部为高电平时的工作情况：R4R3R5R2R13KUCC7501003003K5V(U0)(Ui)3.6V3.6V3.6V3.6V0.3V深度饱和深度饱和实现了全1出0的与非功能深度饱和深度饱和2022-5-462.4.3TTL与非门的电压传输特性和主要参数1. 电压传输特性电压传输特性 近似分析时认为：近似分析时认为：uI UTH，则与非门开通，则与非门开通， 输出低电平输出低电平UOL；uI UTH，则与非门关闭，则与非门关闭， 输出高电平输出高电平UOH。2022-5-47噪声容限越大，抗干扰能力越强。噪声容限越大，抗干扰能力越强。 指输入低电平时，允许的最大正向噪声电压。

4、指输入低电平时，允许的最大正向噪声电压。UNL = UOFF UIL 指输入高电平时，允许的最大负向噪声电压。指输入高电平时，允许的最大负向噪声电压。UNH = UIH UON 2.输入信号上叠加的噪声电压只要不超过允许值，输入信号上叠加的噪声电压只要不超过允许值，就不会影响电路的正常逻辑功能，这个允许值称为就不会影响电路的正常逻辑功能，这个允许值称为噪声容限噪声容限。 输入高电平噪声容限输入高电平噪声容限 UNH输入低电平噪声容限输入低电平噪声容限 UNL2022-5-48下面介绍与下面介绍与电压传输特电压传输特性有关的主要参数：性有关的主要参数：有关参数有关参数 标准高电平标准高电平 US

5、H 当当 uO USH 时，则认为输出高电平，通常取时，则认为输出高电平，通常取 USH = 3 .6V。 标准低电平标准低电平 USL当当 uO USL 时，则认为输出低电平，通常取时，则认为输出低电平，通常取 USL = 0.3 V。 关门电平关门电平 UOFF保证输出保证输出不小于不小于标准高电平标准高电平USH 时时,允许的输入低电平的最大值。允许的输入低电平的最大值。开门电平开门电平 UON保证输出保证输出不高于不高于标准低电平标准低电平USL 时时,允许的输入高电平的最小值。允许的输入高电平的最小值。阈值电压阈值电压 UTH转折区中点对应的输入电压，又称门槛电平。转折区中点对应的输

6、入电压，又称门槛电平。 UTH =1.4v2022-5-49输入负载特性测试电路输入负载特性测试电路 输入负载特性输入负载特性曲线曲线0uI /VR1/k UOFF1.1FNROFFRON3 TTL TTL与非门输入端负载特性与非门输入端负载特性 ROFF 称关门电阻。称关门电阻。RI RON 时，相应输入端相当时，相应输入端相当于输入高电平。对于输入高电平。对 STTL 系列，系列，RON 2.5 k 。RONROFFUOFF2022-5-410 例例 下图中，已知下图中，已知 ROFF 800 ，RON 3 k ，试对应，试对应 输入波形定性画出输入波形定性画出TTL与非门的输出波形。与非

7、门的输出波形。( (a) )( (b) )tA0.3 V3.6 VO不同不同 TTL 系列，系列， RON、 ROFF 不同。不同。相应输入端相当于输入低电平，相应输入端相当于输入低电平，也即相当于输入逻辑也即相当于输入逻辑 0 。逻辑逻辑0因此因此 Ya 输出恒为高电平输出恒为高电平 UOH 。相应输入端相当于输入高电平，相应输入端相当于输入高电平，也即相当于输入逻辑也即相当于输入逻辑 1 。逻辑逻辑1AAYb 1因此，可画出波形如图所示。因此，可画出波形如图所示。YbtOYatUOHO解：图解：图( (a) )中，中，RI = 300 RON 2.5 k 2022-5-4112.4.5.

8、TTL与非门输出特性及主要参数与非门输出特性及主要参数负载电流流入与负载电流流入与非门的输出端。非门的输出端。 负载电流从与非门负载电流从与非门的输出端流向外负载。的输出端流向外负载。负载电流流入驱动门负载电流流入驱动门IOL负载电流流出驱动门负载电流流出驱动门IOH输入均为输入均为高电平高电平 输入有输入有低电平低电平 输出为低电平输出为低电平 输出为高电平输出为高电平 灌电流负载灌电流负载拉电流负载拉电流负载 不管是灌电流负载还是拉电流负载，负载不管是灌电流负载还是拉电流负载，负载电流都不能超过其最大允许电流，否则将导致电流都不能超过其最大允许电流，否则将导致电路不能正常工作，甚至烧坏门电

9、路。电路不能正常工作，甚至烧坏门电路。实用中常用实用中常用扇出系数扇出系数 NOL 表示电路负载能力。表示电路负载能力。门电路输出低电平时允许带同类门电路的个数。门电路输出低电平时允许带同类门电路的个数。 通常按照负通常按照负载电流的流向将载电流的流向将与非门负载分为与非门负载分为 灌电流负载灌电流负载 拉电流负载拉电流负载 2022-5-412 由于三极管存在开关时间，元、器件由于三极管存在开关时间，元、器件及连线存在一定的寄生电容，因此输入矩及连线存在一定的寄生电容，因此输入矩形脉冲时，输出脉冲将延迟一定时间。形脉冲时，输出脉冲将延迟一定时间。 输入信号输入信号UOm0.5 UOm0.5

