第六章 逻辑门电路

6.1概述1、门电路：实现基本逻辑和常用逻辑运算的电子电路，称为逻辑门电路，简称门电路。2、高、低电平表示两个不同的电压范围，代表两种状态。例如：把2.4V~5V电压范围称为高电平把0~0.8V电压范围称为低电平3、分立元件门电路和集成门电路按集成度分类（1）小规模IC——SSI（含1～

10门）（2）中规模IC——MSI（含10～

100门）（3）大规模IC——LSI（含100～

1000门）（4）超大规模IC——VLSI（含1000门以上）6.2分立元件门电路6.2.1二极管与门1.电路结构和逻辑符号2.工作原理与功能描述（1）功能表ABF000110110001A(V)B(V)F(V)0.30.31.00.33.01.03.00.31.03.03.03.7（3）表达式F=AB（4）工作波形（时序图）ABFRFVCC+5VABD1D20.3V3.0V&ABF6.2.1二极管或门1.电路结构和逻辑符号2.功能（1）功能表ABF000110110111A(V)B(V)F(V)0.30.3-0.40.33.02.33.00.32.33.03.02.3（3）表达式F=A+B（4）工作波形（时序图）ABFRFVBB-5VABD1D20.3V3.0V1ABF6.2.2三极管非门（反相器）1.电路结构和逻辑符号2.功能（1）功能表AF0110（2）真值表A(V)F(V)0.333.00.3（3）表达式F=A（4）工作波形（时序图）AFVIVOR1RCBCETVCC+12VR2-VBB0.3V3.0VAFVCL3VDCL1AFSgdRdYuIVDDA1YAMos场效应管非门：电阻负载，N沟道增强型mosFET管。AY0110A(V)Y(V)010100功能表真值表复合逻辑门——与非门、或非门与非门电路结构如下图：ABF000110111110①真值表：②表达式F=A

B③工作波形（时序图）ABFVOR1RCBCETVCC+12VR2-VBBFVCL3VDCLRAB2.或非门电路结构如下图：ABF000110111000①真值表：②表达式F=A+B③工作波形（时序图）ABF-VBBVOR1RCBCETVCC+12VR2FVCL3VDCLRAB6.3CMOS集成逻辑门电路6.3.1CMOS反相器

互补MOS（ComplementaryMOS），按照互补对称形式连接1.电路结构

驱动管TN——NMOS，UTN=2V负载管TP——PMOS，UTP=-2VTN0V10VVDDD2VOViTPG1G2S1D1S210VVSS+VDDuOuITPD1C2C1RSTND2D3uG2kD1D2D3钳位二极管，RsC1C2相当于低通滤波器，衰减干扰电压，提高可靠性。输入端保护电路GS+-DT1GSD+-T2GSDT2

当vGS2≤VTP

，(即A=0,VA=VIL=0),

当vGS1≥VTN，(即A=1,

VA=VIH=VDD),当：A=1T1导通T2截止F=0当：A=0T2导通T1截止F=1P沟道MOSGSDNPPN沟道MOSGSDPNNvGS1vGS2VDD=+5VFA1FAAF压控开关压控开关2.CMOS反相器的工作原理形成P沟道，T2导通F=1;T1截止。形成N沟道，T1导通F=0;T2截止。GDST1AVDD=+5VFVDD=+5VAF3.电压、电流传输特性(1)电压传输特性：AB段：uI<UTN，uO=VDD、iD

0，功耗极小。TN截止、TP导通，DE、EF段：与

BC、AB段对应，TN、TP的状态与之相反。+VDD+5VG1D1S1uIuOTNTPD2S2G2+-uGSN+-

uGSP0V+5VABCDEFUTNVDDUTHUTPUNLUNH0uO

/VuI

/V转折电压阈值电压BC段：TN开始导通,但导通电阻较大,uO

略下降。uI>VTN，CD段：TN、TP均导通。uI=VDD/2(2)电流传输特性：ABCDEF0iD

/

mAuI

/VUTH电压传输特性AB、EF段:TN、TP总有一个为截止状态，故iD

0。CD段：

TN、Tp

均导通，流过两管的漏极电流达到最大。电流最大值iD=iD（max)iD+VDD+5VG1D1S1uIuOTNTPD2S2G2+-uGSN+-

uGSP0V+5VABCDEFUTNVDDUTHUTPUNLUNH0uO

/VuI

/V转折电压（VDD=3~18V）阈值电压：UTH=0.5VDD电流传输特性即噪声容限是指uO为规定值时，允许uI波动的最大范围。VNL：输入为低电平时的噪声容限。VNH：输入为高电平时的噪声容限。4.输入端噪声容限

实际应用中，由于外界干扰、电源波动等原因，可能使输入电平VI偏离规定值。为了保证电路可靠工作，应对干扰的幅度有一定限制，称为噪声容限。1输出0输出1输入0输入UOH,minUIH,minUNHUIL,maxUOL,maxUNL11uIuO输入低电平噪声容限：UNL=UIL,max－UOL,max输入高电平噪声容限：UNH=UOH,min－UIH,min74LS系列门电路前后级联时的输入噪声容限为：UNL=0.8V－0.5V=0.3VUNH=2.7V－2.0V=0.7V5V2.7V0.5V0V5V2V0.8V0VABCDEFUTNVDDUTHUTPUNLUNH0uO

