模拟电子技术课件：2集成逻辑门电路

1、2.1 基本逻辑门电路第 2 章集 成 逻 辑 门 电 路FVD1VD2AB+5VA&BF 2.1.1二极管门 1.二极管与门uAuBuF0V0V0.3V0V3V0.3V3V0V0.3V3V3V3.3VABF0000101001111FVD1VD2ABA1BF 2.二极管或门uAuBuF0V0V0.0V0V3V2.7V3V0V2.7V3V3V2.7VABF000011101111+5VAFAF0110AF 1 3. 三极管非门22.2 TTL集成门电路 （Transistor- Transistor Logic. 双极性)国际主流的TTL产品主要有4个系列，既标准74系列(通用系列)、高速74

2、H系列、肖特基74S系列和低功耗肖特基74LS系列。 4个系列的TTL电路的主要差别反映在典型门的平均传输延迟时间和平均功耗这两个参数上，其它参数和外引线排列基本上彼此相容。国标加CT。 对应54军品级，温度-55 125/0 70 ；电压波动范围10/5% 商业级、工业级、军品级、宇航级分立元件门带负载能力差；速度低；开关特性不理想；各种门之间的输入、输出电平不匹配；体积大、工作不可靠。帮助理解门的原理。3多发射极三极管的等效二极管组合 2.2.1 TTL集成门结构和工作原理TTL与非门原理图 4TTL与非门 F=1、F=0 等效原理图52.2 .2 TTL技术参数ABCDE3UiUo3.6

3、&+5Vuiu01. 电压传输特性V1V2V3V4AB: V1饱和， V2 V3截止， V4导通UO=3.6VBC: V1放大， V2导通，V3截止，UO线型CD:V1放大， V2导通， V3导通， V4截止DE:V1截止， V2 V3饱和， V4截止UO=0.3VVB1钳制2.1V6（1）输出标准高电平UOH： 保证电路输出为逻辑“1”的标准电压。UH的典型值为3.6V。（2）输出最低高电平UOHL： 保证电路输出为逻辑“1”的最低电压。UHL2.4V。（3）输出标准低电平UOL： 保证电路输出为逻辑“0”的标准电压。UL的典型值为0.3V。（4）输出最高低电平UOLH： 保证电路输出为逻辑

4、“0”的最高电压。ULH0.8V。（5）输入低电平上限UILH（关门电平UOFF）：关门：门输出为高电平；在额定负载条件下，使输出为输出最低高电平UOHL时的输入最大电平。 典型值为UILH0.4V（6）输入高电平下限UIHL（开门电平UON）：开门：门输出为低电平在额定负载条件下，使输出为输出最高低电平UOLH时的输入最小电平。（7）转折电压（阈值电压）。电路分析和工程实测量中为区分输入高低电平的方便简洁起见，定义一个转折电压。TTL逻辑系统一般近似取UTH1.4V。 2. TTL逻辑系统输入和输出的高、低电压值各种电平区分1/078开门、关门电阻开门电阻：为保证与非门输出为标准低电平所允许

5、的 RI 的最小电阻值。(RI RON RI UF ) RON 2 K关门电阻：为保证与非门输出为标准高电平90%所允许的RI 的最大电阻值。 （ RI ROFF RI UF ） ROFF 0 .91 K 例 P281。 逻辑门的输入端不可以随便加接电阻-电阻上压降影响逻辑电平 电阻越大，压降越大。2. 逻辑门输入端加接电阻不可以改变输入电平。3.电阻大(2 K)，输入为1， 电阻小(0 .9 K)，输入为0。V1V2V3V4R1 RONROFF9 4. 噪 声 容 限例：CT7410UOL=0.4； UOH=2.4； UIL=0.8； UIH=2.0；高电平噪声容限： UNH= UOH UI

6、HL =3.6-2.4=1.2；低电平噪声容限： UNL= UOL UILH =0.3-0.8=0.5；高电平噪声容限： UNH= UOH UIHL低电平噪声容限： UNL= UOL UILH10体现输出负载能力，带同类IC的数目8 5. 扇出系数N ？ULIILIIHUH灌电流 5mA拉电流 1mA负载门 I I L驱动门 IOLOLN = 负载门 I I H驱动门 IOHOHN = IOHIOL11 6.传输延迟时间tuiotuootpd1tpd2tpd1 +tpd2Tpd =2AF 1 AF122.2.3 OC门、三态门OC TTL门U（1）改变输出电平 （接口）（2） 增加带负载能力（

