第2章 逻辑门电路
2.1解题指导
【例2-1】 试用74LS 系列逻辑门，驱动一只V D =1.5V ，I D =6mA 的发光二极管。 解：74LS 系列与之对应的是T4000系列。与非门74LS00的I OL 为4mA ，不能驱动I D =6mA 的发光二极管。集电极开路与非门74LS01的I OL 为6mA ，故可选用74LS01来驱动发光二极管，其电路如图所示。限流电阻R 为
Ω
=--=--=k V V V R OL D CC 5.065.05.156
【例2-2】 试分析图2-2所示电路的逻辑功能。 解：由模拟开关的功能知：当A =1时，开关接通。传输门导通时，其导通电阻小于1k Ω，1k Ω与200k Ω电阻分压，输出电平近似为0V 。 而A =0时，开关断开，呈高阻态。109Ω以上的电阻与200k Ω电阻分压，输出电平近似为V DD 。 故电路实现了非逻辑功能。
【例2-3】 试写出由TTL 门构成的逻辑图如图2-3所示的输出F 。
&
≥1
F
≥1
A B
图2-3 例2-3门电路
解：由TTL 门输入端悬空逻辑上认为是1可写出
【例2-4】 试分别写出由TTL 门和CMOS 门构成的如图2-4所示逻辑图的表达式或逻
辑值。
B F
图2-4 例2-4门电路
解：由TTL 门组成上面逻辑门由于10k Ω大于开门电阻R ON ，所以，无论 A 、B 为何值 。
由CMOS 门组成上面逻辑门由于CMOS 无开门电阻和关门电阻之说，所以， 。
2.2 例题补充
2-1 一个电路如图2-5所示，其三极管为硅管，β=20，试求：ν1小于何值时，三极管T 截止，ν1大于何值时，三极管T 饱和。
解：设v BE =0V 时，三极管T 截止。T 截止时，I B =0。此时
10)
10(020I --=
-v v I =2V
T 临界饱和时，v CE =0.7V 。此时
V CC v I
v O
+10V -V BB
V
V V 0200
11
DD F ≈+=DD
DD 44
DD 599F 210101021010V V V V ≈+≈?+=A B A F =++?=110≡F AB F
=
mA
I 0465.010207
.010BS =?-=
mA
v I I 0465.010)
10(7.027.0I BS B =----== v I =4.2V
上述计算说明v I <2V 时，T 截止；v I >4.2V 时，T 饱和。 2-2 一个电路如图2-6所示。
⒈ 已知V CC =6V ，V CES =0.2V ，I CS =10mA ，求集电极电阻R C 的值。
⒉ 已知三极管的β=50、V BE =0.7V 、输入高电平V IH =2V ，当电路处于临界饱和时，R b
值应是多少？ 解：⒈ Ω=-=-=k I V V R 58.0102.06CS CES CC C
⒉ 临界饱和时，I B =I BS 。mA I I 2.05010
CS
BS
===β
Ω
=-=-=k I V V R 5.62.07.02BS BE I b
2-3 在图2-6所示电路中，当电路其他参数不变，仅R b 减小时，三极管的饱和程度是减
轻还是加深？仅R C 减小时，三极管的饱和程度是减轻还是加深？
解：R b 减少时，I B 增加，在I C 不变的前提下，三极管的饱和程度加深了。R C 减小时，I CS 增加，在I B 不变的前提下，三极管随着I C 增加，饱和程度将减轻。
2-4 为什么说TTL 与非门输入端在以下三种接法时，在逻辑上都属于输入为0？ ⒈ 输入端接地；
⒉ 输入端接低于0.8V 的电源；
⒊ 输入端接同类与非门的输入低电平0.4V .
解：因为四种系列的TTL 与非门的V IL(max)都等于0.8V ，所以小于、等于0.8V 的输入在逻辑上都为0。
2-5 为什么说TTL 与非门输入端在以下三种接法时，在逻辑上都属于输入为1？ ⒈ 输入端接同类与非门的输出高电平3.6V; ⒉ 输入端接高于2V 电源； ⒊ 输入端悬空。
解：四种系列的TTL 与非门的V IH(min)=2V ，当v I ≥2V 时，逻辑上为1。此时，发射极电流不会从发射极流出。当输入端悬空时，因没有发射极电流的通路，也不会有发射极电流从发射极流出，与输入端接高电平等效，故TTL 门输入端悬空，逻辑上认为是1。
2-6 在挑选TTL 门电路时，都希望选用输入低电平电流比较小的与非门，为什么？ 解：负载门的输入端电流小，驱动门的负载电流才小，才可能带更多的门。
2-7 在实际应用中，为避免外界干扰的影响，有时将与非门多余的输入端与输入信号输入端并联使用，这时对前级和与非门有无影响？
解：有影响。将使前级拉电流负载随并联输入端数成正比例增加。
2-8在用或非门时，对多余输入端的处理方法同与非门的处理方法有什么区别？
解：对于或非门，其多余输入端必须接低电平，否则输出端将永远固定为低电平。而与非门的多余输入端必须接高电平。
2-9异或门能作为非门使用吗？为什么？
解：异或门可以作为非门使用。因为根据B A B A B A F +=⊕=，若使A F =，必须一端接A ，另一端接高电平。此时A A A F =?+?=11
2-10 根据图2-7(a )TTL 与非门的电压传输特性、输入特性、输出特性和输入端负载特性，求图中(b )中的v o1~v o7的各个值。
解：已知所求电路、电压传输特性、输入特性、输出特性和输入端负载特性如图2-7所示。
由电压传输特性看出：V OH =3.6V ，V OL =0.2V ；阈值电压V T =1.4V 。从输入特性看出：I
IL
v I
v O
图2-6 三极管电路
v O (V)
≈1.4mA 。从输入负载特性看出：R I =1.4k Ω时，V I =1.4V 。从输出特性看出v O =0.8V 时，I L =20mA ；v O =0.6V 时，I L =15mA 。据此，可写出：v O1=0.2V ；v O2=3.6V ；v O3=0.2V ；v O4=3.6V ；v O5=3.6V ；v O6=0.2V ；v O7=0.6V （10×1.4=14mA ）。
2-11已知两个相同的TTL 非门连接如图2-8 (a )所示，非门的传输特性曲线如图(b )所示，
其输入电压波形如图(c )所示，试画出 v o1和v o2的波形图，从画出的波形图你能得出什么结论？