/VuI

/V转折电压TPTN5.输出伏安特性CMOS反相器的低电平输出特性uO=VOL时CMOS反相器的工作状态低电平输出特性高电平输出特性uO=VOH时CMOS反相器的工作状态CMOS反相器的高电平输出特性uO=VOLuO=VOH灌电流拉电流6.CMOS反相器动态特性1.CMOS反相器传输延迟时间2.VDD

和CL对传输延迟时间的影响

6.3.2CMOS与非门两P沟道增强型MOS管TP2

与TP1并联两N沟道增强型MOS管TN1

与TN2串联当A、B都是高电平时,TN1

与TN2同时导通，TP2与TP1同时截止；输出Y为低电平。当A、B中有一个是低电平时，TN1与TN2中有一个截止，TP2与TP1中有一个导通,输出Y为高电平。

6.3.2CMOS或非门只要A、B中有一个是高电平，TN1

与

TN2中就有一个导通，TP1

与TP2中就有一个截止，输出Y为低电平。当A、B都是低电平时，TN1

与TN2同时截止，TP1与TP2同时导通；输出Y为高电平。两P沟道增强型MOS管TP2

与TP1串联两N沟道增强型MOS管TN1

与TN2并联输入、输出端加缓冲级后，电路的逻辑功能也会发生变化。3.带缓冲级的CMOS与非门电路VDDYAB≥1111ABYVDDAFT1T3T4T2BVDDYAB&111ABY3.带缓冲级的CMOS或非门电路6.3.3CMOS

与或非门

6.3.4CMOS异或门6.3.5、CMOS传输门和双向模拟开关①C＝0、，TN和TP截止，输入和输出之间断开，阻值在109Ω。②C＝1、，TN和TP导通，相当于开关接通，uo＝ui。导通电阻只有几百Ω。由于TP、TN管的结构形式是对称的，即漏极和源极可互易使用，因而CMOS传输门属于双向器件，它的输入端和输出端也可互易使用。6.3.6CMOS三态门电路的输出有高阻态、高电平和低电平3种状态，所以称为三态门。1.CMOS三态门之一①时，TP2、TN2均截止，Y与地和电源都断开了，输出端呈现为高阻态。②时，TP2、TN2均导通，TP1、TN1构成反相器。①时，TG截止，输出端呈现高阻态。②时，TG导通，。2.CMOS三态门之二3.三态门的用途组成双向总线，实现信号的分时双向传送。组成单向总线，实现信号的分时单向传送。三态门在计算机总线结构中有着广泛的应用。三态门的用途①作多路开关：E=0时，门G1使能，G2禁止，Y=A；E=1时，门G2使能，G1禁止，Y=B。②信号双向传输：E=0时信号向右传送，B=A；E=1时信号向左传送，A=B。③构成数据总线：让各门的控制端轮流处于低电平，即任何时刻只让一个三态门处于工作状态，而其余三态门均处于高阻状态，这样总线就会轮流接受各三态门的输出。(OD门)漏极悬空二、漏极开路的门电路OpenDrainYAB&CYDOD门—将与非门输出端TP1、TP2管去掉，令TN1的漏极开路。使用时，必须外接上拉电阻RL

与

+VDD相连。

OD门主要用于实现线与功能。“1”F与非门的输出端不能并联在一起!输出逻辑混乱！拉(灌)电流过大!RL&AFBRC+5VY1Y2线与&AYB漏极开路“与非”门电路结构与功能分析

真值表ABF001011101110openopenopenTP2TP1YuA+5VSSTN1TN2ABuBuYYuA+5VSSTN1TN2ABuBuYTP2TP1“1”“1”“0”漏极悬空

TTL集成电路的输入端和输出端都是由晶体三极管构成的电路，称为晶体管-晶体管逻辑，简称TTL（Transistor-TransistorLogic）

6.4TTL集成逻辑门电路

A

R1

4kW

T1

T2

T4

T5

R4

R3

1KW

130W

+Vcc

R2

1.6KW

Y

D1

D2

输入级中间级输出级TTL非门典型电路6.4.1TTL反相器TTL与非门典型电路区别：T1改为多发射极三极管。6.4.2TTL与非门TTL四与非门集成电路：

74LS00TTL或非门典型电路6.4.3TTL或非门6.4.6TTL集电极开路门（OC门）电路输出级三极管的集电极开路，简称OC门OC门须外接负载电阻RC和电源连接，才能正常工作，主要为了实现“线与”功能。6.4.7三态输出门(TSL门)YABR1T1+5VR4R2T2R3T3T4D1EN1PQ三态输出与非门&ENENABY5．74LS系列——为低功耗肖特基系列。6．74AS系列——为先进肖特基系列，它是74S系列的后继产品。7．74ALS系列——为先进低功耗肖特基系列，是74LS系列的后继产品。

TTL集成逻辑门电路系列简介1．74系列——为TTL集成电路的早期产品，属中速TTL器件。2．74L系列——为低功耗TTL系列，又称LTTL