第3章逻辑门电路
一、学习目的
逻辑门电路是构成数字电路的基本单元。要从内部结构上认识了解逻辑门电路的基本构造和性
二、内容概要
本章首先介绍逻辑门电路的开关特性。在此基础上，简要介绍分立元件与门、或门、非门及与
三、学习指导
本章重点：
本章难点：
方法提示
3、1 概述
了解正、负逻辑的电平对比。
了解数字信号的电平容限。
用以实现各种基本逻辑关系的电子电路称为门电路。它是组成其它功能
数字电路的基础。常用的逻辑门电路有与门、或门、非门、与非门、或非门、三
态门和异或门等。集成逻辑门主要有双极型的TTL门电路和单极型的CMOS门
电路。其输入和输出信号只有高电平和低电平两种状态。用1表示高电平、用0
表示低电平的情况称为正逻辑；反之用0表示高电平、用1表示低电平的情况称
为负逻辑。在本书中，如未加说明，则一律采用正逻辑。
41页图3.1.1正逻辑和负逻辑第
在数字电路中，只要能明确区分高电平和低电平两个状态就可以了，所以，高电平和低电平都允许有一定的变化范围，如下图所示。
3、2 分立元件门电路
理解二极管门电路的结构和特点
了解三极管非门电路的结构特点
一、三极管开关特性
1、静态开关特性
在数字电路中，三极管是作为一个开关来使用的，它不允许工作在放大状态，而只能工作在饱和导通状态（又称饱和状态）或截止状态。请看下面的分析。
(1)、截止
当输入时，基射间的电压小于其门限电压Uth （0.5V）,三极管截止，电流≈0，电流≈0，输出＝≈VCC，这时，三极管工作在上图中的A点。为了使三极管能可靠截止，应使发射结处于反偏，因此，三极管的可靠截止条件为:。三极管截止时，E、B、C三个极互为开路。
(2)、饱和
当输入时，使三极管工作在临界饱和状态，如上图中的S点。在该点上：
因此，三极管饱和条件为：
当三极管饱和时，达到最大；达到最小。C、
B、E为连通。
2、动态开关特性
3、抗饱和三极管
二、二极管门电路
1、二极管与门电路
2、二极管或门电路、三极管非门电路
另外，利用二极管和三极管可以一起组成“与非”门电路和“或非”门电路。
3．3 TTL集成逻辑门电路
了解
理解
掌握
了解肖特基系列的只要特点。
TTL集成逻辑门电路是晶体管－晶体管逻辑门电路的简称。它主要由双极型三极管组成。由于TTL集成电路的生产工艺成熟，因此，产品参数稳定、工作可靠、开关速度高，获得了广泛的应用。下面以CT74S肖特基系列与非门为例讨论其逻辑功能及其电气特性。
一、TTL与非门
1．TTL与非门的电路结构
输入级由多发射极三极管
中间级由
输出级由
2．TTL与非门的工作原理
3．TTL与非门的主要参数
(1)工作速度:
(2)电压传输特性和噪声容限:
4．输入负载特性：
5．输出负载特性：
带灌电流负载特性:与非门输出u O 为低电平时，带灌电流负载。当输入都为高电平时，与非门的V2、V5饱和导通，输出uO 为低电平U OL ，这时，各个外接负载门的输入低电平电流都流入（即灌入）V5的集电极，形成了输出低电平电流。当外接负载门的个数增加时，流入V5集电极的电流随之增大，输出低电平稍有上升，只要不超过输出低电平允许的上限值，与非门的正常逻辑功能就不会被破坏。设与非门输出低电平时，允许V5最大集电极电流为ＩOL （max ），每个负载门输入低电平电流为ＩIL 时，则输出端外接灌电流负载门的个数N OL 为。N OL ＝I OL （max ）/I IL
带拉电流负载特性：当输入有低电平时，V5截止、V4导通，输出uO 为高电平U OH 。这时，与非门输出高电平电流从输出端流向各个外接负载门。当外接负载门的个数增多时，被拉出的电流增大，与非门输出的高电平随之下降，只要不超过允许的高电平下限值U OH （min ），与非门的正常逻辑功能就不会被破坏。设与非门输出高电平允许的最大电流为I OH （max ），每个负载门输入高电平电流为I IH ，则输出端外接拉电流负载门的个数N OH 为。N OH ＝I OH （max ）/I IH
6．传输延迟时间：
二、低功耗肖特基系列
三、其他功能的TTL门电路
TTL集成逻辑门电路除与非门外，常用的还有集电极开路与非门、或非门、与或非门、三态门和异或门等，它们的逻辑功能虽各不相同，但都是在与非
门的基础上发展起来的。因此，前面讨论的ＴＴＬ与非门的特性对这些门电路同样适用。
1．集电极开路与非门（OC门）
实现线与
驱动显示器
实现电平转换
2、与或非门:
3、三态输出门
当时，输出，三态门处于工作状态。这时称低电平有效。
当时，
态门工作，；ＥＮ＝０时，输出Ｙ呈现高阻，这时称
四、TTL数字集成电路系列1．CT54系列和CT74系列之对比
2．ＴＴＬ集成逻辑门电路的子系列
CT74H CT74L CT74S CT74LS CT74AS
CT74ALS
五、TTL集成逻辑门的使用注意事项电源电压及电源干扰的消除
输出端的连接
闲置输入端的处理
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 =
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。（）
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
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。