数电第二章

1.0
VOL（max）0.5
输入标 准低电
平
0.4V
VNL
D VNH
E
V V 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
SL VOFF VON
SH
Vi (V)
输入标准
高电平
2. 输入特性
+VCC
1) 输入伏安特性
iI
R1 3kΩ
1
-1.6 mA
<50 uA vI A
31
B
T1
1.4 V
和边沿，T4放大。 VO随iOH变化不大。 当由i于Oi以OHH受↑：线时功性,R耗变4上的化压限。降制增，大i0，H过T大3 、会T4烧饱毁和T，4管V，O随所
功耗 1mW IOH 400 A
输出高电平时的扇出系数 3.6V
R2 750Ω 2T3 Vc2 1 3 R4
VO
+VCC
R 4 +5V 100Ω
抗干扰能力越强。 高电平噪声容限
VNH= VSH ¯ VON 。
VNH越大，输入为1态下
抗干扰能力越强。
Vo (V)
4.0 A B
3.5
3.0
VOH（min）2.5 2.4V
C
2.0
1.5
A(0V, 3. 6V) B(0.6V, 3.6V) C(1.3V, 2.48V) D(1.4V, 0.3V) E(3.6V, 0.3V)
• 导通(VD>VTH) • 2、二极管的开关时间
截止5V(VDR<VT+H)
0V
D VD
uo
_
VF Vi
二极管开关状态的转换需要时间：
t1 t2

由“与”运算的真值表可知 运算法则为： “与”运算法则为： 有0出 0⋅0=0 1⋅0=0 0 0⋅1=0 1⋅1=1 全1为 1
⒊ 表达式 逻辑代数中“ 逻辑关系用“ 逻辑代数中“与”逻辑关系用“与”运 算描述。 运算又称逻辑乘， 算描述。“与”运算又称逻辑乘，其运算符 两变量的“ 运算可表示为： 为“⋅” ，两变量的“与”运算可表示为： F＝A ⋅ B 简写为： 简写为：F＝AB 读作： 等于 等于A与 读作：F等于 与B
⒊ 表达式 逻辑代数中“ 逻辑关系用“ 逻辑代数中“或”逻辑关系用“或”运算 描述。 运算又称逻辑加， 描述。“或”运算又称逻辑加，其运算符为 两变量的“ 运算可表示为： “＋” 。两变量的“或”运算可表示为： F＝A＋B 读作： 读作：F 等于 A 或 B
三、“非”运算（逻辑非） 运算（逻辑非）
例：如 AB + AC + BC = AB + ( A + B )C = AB + ABC = AB + C 则 ( A + B) ⋅ ( A + C ) ⋅ ( B + C ) = ( A + B) ⋅ C
例: 证明包含律：(A+B)·(A+C)·(B+C)=(A+B)· (A+C) 证明包含律： 证: 已知 AB ＋A C＋BC=AB＋AC ＋ ＋ 等式两边求对偶： 等式两边求对偶：(A+B)·(A+C)·(B+C)=(A+B)· (A+C) 证毕
量进行描述，称布尔代数，统称逻辑代数。 量进行描述，称布尔代数，统称逻辑代数。 逻辑状态： 完全对立、截然相反的二种状态， ⒋ 逻辑状态： 完全对立、截然相反的二种状态，如：好坏、 好坏、 美丑、真假、有无、高低、开关等。 美丑、真假、有无、高低、开关等。 逻辑变量： ⒌ 逻辑变量： 代表逻辑状态的符号， 代表逻辑状态的符号，取值 0 和 1。不表示数 。 逻辑函数： 量的大小，而是表示两种对立的逻辑状态。 ⒍ 逻辑函数： 量的大小，而是表示两种对立的逻辑状态。 输出是输入条件的函数。 输出是输入条件的函数。

