第二章逻辑运算与集成逻辑门

第二章基本逻辑运算与集成逻辑门1§2.1基本逻辑关系§2.2门电路概述§2.3TTL与非门§2.4其它类型的TTL门电路§2.5MOS门电路2逻辑变量、逻辑函数、真值表一、逻辑函数与逻辑变量一个结论成立与否，取决于与其相关的前提条件是否成立。结论与前提条件之间的因果关系叫逻辑函数。通常记作：F=f(A,B,C,…)逻辑函数F也是一个逻辑变量，叫做因变量或输出变量。A，B，C，…叫做自变量或输入变量。3逻辑变量只有“真”、“假”两种可能，在逻辑数学中，把“真”、“假”称为逻辑变量的取值，简称逻辑值。通常用“1”表示“真”，用“0”表示“假”，称之为正逻辑。二、真值表描述逻辑函数F与逻辑变量A之间真假关系的表格，称之为真值表。(a)(b)AFAF假真真假01104基本逻辑关系：与(and)、或(or)非(not)。§2.1基本逻辑关系一、“与”逻辑与逻辑：决定事件发生的各条件中，所有条件都具备，事件才会发生（成立）。规定:

开关合为逻辑“1”开关断为逻辑“0”灯亮为逻辑“1”灯灭为逻辑“0”EFABC5&ABCF逻辑符号：AFBC00001000010011000010101001101111逻辑式：F=A•B•C逻辑乘法逻辑与真值表EFABC真值表特点:任0则0,全1则1与逻辑运算规则：0•0=00•1=01•0=01•1=16二、“或”逻辑AEFBC或逻辑：决定事件发生的各条件中，有一个或一个以上的条件具备，事件就会发生（成立）。规定:

开关合为逻辑“1”开关断为逻辑“0”灯亮为逻辑“1”灯灭为逻辑“0”7AFBC00001001010111010011101101111111真值表1ABCF逻辑符号：逻辑式：F=A+B+C逻辑加法逻辑或AEFBC真值表特点：

任1则1,全0则0。或逻辑运算规则:0+0=00+1=11+0=11+1=18三、“非”逻辑“非”逻辑：决定事件发生的条件只有一个，条件不具备时事件发生（成立），条件具备时事件不发生。规定:

开关合为逻辑“1”开关断为逻辑“0”灯亮为逻辑“1”灯灭为逻辑“0”AEFR9逻辑符号：逻辑非逻辑反AF0110真值表AEFR真值表特点:1则0,0则1。逻辑式：运算规则：AF110四、几种常用的逻辑关系逻辑“与”、“或”、“非”是三种基本的逻辑关系，任何其它的逻辑关系都可以以它们为基础表示。与非：条件A、B、C都具备，则F不发生。&ABCF其他几种常用的逻辑关系如下表：11或非：条件A、B、C任一具备，则F不发生。1ABCF异或：条件A、B有一个具备，另一个不具备则F发生。=1ABCF同或：条件A、B相同，则F发生。ABC=F12与或非运算：逻辑表达式为：13基本逻辑关系小结逻辑符号表示式与&ABYABY≥1或非1YAY=ABY=A+B与非&ABY或非ABY≥1异或=1ABYY=AB14门电路的作用：是用以实现逻辑关系的电子电路，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”。§2.2门电路概述15100VVcc在数灯字电厌路中暖，对译电压善值为历多少保并不疗重要及，只夺要能提判断轿高低犯电平孔即可展。K开-恋--搜--禁-VO输出炼高电垦平，饮对应“1”。K合-没--旱--出-VO输出帐低电恒平，腹对应“0”。VOKVccRVV16门(电子喉开关)满足庸一定孤条件夕时，僵电路桶允泽许信图号通捎过开关掠接通啄。开门狗状态蔽：关门楼状态霉：条件浑不满淋足时网，信狠号通森不过开关龄断开僵。17开关作用二极块管反向辱截止汗：开关拥接通开关霸断开三极视管（C,伐E)饱和到区：截止尿区：开关听接通CEB开关胳断开正向款导通泳：CEB18R1R2AF+uccuAtuFt+ucc0.3V三极傻管的歉开关匹特性子：19一、野二极盛管与邻门和啦或门谋电路1．与播门电帅路202．或双门电贫路21二、公三极蹄管非尸门电魂路221.体积岩大、许工作源不可杰靠。2.需要业不同奔电源甚。3.各种仗门的绘输入侍、输奥出电使平不怎匹配础。分立馆元件克门电通路的膊缺点盆：采用创类似傅的方童法还像可以旅构成或非疾门、异总或门瓦等。23§2旁.3示T设TL与非扭门数字争集成感电路卧：在一厌块半昏导体促基片帐上制伞作出欲一个吧完整把的逻广辑电衔路所伯需要蕉的全扔部元鹅件和写连线广。使道用时舱接：命电源枪、输耻入和岛输出评。数傻字集招成电铅路具茂有体监积小棉、可寸靠性喷高、宵速度潜快、垄而且优价格沿便宜阔的特撑点。TT电L型电天路：输入规和输遮出端眉结构叶都采裹用了心半导撑体晶饼体管折，称冻之为:Tr悄an胃si棵st庭or内—矩Tr声an蚕si愁st滚or引L贿og愁ic。242.副3.摊1蒜TT宫L与非周门的供基本额原理一、杠结构TTL与非门的内部结构+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC3603k75010025输入旱级输出竹级中间韵级+5VABCR1T1R2T2R3FR4R5T3T4T5T1—多发荷射极罩晶体描管：实现“与”运算殃。26+5VABCR1T1R2T2R3FR4R5T3T4T5“非”复合管形式与非鲁门输出蓝级“与”271.任一哀输入野为低袖电平坐（0.催3V）时“0”0.止7V不足淋以让T2、T5导通+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC3603k750100二、夫工作砍原理三个PN结导通需2.1V28+5VFR4R2R13kR5R3T3T4T1T5b1c1ABC0.策7V“0”uouo=5碗-uR2-ube3-ube43稠.4确V高电披平！逻辑沟关系财：任0则1。29+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC“1”全导通电位啦被嵌在2.段1V全反骨偏1朱V截止2.输入租全为逢高电怒平（3.谱4V）时30+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC全反等偏“1”饱和uF=0跳.3姥V输入、输出的逻辑关系式：逻辑梁关系订：全1则0。31一、电压当传输杂特性2.州3.抓2凭T塌TL与非抽门的可特性雀和技塔术参政数测试电路&+5Vuiuo32uo(V)ui(V)123UOH(3.4V)UOL(0闭.3扭V)传输飞特性尝曲线uo(V)ui(V)123UOH“1”UOL(0呼.3监V)阈值UT=1塑.4丛V理想告的传战输特灯性输出壶高电洋平输出齐低点于平331.输出馒高电抽平UOH、输出添低电被平UOLUOH2梁.4荡VUOL0河.4V便认冶为合凑格。典型戒值UOH=3江.4女VUOL=0.3V。2.阈值示电压UTui<UT时，档认为ui是低叼电平珍。ui>UT时，私认为ui是高削电平裂。UT=1劲.4溉V34二、易输入顿、输原出负衔载特溪性&&？1.前后怜级之促间电即流的咏联系分两甩种情袍况讨伐论：（1）前才级输踏出为提高籍电平睡时（2）前困级输机出为闪低预电平缝时35前级览输出密为属高电登平时前级后级反偏+5VR4R2R5T3T4R1T1+5V级间妻电流游：流出夕前级光，记霉为IOH（拉电妙流）蔑。拉电躁流能治力：维持UOH时，物所允前许的雀最大蓝拉电广流值疯。36前级未输出鸡为备低电搅平时前级后级R1T1+5V级间滥电流猾：流入头前级鄙，记气为IOL，约1.汤4m烧A。称为灌电旧流。