第3章 逻辑门电路

第三章 数字电路基础知识1、逻辑门电路（何为门）2、真值表3、卡诺图4、3线-8线译码器的应用5、555集成芯片的应用一. 逻辑门电路（何为门）在逻辑代数中，最基本的逻辑运算有与、或、非三种。

每种逻辑运算代表一种函数关系，这种函数关系可用逻辑符号写成逻辑表达式来描述，也可用文字来描述，还可用表格或图形的方式来描述。

最基本的逻辑关系有三种：与逻辑关系、或逻辑关系、非逻辑关系。

实现基本逻辑运算和常用复合逻辑运算的单元电路称为逻辑门电路。

例如：实现“与”运算的电路称为与逻辑门，简称与门；实现“与非”运算的电路称为与非门。

逻辑门电路是设计数字系统的最小单元。

1.1.1 与门“与”运算是一种二元运算，它定义了两个变量A 和B 的一种函数关系。

用语句来描述它，这就是：当且仅当变量A 和B 都为1时，函数F 为1；或者可用另一种方式来描述它，这就是：只要变量A 或B 中有一个为0，则函数F 为0。

“与”运算又称为逻辑乘运算，也叫逻辑积运算。

“与”运算的逻辑表达式为：F A B =⋅ 式中，乘号“．”表示与运算，在不至于引起混淆的前提下，乘号“．”经常被省略。

该式可读作：F 等于A 乘B ，也可读作：F 等于A 与B 。

由“与”运算关系的真值表可知“与”逻辑的运算规律为：00001100111⋅=⋅=⋅=⋅= 表2-1b “与”运算真值表简单地记为：有0出0，全1出1。

由此可推出其一般形式为：001A A AA A A⋅=⋅=⋅=实现“与”逻辑运算功能的的电路称为“与门”。

每个与门有两个或两个以上的输入端和一个输出端，图2-2是两输入端与门的逻辑符号。

在实际应用中，制造工艺限制了与门电路的输入变量数目，所以实际与门电路的输入个数是有限的。

其它门电路中同样如此。

1.1.2 或门“或”运算是另一种二元运算，它定义了变量A 、B 与函数F 的另一种关系。

用语句来描述它，这就是：只要变量A 和B 中任何一个为1，则函数F 为1；或者说：当且仅当变量A 和B 均为0时，函数F 才为0。

第3章逻辑门电路3.1 概述逻辑门电路:用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。

简称门电路.用逻辑1和0 分别来表示电子电路中的高、低电平的逻辑赋值方式，称为正逻辑,目前在数字技术中，大都采用正逻辑工作；若用低、高电平来表示，则称为负逻辑。

本课程采用正逻辑。

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.在数字集成电路的发展过程中，同时存在着两种类型器件的发展。

一种是由三极管组成的双极型集成电路,例如晶体管-晶体管逻辑电路（简称TTL电路）及射极耦合逻辑电路（简称ECL电路）.另一种是由MOS管组成的单极型集成电路，例如N-MOS逻辑电路和互补MOS(简称COMS）逻辑电路。

3。

2 分立元件门电路3。

3.1二极管的开关特性3.2.2三极管的开关特性NPN型三极管截止、放大、饱和3种工作状态的特点工作状态截止放大饱和条件i B＝0 0＜i B＜I BS i B＞I BS工作特点偏置情况发射结反偏集电结反偏u BE〈0，u BC〈0发射结正偏集电结反偏u BE>0，u BC〈0发射结正偏集电结正偏u BE〉0，u BC〉集电极电流i C＝0 i C＝βi B i C＝I CSce间电压u CE＝V CC u CE＝V CC－i C R cu CE＝U CES＝0.3Vce间等效电阻很大，相当开关断开可变很小，相当开关闭合3.2。

3二极管门电路1、二极管与门2、二极管或门u A u B u Y D1D20V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V0V4。

3V4。

3V4.3V截止截止截止导通导通截止导通导通3。

2.4三极管非门3。

2。

5组合逻辑门电路1、与非门电路2、或非门电路3.3 集成逻辑门电路一、TTL与非门1、电路结构(1）抗饱和三极管作用：使三极管工作在浅饱和状态。

因为三极管饱和越深，其工作速度越慢，为了提高工作速度，需要采用抗饱和三极管。

构成:在普通三极管的基极B和集电极C之间并接了一个肖特基二极管(简称SBD）。

路。

简称门电路。

5V一、TTL 与非门图3-1 典型TTL 与非门电路3.2 TTL 集成门电路•数字集成电路中应用最广的为TTL 电路（Transister-Transister-Logic 的缩写）•由若干晶体三极管、二极管和电阻组成，TTL 集成电路有54/74系列　①输出高电平UOH 和输出低电平UOL 。