解：已知所求电路、电压传输特性、和输入电压波形如图2-8所示。 非门的输出电压v O 必须遵循电压传输特性随输入电压v I 变化。v I ＜1V 时v O =3V ，v I ＞2V 时v O =0.3V ，1V ＜v I ＜2V 期间v O 随v I 线性减少。据此，画出v I ＜1V 时v O =3V ，v O1和v O2的波形如图2-9所示。
v O (V)
I (V)
v
v O2
I (a)电路
I (V) (b)传输特性 v (V)
v I (V) (c)输入电压波形 图2-8 TTL 与非门电路、传输特性和输入电压波形
图2-7 TTL 与非门的特性及门电路
O1
O4
O5
O2
O3 O6
(b) TTL 与非门的门电路
2-12 在图2-10电路中，G 1、G 2是两个集电极开路与非门，每个门在输出低电平时允许灌入的最大电流为I OLmax =16mA ，输入高电平电流I OH <250μA 。G 3~G 6是四个TTL 与非门，它们的输入低电平电流I IL =1.6mA ，输入高电平电流I IH <5μΑ，计算外接负载电阻为R L 的取值范围，即R Lmax 和R Lmin 之值。
解：7400系列与非门的I IL =1.6mA ，I IH =40μA 。两个OC 门中只要有一个输出为低电平，线与的结果就为低电平。此时的低电平不得大于V IL(max)=0.8V 。故
Ω
=?--=--=k I I V V R IL OL IL CC L 44.06.14168
.054(max)(max)min
两个OC 门的输出全为1时，线与的结果才为1。输出高电平不得低于V IH(min)=2V 。TTL 与非门有一个输入端接高电平就有一个倒置三极管时的I e 电流，为此
Ω
≈?+?-=+-=k I I V V R IH OH IH CC L 55.404.0425.022542(max)max
故R L 应在0.44～4.55k Ω之间选取某一标称值。
三个逻辑电路的功能是否一样，并分别写出F 1、F 2、F 3
2C
A
(b)
F 3
A
(c)图2-11 门电路逻辑图
A
V CC
F 1
(a)
解：根据逻辑门的功能和OC 门线与的特点，可以写出
C A AB C A AB F +=?=1
图2-10集电极开路门电路
C A AB F +=2
C A AB C A AB F +=?=3
因为F 1=F 2=F 3，说明三个电路的逻辑功能是一样的。
2-14
F 1、F 2的逻辑表达式。
(a)
A
B
C
(b)
图2-12 TTL 门电路逻辑图
解：E =0时，AB F =1；E =1时，CD F =1。将二者合并起来，可写成
E CD E AB
F ?+?=1
因有5k Ω的存在，所以BC F =2。
2-15用CMOS 实现逻辑表达式B A F +=，并画出电路图。
解：AB B A F =+=即为与非门，参见图2-13。
2-16 写出图2-14
、F 、F 的逻辑表达式或真值表。
C
A
(a)
DD A
B
(b)
F 3
(c)
图2-14 MOS 门电路逻辑图
V DD
解：图(a )的C =1时，最上面的PMOS 管和最下面的NMOS 管都导通, A F =1。C =0时，最上面的PMOS 管和最下面的NMOS 管都不导通，输出F 呈现高阻态。
图(b )的A =1时，传输门导通，MOS 管不导通，B F =2。A =0时，传输门截止，MOS
管导通，构成CMOS 非门，此时B F =2。
图(c )的传输门始终导通,A A F =⊕=13。
2-17 已知几种门电路及其输入A 、B 的波形如图2-15(a )、(b )所示，试分别写出F 1~F 5
的逻辑函数表达式，并画出它们的波形图。
A
B
(b)
图2-15 门电路逻辑图及波形图
A B
A B
A B
=1
A B
F 5
(a)
A B
解：⑴AB F =1
有0为1，全1为0
⑵B A F +=2
有1为0，全0为1 ⑶AB B A F =+=3 有0为0，全1为1 ⑷B A B A F +=?=4 有1为1，全0为0
⑸B A B A B A F +=⊕=5 相同为0，不同为1 2-18 试说明能否将与非门、或非门、异或门当做反相器使用？如果可以，各输入端应如何连接？
解：能。将与非门的输入端并接或将其中一端接高电平、或非门的输入端并接或将其中一端接低电平、异或门的其中一端接高电平，如图2-17所示。
2-19 试说明下列各种门电路中哪些可以将输出端并联使用（输入端的状态不一定相同） ⑴ 具有推拉式输出级的TTL 电路； ⑵ TTL 电路的OC
门；
⑶ TTL 电路的三态输出门； ⑷ 普通的CMOS 门；
⑸ CMOS 电路的三态输出门；
解：⑴ TTL 与非门电路不允许将输出端直接连在一起，实现线与。因为这些具有推拉式输出级门电路，无论输出高电平，还是输出低电平，其输出电阻都很小。若把两个TTL 与非门输出端直接并联，当一个门的输出为高电平，而另一个门的输出为低电平时，就会在电源和地之间形成一个低阻通路，如图2-18所示。在这个低阻通路中产生一个很大电流，
这个电流会使导通门输出低电平抬高，造成并联输出既非0又非1，破坏了逻辑关系，更会因功耗过大损坏截止门中的导通管T 4。
A
B
F 1
F 3
F 2
F 4
F 5
2-16 题2-17 波形图
图2-17 题2-18解图
F
A
F
A &
1
A
≥1
A
F 2
=1
A 1
F 5
⑵TTL电路的OC门；⑶TTL电路的三态输出门；⑸CMOS电路的三态输出门；都可以将输出端并联使用。
⑷普通的CMOS门不可以将输出端并联使用。
2-20 指出图2-19
。已知这
些门电路都是74系列TTL
Y1
V Y
2
Y3
Y8
V
V IH
V IL
Y4Y
5
V Y6
V
V CC
Y7
图2-19 门电路逻辑图
解：与非门的三个输入端接高电平，输出为Y1=0；或非门的输入分别为高、低电平，
输出为Y2=0；与非门的输入端一接高电平，一接低电平，输出为Y3=1；或非门的输入一高
一低，输出为Y4=0；三态门的使能端输入无效电平，输出Y5为高阻态；三态门的使能端输
入依然是无效电平，输出Y6为高阻态；异或非门的输入端一为高电平，一为低电平，输出
Y7=0；与或非门的三个输入端接高电平，一个输入为低电平，输出为Y8=0。
2-21 图2-20所示逻辑门均为CMOS电路，写出各电路输出的逻辑表达式。
V DD=10V A
B F1
(a)
A
B
C
D
E
F2
(b)
E
3B
E
4
(d)
图2-20 CMOS 电路逻辑图
V DD=10V
解：由题中给定逻辑图写出
E
D
C
B
A
F?
?
?
?
