我的数电05讲述课件

1、第二章 逻辑门电路返回结束放映8/20/20221复习什么是高电平？什么是低电平？什么是状态赋值？什么是正逻辑？什么是负逻辑？二极管与门、或门有何优点和缺点？8/20/20222门电路：实现基本和常用逻辑运算的电子电路，叫逻辑门电路，与基本逻辑关系相对应。门电路的主要类型：与门、或门、与非门、或非门、异或门等。门电路的输出状态与赋值对应关系：正逻辑：高电位对应“1”；低电位对应“0”。混合逻辑：输入用正逻辑、输出用负逻辑；或者输入用负逻辑、输出用正逻辑。一般采用正逻辑负逻辑：高电位对应“0”；低电位对应“1”。8/20/20223获得高、低电平的基本原理S开-VO输出高电平，对应“1” 。S合

2、-VO输出低电平，对应“0” 。在数字电路中，对电压值为多少并不重要，只要能判断高低电平即可。高/低电平都允许有一定的变化范围8/20/20224开关作用二极管反向截止：开关接通开关断开三极管（C,E)饱和区： 截止区：开关接通CEB开关断开 正向导通： CEB8/20/202252.1.2 三极管的开关特性 管芯 + 三个引出电极 + 外壳返回双极型三极管的结构8/20/20226三极管的结构及类型 三极管的结构示意图和符号 8/20/202271. 静态特性及开关等效电路在数字电路中，三极管作为开关元件，主要工作在饱和和截止两种开关状态，放大区只是极短暂的过渡状态。三极管的三种工作状态（a

3、）电路 （b）输出特性曲线返回8/20/20228三极管是电流控制的电流源，在模拟电路中，工作在放大区。在数字电路中工作在饱和区或截止区开关状态。下面以NPN硅管为例进行分析ICSIBSIB=0UCCiCuCEuOuiiBTRcRBUCC饱和区放大区截止区uCEiC0负载线三极管CE之间相当于一个开关：在饱和区“闭合”，截止区“断开”8/20/20229iCuCEuOui=0.3ViBTRcRBUCC饱和区截止区ICSIBSIB=0UCCuCEiC01.三极管的截止条件和等效电路当输入信号uI=UIL=0.3V时（UBE=0.3V0.5V）三极管截止，可靠截止条件为:UBE ton 。开关时间

4、一般在纳秒数量级。高频应用时需考虑。8/20/202217门电路的概念： 实现基本和常用逻辑运算的电子电路，叫逻辑门电路。实现与运算的叫与门，实现或运算的叫或门，实现非运算的叫非门，也叫做反相器，等等。分立元件门电路和集成门电路: 分立元件门电路：用分立的元件和导线连接起来构成的门电路。简单、经济、功耗低，负载差。 集成门电路：把构成门电路的元器件和连线都制作在一块半导体芯片上，再封装起来，便构成了集成门电路。现在使用最多的是CMOS和TTL集成门电路。2.2 分立元件门电路182.2.1 二极管与门电路 1. 电路2. 工作原理A、B为输入信号 （+3V或0V）F 为输出信号 VCC+5V表

5、2-1电路输入与输出电压的关系ABF0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V返回8/20/202219用逻辑1表示高电平（此例为+3V）用逻辑0表示低电平（此例为0.7V）ABF0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V3. 逻辑赋值并规定高低电平4. 真值表ABF000010100111表2-2 二极管与门的真值表A、B全1，F才为1。可见实现了与逻辑8/20/2022205. 逻辑符号6. 工作波形(又一种表示逻辑功能的方法）7. 逻辑表达式FA B二极管与门（a）电路 （b）逻辑符号 （c）工作波形8/20/202221 2.2.2 二极管或

6、门电路 1. 电路2. 工作原理电路输入与输出电压的关系ABF0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3VA、B为输入信号（+3V或0V）F为输出信号 返回8/20/2022224. 真值表ABF0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3V可见实现了或逻辑3. 逻辑赋值并规定高低电平用逻辑1表示高电平（此例为+2.3V）用逻辑0表示低电平（此例为0V）ABF000011101111A、B有1，F就1。表2-4 二极管或门的真值表8/20/202223二极管或门（a）电路 （b）逻辑符号 （c）工作波形5. 逻辑符号6. 工作波形7. 逻辑表达式FA+ B8/20

7、/202224关于高低电平的概念及状态赋值 电位指绝对电压的大小；电平指一定的电压范围。 高电平和低电平：在数字电路中分别表示两段电压范围。 例：上面二极管与门电路中规定高电平为3V，低电平0.7V。 又如，TTL电路中，通常规定高电平的额定值为3V，但从2V到5V都算高电平；低电平的额定值为0.3V，但从0V到0.8V都算作低电平。1. 关于高低电平的概念 返回8/20/2022252. 逻辑状态赋值 在数字电路中，用逻辑0和逻辑1分别表示输入、输出高电平和低电平的过程称为逻辑赋值。 经过逻辑赋值之后可以得到逻辑电路的真值表，便于进行逻辑分析。8/20/202226 2.2.3 非门（反相器

