电工电子技术及应用第二版课件教学课件 作者 邓允 主编第十二章 集成逻辑门电路和组合逻辑电路.ppt

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1、第十二章集成逻辑门电路和组合逻辑电路12.1TTL集成与非门电路12.2MOS集成逻辑门电路12.3组合逻辑电路的分析与设计方法12.4集成组合逻辑器件门电路(Gate)是数字电路的基本逻辑单元，它是实现各种逻辑运算的电路。按逻辑功能分类有与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门、与或非门等。第一节TTL集成与非门电路以双极型三极管为基本元件，集成在一块硅片上，并具有一定的逻辑功能的电路称为双极型数字集成电路，TTL电路是其中一种，由于它的输入端和输出端的结构形式都采用了三极管，故称之为晶体管－晶体管逻辑电路(Transistor－Transistor

2、Logic)，简称TTL电路，由于它的开关速度较高，是目前使用较多的一种电路。TTL是一个电路系列，它包含门电路、触发器以及各种通用和专用的数字部件或系统。这里只介绍TTL与非门。一、TTL与非门的电路组成与逻辑功能分析T1为多发射极三极管输入级中间级输出级①输入信号中至少有一个为低电平：如uA=0.3V，uB=uC=3.6V3.6V3.6V0.3V1V则uB1=0.3+0.7=1V，T1深度饱和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＝3.6V②输入信号全为高电平（1）：如uA=uB=uC=3

3、.6V2.1V则uB1=2.1V，T1倒置放大，T2、T5导通，T3、T4截止输出端的电位为：uY=UCES＝0.3V输出Y为低电平。3.6V3.6V3.6V通过以上分析，该电路实现了与非门的逻辑功能：“输入有低、输出为高；输入全高，输出为低”。（简称为：有0出1，全1出0）。TTL与非门的工作状态见表12-1。输入VT1VT2VT3VT4VT5输出至少有一个为低电平(+0.3v)深度饱和截止微饱和放大截止高电平(+3.6v)全为高电平(+3.6v)倒置放大饱和微导通截止饱和低电平(+0.3v)表12-1TTL与非门工作状态二、电压传输特性与非门输出电

4、压与输入电压的关系称作电压传输特性，它表示输入由低电平变到高电平时输出电平相应的变化情况当uI较低(小于0.6v)时，由于VT1饱和，VT2和VT5截止，输出为高电平，（大约为3.5V左右），对应于曲线的AB段，这一段称为截止区当uI大于0.6v以后，VT2开始导通，VT5仍然截止，随着uI的增加，VT2的基极电位增加，VT2的集电极电位下降，故uO随uI的增加而线性下降，一直维持到uI增大到1.3V左右，对应于曲线的BC段，这一段称为线性区当uI增大到1.3V以后，再稍增加一点儿，VT5也将由原来的截止状态向饱和状态变化，故uI大于1.3V以后，uO

5、将急剧下降，对应于曲线的CD段，这一段称为转折区uI大约大于1.4V以后，VT2、VT5同时饱和，输出为低电平（大约为0.3V左右），对应于曲线的DE段，这一段称为饱和区三、TTL与非门的参数和使用注意事项（一）TTL与非门的参数⑴输出高电平UOH它是指一个或一个以上输入端为低电平时的输出电压值。⑵输出低电平UOL它是指所有输入端均为高电平时的输出电压值。⑶开门电平UON使输出电压为标准低电平USL（约为0.4V）的最小输入高电平值。⑷关门电平UOFF使输出电压为标准高电平USH（约为2.4V）的最大输入低电平值。⑸扇出系数NO它是指与非门输出端最多能

6、接同类与非门的个数。⑹平均传输延迟时间tpd它是表示开关速度的一个参数。一般可以理解为从输入变化（从低到高或从高到低）时算起到输出有变化（也是从高到低或从低到高）所需的时间。TTL与非门的主要参数可查阅有关TTL电路手册。典型的TTL与非门产品74LS20（4输入二与非门）的管脚排列图如图12-4所示。其中标注为NC的是空管脚。（二）TTL与非门使用注意事项在TTL与非门使用过程中，若有多余或暂时不用的输入端，其处理的原则应保证其逻辑状态为高电平。一般方法有①剪断悬空或直接悬空；②与其它已用输入端并联使用；③将其接电源+UCC。电路的安装应尽量避免干扰

7、信号的侵入，确保电路稳定工作。第二节MOS集成逻辑门电路目前，MOS器件在数字电路中已得到广泛应用。它的开关速度虽比TTL门电路低，但由于制造工艺简单、体积小、集成度高，因此特别适用于大规模集成制造。MOS电路的另一个特点是输入阻抗高（可达1010Ω以上），即直流负载很小，几乎不取用前级信号电流，因此有很高的扇出能力。MOS是金属-氧化物-半导体（Metal-Oxide-Semiconductor）绝缘栅场效应管构成的器件的简称。MOS集成电路有三种型式，即由N沟道增强型MOS管构成的NMOS电路、由P沟道增强型MOS管构成的PMOS电路以及兼有N沟道

8、和P沟道的互补MOS电路（简称为CMOS电路）。PMOS电路的原理与NMOS电路的原理完全相同