分立元件逻辑门.ppt

1、（2-1）,第二章 门电路,内容：分立元件逻辑门TTL与非门MOS门电路 目的与要求： 掌握TTL与非门电路结构、工作原理、电压传输特性、输入/输出特性、主要参数及其测量方法；了解CMOS反相器、CMOS门电路、 CMOS传输门的逻辑功能和应用。 重点与难点： 重点： TTL与非门； 难点： TTL与非门的工作原理。,（2-2）,2.1 概述,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

2、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”。,（2-3）,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。,K开-VO输出高电平，对应“1” 。 K合-VO输出低电平，对应“0” 。,2.1 概述,（2-4）,2.2 基本逻辑门电路,一、二极管与门,逻辑变量,逻辑函数,( uD=0.3V ),真值表：,逻辑式：F=A B,逻辑符号：,（2-5）,二、二极管或门,2.2 基本逻辑门电路电路,逻辑式：F=A+B,逻辑符号：,真值表：,（2-6）,三、三极管非门,嵌位二极管,2.2 基本逻辑门电路电路,逻辑式：,逻辑符号：,真值表：,（2-7）,

3、四、与非门,逻辑式：,逻辑符号：,2.2 基本逻辑门电路电路,（2-8）,2.3 TTL与非门,数字集成电路：在一块半导体基片上制作出一个完整的逻辑电路所需要的全部元件和连线。使用时接：电源、输入和输出。数字集成电路具有体积小、可靠性高、速度快、而且价格便宜的特点。,TTL型电路：输入和输出端结构都采用了半导体晶体管，称之为: Transistor Transistor Logic。,（2-9）,2.3.1 TTL与非门的基本原理,一、结构,2.3 TTL与非门,（2-10）,输入级,输出级,中间级,T1 多发射极晶体管：实现“与”运算。,2.3 TTL与非门,（2-11）,“非”,与非门,输

4、出级,“与”,2.3 TTL与非门,（2-12）,1. 任一输入为低电平（0.3V）时,0.7V,不足以让 T2、T5导通,二、工作原理,2.3 TTL与非门,（2-13）,0.7V,uo=5-uR2-ube3-ube43.4V 高电平！,逻辑关系：任0则1。,2.3 TTL与非门,（2-14）,电位被嵌 在2.1V,全反偏,1V,2. 输入全为高电平（3.4V）时,2.3 TTL与非门,（2-15）,全反偏,uF =0.3V,逻辑关系：全1则0。,2.3 TTL与非门,（2-16）,一、电压传输特性,2.3.2 TTL与非门的特性和技术参数,电压传输特性是指输出电压 Vo随输入电压 Vi变化

5、的特性。,2.3 TTL与非门,（2-17）,传输特性曲线,UOL,(0.3V),阈值UT=1.4V,理想的传输特性,输出高电平,输出低点平,2.3 TTL与非门,（2-18）,1. 输出高电平UOH、输出低电平UOL,UOH2.4V UOL 0.4V 便认为合格。,典型值UOH=3.4V UOL=0.3V 。,2. 开门电平UON和关门电平UOFF,uiUOFF=0.8V时，是输入低电平。,uiUTON=2.0V时，是输入高电平。,2.3 TTL与非门,3. 高电平噪声容限 UNH和低电平噪声容限UNL,（2-19）,二、输入、输出负载特性,分两种情况讨论： （1）前级输出为 高电平时 （2

6、）前级输出为 低电平时,2.3 TTL与非门,1. 扇出系数:,与非门电路输出能驱动同类门的个数。,（2-20）,前级输出为 高电平时：,2.3 TTL与非门,（2-21）,前级输出为低电平时：,2.3 TTL与非门,（2-22）,例：某TTL门电路，最大灌入电流IOL=10mA, 最大 拉出电流IOH=1mA, 输入低电平电流IIL1.0mA, 输入高电平电流IIH80A。求该门电路的扇出 系数。,解：输出为高电平时的扇出系数：,输出为低电平时的扇出系数：,所以该门电路的扇出系数为10。,（2-23）,2. 平均传输延迟时间,典型值：3 10 ns,2.3 TTL与非门,（2-24）,计算临