=
1
F
图2-18两个TTL与非门线与时输出的情况
(a )
(b )
(c )
(d) 2-22 计算图2-21 电路中接口电路输出端v C 的高、低电平，并说明接口电路参数的选择是否合理，CMOS 或非门的电源电压V DD =10V ，空载输出的高、低电平分别为V OH =9.95V 、V OL =0.05V ，门电路的输出电阻小于200Ω。TTL 与非门的高电平输入电流I IH =20μA ，低电平输入电流I IL =-0.4mA 。
V CC =5V
TTL
图2-21 CMOS 与TTL 的接口电路
解：CMOS 门的输出V O =V OH 时，
I B >I BS ，保证三极管处于饱和。CMOS 输出V O =V OL =0.05V 时，三极管截止，TTL 输入电压V I =V IH =V CC -4I IH R C =5-4×0.02×2=4.84>V IHmin 。只要CMOS 输出V OH 时，可以提高0.18mA 电流，参数选择就是合理的。
E D C B A
F ++++=2F
E D C B A
F ??+??=3
F E D C B A F ++?++=
4)
(18.051
7.095.9b BE OH B mA R V V I ≈-=-=)
(15.34.0223.052IL C CES CC CS mA I R V V I =?+-=+-=)(105.030
15
.3CS BS mA I I ≈==β
集成逻辑门电路及应用(与门,非门,与非门) 集成逻辑门电路的种类繁多，有反相器、与门和与非门、或门和或非门、异或门等，以下简单介绍几种常用的门电路及应 用电路。 1．集成逻辑门电路: （1）常用逻辑门电路图形符号 常用逻辑门电路图形符号见表1。 表1 常用逻辑门电路图形符号 （2）反相器与缓冲器 反相器是非门电路，74LS04是通用型六反相器，与该器件的逻辑功能且引脚排列兼容的器件有74HC04，CD4069等。74LS05也是六反相器，该器件的逻辑功能和引脚排列与74LS04相同，不同的是74LS05是集电极开路输出（0C门），在实际使用时，必须在输出端至电源正端接上拉电阻。 缓冲器的输出与输人信号同相位，它用于改变输人输出电平及提高电路的驱动能力，74LS07是集电极开路输出同相输出驱动器，该器件的输出高电压达30V，灌电流达40mA，与之兼容的器件有74HC07，74HCT07 等。 74LS04，CD4069引脚排列图如图1所示。
图1 74LS04，CD4069引脚排列图 （3）与门和门与非 与门和与非门种类繁多，常见的与门有2输入、3输入、4输入与门等；与非门有2输入、3输入、4输入、8输入等，常见的74LS系列（74HC系列）与门和与非门引脚排列图如图2所示。 图2 常见的74LS系列（74HC系列）与门和与非门引脚排列图 74LS08是四2输人与门，74LS00和CD4011是四2输入与非门，74LS20是双4输人与非门。 2．集成门电路的应用 （1）定时灯光提醒器 电路如图3所示，由六非门CD4069（仅用到其中两个非门，分别用IC－1和IC－2表示）和电阻、电容、电源等组成，此电路可以在1～25分钟内预定提醒时间，使用时，利用时间标尺预定时间，打开电源开关，定时器绿灯亮，表示开始计时，到了预定的时间，绿灯灭，红灯亮。
连云港大港中等专业学校教案 教案纸
8.3组合逻辑门电路 实用中常把与门、或门和非门组合起来使用。 8.3.1 几种常见的简单组合门电路 一、与非门 1．电路组成 在与门后面接一个非门，就构 成了与非门，如图8.3.1所示。 2．逻辑符号 在与门输出端加上一个小圆 圈，就构成了与非门的逻辑符号。 3．函数表达示式 与非门的函数逻辑式为 B A Y? = (8.3.1) 4．真值表 表8.3.1给出了与非门的真值表。 5．逻辑功能 与非门的逻辑功能为“全1出0，有0出1”。 表8.3.1 与非门真值表 A B A B B A? 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 二、或非门 1．电路组成 在或门后面接一个非门就构成 了或非门，如图8.3.2所示。 2．逻辑符号 在或门输出端加一小圆圈就 变成了或非门的逻辑符号。 3．逻辑函数式 或非门逻辑函数式为 B A Y+ = (8.3.2) 4．真值表 表8.3.2给出了或非门的真值表。 表8.3.2 或非门真值表 A B A B B A Y+ =备注 课题 讲授 检查完成任 务情况巡视辅导 图8.3.1 与非门图8.3.2 或非门
0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 5．逻辑功能 或非门的逻辑功能为“全0出1，有1出0”。 三、与或非门 1．电路组成 把两个(或两个 以上)与门的输出端 接到一个或非门的各 个输入端，就构成了 与或非门。与或非门 的电路如图8.3.3(a) 所示。 2．逻辑符号 与或非门的逻辑符号如图8.3.3(b)所示。 3．逻辑函数式 与或非门的逻辑函数式为 CD AB Y+ = (8.3.3) 4．真值表 表8.3.3给出了与或非门真值表。 表8.3.3 与或非门真值表 A B C D Y 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5．逻辑功能 与或非门的逻辑功能为：当输入端中任何一组全为1时，输出即为0；只有各组输入都至少有一个为0时，输出才为1。 图8.3.3 与或非门
3 逻辑门电路 3.1 MOS 逻辑门电路 3.1.2 求下列情况下TTL 逻辑门的扇出数：（1）74LS 门驱动同类门；（2）74LS 门驱动74ALS 系列TTL 门。 解：首先分别求出拉电流工作时的扇出数N OH 和灌电流工作时的扇出数N OL ，两者中的最小值即为扇出数。 从附录A 可查得74LS 系列电流参数的数值为I OH =0.4mA ，I OL =8mA ，I IH =0.02mA,I IL =0.4mA ；74ALS 系列输入电流参数的数值为I IH =0.02mA ，I IL =0.1mA ，其实省略了表示电流流向的符号。 （1） 根据（3.1.4）和式（3.1.5）计算扇出数 74LS 系列驱动同类门时，输出为高电平的扇出数 0.4200.02OH OH IH I mA N I mA === 输出为低电平的扇出数 8200.4OL OL IL I mA N I mA = == 所以，74LS 系列驱动同类门时的扇出数N O 为20。 （2） 同理可计算出74LS 系列驱动74ALS 系列时，有 0.4200.02OH OH IH I mA N I mA === 8800.1OL OL IL I mA N I mA = == 所以，74LS 系列驱动74ALS 系列时的扇出数N O 为20。 3.1.4 已知图题3.1.4所示各MOSFET 管的 T V =2V ，忽略电阻上的压降，试确定其工作状态（导通或截止）。 解：图题3.1.4（a ）和（c ）的N 沟道增强型MOS ，图题3.1.4（b ）和（d ）为P 沟道增强型MOS 。N 沟道增强型MOS 管得开启电压V T 为正。当GS V ＜V T 时，MOS 管处于截止状态；当GS V ≥V T ，且DS v ≥（GS V —V T ）时，MOS 管处于饱和导通状态。 对于图题3.1.4（a ），GS V =5V ，DS v =5V ，可以判断该MOS 管处于饱和导通状态。对于图题
