第三章 逻辑门电路的一般特性(1)2015 [兼容模式] (1)

电路基础原理逻辑门电路的原理与特性电路是电子技术中最基础的概念之一，它是由电子元件（例如电阻、电容、电感等）组成的路径，用于控制电流的流动。

而在电路中，逻辑门电路则扮演着至关重要的角色。

本文将探讨逻辑门电路的基本原理和特性。

逻辑门电路是由逻辑门组成的电路，逻辑门是一种将输入信号转换为输出信号的电子元件。

常见的逻辑门有与门、或门、非门、异或门等。

每个逻辑门都有特定的逻辑功能，根据输入信号的布尔代数关系，产生相应的输出信号。

逻辑门电路广泛应用于计算机、通信、数字电子等领域，为电子系统的正确运行提供了必要的逻辑控制。

一、与门与门是最简单的逻辑门之一，它只有两个输入端和一个输出端。

当且仅当两个输入端同时为高电平时，输出端才会产生高电平信号，否则输出端将保持低电平。

与门的逻辑功能符合布尔代数中的“与”运算。

在数字电路中，与门常用于控制信号的分析和处理，例如判断两个信号是否同时满足某一条件。

二、或门或门是另一种常见的逻辑门，它也有两个输入端和一个输出端。

当任意一个输入端为高电平时，输出端便会产生高电平信号。

只有当两个输入端同时为低电平时，输出端才会保持低电平。

或门的逻辑功能符合布尔代数中的“或”运算。

在数字电路中，或门广泛应用于数据的合并和选择，例如多路选择器的设计。

三、非门非门是最简单的单一输入逻辑门，也称为反相器。

它只有一个输入端和一个输出端。

当输入端为高电平时，输出端产生低电平信号；当输入端为低电平时，输出端产生高电平信号。

非门的逻辑功能符合布尔代数中的“非”运算。

非门常用于信号的取反和逻辑电路的设计。

四、异或门异或门是比较有特殊性的逻辑门，它有两个输入端和一个输出端。

当两个输入端相同时，输出端为低电平；当两个输入端不同时，输出端为高电平。

异或门的逻辑功能符合布尔代数中的“异或”运算。

异或门经常用于数字电路中的错误检测和纠正。

逻辑门电路的特性还涉及到功耗、时序、稳定性等因素。

功耗是指逻辑门在工作过程中消耗的能量，由于电力资源的限制，功耗的降低对电路设计来说十分重要。

数字逻辑电路的特点
数字逻辑电路是由逻辑门、触发器、计数器等元件按照一定的逻辑功能和连接关系组成的电路。

它具有以下特点：
1. 二进制输入输出：数字逻辑电路的输入和输出信号都以二进制形式表示，只有两个状态（0和1）。

这大大简化了信号的
处理和传输。

2. 确定性：数字逻辑电路的运算过程是确定的，根据特定的逻辑规则进行操作。

对于相同的输入，始终得到相同的输出。

3. 可靠性：由于数字逻辑电路中只有两种状态，电路的工作状态更加稳定可靠。

数字信号可以通过正定低音噪声的方式进行传输和处理，从而降低误差率。

4. 可编程性：数字逻辑电路可以通过对逻辑门的布尔函数进行编程，实现不同的逻辑功能。

这使得数字逻辑电路具有较强的灵活性和可扩展性。

5. 高集成度：数字逻辑电路可以通过集成电路技术实现高度集成，将多个逻辑门或其他元件集成到同一芯片上。

这样可以大大提高电路的集成度和运算速度。

6. 低功耗：数字逻辑电路在计算机和其他数字设备中广泛应用，因为它们的功耗较低。

与模拟电路相比，数字逻辑电路不需要进行放大和滤波等复杂的处理，从而节省了能量消耗。

总的来说，数字逻辑电路具有简单、稳定、灵活、可靠、高效等特点，为计算机和其他数字设备提供了强大的计算和控制能力。

第3章 逻辑门电路门电路是构成各种复杂集成电路的基础，本章着重理解TTL 和CMOS 两类集成电路的外部特性：输出与输入的逻辑关系，电压传输特性。

