数字逻辑电路 李中发 第3章 门电路

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1、数字逻辑电路李中发制作中国水利水电出版社第3章门电路学习要点掌握各种TTL门电路和CMOS门电路的逻辑功能。理解TTL门电路的主要参数及TTL电路与CMOS电路的主要差异。了解二极管、双极型晶体管和MOS管的开关特性,了解门电路的使用常识,集电极开路门、三态门、传输门等电路及功能。第3章门电路3.1半导体元件的开关特性3.2分立元件门电路3.3TTL集成门电路3.4CMOS集成门电路3.5集成门电路的使用退出3.1半导体元件的开关特性获得高、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。逻辑0和1:电子电路中用高、低电平来表示。3.1.1二极

2、管的开关特性逻辑门电路: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。二极管符号:正极负极+uD-uououi=0V时,二极管截止,如同开关断开,uo=0V。ui=5V时,二极管导通,如同0.7V的电压源,uo=4.3V。二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度。Ui<0.5V时,二极管截止,iD=0。Ui>0.5V时,二极管导通。3.1.2晶体管的开关特性+-RbRc+VCCbce+-截止状态饱和状态iB≥IBSui=UIL<0.5Vuo=+VCCui=UIHuo=0.3V+-Rb

3、Rc+VCCbce+-++--0.7V0.3V饱和区截止区放大区②ui=0.3V时,因为uBE<0.5V,iB=0,三极管工作在截止状态,ic=0。因为ic=0,所以输出电压:①ui=1V时,三极管导通,基极电流:因为0IBS,三极管工作在饱和状态。输出电压:uo=UCES=0.3V工作原理电路转移特性曲线输出特性曲线uiuiGDS

4、RD+VDDGDSRD+VDDGDSRD+VDD截止状态uiUTuo≈03.1.3场效应管的开关特性3.2分立元件门电路3.2.1二极管与门Y=ABY=A+B3.2.2二极管或门①uA=0V时,三极管截止,iB=0,iC=0,输出电压uY=VCC=5V②uA=5V时,三极管导通。基极电流为:iB>IBS,三极管工作在饱和状态。输出电压uY=UCES=0.3V。三极管临界饱和时的基极电流为:3.2.3晶体管非门①当uA=0V时,由于uGS=uA=0V,小于开启电压UT,所以MOS管截止。输出电压为uY=VDD=10V。②当uA=10V时,

5、由于uGS=uA=10V,大于开启电压UT,所以MOS管导通,且工作在可变电阻区,导通电阻很小,只有几百欧姆。输出电压为uY≈0V。3.2.4复合门电路1、DTL与非门由与门和非门连接而成2、DTL或非门由或门和非门连接而成3.3TTL集成门电路3.3.1TTL与非门①输入信号不全为1:如uA=0.3V,uB=3.6V3.6V0.3V1V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:输出Y为高电平。uY≈5―0.7―0.7=3.6V3.6V3.6V②输入信号全为1:如uA=uB=3.6V2.1V则uB1=2.1V,T2、T5导

6、通,T3、T4截止输出端的电位为:uY=UCES=0.3V输出Y为低电平。功能表真值表逻辑表达式输入有低,输出为高;输入全高,输出为低。74LS00内含4个2输入与非门,74LS20内含2个4输入与非门。①A=0时,T2、T5截止,T3、T4导通,Y=1。②A=1时,T2、T5导通,T3、T4截止,Y=0。TTL非门3.3.2其他功能的TTL门电路①A、B中只要有一个为1,即高电平,如A=1,则iB1就会经过T1集电结流入T2基极,使T2、T5饱和导通,输出为低电平,即Y=0。②A=B=0时,iB1、i'B1均分别流入T1、T'1发射极,使T2、T'2、T5均截止,T3

7、、T4导通,输出为高电平,即Y=1。TTL或非门①A和B都为高电平(T2导通)、或C和D都为高电平(T‘2导通)时,T5饱和导通、T4截止,输出Y=0。②A和B不全为高电平、并且C和D也不全为高电平(T2和T‘2同时截止)时,T5截止、T4饱和导通,输出Y=1。TTL与或非门与门Y=AB=AB或门Y=A+B=A+B异或门问题的提出:为解决一般TTL与非门不能线与而设计的。①A、B不全为1时,uB1=1V,T2、T3截止,Y=1。接入外接电阻R后:②A、B全为1时,uB1=2.1V,T2、T3饱和导通,Y=0。外接电阻R的取值范围为:OC门

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