7、界电阻值：,即：当R1.45k时，可以认为输入为“1”； 当R1.45k时，可以认为输入为“0”。,2.3 TTL与非门,3. 输入端通过电阻R接地,TTL与非门在使用时多余输入端处理：悬空的输入端相当于接高电平。为了防止干扰，一般将悬空的输入端接高电平或输入端并联使用。,（2-25）, 2.4 其它类型的TTL门电路,2.4.1 集电极开路的与非门（OC门）,一、 问题的提出,标准TTL与非门进行与运算:,能否“线与”？,（Open Collector),（2-26）,TTL与非门的输出电阻很低。这时，直接线与会使电流 i 剧烈增加。,i,功耗,T4热击穿,UOL ,与非门2：,不允许直接“

8、线与”,与非门1 截止,与非门2 导通,UOH,UOL,与非门1：,问题：TTL与非门能否直接线与？,2.4 其它类型的TTL门电路,（2-27）,集电极悬空,应用时输出端要接一上拉负载电阻 RL 。,二、OC门结构,特点：RL 和UCC 可以外接。,2.4 其它类型的TTL门电路,（2-28）,OC门可以实现“线与”功能。,分析：F1、F2、F3任一导通，则F=0。 F1、F2、F3全截止，则F=1 。,F=F1F2F3,2.4 其它类型的TTL门电路,（2-29）,2.4.2 三态门,E 控制端,一、结构,2.4 其它类型的TTL门电路,（2-30）,二、工作原理,1. 控制端E=0时的工

9、作情况：,2.4 其它类型的TTL门电路,（2-31）,2. 控制端E=1时的工作情况：,2.4 其它类型的TTL门电路,（2-32）,功能表,三、三态门的符号及功能表,功能表,2.4 其它类型的TTL门电路,（2-33）,三态门主要作为TTL电路与总线间的接口电路。,四、三态门的用途,工作时，E1、E2、E3分时接入高电平。,2.4 其它类型的TTL门电路,（2-34）,2.2 MOS门电路,MOS电路的特点：,2. 是电压控制元件，静态功耗小。,3. 允许电源电压范围宽（318V）。,4. 扇出系数大，抗噪声容限大。,优点,1. 工艺简单，集成度高。,缺点：工作速度比TTL低 。,（2-3

10、5）,一、 MOS反相器,ui=“1”,ui=“0”,2.5 MOS门电路,（2-36）,T2（负载管）,T1 (驱动管）,UGS= UDS UT 导通,有源 负载,(非线性电阻),2.5 MOS门电路一、MOS反相器,（2-37）,二. CMOS反相器,CMOS电路,工作原理：,ui=0时： ugs2=UCC ， T2导通、T1截止，uo=“”； ui=1时： T1导通、T2截止，uo=“0”。,Complementary -Symmetry MOS 互补对称式MOS,简称CMOS。,T1 : ON T2: OFF,OFF ON,2.5 MOS门电路,（2-38）,三. CMOS与非门,工作

11、原理:,0 0 1,0 1 1,1 0 1,1 1 0,2.5 MOS门电路,（2-39）,工作原理:,0 0 1,0 1 0,1 0 0,1 1 0,四. CMOS或非门,2.5 MOS门电路,（2-40）,附: 门电路的常见逻辑符号,（2-41）,（2-42）,（2-43）,本章小结,.利用半导体器件的开关特性，可以构成与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等各种逻辑门电路，也可以构成在电路结构和特性两方面都别具特色的三态门、OC门和传输门。 2. TTL电路的优点是开关速度较高，抗干扰能力较强，带负载的能力也比较强，缺点是功耗较大。 3. CMOS电路具有制造工艺简单、功耗小、输入阻抗高、集成度高、电源电压范围宽等优点，其主要缺点是工作速度稍低，但随着集成工艺的不断改进，CMOS电路的工作速度已有了大幅度的提高。,（2-44）,1. 三态门输出高阻状态时， 是正确的说法。 P.用电压表测量指针不动 Q.相当于悬空 R.电压不高不低 S.测量电阻指针不动 2. 以下电路中可以实现“线与”功能的有 。 P.与非门 Q.三态输出门 R.集电极开路门 S.或非门 3TTL电路的特点是工作速度 、负载能力 、功耗 ； CMO