第二章 逻辑门电路
内容概述 第一节 标准TTL与非门 第二节 其它类型TTL门电路 第三节 ECL逻辑门电路 第四节 I2 L逻辑门电路 第五节 NMOS逻辑门电路 第六节 CMOS逻辑门电路 第七节 逻辑门的接口电路 小结
BJT : Bipolar Junction Transistor TTL : Transistor-Transistor Logic ECL : Emitter-Coupled Logic CMOS : Complementary Metal-Oxide-Semiconductor I2L : Integrated Injection Logic
A B
TTL与非门的外特性及主要参数 4. 关门电平U ： OFF 和输出低电平 1. 输出高电平 U U
C
D
E
TTL与非门的外特性及主要参数 5. 噪声容限
TTL与非门的外特性及主要参数 外特性：指的是电路在外部表现出来的各种特性。 掌握器件的外特性及其主要参数是用户正确使用、维护 和设计电路的重要依据。 介绍手册中常见的特性曲线及其主要参数。
TTL与非门的外特性及主要参数
性区 区： . 6≤V ≤UI， ≤1.3V， 截线 止 ：当 当0 U 0.6V I 0.7V ≤U时， T2导通，T5 （一）电压传输特性 b2＜1.4V Ub1 ≤1.3V T2、时， T5 截止， 饱和区：UI继续升高， T1进入UC2随 仍截止， U 输出高电平 = 3.6V 。 b2 升高而下降， OH TTL 与非门输入电压 U 与输出电压 U 之间的关系曲线， I O 转折区：当 UI≥1.3V 倒置工作状态 U时， ，此时 经T 射随器使 UO下降。 b1=2.1V 4 即 U = f （ U ）。 O T 、T I 输入电压略微升高，输出 2 5饱和，T4截止，输出低 电平UOL = 0.3V T ，且 电压急剧下降，因为 2、 UO不随UI 的增大而变化。 T4 、 T 5均处于放大状态。

二、分压式偏置放大电路
(2) 动态分析 分压式偏置放大电路的微变 等效电路如图所示。 等效电路如图所示。 RS 电压放大倍数： 电压放大倍数： us + • RB1 RC
C1 + + C2
＋VCC T RB2
+
+
RL
uo
－
Au =
Uo
•
=−
β ( RL // RC )
rbe
RE
CE
－ (a) 放大电路
2.1.3 放大电路的直流通路和交流通路
1.直流通路 直流电源作用下直流电流流经的路径 1.直流通路—直流电源作用下直流电流流经的路径。 直流通路 直流电源作用下直流电流流经的路径。 电容视为开路； 视为开路 ① 电容视为开路； 电感视为短路； ② 电感视为短路； ③ 交流信号源视为短路（保留内阻）。 交流信号源视为短路（保留内阻）。 视为短路 2.交流通路 输入信号作用下交流信号流经的路径 2.交流通路—输入信号作用下交流信号流经的路径。 交流通路 输入信号作用下交流信号流经的路径。 大容量电容视为短路 电容视为短路； ① 大容量电容视为短路； 直流电压源视为短路。 视为短路 ② 直流电压源视为短路。 （P47 图2.4）
二、分压式偏置放大电路
分压式偏置放大电路， 自动调节 不随温度变化， 分压式偏置放大电路，能自动调节IC不随温度变化， 克服了固定偏置放大电路受温度影响的缺点。 克服了固定偏置放大电路受温度影响的缺点。 ＋V ＋VCC RB1 RC
C1 + + C2
CC
RB1
+
I1 RC IB I2
IC UCE
ri
注意射极电阻折算到基级: 注意射极电阻折算到基级 ×(1+β)

① 线与逻辑图
演 示 文 稿 Presentation
A B
&
L1 L=L1 L2
C D
&
L2
线与逻辑图 EXIT EXIT
第2章 逻辑门电路
②
UCC
母线传输
(BUS)
B1
× ×
演 示 文 稿 Presentation
RC
B1
& 1
& 2 E2 B1
& n En B2
选 通 信 号 E1 数字信号1
(5) UOH (min) ：输出高电平的下限值，2.4 V。 输出高电平的下限值， 。 (6) UOL (max) ：输出低电平的上限值，0.4 V。 输出低电平的上限值， 。 (7) IOH (max) ：高电平输出电流（拉电流）的上限值，0.4 mA。 高电平输出电流（拉电流）的上限值， 。 (8) IOL (max) ：低电平输出电流（灌电流）的上限值，-16 mA。 低电平输出电流（灌电流）的上限值， 。 (9) VCC ：电源电压，（ ±5%）V。 电源电压，（ ，（5± ） 。 EXIT EXIT
× × √
VD3 Z VT5
0
EXIT EXIT
第2章 逻辑门电路
A
演 示 文 稿 Presentation
B 0 1 0 1
Z 1 1 1 0
0 0 1 1
Z = AB
EXIT EXIT
第2章 逻辑门电路
2．TTL与非门的电压传输特性 ． 与非门的电压传输特性
TTL与非门的电压传输特性是指其输出电压 O 与非门的电压传输特性是指其输出电压u 与非门的电压传输特性是指其输出电压 与输入电压u 的关系特性。 与输入电压 I的关系特性。