　•输出高电平U OH：至少有一个输入端接低电平时的输出电平。

•输出低电平U OL：输入全为高电平时的输出电平。

• 电压传输特性的截止区的输出电压UOH=3.6V，饱和区的输出电压UOL=0.3V。

一般产品规定U OH≥2.4V、U OL＜0.4V时即为合格。

　二、TTL与非门的特性参数③开门电平U ON 和关门电平U OFF 。

　开门电平U ON 是保证输出电平达到额定低电平(0.3V )时，所允许输入高电平的最低值，表示使与非门开通的最小输入电平。

通常U ON =1.4V ，一般产品规定U ON ≤1.8V 。

　关门电平U OFF 是保证输出电平为额定高电平(2.7V 左右)时，允许输入低电平的最大值，表示与非门关断所允许的最大输入电平。

通常U OFF ≈1V ，一般产品要求U OFF ≥0.8V 。

5). 扇入系数Ni和扇出系数N O　是指与非门的输入端数目。

扇入系数Ni是指与非门输出端连接同类门的个数。

反扇出系数NO映了与非门的带负载能力。

6）输入短路电流I IS 。

　当与非门的一个输入端接地而其余输入端悬空时，流过接地输入端的电流称为输入短路电流。

7）8）平均功耗P　指在空载条件下工作时所消耗的电功率。

三、TTL门电路的改进　74LS系列　性能比较好的门电路应该是工作速度既快，功耗又小的门电路。

因此，通常用功耗和传输延迟时间的乘积(简称功耗—延迟积或pd积)来评价门电路性能的优劣。

74LS系列又称低功耗肖特基系列。

74LS系列是功耗延迟积较小的系列(一般t pd＜5 ns，功耗仅有2 mW) 并得到广泛应用。

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。

第一节逻辑门电路（一）教学目的：让学生掌握与门电路的工作原理及符号教学重点：与门电路的逻辑关系教学难点：与门电路的工作原理教学方法：讲授法教学课时：一课时教学过程：一、复习提问：晶体管反相是如何工作的？加速电容有何作用？二、新授：（一）概述：1、逻辑门电路的定义：是指具有多个输入端和一个输出端的开关电路。

2、逻辑电路中0和1的含义：表示两种对立的状态。

并不表示数量的大小。

0和1分别称为逻辑0和逻辑1 3、正、负逻辑体制：若1表示高电平，0表示低电平，称为正逻辑；若1表示低电平，0表示高电平，则称为负逻辑4、基本的逻辑门电路有：与门、或门、非门8.3.1 与门电路一、与逻辑关系当一件事情的几个条件全部具备之后，这件事情才能发生，否则不发生。

这样的因果关系称为与逻辑关系。

举例说明:以开锁为例和书上的开关串联为例。

让学生联系生活说明有哪些常见的与逻辑。

（讨论）二、与门电路1、电路图电路如右图8-9所示3、真值表4、逻辑符号图8－10 与门逻辑符号对于与门电路要重点讲解，但对于其他门电路在相同内容和相似的分析过程中不再重复。

以留给学生一定的思考空间，也为学生的个性化发展提供的前提。

4、逻辑函数式Y＝A·B （中间的点乘也可以去掉）小结：与逻辑关系的定义（强调所有条件均具备）第一节逻辑门电路（二）教学目的：让学生掌握门电路的基本类型教学重点：门电路的逻辑关系教学难点：各门电路的逻辑关系与逻辑表式与真值表的联系教学方法：讲授法教学过程：一、复习提问：1、什么叫与逻辑关系？与门电路的符号怎么画？其功能是什么？二、新授：(一) 或门电路：1、或逻辑关系在决定一件事的各种条件中，到少具备一个条件，这件事就会发生。

这样的因果关系称为或逻辑关系。

举例说明:以开锁为例和书上的开关并联为例。

让学生联系生活说明有哪些常见的或逻辑。

（讨论）2、或门电路（1）、电路图电路如下图8-12所示图8-12 二极管或门电路（1）、真值表V a、V b有一个是高电平（5V）：V o 为高电平；V a、V b两个都为低电3、逻辑符号图8－13 或门逻辑符号4、逻辑函数式Y ＝A ＋B（二）、非门电路：1、1、非逻辑关系：事情和条件总是呈相反状态。

第三章逻辑门电路[题3.1] 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4．三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．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8．逻辑表达式Y=AB可以用实现。

A.正或门B.正非门C.正与门9．要使TTL与非门工作在转折区，可使输入端对地外接电阻R I。

A.＞R ONB.＜R OFFC.R OFF＜R I＜R OND.＞R OFF10．与CT4000系列相对应的国际通用标准型号为。

A.CT74S肖特基系列B. CT74LS低功耗肖特基系列C.CT74L低功耗系列D. CT74H高速系列[题3.2] 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．CMOS OD门（漏极开路门）的输出端可以直接相连，实现线与。

（）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。