第8章组合逻辑电路 【课题】 8.1概述 【教学目的】 了解组合逻辑电路和时序逻辑电路的电路结构特点及功能特点。 【教学重点】 1.数字逻辑电路的分类和特点。 2.常用的组合逻辑电路种类。 3.会区分数字逻辑电路的类型。 【教学难点】 区分数字逻辑电路的类型。 【教学方法】 讲授法 【参考教学课时】 1课时 【教学过程】 一、复习提问 1.基本逻辑门电路有哪几种，它们的逻辑功能是什么？ 2.画出与非门逻辑符号并说明其逻辑功能。 二、新授内容 1.组合逻辑电路 （1）特点：数字逻辑电路中输出信号没有反馈到输入端，因此任意时刻的输出信号状态只与当前的输入信号状态有关，而与电路原来的输出状态无关。 （2）电路组成框图：教材图8.1。 2.时序逻辑电路 （1）特点：数字逻辑电路中输出信号部分反馈到输入端，输出信号的状态不但与当前的输入信号状态有关，而且与电路原来的输出状态有关。因此，这种电路有记忆功能。 （2）电路组成框图：教材图8.2。 三、课堂小结 1.组合逻辑电路的特点。
2.时序逻辑电路的特点。 四、课堂思考 P176思考与练习题。 五、课后练习 对逻辑代数作重点复习并预习下节课的内容（8.2组合逻辑电路的分析）。 【课题】 8.2组合逻辑电路的分析 【教学目的】 掌握组合逻辑电路的分析方法和步骤。 【教学重点】 1.组合逻辑电路的分析方法和步骤。 2.会对给定的组合逻辑电路进行功能分析。 【教学难点】 对给定的组合逻辑电路作功能说明，并用文字描述。 【教学方法】 讲授法、练习法 【参考教学课时】 1课时 【教学过程】 一、复习提问 公式化简，用练习的方式进行。 二、新授内容 1．组合逻辑电路的分析步骤。 （1）根据给定的逻辑电路图，推导输出端的逻辑表达式。 （2）化简和变换 （3）列真值表 （4）分析说明 2．组合逻辑电路的分析举例 （1）老师举例讲解 （2）老师举例，学生讨论分析 例1 已知逻辑电路如图8.1所示，试分析其逻辑功能，要求写出分析过程。
思考题与习题 1-1 填空题 1）三极管截止的条件是U BE ≤0V。三极管饱和导通的条件是I B≥ I BS。三极管饱和导通的I BS是I BS≥（V CC－U CES）/βRc。 2）门电路输出为高电平时的负载为拉电流负载，输出为低 电平时的负载为灌电流负载。 3）晶体三极管作为电子开关时，其工作状态必须为饱和状态或截止 状态。 4） 74LSTTL电路的电源电压值和输出电压的高、低电平值依次约为 5V、、。 74TTL电路的电源电压值和输出电压的高、低电平值依次约为 5V、、。 5）OC门称为集电极开路门门，多个OC门输出端并联到一起可实现线与功能。 6） CMOS 门电路的输入电流始终为零。 7） CMOS 门电路的闲置输入端不能悬空，对于与门应当接到高电平，对于 或门应当接到低电平。 1-2 选择题 1）以下电路中常用于总线应用的有 abc 。 门门 C.漏极开路门与非门 2）TTL与非门带同类门的个数为N，其低电平输入电流为，高电平输入电流为10uA，最大灌电流为15mA，最大拉电流为400uA，选择正确答案N最大为 B 。 =5 =10 C.N=20 =40 3）CMOS数字集成电路与TTL数字集成电路相比突出的优点是 ACD 。 A.微功耗 B.高速度 C.高抗干扰能力 D.电源范围宽 4）三极管作为开关使用时，要提高开关速度，可 D 。 A.降低饱和深度 B.增加饱和深度 C.采用有源泄放回路 D.采用抗饱和三极管 5）对于TTL与非门闲置输入端的处理，可以 ABD 。 A.接电源 B.通过电阻3kΩ接电源 C.接地 D.与有用输入端并联 6）以下电路中可以实现“线与”功能的有 CD 。 A.与非门 B.三态输出门 C.集电极开路门 D.漏极开路门
上一讲内容回顾： CMOS 反相器结构和工作原理 +V DD B 1 G 1 D 1 S 1 u A u Y T N T P B 2 D 2S 2G 2 V SS +-u GSN u +-GSP A Y 0V +V DD u A u GSN |u GSP |T N T P u Y 0V |U th(P)|截止导通 V DD V DD >U th(N)<|U th(P)|导通截止 0V 设U th(N)=2V ，U th(P)=-2V ，V DD =5V 。 T R ONP u Y +V DD V DD S N T P T R ONN u Y +V DD 0V S N T P A Y 导通导通 截止 截止u A =0V 时 u A =V DD 时 电压传输特性和电流传输特性 i D ++V DD B 1 G 1 D 1 S 1 u I - u O T N T P B 2 D 2S 2G 2 V SS A B C D E F U th(N) V DD U TH U th(P) U NL U NH u O / V u I / V D A B C E F i D /mA u I / V U TH 电压传输特性 电流传输特性
1. 常用逻辑功能的CMOS 门电路 （一）CMOS 逻辑与非和或非门电路 ①与非门 A B T N1T P1T N2T P2 Y 0 0 0 11 01 1截通截通通通通 截截通截截截截通通1110与非门u A +V DD +10V V SS T P1T N1 T P2T N2 A B Y u B u Y 0101AB Y =A B Y ②或非门 或非门B A Y +=u A +V DD +10V V SS T P1T N1T N2T P2A B Y u B u Y A B T N1T P1T N2T P2 Y 0 00 11 01 1截通截通通通通截截通截截截截通通1000A B Y （二）CMOS 漏极开路输出门电路（OD 门） 为什么需要OD 门能否将普通2个及以上的CMOS 门电路的输出直接连在一起，进而实现“线与”！ 21Y Y Y =A B Y C D Y 1Y 2是否可以如此连接与应用10产生 一个很大的电 流 漏极开路输出CMOS 门电路（OD 门） A B Y AB Y =R L V DD2V DD1 A B V SS 用途：输出缓冲/驱动器；输出电平的变换；满足大功率负载电流的需要；实现线与逻辑。
u ONN 导通导通 截止 时 电压传输特性和电流传输特性