第2章 集成逻辑门电路
图2-7 双极型三极管输入特性曲线
第2章 集成逻辑门电路
图2-8 双极型三极管输出特性曲线
第2章 集成逻辑门电路
3. 双极型晶体管的静态特性 在数字逻辑电路中，三极管作为开关元件，工作于饱和区 和截止区。图2-9是一个由双极性晶体管构成的典型的单管共 射放大电路，三极管V的门限电压为Uon，当输入电压ui小于门 限电压Uon时，发射结处于反向偏置，三极管工作于截止状态， iB≈0，iC≈0, uo=UCC。当输入电压ui大于某一数值时，发射 结和集电结均达到正向偏置，三极管工作于饱和状态，饱和导 通的条件为
第2章 集成逻辑门电路
图2-4 (a) 或门电路；(b) 逻辑符号
第2章 集成逻辑门电路
表2-2(a) 二极管或门电平
第2章 集成逻辑门电路
表2-2(b) 二极管或门真值表
第2章 集成逻辑门电路
从真值表分析可知：只要A、B当中有一个是高电平，Y即
为高电平，只有A、B同时为低电平，Y才为低电平， “或”
第2章 集成逻辑门电路
第2章 集成逻辑门电路
2.1 概述 2.2 分立元件逻辑门电路 2.3 TTL集成逻辑门 2.4 CMOS集成逻辑门
第2章 集成逻辑门电路
2.1 概 述
门电路(gate circuit)是构成数字电路的基本单元。所 谓“门”就是一种条件开关，在一定的条件下，它允许信号通 过，条件不满足时，信号无法通过，从而形成高电平和低电平 两种状态。在二值逻辑中，逻辑变量的取值不是１就是０，在 电子电路中用高、低电平分别表示1 和 0
图2-2 二极管伏安特性的近似方法与等效电路
第2章 集成逻辑门电路
2. 实现与逻辑关系的电路称为与门。最简单的与门可以由二 极管和电阻组成。图2-3(a)所示是有两个输入端的与门电路， 图2-3(b)所示为它的逻辑符号。图中A、B为两个信号输入端， Y为输出端。设UCC=5 V，A、B输入端的高低电平分别为UIH=3 V 和UIL=0 V，二极管VD1、VD2的正向导通压降为UD=0.7 V。输入 端A、B

T1集电结正偏，
发射结反偏，倒 置工作状态
VIH A
3.4V
R1 4kW R2
1.6KW
2.1V
1V
+Vcc R4 130W 5V
数字电子技术(jìshù )基础 Fundamentals of Digital Electronic Technology
第二章 门电路
1
精品资料
第二章 门电路
2.1 概述
2.2 半导体二极管和三极管的开关特性
2.3 最简单(jiǎndān)的与、或、非门电路
2.4 TTL门电路
*2.5 其它类型的双极型数字集成电路
存储时间ts 下降时间tf 关闭时间1133toff
(1) 开启时间ton 三极管从截止(jiézhǐ)到饱和所需的时间。
ton = td +tr td ：延迟时间 tr ：上升时间
(2) 关闭时间toff 三极管从饱和到截止(jiézhǐ)所需的时间。
toff = ts +tf ts ：存储时间（几个参数中最长的；饱和越深越长） tf ：下降时间
4
精品资料
获得高、低电平的基本原理
Vcc
Vcc
R
Vo
只要(zhǐyào) 能判断高低电 平即可
1
Vi
K
可用二、三
极管代替
0V
0
K开------Vo=1, 输出(shūchū)高电平 K合------Vo=0, 输出(shūchū)低电平 对电路元件参数、电源的要求比模拟电路要低。
5
精品资料
2.2 半导体二极管和三极管的开关 (kāiguān)特性
rD≈几Ω ～几十Ω
应用(yìngyòng)于二