+5VR2R13kT2R3T1T5b1c137灌电秃流的虑计算饱和压降R1T1+5V+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1382.扇出弊系数扇出偶系数桃：与非屋门电岗路输听出能剃驱动法同类连门的荷个数制。IiH1IiH3IOH前级狗输出梨为画高电需平时西：+5VR4R2R5T3T4T1前级T1T1IiH239T1T1T1+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级IOLIiL1IiL2IiL3前级虽输出秧为低孟电平彻时：与非门的扇出系数一般是10。403.输入许端通翻过电羊阻R接地Rui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC问题炸：这时途，输饰入是薄“1”还是“0”？41R较小略时：ui<UT，T2不导光通，己输出沿高电例平。R增大时：Ruiui=UT时，练输出振低电苗平。+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCRui42+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCRui计算暴临界登电阻屋值：即：当R1难.4谊5k极时，蜡可以牲认为宋输入粪为“1”；当R<1.现45岗k时，唱可以绕认为逮输入欺为“0”。43以上递分析剪说明丛：悬空版的输封入端倘相当券于接降高电但平。枕为了截防止摸干扰彻，一渡般将附悬空虹的输狂入端粮接高运电平雹。TT蛋L与非蛮门在络使用斯时多掠余输农入端枝处理巩：1.接+5闸V。2.若悬义空，UI=“1”。3.输入摊端并物联使剧用。444.平均饺传输泄时间tui0tuo050%50%tpd1tpd2典型湖值：310善n阔s45如：TT哲L门电携路芯册片（四2输入何与非拒门，型号74聪LS煤00)地G简NDTT竞L门电劝路芯项片简砌介外形&&&1413121110981234567&管脚电源VCC（+5世V）46§葵2.咱4其它惧类型泪的TT流L门电渔路2.贫4.墙1集电炼极开沟路的选与非求门（OC门）一、问题纯的提圣出标准TT技L与非妹门进挡行与那运算:&ABEF&CD&G1&ABEF&CDG能否询“线与”？（Ope学nCol楚le柿ct巡寿or穷)47+5VR4R2T3T4T5R3TT翼L与非倾门的亏输出厌电阻差很低进。这危时，口直接忘线与途会使例电流i剧烈洞增加蛙。i功耗T4热击做穿UOL与非则门2：不允币许直围接“线与竞”与非穴门1截止与非沫门2导通UOHUOL与非奸门1：i+5VR4R2T3T4T5R3问题腔：TT幅L与非缴门能袖否直争接线删与？48RLUCC集电垃极悬销空+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC&符号应用勾时输则出端诉要接第一上装拉负漏载电敌阻RL。二、OC门结旱构特点祸：RL和UCC可以浊外接毁。F=ABC491.绸O施C门可孤以实顽现“线与”功能冷。&&&UCCF1F2F3F分析票：F1、F2、F3任一晓导通执，则F=厕0。F1、F2、F3全截瓶止，则F=开1。输出级RLUCCRLT5T5T5F=揪F1F2F3OC门的融应用50②痒实现饼电平痰转换——抬高数输出玻高电冤平。OC门输通出的顺低电己平UOL=UCE秘S5≈0嚼.3超V，高电严平UOH=UCC-ICE蚂O5RC≈UCC。所以姥，改坟变电课源电坏压可久以方木便地惑改变拉其输征出高喝电平夹。OC门的沾这一异特性妄，华被广上泛用墓于数养字系娇统的独接口勤电路箱，实冠现前缝级和国后级体的电围平匹爸配。投51③堵驱动借非逻面辑性哥负载喝。图2-膜22楚(a)是用涌来驱通动发时光二裁极管(L去ED秤)的。当OC门输岸出UOL时，LE竭D导通潮发光登；当OC门输劲出UOH时，LE捎D截止晃熄灭梨。蠢522.度4.泻2三态渔门E—控制吓端+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABDE一、轧结构53+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABDE二、臂工作禽原理1.控制舒端E=僚0时的缩慧工作效情况贯：01截止54+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABDE2.控制伍端E=犯1时的腔工作扔情况政：10导通截止截止高阻态55&ABF符号功能表三、贩三态请门的罪符号纠及功子能表&ABF符号功能表使能端高电平起作用使能端低电平起作用56E1E2E3公用总线０１０三态崇门主虎要作套为TT蝇L电路肠与总线间的接口雁电路。四、级三态醉门的潮用途工作奔时，E1、E2、E3分时接入干高电颤平。57§2散.5逝M及OS门电匹路MO绸S电路的特抢点：2.是电痕压控鹅制元枣件，飘静态需功耗亏小。3.允许霸电源识电压糊范围辅宽（31佩8V）。4.扇出滤系数洋大，己抗噪爸声容贺限大把。优点1.工艺删简单壁，集诸成度运高。缺点芒：工作蠢速度妙比TT屯L低肿。582.活5.敲1CM喷OS反相列器1.工作酬原理AL1+VDD+10VD1S1vivOTNTPD2S20V+10VvivGS凉NvGS艺PTNTPvO0脱V0V-1梳0V截止导通10孟V10贞V10愤V0V导通截止0额VVTN=仗2毙VVTP=-2谜V逻辑寺图逻辑表达式vi(A)0vO(L)1逻辑真值表1059A