（五）CMOS 电路的特点与使用注意问题 ①CMOS 电路的优点 ? 静态功耗小；允许电源电压围宽(1.520V)；扇出系数大，噪声容限大。 ②CMOS 电路的正确使用 ? 输入电路的静电保护 ? 所有与CMOS 电路直接接触的工具、仪表等必须可靠接地。 ? 存储和运输CMOS 电路，最好采用金属屏蔽层做包装材料。 ? 多余的输入端不能悬空 ? 可以按功能要求接电源或接地，或与其它输入端并联使用。 ? 输入电路需过流保护 ? 低阻信号源时，输入端与信号源之间串进保护电阻； ? 输入端接有大电容时，应在输入端和电容之间串联接入保护电阻； ? 输入端接长线时，应在门电路的输入端串联接入保护电阻。 2. 74LS 系列TTL 门电路 （一）LSTTL 非门结构与工作原理 TTL 集成门电路发展主要经历了四个系列，74系列、74H 系列、74S 系列、74LS 系列。前三个系列已经被淘汰，74LS 系列虽面临淘汰，但是目前仍有使用，故课程仅简单介绍74LS 系列原理。 利用肖特基管的低导通电压(0.3V~0.4V)和多数载流子形成电流特性抗深饱和提高速度。 R R R R R R D 3 V CC Y 28K 120K A B 1.5K T 2T 3 T 4 5 120T 5 R 4 4K C 3K T 6 u o u i D 26 12K D 1 SBD b e e c b c 电压关系表u I /V u O /V 0.3 3.4(4.3)3.4 0.3 真值表01 10 A Y ? D2、D3的作用 D2在T5导通的瞬间起作用，可抽取T4的基区电荷，加速其截止过程。 D3在T5导通的过程中起作用，此时T2的集电极电位比T5的集电极电位低，可以通过D3给负载电容放电，而这个放电电流又去驱动T5，减小了电路的导通延迟。 ? T6电路的作用 T2由截止变导通，先驱动T5饱和导通，然后T6才导通，对
教案M O S构成基本逻 辑门电路 集团标准化办公室：[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]
上一讲内容回顾： 二极管与门及或门 二极管与门 二极管或门 NPN型三极管反相器电路（非门）及工作原理 二极管和三极管构成与非门及或非门
③输出特性 二. P沟道增强性MOS管的结构和工作原理 2. MOS分立元件构成非门（反相器） V DD u i u o R D →u u i A o Y A Y 电压关系表 u I /V u O/V 0V DD V DD 真值表 1 1 A Y 3. 分立元件二极管和MOS管构成与非及或非门 4. CMOS集成逻辑门电路 一．CMOS反相器工作原理 当NMOS管和PMOS管成对出现在电路中，且二者在工作中互补，称为CMOS管。 基本电路组成与工作原理 电压传输特性和电流传输特性 AB段：u IU th(N)，T N开始导通，u O略下降。 CD段：u I=0.5V DD，T N、T P均导通，u O↓→i D↑ =i D(max)。 DE、EF段：与BC、AB段对应，且T N、T P的状 态与之相反，T N 截止→导通；T P 导通→截止。 输入端噪声容限 在保证电路输出高或低电平为规定值的条件下，前一个门的输出作为后一个门的输入，其电平的允许波动的最大范围称为输入端噪声容限。 CMOS反相器的静态输入输出特性 ①输入特性 因为MOS管的栅极和衬底之间存在着以SiO2为介质的输入电容，而绝缘介质非常薄，极易被击穿，所以应采取保护措施。 以74HC输入端保护电路输入特性为例介绍在正常的输入信号范围内，即–0.7V 第2章 逻辑门电路 2.1解题指导 【例2-1】 试用74LS 系列逻辑门，驱动一只V D =1.5V ，I D =6mA 的发光二极管。 解：74LS 系列与之对应的是T4000系列。与非门74LS00的I OL 为4mA ，不能驱动I D =6mA 的发光二极管。集电极开路与非门74LS01的I OL 为6mA ，故可选用74LS01来驱动发光二极管，其电路如图所示。限流电阻R 为 Ω =--=--=k V V V R OL D CC 5.065.05.156 【例2-2】 试分析图2-2所示电路的逻辑功能。 解：由模拟开关的功能知：当A =1时，开关接通。传输门导通时，其导通电阻小于1k Ω，1k Ω与200k Ω电阻分压，输出电平近似为0V 。 而A =0时，开关断开，呈高阻态。109Ω以上的电阻与200k Ω电阻分压，输出电平近似为V DD 。 故电路实现了非逻辑功能。 【例2-3】 试写出由TTL 门构成的逻辑图如图2-3所示的输出F 。 & ≥1 F ≥1 A B 图2-3 例2-3门电路 解：由TTL 门输入端悬空逻辑上认为是1可写出 【例2-4】 试分别写出由TTL 门和CMOS 门构成的如图2-4所示逻辑图的表达式或逻 辑值。 B F 图2-4 例2-4门电路 解：由TTL 门组成上面逻辑门由于10k Ω大于开门电阻R ON ，所以，无论 A 、B 为何值 。 由CMOS 门组成上面逻辑门由于CMOS 无开门电阻和关门电阻之说，所以， 。 2.2 例题补充 2-1 一个电路如图2-5所示，其三极管为硅管，β=20，试求：ν1小于何值时，三极管T 截止，ν1大于何值时，三极管T 饱和。 解：设v BE =0V 时，三极管T 截止。T 截止时，I B =0。此时 10) 10(020I --= -v v I =2V T 临界饱和时，v CE =0.7V 。此时 V CC v I v O +10V -V BB V V V 0200 11 DD F ≈+=DD DD 44 DD 599F 210101021010V V V V ≈+≈?+=A B A F =++?=110≡F AB F = 实验一集成逻辑门电路 一、实验目的 1、了解门电路的电气性能和特点。 2、掌握TTL集成门电路的逻辑功能。 3、进一步熟悉数字电路实验装置的结构，基本功能和使用方法。 4、掌握常用TTL门电路的故障诊断方法。 二、实验原理 集成逻辑门电路是数字电路的基础，常用的有两大类：一类是以晶体三极管为核心组成的TTL电路。另一类是以场效应管为核心组成互补型MOS集成电路即CMOS电路。两者的应用都很广泛。为了较好地使用它们，对它们的主要电气特性必须清楚。 1、TTL与非门的主要参数 （1）电压传输特性 与非门的输出电压U0随输入电压Ui的变化用曲线描绘出来，这曲线就是与非门的电压传输特性。通过此曲线可知道与非门电路的一些重要参数，如输出高电平V OH、输出低电平V OL、阀值电平V TH。 （2）输入特性，输出特性 输入特性曲线：就是输入电流随输入电压变化的曲线。一般情况下，输入电压限止在5.5V以下，当输入电压在1.5V-5.5V之间变化时，输入电流Ii基本保持不变， μ左右，当输入电压0V和1.5V之间变化称为输入高电平电流I iH，其最大值为40A 时，电流开始从输入端流出，且随输入电压的增大而迅速减小（绝对值），称为输入低电平电流I iL，约为-1mA；当输入电压为0时，称为输入短路电流I iS；I iS的数值要比I iL的数值略大一点，在作近似分析计算时，经常用手册上给出的I iS近似代替I iL使用。输出特性曲线：就是输出电压和负载电流的关系曲线。分为高电平输出特性和低电平输出特性。当逻辑门输出高电平时，这时输出电压和负载电流的关系称为高电平输出特性，74系列门电路的运用条件规定，输出高电平时，最大负载电流不能超过0.4mA。当逻辑门输出低电平时，这时输出电压和负载电流的关系称为低 第三章集成逻辑门 一、选择题 1. 三态门输出高阻状态时，是正确的说法。 A.用电压表测量指针不动 B.相当于悬空 C.