7、灌电流大于拉电流）（3） 线与基本TTL门集电极悬空符号AB&OC门Open Collector13线与TTL门的输出端直接连接 OC门线与输出电路 一般门输出端不可以连接AB&CD 1F1F2ABCD&F1F2F = F 1 F 2F = F 1 F N14线与RL 选择(UOH)&F1FNUCCRLIOHN个门&F1FMIIHM个门.a.一般连接RL 大，压降大 , RL MAX高电平UOH U OH Lb.RL压降问题定性分析 RL UOH = UCC IRL RL U HminIRL = n IOH + m I IHUCC U Hmin n IOH + m I IHc. RL 定量选择

8、15线与RL 选择(UOL)RL 小，电流大 , RL MIN低电平UOL U OL He.RL 电流问题定性分析 &F1FNUCCRLIOLMAXN个门&F1FMIILM个门.d.连接？IOL MAX= IRL + m I I L =f. RL 定量选择UCC U OL maxRL min IO max m II LUCC U OL max RL+ m I I LRL min RL RLMAXg. RL 选择16三态门TSLa.含义 （电子开关）E nable三态： 逻辑：1，0 电气：高阻AB EN&b.符号AB EN&高电平有效 低电平有效（ EN=1逻辑门） （ EN=0 逻辑门） （

9、 EN=0 高阻） （ EN=1 高阻） 总线分时复用（相比专用两两）c. 三态门应用 双向传输、缓冲、热插拔功能其它P36172.4 CMOS 逻辑门 0.场效应管的开启电压2.4.1 CMOS反相器TTL/ CMOS两大类CMOS集成电路具有功耗低、工作电压范围宽、抗干扰能力强、输入阻抗高、扇出系数大、制造工艺简单、成本低、集成度高、便于向大规模集成等一系列优点主要缺点是工作速度低，驱动能力小,耐压耐流能力差（以前）。 PMOSNMOS 1. CMOS反相器原理AF 1 互补高 简单画法，定V方向182. CMOS电压传输特性CMOS门的电压传输特性和主要参数在意义上和TTL门相同。CMO

10、S门的的电源电压为：318V。CMOS门的输出低电平近似等于0V，输出高电平近似等于电源电压UCCCMOS门没有开门电阻和关门电阻的概念，输入端所接电阻可以忽略。驱动能力小，负载输出电流1mA,输入电流A级。CMOS门的阈值电压约等于UCC/2，干扰信号电压必须大于UCC/2才能导致工作状态的改变，所以有很强的抗干扰能力。CMOS门的电压传输特性更陡，CMOS门更接近理想开关特性。扇系数 50。19 3. CMOS功耗静态功耗很小= 10W/IC 0（一管通，一管断）动态功耗（充放电） 4.速度受负载电流充放电时间常数影响。10ns202 .4 .2 CMOS门电路 1. CMOS与非门F =

11、 A B有0出1，全1出0 2. CMOS或非门F = A+ B有1出0，全0出1212 .4 .3 传输门和双向开关c. 原理开启电压：UTP UTNC=0;C=1ui = 0 UDD UTN N管通ui = UPN UDDP管通 1. CMOS传输门a.功能、符号 ui = uo （0 UCC) b.组成 UTN UPNd.双向开关C=0;C=1非门（P43）ui 、 uo互换222 .4 .4 CMOS漏极开路门、三态门 1.漏极开路门OD 2.三态门同TTL，图P43同TTL，图P44232 .6 逻辑门使用注意 1. 正负逻辑定义ABF100101010111ABF011011101

12、001ABFHLLHLHLHLHHH电平表示正逻辑与非门负逻辑或非门正负逻辑和具体电路无关。采用不同逻辑体制的同一电路可以有逻辑功能转换对应。2 .6 .1 正负逻辑体制 2. 正负逻辑关系正负逻辑的等效变换： 与或与非或非非非例：二极管门电路24 2. CMOS多余管脚处理根据逻辑功能，接地，接电源2 .6 .2多余管脚处理 1. TTL多余管脚处理输入端一般不允许悬空（防止干扰）处理原则：不可以改变逻辑功能，注意：不 加重负载，加大功耗a.与、与非门b.或、或非门上拉电阻接电源，接高电平，并接接地，接低电平，并接c.与或非门接地，接高电平上拉电阻252 .6 .3应用举例例2-4P475V

13、 CMOSTTLN ？门接口一般问题：逻辑电平；负载能力；1： CMOS UOHL=9V TTL： UIHL=2.4V P2640: CMOS UOLH=3V TTL： UIHL =0.8V U=2 . 5V ?灌电流: CMOS ：IOLmax =4mA，TTL： IILmax =0.4mA, N灌=10拉电流： CMOS ：IOH max =4mA，TTL： IIH max=0.02mA, N拉=200N=10理解： P264参数例2-5P4726例2-6例C10K EN1F1 “0”Ucc +5V&VC=“1” V=？C=“0” V=？5V ；0.3V例2-7VTG“1”&CC=“1” V=？C=“0” V=？0V ；3.6V管脚悬空等价输入逻辑为127第 2 章