BTN1TP1

TN2TP2L00011011截止导通截止导通导通导通导通截止截止导通截止截止截止截止导通导通1110与非尺门1.咏CM堂OS与非门vA+VDD+10VTP1TN1TP2TN2ABLvBvLAB&(a郑)电路厨结构(b兵)工作忆原理VTN=反2像VVTP=-2撇V0V10V2.掩5.凑2脸CM采OS逻辑狸门60或非父门2.CM客OS或非门+VDD+10VTP1TN1TN2TP2ABLA

BTN1TP1TN2TP2L00011011截止导通截止导通导通导通导通截止截止导通截止截止截止截止导通导通1000AB≥10V10VVTN=抵2麻VVTP=-2灰VN输入掉的或赞非门被的电暖路的泄结构?输入应端增晒加有别什么漠问题?611.）CM任OS漏极牺开路锁门的款提出输出橡短接赤，在圈一定军情况桨下会岔产生驰低阻韵通路伍，大洗电流身有可闹能导绩致器船件的欠损毁鉴，并扰且无害法确晕定输精出是慎高电善平还旧是低仇电平稳。2.友5.栏3CM验OS漏极镰开路护（OD）门+VDDTN1TN2AB+VDDAB0162（2）漏极未开路抢门的交结构晒与逻无辑符扭号(c肤)可以摆实现摸线与闭功能;+VDDVSSTP1TN1TP2TN2ABL电路逻辑符号(b幸)与非球逻辑辣不变漏极乎开路烂门输位出连险接(a冷)工作洗时必思须外叫接电奸源和贴电阻;63(2残)上拉仁电阻沸对OD门动睬态性鞋能的娃影响Rp的值年愈小讨，负廊载电粒容的足充电棕时间木常数乳亦愈兴小，套因而古开关师速度控愈快。但功它耗大,且可义能使撒输出类电流他超过浆允许情的最彩大值IOL继(m救ax）。电路狡带电待容负粉载10CLRp的值闭大，做可保称证输踩出电英流不敲能超芹过允栗许的掏最大陶值IOL剃(m召ax）、功耗适小。但论负载权电容伍的充乘电时羡间常令数亦曲愈大膛，开始关速搁度因皱而愈絮慢。64只有苗一个OD门导洗通，110为保够证低椅电平子输出OD门的输出冲电流耕不能阵超过聋允许叠的最驼大值IOL今(m韵ax共)且VO=VOL哲(m杜ax），RP不能吓太小。当VO=VOL+VDDIILRP&&&&n…&m&…kIIL紧（t收ot叛al渗)IOL（max)65当VO=VOH+VDDRP&&&&n…&m&…111IIH（total)I0H（total)为使侨得高腔电平纹不低竭于规体定的VIH的最鲜小值圣，则Rp的选咱择不驾能过箭大。662.羞5.搏4碰C膏MO遵S传输监门(双向忆模拟葵开关)1.纪C堵MO丘S传输歌门电慢路逻辑符号υI

/υOυo/υIC等效电路67V1管，贷当UGB蔽N>UTN时，V1产生撞沟道揉；当UGB供N<UTN时，V1的沟吉道消彻失。虏V2管,UGB容P<U