10、UImUIm输出信号输出信号4. 平均传输延迟时间平均传输延迟时间 输入电压波形下降沿输入电压波形下降沿 0.5 UIm 处到输出电压上升沿处到输出电压上升沿 0.5 Uom处间隔的时间称处间隔的时间称截止延迟时间截止延迟时间 tPLH。 输入电压波形上升沿输入电压波形上升沿 0.5 UIm 处到输出电压下降沿处到输出电压下降沿 0.5 Uom处间隔的时间称处间隔的时间称导通延迟时间导通延迟时间 tPHL L。平平均传输延迟时间均传输延迟时间 tpd 2PLHPHLpdttt tPHLtPLHtpd 越小，则门电越小，则门电路开关速度越高，工路开关速度越高，工作频率越高。作频率越高。 0.5

11、UIm0.5 UOm2022-5-4135. 功耗功耗- -延迟积延迟积 常用功耗常用功耗 P 和平均传输延迟时间和平均传输延迟时间 tpd 的乘积的乘积( (简称简称功耗功耗 延迟积延迟积) )来来综合评价门电路的性能，即综合评价门电路的性能，即M = P tpd 性能优越的门电路应具有功耗低、工作速度高的性能优越的门电路应具有功耗低、工作速度高的特点，然而这两者矛盾。特点，然而这两者矛盾。 M 又称品质因素，值越小，说明综合性能越好。又称品质因素，值越小，说明综合性能越好。 2022-5-4142.5.1集电极开路的TTL与非门() 去掉普通TTL与非门中的T3、T4管，让T5管的集电极开

12、路，即构成集电极开路的“与非”门。R5R4R1R25VR3(U0)(Ui)RCUC OC门在使用时要外接一个电源UC和一个电阻RCOC门的特点是输出门门的特点是输出门T5的的。2022-5-415R1R25VR3RCUC当OC门输入全为高时，T2和T5导通饱和，输出F为低电平0.3VOC门输入有一个为低时，T2、T5截止，输出F为高电平UCOC门同样可实现门同样可实现功能功能OC门的逻辑电路图符号门的逻辑电路图符号OC门可实现门可实现逻辑逻辑“线与线与”逻辑功能逻辑功能CDABCDABFFF21可实现可实现“与或非与或非”逻辑运算逻辑运算2022-5-416左图所示即利用OC门使的电路 上述分

13、析可知，OC门具有“”功能，并且在线与的过程中实现了输出对输入的与或非逻辑运算。OC门还可用于数字系统接口部分的电平转换。ABRC12VOC门还可以用来等，如左图所示电路。ABUC2022-5-4172.5.2三态门(TSL门) 三态门与普通TTL与非门相比，只是多出了一个电阻和两个二极管。 控制端EN=1时，二极管D2截止，三态门相当于一个普通与非门，输出由输入端A、B决定。 控制端EN=0(有效态)时，控制端行使控制权，路呈现高阻态 由于电路在EN=1时输出有高、低电平两种状态； 在EN=0时输出为高阻态，共呈三种状态，因此 称为三态门。D2R5R4R1R2UCCR3RD1。2022-5-

14、418三态门真值表三态门逻辑图符号AB用一根总线轮流传送几个不同的数据或控制信号时，让连接在总线上的所有三态门控制端轮流处于高电平，任何时间只能有一个三态门处工作状态，其余三态门均为高阻状态。这样，总线将轮流接受来自各个三态门的输出信号。这种利用总线来传送数据或信号的方法广泛应用于计算机技术中。D1&EN&EN&END2DnE/DnE/D1E/D2L1L2Ln图示为三态门总线结构图2022-5-419两种常用的TTL与非门集成电路芯片管脚排列图(a) 74LS00与非门芯片管脚排列图与非门芯片管脚排列图 1 2 3 4 5 6 7 & & & &

15、amp; 14 13 12 11 10 9 8 & & 1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8 (b) 74LS20与非门芯片管脚排列图与非门芯片管脚排列图 型号中74是指标准型系列TTL芯片；L指低功耗；S表示肖特基。其中74LS00中包含四个2输入的与非门；74LS20包括两个4输入的与非门。芯片中的线和“”线均为公用。2022-5-420 4、具有图腾结构的几个TTL与非门输出端不能并联； 输出高电平(3.6V)、输出低电平 (0.3V)，关门电平(1V)，开门电 电平(1.4V)，输入高电平噪声容限，输入低电平电流(1.4mA)，扇出系数(NO

16、越大带负载能力越强)等。 1、不用的管脚 可以悬空，不可以接地； 2、不用的管脚可以接高电平，不可以接低电平； 5、输出端接容性负载时，应接大电阻(2.7K)限流； 3、几个输入端引脚可以并联连接； 6、TTL集成电路的电源电压应满足5V要求，输入信号电平应在05V之间。TTL与非门的与非门的主要参数？主要参数？ 7、用45W以下电铬铁焊接，最好用中性焊剂，设备应良好接地。2.7.1集成逻辑门使用2022-5-4212.7.3集成逻辑门电路多余输入端的处理多余输入端的处理 与门和与非门的多余输入端接逻辑与门和与非门的多余输入端接逻辑 1 或者与有用输入端并接。或者与有用输入端并接。接接 VCC

17、通过通过 1 10 k 电阻接电阻接 VCC与有用输入端并接与有用输入端并接TTL 电路输入端悬空时相当于输入高电平，电路输入端悬空时相当于输入高电平，做实验时与门和与非门等的做实验时与门和与非门等的多余输入端可悬空，多余输入端可悬空，但使用中多余输入端一般不悬空，以防止干扰。但使用中多余输入端一般不悬空，以防止干扰。2022-5-422或门和或非门的多余输入端接逻辑或门和或非门的多余输入端接逻辑 0或者与有用输入端并接或者与有用输入端并接2022-5-423 例例 欲用下列电路实现非运算，试改错。欲用下列电路实现非运算，试改错。( (ROFF 700 ，RON 2.1 k )2022-5-424解：解：O