《数字电路的分析与实践》课件-TTL门电路与常用IC的认知

项目2

门电路的认知及应用门电路又称逻辑门，按照内部所使用有源器件的不同，分为TTL型和CMOS型两大类。门电路是入门级

的数字电路，是构成组合逻辑电路的基本单元。

目前

常见的门电路IC都属于SSI,它们通常用于功能较为

简单的电子产品中。任务2.1

TTL门电路及常用IC的认知任务2.2

CMOS门电路及常用IC的认知任务2.3举重裁判电路的设计仿真与装调任务2.1

TTL门电路与常用IC的认知分立元件门电路复合门电路典型TTL集成逻辑门目录

门电路简介

逻辑门电路简介逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。简称门电路。基本和常用门电路有与门、或门、非门(反相器)、与非门、或非门、与或非门和异或门等。逻辑0和1:电子电路中用高、低电平来表示。获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导通、截止(即开、关)两种工作状态。分立元件门电路

逻辑门电路基本概念(1)半导体二极管的开关特性由于半导体二极管具有单向导电性，即外加正向电压大于死区电压时，二极管导通，相当于开关闭合(近似将正向导通电阻视为0);当外加正向

电压小于死区电压或加反向电压时，二极管截止，相当于开关断开(反向内

阻近似看作无穷大)。分立元件门电路VDP

N

PN(a)

二极管

(b)

截止时

(c)

导通时理想二极管的开关等效电路分立元件门电路

逻辑门电路基本概念(2)半导体三极管的开关特性三极管根据所加偏置电压不同，有三种工作状态：即放大、截止、饱和。在放大器中，使用三极管的放大状态；在开关电路中，使用三极管的截

止和饱和两种状态。数字电路中常用开关三极管作控制开关。分立元件门电路(a)

三极管符号(b)饱和导通

(c)

截止b分立元件门电路

逻辑门电路基本概念(3)MOS

管的开关特性MOS管是一种电压控制器件，相当于压控开关，它也有三种工作状态，

即截止、恒流和可变电阻状态。在放大器中，用可变电阻状态；在数字电路

中，用截止和恒流两种状态，而变阻区属过渡状态。分立元件门电路u₀u₀GG由于MOS管具备良好的开关特性，所以可以用来在数字逻辑电路中产生高低电平，用于表示逻辑“0”、“1”。分立元件门电路

基本逻辑门逻辑门电路是实现基本逻辑运算功能的条件开关电路。例如实现与运算的电路叫与门，实现或运算的电路叫或门，实现非运算的电路叫非门(反

相器)。分立门电路是指利用单个、独立的半导体器件和电阻等构成的基本门电路，与集成门电路相对。分立元件门电路

基本逻辑门(1)二极管与门用二极管和电阻可以组成最简单的与门电路。下图是有两个输入端的

与门电路。图中A、B

为两个输入变量，

Y为输出变量。分立元件门电路

基本逻辑门(2)二极管或门由二极管组成的或门电路如下图所示，图中A、B是两个输入变量，Y是输出变量。分立元件门电路

基本逻辑门(3)三极管非门当输入为高电平时，输出为低电平；而输入为低电平时，输出为高电平。因此，输出与输入的电平之间是反相关系，称之为非门(也称反相器)。名称逻辑符号逻辑表达式逻辑功能说明与门ABY=A

·B有0出0,全1出1或门ABY=A+B有1出1,全0出0非门A1Y=A入0出1,入1出0与非门ABY=A

·B有0出1,全1出0或非门ABY=A+B有1出0,全0出1复合门电路名称逻辑符号逻辑表达式逻辑功能说明异或门ABY=AB+AB入同出0,入异出1同或门ABY=AB+AB入异出0,入同出1三态门EN=0,Y=A

·BEN=0,同与非门功

能AB

·ENEN=1,Y=A

·BEN=1,同与非门功能集电极开路与非门ABY=A

·B能实现线与功能和与非门功能相同

复合门电路

1.TTL反相器的电路结构和工作原理典

型TTL

与非门的电路组成由输入级、中间级、输出级三部分组成。(1)输入级。由多发射极管V和电阻R组成，其作用是对输入变量A、B、C实现逻辑与，相

当

一

个与门。(3)输出级。由V3、V4、V5和R4

、R5组成，这种电路

形式称推拉式电路，它不

仅输出阻抗低，带负载能

力强，而且可以提高工作

速度。(2)中间级。由V2、R2

、R₃组成，V2的

集

电

极与发射极分别可以

得到两个相位相反的

电压，以满足输出级

的需要。典型TTL集成逻辑门输

入V₁V₂V₃V₄V₅输出与非门状态全部为高电位倒置工作饱和导通截止饱和低电位U₀开门至少有一个为低电位深饱和截止微饱和导通截止高电位UH关门典型TTL集成逻辑门TTL与非门输入输出关系表典型TTL集成逻辑门