电压不高不低 D.测量电阻指针不动 2. 以下电路中可以实现“线与”功能的有。 A.与非门 B.三态输出门 C.集电极开路门 D.漏极开路门 3．以下电路中常用于总线应用的有。 A.T S L门 B.O C门 C.漏极开路门 D.C M O S与非门 4．逻辑表达式Y=A B可以用实现。 A.正或门 B.正非门 C.正与门 D.负或门 5．T T L电路在正逻辑系统中，以下各种输入中相当于输入逻辑“1”。 A.悬空 B.通过电阻 2.7kΩ接电源 C.通过电阻 2.7kΩ接地 D.通过电阻510Ω接地 6．对于T T L与非门闲置输入端的处理，可以。 A.接电源 B.通过电阻3kΩ接电源 C.接地 D.与有用输入端并联7．要使T T L与非门工作在转折区，可使输入端对地外接电阻R I。 A.＞R O N B.＜R O F F C.R O F F＜R I＜R O N D.＞R O F F 8．三极管作为开关使用时，要提高开关速度，可。 A.降低饱和深度 B.增加饱和深度 C.采用有源泄放回路 D.采用抗饱和三极管 9．C M O S数字集成电路与T T L数字集成电路相比突出的优点是。 A.微功耗 B.高速度 C.高抗干扰能力 D.电源范围宽 10．与C T4000系列相对应的国际通用标准型号为。 A.C T74S肖特基系列 B.C T74L S低功耗肖特基系列 C.C T74L低功耗系列 D.C T74H高速系列 二、判断题（正确打√，错误的打×） 1．TTL与非门的多余输入端可以接固定高电平。（） 2．当TTL与非门的输入端悬空时相当于输入为逻辑1。（） 3．普通的逻辑门电路的输出端不可以并联在一起，否则可能会损坏器件。（） 4．两输入端四与非门器件74LS00与7400的逻辑功能完全相同。（） 5．CMOS或非门与TTL或非门的逻辑功能完全相同。（） 6．三态门的三种状态分别为：高电平、低电平、不高不低的电压。（） 7．TTL集电极开路门输出为１时由外接电源和电阻提供输出电流。（） 8．一般TTL门电路的输出端可以直接相连，实现线与。（） 实验一：集成逻辑门电路的测试与使用 一．实验目的： 1．学会检测常用集成门电路的好坏的简易方法； 2．掌握TTL与非门逻辑功能和主要参数的测试方法； 3．掌握TTL门电路与CMOS门电路的主要区别。 二．实验仪器与器件： 1．元器件：74LS20、74LS00(TTL门电路)，4011(CMOS门电路)； 2．实验仪器：稳压电源、万用表、数字逻辑实验测试台。 三．实验原理： 1．集成逻辑门电路的管脚排列： （1）74LS20（4输入端双与非门）：Y= ABCD V CC2A 2B N C2C 2D 2Y 1A 1B N C1C 1D 1Y GND V CC ：表示电源正极、GND：表示电源负极、N C ：表示空脚。 （2）74LS00（2输入端4与非门）：Y= AB V4A 4B 4Y 3A 3B 3Y 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND （3）4011（2输入端4与非门）：Y= AB V CC4A 4B 4Y 3Y 3B 3A 1A 1B 1Y 2Y 2B 2A GND 集成门电路管脚的识别方法：将集成门电路的文字标注正对着自己，左下角为1，然后逆时针方向数管脚。 2．TTL与非门的主要参数有： 导通电源电流I CCL、低电平输入电流I IL、高电平输入电流I IH、输出高电平V OH、输出低电平V OL、阈值电压V TH等。 注意：不同型号的集成门电路其测试条件及规范值是不同的。 3．检测集成门电路的好坏的简易方法： （1）在未加电源时，利用万用表的电阻档检查各管脚之间是否有短路现象； （2）加电源：利用万用表的电压档首先检查集成电路上是否有电，然后再利用门电路的逻辑功能检查电路。 例如：“与非”门逻辑功能是：“见低出高，同高出低”。 对于TTL与非门：若将全部输入端悬空测得输出电压小于0.4V，将任一输入端接地测得输出电压大于3.5V，则说明该门是好的。 思考：COMS与非门如何测试。 四．实验内容和步骤： 1．将74LS20加上+5V电压，检查集成门电路的好坏。 2．TTL与非门的主要参数测试： （1）导通电源电流I CCL= 。 测试条件：V CC=5V，输入端悬空，输出空载，如图（1）。 图（1）图（2） 14 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 7 集成逻辑门电路逻辑功能的测试 一、实验目的 1．熟悉数字逻辑实验箱的结构、基本功能和使用方法。 2．掌握常用非门、与非门、或非门、与或非门、异或门的逻辑功能及其测试方法。 二、实验器材 1．数字逻辑实验箱DSB-3 1台 2. 万用表 1只 3．元器件： 74LS00（T065） 74LS04 74LS55 74LS86 各一块 导线若干 三、实验说明 1．数字逻辑实验箱提供5 V + 0.2 V的直流电源供用户使用。 2．连接导线时，为了便于区别，最好用不同颜色导线区分电源和地线，一般用红色导线接电源，用黑色导线接地。 3．实验箱操作板部分K0~K7提供8位逻辑电平开关，由8个钮子开关组成，开关往上拨时，对应的输出插孔输出高电平“1”，开关往下拨时，输出低电平“0”。 4．实验箱操作板部分L0~L7提供8位逻辑电平LED显示器，可用于测试门电路逻辑电平的高低，LED亮表示“1”，灭表示“0”。 四、实验内容和步骤 1．测试74LS04六非门的逻辑功能 将74LS04正确接入面包板，注意识别1脚位置，按表1-1要求输入高、低电平信号，测出相应的输出逻辑电平。 表1-1 74LS04逻辑功能测试表 2．测试74LS00四2输入端与非门逻辑功能 将74LS00正确接入面包板，注意识别1脚位置，按表1-2要求输入高、低电平信号，测出相应的输出逻辑电平。 3．测试74LS55 二路四输入与或非门逻辑功能 将74LS55正确接入面包板，注意识别1脚位置，按表1-3要求输入信号，测出相应的输出逻辑电平，填入表中。（表中仅列出供抽验逻辑功能用的部分数据） 4．测试74LS86四异或门逻辑功能 将74LS86正确接入面包板，注意识别1脚位置，按表1-4要求输入信号，测出相应的输出逻辑电平。 五、实验报告要求 1．整理实验结果，填入相应表格中，并写出逻辑表达式。 2．小结实验心得体会。 3．回答思考题 若测试74LS55的全部数据，所列测试表应有多少种输入取值组合？ 2.11简单的逻辑电路教案3 一、教学目标 1．知识与技能 （1）知道三种门电路的逻辑关系、符号及真值表； （2）会用真值表表示一些简单的逻辑关系； （3）会分析、设计一些简单的逻辑电路。 2．过程与方法 （1）通过实例与实验，理解“与”、“或”、“非”逻辑电路中结果与条件的逻辑关系； （2）通过简单的逻辑电路设计，体会逻辑电路在生活中的意义。 3．情感态度与价值观 （1）感受数字技术对现代生活的巨大改变，关注我国集成电路以及元器件研究的发展情况； （2）体验物理知识与实践的紧密联系； （3）学生在自主探究、交流合作中获得知识，体会学习的快乐。 