1. TTL 与CMOS 的电压传输特性 开门电平ON V —保证输出为额定低电平 时所允许的最小输入高电平值在标准输入逻辑时，ON V ＝1.8Ｖ关门OFF V —保证输出额定高电平90%的情况下，允许的最大输入低电平值，在标准输入逻辑时，OFF V ＝0.8ＶIL V —为逻辑0的输入电压 典型值IL V ＝0.3Ｖ IH V —为逻辑１的输入电压 典型值IH V ＝3.0Ｖ OH V —为逻辑１的输出电压 典型值OH V ＝3.5Ｖ OL V —为逻辑0的输出电压 典型值OL V ＝0.3Ｖ对于TTL ：这些临界值为V V OH 4.2min =，V V OL 4.0max = V V IH 0.2min =,V V IL 8.0max = 低电平噪声容限：IL OFF NL V V V -= 高电平噪声容限：ON IH NH V V V -=例：74ＬＳ00的V V OH 5.2min =）（ V V OL 4.0(=出最小） V V IH 0.2min =）（ V V IL 7.0max =）（它的高电平噪声容限 ON IH NH V V V -=＝3－1.8＝1.2Ｖ 它的低电平噪声容限 IL OFF NL V V V -=＝0.8－0.3＝0.5ＶV IOFF V ONV NHIL V2.TTL与COMS关于逻辑0和逻辑1的接法74ＨＣ00为CMOS与非门采用+5Ｖ电源供电，输入端在下面四种接法下都属于逻辑0①输入端接地②输入端低于1.5Ｖ的电源③输入端接同类与非门的输出电压低于0.1Ｖ④输入端接10ΩK电阻到地74LS00为TTL与非门，采用+5Ｖ电源供电，采用下列4种接法都属于逻辑1①输入端悬空②输入端接高于2Ｖ电压③输入端接同类与非门的输出高电平3.6Ｖ④输入端接10ΩK电阻到地。

第3章逻辑门电路3.1复习笔记一、MOS逻辑门电路1．逻辑电路的一般特性（1）输入和输出的高、低电平数字电路中的高、低电压常用高、低电平来描述，并规定在正逻辑体制中，用逻辑1和0分别表示高、低电平。

当逻辑电路的输入信号在一定范围内变化时，输出电压并不会改变，因此逻辑1和0对应一定的电压范围。

（2）噪声容限噪声容限表示门电路的抗干扰能力。

在数字系统中，各逻辑电路之间的连线可能会受到各种噪声的干扰，这些噪声会叠加在工作信号上，只要其幅度不超过逻辑电平允许的最小值或最大值，则输出逻辑状态不会受影响。

通常将这个最大噪声幅度称为噪声容限。

（3）传输延迟时间传输延迟时间是表征门电路开关速度的参数，它说明门电路在输入脉冲波形的作用下，其输出波形相对于输入波形延迟了多长时间。

（4）功耗①静态功耗当电路的输出没有状态转换时的功耗。

静态时，CMOS电路的电流非常小，使得静态功耗非常低。

②动态功耗CMOS电路在输出发生状态转换时的功耗，它主要由两部分组成：a ．由于电路输出状态转换的瞬间，其等效电阻比较小，从而导致有较大的电流从电源VDD 经CMOS 电路流入地；b ．由于CMOS 管的负载通常是电容性的，因此当输出由高电平到低电平，或者由低电平到高电平转换时，会对电容进行充、放电，这个过程将增加电路的损耗。

（5）延时-功耗积理想的数字电路或系统，要求它既速度高，同时功耗低。

用符号DP 表示延时-功耗积：pd DDP t P 式中，pd t 为传输延迟时间，D P 为门电路功耗。

DP 值越小，特性越理想。

（6）扇入数和扇出数门电路的扇入数取决于它的输入端的个数。

门电路的扇出数指其在正常工作情况下，所能带同类门电路的最大数目。

考虑如下两种情况：①拉电流工作情况负载电流从驱动门流向外电路，输出为高电平的扇出数表示：②灌电流工作情况负载电流从外电路流入驱动门，驱动门所能驱动同类门的个数：2．MOS 开关及等效电路（1）MOS 管开关特性图3-1（a ）为N 沟道增强型MOS 管构成的开关电路。