第2章 逻辑门电路
(2) 当输入A、B全为高电位时，即当VIH=3.6 V时，V1的 集电极、V2和V5发射极均导通，则V2和V5管处于饱和状态，故 VO=VOL=VCES5=0.3 V。另外，由于VC2=VB3= VCES2+VBE5=0.3+0.7=1 V，此电压不足以使V4导通，故V4处于截
（1） 高电平输出特性。当TTL与非门输出为高电平时，若 在门电路输出端接入负载，这时将有负载电流流出驱动门，好像 是负载从与非门拉走电流，此电流称为拉电流（或高电平输出电 流），如图2-25所示，记为IOH。一般IOH≤0.4 mA
（2） 低电平输出特性。当TTL与非门输出为低电平时，若 在门电路输出端接入负载，这时将有负载电流流入驱动门，好像 是负载向与非门灌入电流，此电流称为灌电流（或低电平输出电 流），如图2-26所示，记为IOL。一般IOL≤8 mA
(2) 低电平输入电流IIL。 IIL为与非门输入低电平时流 出输入端的电流，如图2-24所示，一般IIL≤0.4 mA
第2章 逻辑门电路
图2-23 TTL与非门高电平输入特性
第2章 逻辑门电路
图2-24 TTL与非门低电平输入特性
第2章 逻辑门电路
2） 输出特性是TTL与非门接入负载后，其输出电流与负载的关
(1) 输出逻辑高电平VOH和输出逻辑低电平VOL。 VOH和VOL的典型取值分别为3.6 V和0.3 V，但是，由于器件制 造中存在不可避免的差异，因此通常规定VOH≥3.0 V VOL≤0.3 V。器件手册规定，在额定负载情况下，VOHmin >2.4 V，VOLmax<0.8 V
第2章 逻辑门电路
或更多的输入，但只有一个输出。 通常，输入画在与门的一边，输出画在与门的另一边。两

电路结构
A
A
A
A
数字电子技术第二章
《数字电子技术》
2.3 双极型集成门电路
一、 TTL反相器
电压传输特性 vo/V A
B
3.0
2.0
C
1.0
DE
0
vI/V
0.5 1.0 1.5
VTH
数字电子技术第二章
《数字电子技术》
2.3 双极型集成门电路
一、 TTL反相器
输入噪声容限
噪声容限：在保证输出高、低电平基本不变（或 者说变化的大小不超过允许限度）的条件下，允 许输入电平有一定的波动范围。
• 集成电路的优点：体积小、重量轻、可靠性高、 寿命长、功耗小、成本低、工作速度高。
• 通常把一个封装内含有等效逻辑门的个数或元器 件的个数定义为集成度。
数字电子技术第二章
《数字电子技术》
2.4 双极型集成门电路
图2.4.1 集成电路图例
数字电子技术第二章
《数字电子技术》
集成电路工艺特征尺寸
亚微米(0.5 到1微 米)→深亚 微米(小于
0.5m)→ 超深亚微 米(小于 0.25 m ， 目前已经 到了0.03 m)。
数字电子技术第二章
单个芯片上的晶体管数
数字电子技术第二章
集成电路芯片面积
芯片面积（平方毫米）
700 600 500 400 300 200 100
0 1997 1999 2001 2003 2006 2009
数字电子技术第二章
2.4 双极型集成门电路
三、 其它逻辑功能的TTL门电路
1、几种复合门电路
或非门
A+B A
A+B
A+B

