数字电路教案-阎石 第三章 逻辑门电路

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1、第3章逻辑门电路3.1概述逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。简称门电路。用逻辑1和0分别来表示电子电路中的高、低电平的逻辑赋值方式，称为正逻辑，目前在数字技术中，大都采用正逻辑工作；若用低、高电平来表示，则称为负逻辑。本课程采用正逻辑。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。在数字集成电路的发展过程中，同时存在着两种类型器件的发展。一种是由三极管组成的双极型集成电路，例如晶体管-晶体管逻辑电路（简称TTL电路）及射极耦合逻辑电路（简称ECL电路）。另一种是由MOS管组成的单极型集成电路，例如N-MOS逻辑电路和互补MOS

2、（简称COMS）逻辑电路。3.2分立元件门电路3.3.1二极管的开关特性3.2.2三极管的开关特性NPN型三极管截止、放大、饱和3种工作状态的特点工作状态截止放大饱和条件iB＝00＜iB＜IBSiB＞IBS工作特点偏置情况发射结反偏集电结反偏uBE<0，uBC<0发射结正偏集电结反偏uBE>0，uBC<0发射结正偏集电结正偏uBE>0，uBC>011集电极电流iC＝0iC＝βiBiC＝ICSce间电压uCE＝VCCuCE＝VCC－iCRcuCE＝UCES＝0.3Vce间等效电阻很大，相当开关断开可变很小，相当开关闭合3.2.3二极管门电路1、二极管与门2、二极管或门uAuBuY

3、D1D20V0V0V5V5V0V5V5V0V4.3V4.3V4.3V截止截止截止导通导通截止导通导通113.2.4三极管非门3.2.5组合逻辑门电路1、与非门电路2、或非门电路113.3集成逻辑门电路一、TTL与非门1、电路结构（1）抗饱和三极管作用：使三极管工作在浅饱和状态。因为三极管饱和越深，其工作速度越慢，为了提高工作速度，需要采用抗饱和三极管。构成：在普通三极管的基极B和集电极C之间并接了一个肖特基二极管（简称SBD）。特点：开启电压低，其正向导通电压只有0.4V，比普通硅二极管0.7V的正向导通压降小得多；没有电荷存储效应；制造工艺和TTL电路的常规工艺相容，甚至无须

4、增加工艺就可制造出SBD。（2）采用有源泄放电路上图中的V6、R3、R6组成。2、TTL与非门的工作原理（1）V1的等效电路V1是多发射极三极管，其有三个发射结为PN结。故输入级用以实现A、B、C与的关系。其等效电路如右图所示。（2）工作原理分析①输入信号不全为1：如uA=0.3V，uB=uC=3.6V则uB1=0.3+0.7=1V，T2、T5截止，T3、T4导通忽略iB3，输出端的电位为：uY≈5―0.7―0.7＝3.6V输出Y为高电平。11②输入信号全为1：如uA=uB=uC3.6V则uB1=2.1V，T2、T5导通，T3、T4截止输出端的电位为：uY=UCES＝0.3V输

5、出Y为低电平。功能表逻辑表达式：集成与非门电路引脚排列图（顶视）：（74LS00内含4个2输入与非门，74LS20内含2个4输入与非门）3、电压传输特性和噪声容限（1）电压传输特性定义：门电路输出电压uo随输入电压变化的特性曲线称为电压传输特性。（电压传输特性曲线见课本图3.3.3.）（2）概念输入电平范围：高电平UiHmin～UiHmax=1.2～5V；低电平UiLmin～UiLmax=0.2～1.0V·关门电平。上述输入低电平中的最大值，即UOFF=UiLmax=1.0V。只有当输入uI

6、UiHmin=1.2V只有当输入uI>UON时，与非门才开通，输出低电平。·阈值电压。工作在电压传输特性曲线转折区中点对应的输入电压称为阈值电压，又称为门槛电压。用UTH表示。近似分析时，可以认为：当uIUTH时，与非门工作在开通状态，输出低电平UOL。（3）噪声容限在输入信号上叠加的噪声电压只要不超过允许值，就不会影响电路的正常逻辑功能，这个允许值称为噪声容限。电路的噪声容限越大，其抗干扰能力就越强。4、输入负载特性定义：输入电压uI随输入端对地外接电阻RI变化的曲线，称为输入负载特性。（1）在V2和V5导通前，

7、uI随RI的增大而上升，输入电压uI在RI上升到V2和V5开始导通时，uI不能用上式进行计算。当uI上升到1.1V时，V1的基极电压被钳在1.8V上，V2和V5导通，输出uo为低电增UOL，此后，uI不再随RI的增大而升高。uI随RI变化的曲线如上面右图所示。·维持输出高电平的RI最大值称为关门电阻，用ROFF表示，其值约为700Ω。·维持输出低电平的RI最小值称为开门电阻，用RON表示，其值约为2。1KΩ。5、输出负载特性输出电压uo随负载电流IO变化的特性曲线称为输出负载特性。6、传输延