第三章 逻辑门电路

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1、第三章逻辑门电路第五讲教学内容：①TTL集成门电路的组成及工作原理；②TTL集成门电路的主要参数；③TTL集成门电路主要参数的测试。教学要求：①了解TTL与非门的工作原理；②掌握门电路的主要参数及测试方法；③掌握TTL集成门电路的使用注意事项。教学难点：TTL、CMOS集成门的电路结构、工作原理、逻辑功能和使用方法。在第一章里，我们初步认识了与、或、非三种基本逻辑运算和与非、或非、异或等常用逻辑运算，在那里，这些运算关系都是用逻辑符号来表示的。而在工程中每一个逻辑符号都对应着一种电路，并通过集成工艺作成一种集成器件，称为集成逻辑门电路，逻辑符号仅是这些集成逻

2、辑门电路的“黑匣子”。本章将逐步揭开这些“黑匣子”的奥秘，介绍集成逻辑门电路的两种主要类型TTL和MOS门电路的工作原理、逻辑功能及外部特性，同时对内部结构也作一简要介绍。3.1基本逻辑门电路能够实现逻辑运算的电路称为逻辑门电路。在用电路实现逻辑运算时，用输入端的电压或电平表示自变量，用输出端的电压或电平表示因变量。一．二极管与门和或门电路1．与门电路图3.1.1二极管与门（a）电路（b）逻辑符号（1）VA=VB=0V。此时二极管D1和D2都导通，由于二极管正向导通时的钳位作用，VL≈0V。（2）VA=0V，VB=5V。此时二极管D1导通，由于钳位作用，VL

3、≈0V，D2受反向电压而截止。（3）VA=5V，VB=0V。此时D2导通，VL≈0V，D1受反向电压而截止。（4）VA=VB=5V。此时二极管D1和D2都截止，VL=VCC=5V。把上述分析结果归纳起来列入表3.1.1中，如果采用正逻辑体制，很容易看出它实现逻辑运算：增加一个输入端和一个二极管，就可变成三输入端与门。按此办法可构成更多输入端的与门。2．或门电路图3.1.2二极管或门（a）电路（b）逻辑符号可见，它实现逻辑运算：L=A+B同样，可用增加输入端和二极管的方法，构成更多输入端的或门。二．三极管非门电路图3.1.3（a）是由三极管组成的非门电路，非门

4、又称反相器。三极管的开关特性已在第一章中作过详细讨论，这里重点分析它的逻辑关系。仍设输入信号为+5V或0V。此电路只有以下两种工作情况：图3.1.3三极管非门（a）电路（b）逻辑符号（1）VA=0V。此时三极管的发射结电压小于死区电压，满足截止条件，所以管子截止，VL=VCC=5V。（2）VA=5V。此时三极管的发射结正偏，管子导通，只要合理选择电路参数，使其满足饱和条件IB＞IBS，则管子工作于饱和状态，有VL=VCES≈0V（0.3V）。把上述分析结果列入表3.1.5中，此电路不管采用正逻辑体制还是负逻辑体制，都满足非运算的逻辑关系。三．DTL与非门电路

5、前面介绍的二极管与门和或门电路虽然结构简单，逻辑关系明确，但却不实用。例如在图3.1.4所给出的两级二极管与门电路中，会出现低电平偏离标准数值的情况。为此，常将二极管与门和或门与三极管非门组合起来组成与非门和或非门电路，以消除在串接时产生的电平偏离，并提高带负载能力。图3.1.4两级二极管与门串接使用的情况图3.1.5所示就是由三输入端的二极管与门和三极管非门组合而成的与非门电路。其中，作了两处必要的修正：（1）一将电阻Rb换成两个二极管D4、D5，作用是提高输入低电平的抗干扰能力，即当输入低电平有波动时，保证三极管可靠截止，以输出高电平。（2）二是增加了R

6、1，目的是当三极管从饱和向截止转换时，给基区存储电荷提供一个泻放回路。图3.1.5DTL与非门电路该电路的逻辑关系为：（1）当三输入端都接高电平时（即VA=VB=VC=5V），二极管D1～D3都截止，而D4、D5和T导通。可以验证，此时三极管饱和，，即输出低电平。（2）在三输入端中只要有一个为低电平0.3V时，则阴极接低电平的二极管导通，由于二极管正向导通时的钳位作用，VP≈1V，从而使D4、D5和T都截止，VL=VCC=5V，即输出高电平。可见该电路满足与非逻辑关系，即：把一个电路中的所有元件，包括二极管、三极管、电阻及导线等都制作在一片半导体芯片上，封装

7、在一个管壳内，就是集成电路。图3.1.5就是早期的简单集成与非门电路，称为二极管—三极管逻辑门电路，简称DTL电路。3.2TTL逻辑门电路DTL电路虽然结构简单，但因工作速度低而很少应用。由此改进而成的TTL电路，问世几十年来，经过电路结构的不断改进和集成工艺的逐步完善，至今仍广泛应用，几乎占据着数字集成电路领域的半壁江山。一．TTL与非门的基本结构及工作原理1．TTL与非门的基本结构我们以DTL与非门电路为基础，根据提高电路功能的需要，从以下几个方面加以改进，从而引出TTL与非门的电路结构。图3.2.1TTL与非门电路首先考虑输入级，DTL是用二极管与门做

8、输入级，速度较低。仔细分析我们发现电路中的Dl、D2