逻辑门电路分类与特点在数字电路设计中，逻辑门电路是基础而重要的组成部分。

通过不同类型的逻辑门电路，我们可以实现各种复杂的数字逻辑功能。

本文将介绍逻辑门电路的分类和各自的特点。

第一类：与门（AND Gate）与门是最基本的逻辑门之一，它需要所有输入信号同时为高电平时，输出才为高电平。

与门的符号通常为“∧”。

与门电路由两个或多个输入和一个输出组成，其真值表如下：| A | B | Y ||---|---|---|| 0 | 0 | 0 || 0 | 1 | 0 || 1 | 0 | 0 || 1 | 1 | 1 |第二类：或门（OR Gate）或门也是一种基本的逻辑门类型，它的输出在任何一个或多个输入信号为高电平时，就会为高电平。

或门的符号通常为“∨”。

或门电路同样由两个或多个输入和一个输出构成，其真值表如下：| A | B | Y ||---|---|---|| 0 | 1 | 1 || 1 | 0 | 1 || 1 | 1 | 1 |第三类：非门（NOT Gate）非门也被称为反相器，它只有一个输入和一个输出。

当输入为高电平时，输出为低电平；当输入为低电平时，输出为高电平。

非门的符号通常为“¬”。

非门的真值表如下：| A | Y ||---|---|| 0 | 1 || 1 | 0 |第四类：异或门（XOR Gate）异或门是一种特殊的逻辑门类型，当输入信号相同时，输出为低电平；当输入信号不同时，输出为高电平。

异或门的符号通常为“⊕”。

异或门电路由两个输入和一个输出构成，其真值表如下： | A | B | Y ||---|---|---|| 0 | 0 | 0 || 1 | 0 | 1 || 1 | 1 | 0 |第五类：与非门（NAND Gate）与非门是与门和非门的组合，当所有输入都为高电平时，输出为低电平，否则输出为高电平。

与非门的符号通常为“↑”。

与非门电路由两个或多个输入和一个输出构成，其真值表如下：| A | B | Y ||---|---|---|| 0 | 0 | 1 || 0 | 1 | 1 || 1 | 0 | 1 || 1 | 1 | 0 |第六类：或非门（NOR Gate）或非门是或门和非门的组合，只有当所有输入都为低电平时，输出才为高电平，否则输出为低电平。

电路基础原理理想逻辑门与逻辑门的特性在电路设计领域中，逻辑门是非常重要的基本组件。

逻辑门可以将输入的电信号进行相应的逻辑操作，并产生输出信号。

具体来说，逻辑门可以对输入信号的真假进行逻辑判断，并产生一个相应的输出信号。

理想逻辑门是一种理论上的概念，可以认为是逻辑门的最理想化形式。

理想逻辑门具有以下特性：1. 零电平和一电平的定义明确：在理想逻辑门中，零电平和一电平被清晰地定义为两个不同的电压值。

一个给定的输入电信号只能被正确地判定为零电平或一电平，而不能在判断过程中出现模糊或不明确的情况。

2. 高速响应：由于理想逻辑门是一种理论上的概念，并不受实际电路元件和其他因素的限制，因此可以实现高速的响应速度。

在理想逻辑门中，输入信号的变化能够被立即感知并产生相应的输出信号。

3. 高抗噪性：在实际电路设计中，电信号可能会受到各种干扰和噪声的影响，这些干扰和噪声可能会导致逻辑门的误判或输出信号的波动。

然而，在理想逻辑门中，由于其特殊的设计和制造工艺，能够抵御各种噪声和干扰的影响，达到高抗噪性的效果。

4. 无功耗：理想逻辑门在工作过程中不会产生任何功耗，所有的输入信号将被精确地转化为对应的输出信号。

这意味着在理想逻辑门中，输入电信号的功率完全转化为输出信号的功率，没有能量的损耗。

5. 理想逻辑门具有无限的输入和输出电阻：在理想逻辑门中，输入电阻和输出电阻都是无限大，即输入信号不会对逻辑门产生任何影响。

然而，真实世界中的逻辑门并不完全符合理想逻辑门的特性。

实际上，逻辑门的制造和设计受到许多因素的制约。

比如，电子元器件的物理特性、电路的布局和环境条件等都会对逻辑门的性能产生一定的影响。

当然，随着科技的不断进步与发展，逻辑门的设计和制造技术也在不断改进，越来越接近理想逻辑门的特性。

在实际电路设计中，我们需要研究和分析逻辑门的特性，了解其输入输出关系和判断逻辑，并根据具体应用需求选择合适的逻辑门。

常见的逻辑门包括与门、或门、非门、异或门等。