8、） 图2-15 非门(a) 电路 （b）逻辑符号1. 电路2. 工作原理A为输入信号 （+3.6V或0.3V）F为输出信号 AF0.3V+VCC3.6V0.3V返回8/20/2022273. 逻辑赋值并规定高低电平用逻辑1表示高电平（此例为+3.6V）用逻辑0表示低电平（此例为0.3V）4. 真值表AF0.3V+VCC3.6V0.3VAF0110表2-4 三极管非门的真值表A与F相反可见实现了非逻辑Y=A8/20/202228关于正逻辑和负逻辑的概念 正逻辑体系：用1表示高电平，用0表示低电平。负逻辑体系：用1表示低电平，用0表示高电平。 1. 正负逻辑的规定 2. 正负逻辑的转换对于同一个门

9、电路，可以采用正逻辑，也可以采用负逻辑。 本书若无特殊说明，一律采用正逻辑体制。 同一个门电路，对正、负逻辑而言，其逻辑功能是不同的。返回8/20/202229ABF0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V正与门相当于负或门二极管与门电路用正逻辑ABF000010100111正与门用负逻辑负或门ABF111101011000返回8/20/2022302.3 TTL门电路TTL集成逻辑门电路的输入和输出结构均采用半导体三极管，所以称晶体管晶体管逻辑门电路，简称TTL电路。TTL电路的基本环节是反相器。简单了解TTL反相器的电路及工作原理，重点掌握其特性曲线和主要参数（应用

10、所需知识）。8/20/2022312.3.1 TTL反相器的工作原理1. 电路组成返回图2.17 TTL反相器的基本电路 8/20/202232(1) 输入级NPN当输入低电平时， uI=0.V，发射结正向导通， uB1=0.9V当输入高电平时， uI=3.4V，发射结受后级电路的影响将反向截止。 uB1由后级电路决定。NNP8/20/202233(2) 中间级反相器VT2实现非逻辑反相输出同相输出向后级提供反相与同相输出。输入高电 压时饱和输入低电压时截止8/20/202234(3) 输出级（推拉式输出）VT3为射极跟随器低输入高输入饱和截止低输入高输入截止导通8/20/202235（1）

11、当输入低电平时， uI=0.2V，VT1发射结导通，uB1=0.2V+0.7V=0.9V，VT2和VT4均截止，VT3和VD导通。输出高电平uO =VCC -UBE3-UD-UR25V-0.7V-0.7V=3.4V0.9V3.6V0.2V2. 工作原理36（2）当输入高电平时， uI=3.4V，VT1处于倒置工作状态，集电结正偏，发射结反偏，uB1=0.7V3=2.1V，VT2和VT4饱和，输出为低电平uO=0.3V。4.1V0.3V3.4V2.1V8/20/202237结论:输出与输入反相,实现了非的逻辑功能8/20/202238 (3) 采用推拉式输出级利于提高开关速度和负载能力 VT3组

12、成射极输出器，优点是既能提高开关速度，又能提高负载能力。 当输入高电平时，VT4饱和，uB3=uC2=0.3V+0.7V=1V，VT3和VD截止，VT4的集电极电流可以全部用来驱动负载。8/20/202239 当输入低电平时，VT4截止，VT3导通(为射极输出器)，其输出电阻很小，带负载能力很强。 可见，无论输入如何，VT3和VT4总是一管导通而另一管截止。 这种推拉式工作方式，带负载能力很强。 8/20/2022402.3.2、 TTL反相器外部特性 电压传输特性：输出电压uO与输入电压uI的关系曲线。返回1. 电压传输特性8/20/202241截止区线性区转折区饱和区8/20/202242

13、转折区饱和区8/20/202243图2.19 TTL反相器的电压传输特性截止区线性区转折区饱和区曲线分析返回VT5饱和，称开门VT5截止，称关门8/20/2022442. 输入特性输入电压和输入电流之间的关系曲线。图20 TTL反相器的输入伏安特性（a）测试电路 （b）输入伏安特性曲线返回（1）输入伏安特性8/20/202245 两个重要参数： (1)输入低电平电流IIL是指当门电路的输入端接低电平(0.2v)时，从门电路输入端流出的电流。 iIL =(VCC UBE1 -UiL) /R1 =(50.7-0.2)/4 1mA 输入短路电流IIS当uI = 0V时，iI从输入端流出。 IIL 8/20/