二、教学重、难点 重点：三种门电路的真值表及符号。 难点：数字电路的意义。 三、教学工具：声控灯、三种门电路演示板 四、教学过程 【课时1】 （一）导入新课 演示：声控灯。 ①接通电源，灯不亮。 ②接通电源，拍手，灯不亮。 ③接通电源，遮光，灯不亮。 ④接通电源，遮光，拍手，灯亮。 师：像这样，现在很多电器中都包含了“智能”化逻辑关系，请同学们举例。 生：自动擦鞋机、干手机。 实现这些逻辑功能离不开?数字信号。 师介绍： ①数字信号：只有两个对立的状态，高电平“1”，低电平“0”。 ②模拟信号：连续变化的电压信号。 数字信号的“0”和“1”好比事件的“是”与“非”，而处理数字信号的电路——数字电路，就有了辨别“是”、“非”的逻辑功能。 这节课我们学习数字电路中最基本的逻辑电路——??门电路。 （二）进行新课 1．“与”门 师：门是一种条件开关，只有当输入信号满足一定条件时，门才能被打开，才有输出信号。 （1）投影： 引导学生分析开关A、B对电路的控制作用，体会“与”逻辑关系。 (当两个条件都满足时，结果才会成立) （2）思考与讨论，让学生体会生活中的“与”逻辑关系。 师：具有“与”逻辑关系的电路称为“与”门电路，简称“与”门。 （3）引导学生把图2．10-2结果与条件的关系用表格表示。 第三章 门 电 路 【题3.1】 在图3.2.5所示的正逻辑与门和图3.2.6所示的正逻辑或门电路中,若改用负逻辑,试列出它们的逻辑真值表,并说明Y 和A,B 之间是什么逻辑关系。 图3.2.5的负逻辑真值表 图3.2.6的负逻辑真值表 【题 3.5】已知CMOS 门电路的电源电压5DD V V =，静态电源电流 2DD I A μ=，输入信号为200Z KH 的方波（上升时间和下降时间可忽略不 计），负载电容200L C pF =，功耗电容20pd C pF =，试计算它的静态功耗、动态功耗、总功耗和电源平均电流。 【解】 静态功耗 6 21050.01S D D D D P I V m W m W -==??= 动态功耗 ()()2125220020102105 1.10D L pd DD P C C fV mW mW -=+=+????= 总功耗 0.01 1.10 1.11T O T S D P P P m W =+=+= 电源平均电流 1.11 0.225 TOT DD DD P I mA mA V = = = 【题3.5】已知CMOS 门电路工作在5V 电源电压下的静态电源电流5A μ，在负载电容100L C pF 为，输入信号频率为500Z KH 的方波时的总功耗为1.56mW 试计算该门电路的功耗电容的数值。 【解】 首先计算动态功耗 ()31.565510 1.54D TOT S TOT DD DD P P P P I V mW mW -=-=-=-??≈ 根据() 2 D L pd DD P C C fV =+得 312252 1.541010010135105D pd L DD P C C F pF fV --???= -=-?≈ ????? 【题3.7】 试分析图P3.7 中各电路的逻辑功能，写出输出逻辑函数式。 A B C DD Y V DD Y （b） A 上一讲内容回顾： 二极管与门及或门 二极管与门 二极管或门 NPN型三极管反相器电路（非门）及工作原理 二极管和三极管构成与非门及或非门 V DD u i u o R D →u u i A o Y A Y 电压关系表 u I /V u O/V 0V DD V DD 真值表 1 1 A Y 3. 分立元件二极管和MOS管构成与非及或非门 4. CMOS集成逻辑门电路 一．CMOS反相器工作原理 当NMOS管和PMOS管成对出现在电路中，且二者在工作中互补，称为CMOS管。 基本电路组成与工作原理 电压传输特性和电流传输特性 AB段：u IU th(N)，T N开始导通，u O略下降。 CD段：u I=0.5V DD，T N、T P均导通，u O↓→i D↑=i D(max)。 DE、EF段：与BC、AB段对应，且T N、T P的状态与之相 反，T N截止→导通；T P导通→截止。 输入端噪声容限 在保证电路输出高或低电平为规定值的条件下，前一个门的输出作为后一个门的输入，其电平的允许波动的最大范围称为输入端噪声容限。 CMOS反相器的静态输入输出特性 ①输入特性 因为MOS管的栅极和衬底之间存在着以SiO2为介质的输入电容，而绝缘介质非常薄，极易被击穿，所以应采取保护措施。 以74HC输入端保护电路输入特性为例介绍 在正常的输入信号范围内，即–0.7V 集成门电路功能测试实验报告 一、实验预习 1. 逻辑值与电压值的关系。 2. 常用逻辑门电路逻辑功能及其测试方法。 3. 硬件电路基础实验箱的结构、基本功能和使用方法。 二、实验目的 测试集成门电路的功能 三、实验器件 集成电路板、万用表 四、实验原理 TTL与非门74LS00的逻辑符号及逻辑电路： 双列直插式集成与非门电路CT74LS00： 数字电路的测试： 常对组合数字电路进行静态和动态测试，静态测试是在输入端加固定的电平信号，测试输出壮态，验证输入输出的逻辑关系。动态测试是在输入端加周期性信号，测试输入输出波形，测量电路的频率响应。常对时序电路进行单拍和连续工作测试，验证其状态的转换是正确。本实验验证集成门电路输入输出的逻辑关系，实验在由硬件电路基础实验箱和相关的测试仪器组成的物理平台上进行。 硬件电路基础实验箱广泛地应用于以集成电路为主要器件的数字电路实验中，它的主要组成部分有： (1) 直流电源：提供固定直流电源（+5V,-5V）和可调电源(+3～15V,-3～15V)。 (2) 信号源：单脉冲源（正负两种脉冲）；连续脉冲。 (3) 逻辑电平输出电路：通过改变逻辑电平开关状态输出两个电平信号：高电平“1”和低电平“0”。 (4) 逻辑电平显示电路：电平显示电路由发光二极管及其驱动电路组成，用来指示测试点的逻辑电平。 (5) 数码显示电路：动态数码显示电路和静态数码显示电路，静态数码显示电路由七段LED数码管及其译码器组成。 (6) 元件库：元件库装有电位器、电阻、电容、二极管、按键开关等器件。 (7) 插座区与管座区：可插入集成电路，分立元件。 集成门电路功能验证方法： 选定器件型号，查阅该器件手册或该器件外部引脚排列图，根据器件的封装，连接好实验电路，以测试74LS00与非门的功能为例： 正确连接好器件工作电源：74LS00的1 4脚和7脚分别接到实验平台的5 V直流电 3 逻辑门电路 MOS 逻辑门电路 3.1.2 求下列情况下TTL 逻辑门的扇出数：（1）74LS 门驱动同类门；（2）74LS 门驱动74ALS 系列TTL 门。 解：首先分别求出拉电流工作时的扇出数N OH 和灌电流工作时的扇出数N OL ，两者中的最小值即为扇出数。 从附录A 可查得74LS 系列电流参数的数值为I OH =，I OL =8mA ，I IH =,I IL =；74ALS 系列输入电流参数的数值为I IH =，I IL =，其实省略了表示电流流向的符号。 （1） 根据（3.1.4）和式（）计算扇出数 74LS 系列驱动同类门时，输出为高电平的扇出数 0.4200.02OH OH IH I mA N I mA === 输出为低电平的扇出数 8200.4OL OL IL I mA N I mA = == 所以，74LS 系列驱动同类门时的扇出数N O 为20。 （2） 同理可计算出74LS 系列驱动74ALS 系列时，有 0.4200.02OH OH IH I mA N I mA === 8800.1OL OL IL I mA N I mA = == 所以，74LS 系列驱动74ALS 系列时的扇出数N O 为20。 3.1.4 已知图题所示各MOSFET 管的 T V =2V ，忽略电阻上的压降，试确定其工作状态（导 通或截止）。 解：图题3.1.4（a ）和（c ）的N 沟道增强型MOS ，图题（b ）和（d ）为P 沟道增强型MOS 。N 沟道增强型MOS 管得开启电压V T 为正。当GS V ＜V T 时，MOS 管处于截止状态；当GS V ≥V T ，且DS v ≥（GS V —V T ）时，MOS 管处于饱和导通状态。 TTL集成逻辑门电路 分立元件门电路的缺点是使用元件多、体积大、工作速度低、可靠性差、带负载能力较差等。数字电路中广泛采用集成电路。集成电路具有体积小、可靠性高、工作速度快等许多优点。 TTL与非门 1.电路的组成 典型的TTL与非门电路如图6-16所示，它由输入级、中间放大级和输出级三部分组成。 （a）（b） 图6-16 典型TTL与非门电路及逻辑符号 （a）电路（b）逻辑符号 ①输入级： 输入级由多发射极三极管V1和电阻 R组成，实现与逻辑功能。其中V1是一 1 个多发射极三极管，如图6-17（a）所示。它相当于若干个发射极独立、基极和集电极分别并联在一起的三极管。图6-17（b）是多发射极三极管的等效电路。 （a）（b） 图6-17 多发射极三极管及其等效电路 （a）多发射极三极管（b）等效电路 ②中间放大级： 中间放大级由V 2、2R 和3R 组成。从V 2管的集电极和发射极输出两个相位相反的信号，作为V 3和V 5的驱动信号。 ③输出级： 输出级由V 3、V 4、V 5和4R 、5R 组成，这种电路形式称为推拉式电路。其中V 5构成反相器，实现非逻辑功能，V 3、V 4组成复合管，作为V 5的有源负载。 2.工作原理 ① 当输入端全部接高电平（设为3.6 V ）时，V 1管的所有发射结均为反向偏置，而集电结处于正向偏置。此时，电源V CC 通过1R 和V 1的集电结向V 2管提供足够的基极电流,使V 2管饱和导通，V 2管的发射极电流在3R 上产生的电压降使V 5管处于饱和状态，输出低电平，约为0.3 V 。与此同时，V 2管的集电极电位为： U C2＝U CES2＋U BE5≈0.3 V ＋0.7 V ＝1V 由于U B3＝U C2,此电位值使V 3管导通，V 3管的发射极电位U E3≈1 V －0.7 V ＝0.3V ,这也是V 4管的基极电位,而V 4管的发射极电位U E4= U CES5≈0.3 V , V 4管必然截止。即输入全为高电平，输出为低电平。 ② 当输入端任意一个或几个为低电平（设为0.3 V ）时，V 1管中接低电平的输入端的发射结正偏导通，V 1管的基极电位等于输入端的低电平加上发射结的导通电压，即U B1≈0.3 V ＋0.7 V ＝1V 。因为U B1加在V 1管的集电结以及V 2管和V 5管的发射结，所以V 2管和V 5管处于截止状态。 由于V 2管截止，电源V CC 经2R 向V 3管提供基极电流使V 3管导通，V 3管的发射极电位亦即V 4管的基极电位为 U E3＝V CC －I B3R 2－U BE3 因I B3很小，I B3R 2可忽略不计，所以 U E3≈5 V －0.7 V =4.3 V 该电位值使V 4管导通。输出电位为 U O = U E3- U BE4=4.3 V －0.7 V =3.6 V 即输入端任意一个或几个为低电平，输出为高电平。 综上所述，图6-16（a ）电路实现了与非逻辑关系, 图6-16（b ）是它的逻辑 第3章门电路 一、教学目的： 门电路是数字电路的基本逻辑单元。构成门电路的基本元件是晶体二极管和三极管，本章首先介绍晶体管的开关特性，然后重点讨论目前广泛使用的TTL集成门电路和CMOS集成门电路。对于每一种门电路，除了介绍其电路结构、工作原理和逻辑功能外，还着重讨论它们的电气特性，为实际使用这些器件打下基础。 二、教学题要 在这一章里，首先介绍了晶体管的开关原理，然后介绍分立元件门、TTL集成逻辑门和MOS集成逻辑门等门电路的结构、工作原理和特性。 3.1 概述 TTL和CMOS集成电路是目前数字系统中应用最广的基本电路。在TTL中，有两种载流子参与导电，因此称为双极型集成电路；在CMOS中，只有一种载流子参与导电，因此称为单极型集成电路。尽管TTL和CMOS集成电路在制造工艺方面存在区别，但从逻辑功能和应用的角度上讲，TTL和CMOS集成电路没有多大的区别。从产品的角度上讲，凡是TTL具有的集成电路芯片，CMOS一般也具有，不仅两者的功能相同，而且芯片的尺寸、管脚的分配都相同。换句话说，以TTL为基础设计实现的电路，也可以用CMOS电路来替代。因此，在数字电路系统设计时，不必事先考虑设计目标芯片的类型。 学习集成电路时，应将重点放在它们的外部特性上。外部特性包括电路的逻辑功能和电气特性。集成电路的逻辑功能一般可以用逻辑符号、功能表、真值表、逻辑函数表达式和工作波形来表示。电气特性包括电压传输特性、输入特性、输出特性和动态特性等。 工作速度、抗干扰能力和静态功耗是集成电路的主要技术指标。对于TTL、CMOS和ECL这几种类型的集成电路产品来说，ECL集成电路的速度最快，TTL次之，CMOS最慢；CMOS集成电路的抗干扰能力最强，TTL次之，ECL最弱；CMOS集成电路的静态功耗最低，TTL次之，ECL最大。在设计数字系统时，可以根据需要选择这些产品。 3.2 晶体二极管和三极管的开关特性 半导体器件如晶体二极管、三极管和MOS管都有导通和截止两种状态，在导通状态下，允许电信号通过，在截止状态下，禁止电信号通过，这就是它们的开关特性。半导体器件的开关特性又分为静态特性和动态特性，前者指器件稳定在导通和截止两种状态下的特性，后者指器件在状态发生变化过程中的特性。 3.2.1 晶体二极管的开关特性 3.2.2 晶体三极管的开关特性 3.3 分立元件门 由电阻、电容、二极管、三极管等分立元件构成的逻辑门称为分立元件门。分立元件门的体积大、耗电高、故障多，现在几乎很少使用。这一节介绍的分立元件门，仅作为逻辑门电路学习的入门基础。 3.3.1 二极管与门 3.3.2 二极管或门 3.3.3 三极管非门 3.3.4 复合逻辑门 3.3.5 正逻辑和负逻辑第三章集成逻辑门电路例题补充
实验一 集成逻辑门电路
数字电路与逻辑设计习题-3第三章集成逻辑门
实验一集成逻辑门电路的测试与使用
集成逻辑门电路逻辑功能的测试
简单的逻辑电路--获奖优质精品教案 (4)
第3章_门电路 课后答案要点
教案MOS构成基本逻辑门电路
集成门电路功能测试实验报告
第3章-逻辑门电路
TTL集成逻辑门电路
第3章门电路教案
相关主题
文本预览