2.集电极开路与非门(OC门

)为解决一般TTL与非门不能线与而设计了集电极开路TTL与非门，简称OC

(集电极开路)

门。OC门的逻辑符号如图1所示，在使用时必须在电源和输出端之间外接一个上拉电阻Rc,作为V5的上拉电阻，如图2所示。图

1图

2任务2.1

TTL门电路与常用IC的认知第二讲

TTL集成电路的命名规则及性能指标TTL集成电路使用注意事项常用TTL集成逻辑门IC功能认知目录TTL集成电路的命名规则及性能指标

一.命名我国生产的TTL集成电路型号与国际54/74TTL电路系列完全一致，并采用了统一型号，即CTO000系列。例：CT74LS20CJ(a)(b)

(c)

(d)

(e)说明：(a)CT表示ChineseTTL,

中国TTL集成电路。(b)此部分表示国际通用系列代号(c)此部分表示逻辑功能，与国际标准一致，通常为用阿拉伯数字。(d)

表示工作温度范围。

C:(0～+70)℃,

即国际74系列电路的工作温度范围。M:(-55～+125)℃,

即

国际54系列电路的工作温度范围。(e)

表示封装形式。B:

塑料扁平；

D:

陶瓷双列直插；

F:

全密封扁平；

J:黑陶瓷双列直插；P:塑料双列直插；

W:

陶瓷扁平。TTL集成电路的命名规则及性能指标 二.性能指标(1)工作电源TTL数字集成电路的工作电源普遍为+5V,正常工作情况下，电源电压波

动不超过±10%。(2)逻辑电平和抗干扰能力根据对电压传输特性的分析，我们可以确定TTL与非门(实际上可以适

用于集成门电路)逻辑电平如下：高电平U₀H:UoH≥2.4V。低电平UoL:Uon≤0.4V。关门电平UoFF:又称最大输入低电平，UL≤0.8V。开门电平UoN:又称为最小输入高电平，

Un

≥1.8V。 二

.性能指标(3)工作速度(开关速度)门输出由低电平上升到高电平的传输时间，用tdH表示；用tpdL表示门输出从高电平上升到低电平的传输时间(a)输入波形高低电平的50%(b)输出波形TTL集成电路的命名规则及性能指标(4)功耗Pcc=Vcc×IccTTL集成电路使用注意事项

注意事项1.TTL

电路的电源均采用+5V,

电源电压波动范围不能超过±10%,使用时切勿将电

源与地颠倒错接，否则会因为过大电流而造成器件损坏。2.

电路的各输入端不能直接与高于+5.5V和低于-0.5V的低内阻电源连接，因为低

内阻电源能提供较大电流，会由于过热而烧坏器件。3.输出不允许与电源或地短路，否则可能造成器件损坏，但可以通过电阻与电源

相连，提高输出高电平。TTL集成电路使用注意事项

注意事项4.在电源接通时，不要移动或插入集成电路，因为电源的冲击可能会造成其永久损

坏

。5.多余的输入端最好不要悬空。虽然悬空相当于高电平，并不影响与门的逻辑功能，但悬空容易接受干扰，有时会造成电路误动作，在时序电路中表现得更明显。因此，多余输入端一般不采用悬空的办法，而要根据需要处理。例如与非门、与门的多余输入端可接到VCC上，也可将不同的输入端共用一个公用电阻连接到VCC上，或将多余输入端

与使用端短接起来。不用的或门和或非门输入端可以直接接地，也可以将多余输入端与

使用端直接短接。常用TTL集成逻辑门IC功能认知

常

用TTL门电路IC功能认知1.四2输入与非门IC74LS00下图是常用集成器件74LSO0的引脚图，从图中可知它内含四个与非门电路单元，每输入输出ABYLLHLHHHLHHHLUcc11

10&&71A1B1Y

2A

2B2YGND个单元有两个输入端A和B,

一个输出端Y,故称之为四2输入与非门。Vec4B

4A

4Y

3B

3A

3Y74LS0074LS00真值表14

13

1214&&8常用TTL集成逻辑门IC功能认知

常

用TTL门电路IC功能认知2.四2输入或非门IC

74LSO2下图是常用集成器件74LSO2的引脚图，它有四个或非门电路单元，每个单元有两个

输入端，一个输出端，称之为四2输入或非门。输入输出ABYLLHLHLHLLHHL74LS02真值表常用TTL集成逻辑门IC功能认知

常

用TTL门电路IC功能认知3.

六非门IC74LSO4下图是