= AB AC
=右式
如果两个乘积项中，一项包括了原变量，另一项包括反变量， 次吸收律消 而这两项剩余因子都是第三个乘积项的因子，则第三个乘积 除C和B 项是多余的。
分别应用两
2.1 逻辑代数
• For example： a） AB AB AB AB b）AB AC AB AC
2.1 逻辑代数
• For example: 化简函数
Y AB C ABC AB Y AB C ABC AB
AB(C C) AB
B(A A)
B
• For example: 化简函数
Y AB C ABC B D
Y AB C ABC B D
(A B)(A C)
AB 证明： B AB A B AB 证明： AC AB AC A
(A B)(A B) A A A B AB BB A B AB
AA AC AB BC AB AC BC A B AC
2.1 逻辑代数
• B、异或运算的一些公式 异或的定义：在变量A、B取值相异时其值为1， 相同时其值为0。即： B AB AB A 根据相似道理，我们把异或的非（反）称为同或， 记为：A⊙B= A B
1、交换律：
A B BA
2、结合律： (A B) C A (B C)
第二章 逻辑代数
本章重点内容 逻辑函数的化简
2.1 逻辑代数
逻辑代数是英国数学家乔治· 布尔(George Boole)于1849年提出的，所以逻辑代数又称 布尔代数。直到1938年美国人香农在开关 电路中才用到它，现在它已经成为分析和 设计现代数字逻辑电路不可缺少的数学工 具。 •A、逻辑代数的基本定律和恒等式

VC C Rc
工 作 特 点
集电极电 流
iC ≈ 0
且不随iB增加而 增加
管压降
VCEO ≈ VCC
VCE＝VCC－iCRc
VCES ≈ 0.2~0.3 V
很小，约为数 百欧，相当于 开关闭合
很大，约为 c、e间等 数百千欧，相 效内阻 当于开关断开
可变
2.
BJT开关的动态特性
延迟时间td 上升时间tr 开启时间ton 三极管的开关时间
R b2 1 .6 k W R c2 1 .6 k W V C C (5 V )
• T1管的变化先于T2、 T5管的变化；
•T1管Je正偏、Jc反偏， T1工作在放大状态。
A B C
R c4 1 3 0W
0.9V
T3 T4
1.4V 1.4V T1
T2
•T1管射极电流1 iB1 很快地从T2的基区抽走 多余的存储电荷,从而 加速了状态转换。
二极管或门 （a）电路 （b）逻辑符号 （c）工作波形
3. 三极管非门电路
V CC
vO 截 止 放大 饱和
Rc L A Rb T
O V1 逻辑 0 V2 逻辑 1
vI
三极管反相电路
iC VCC Rc
反相器传输特性
1 A L= A
VCC
vCE
非逻辑符号
2.2 TTL逻辑门电路
2.2.1 TTL与非门的基本结构与工作原理 2.2.2 TTL与非门的开关速度 2.2.3 TTL与非门的电压传输特性及抗 干扰能力 2.2.4 TTL与非门的带负载能力 2.2.5 TTL与非门的其他类型 2.2.6 TTL集成逻辑门电路系列简介
T5
TTL与非门的基本电路

通过其中的电流IOFF ＝0. 闭合：无论流过其中的电流在多大范围内变化，其等效电阻
ROFF ＝0，电压UAK ＝0.
2.1.2 二极管的开关特性
二极管符号：
阳极
＋ uD －
阴极
伏安特性曲线：
Ui<0.5V时， 二极管截止， iD=0
UBR
0
iD(mA)
IF
0.5 0.7
uD(V)
伏安特性 Ui>0.7V时， 二极管导通
关门电阻Roff=0.7kΩ
以上分析说明： 悬空的输入端相当于接高电平。为了 防止干扰，一般将悬空的输入端接高电平。
TTL与非门在使用时多余输入端处理：
1. 若悬空，UI=“1”。 2. 接+5V。 3. 输入端并联使用。
讨论：TTL与门、或门、或非门 多余输入端如何处理
四、输入伏安特性——
反映输入电流iI和输入电压uI关系的曲线 1. 输入低电平，即uI＝0V时
逻辑符号：
B
Y
二、二极管或门
A D1
Y
B D2
-12V
uA
uB
uY
0V 0V -0.3V
0V 3V 2.7V
3V 0V 2.7V
3V 3V 2.7V
uA
uB
uY
AB
Y
0V 0V -0.3V 0 0
0
0V 3V 2.7V
01
1
3V 0V 2.7V 1 0
1
3V 3V 2.7V 1 1
1
逻辑式：Y=A+B
R2
b1 c1 T1
T2
逻辑关系：全1则0。
R3
+5V
uO =0.3V Y

A B C ( A B) ( A C )
证明: 右边 =(A+B)(A+C)
A B C ( A B) ( A C )
; 分配律 ; 结合律 , AA=A ; 结合律
=AA+AB+AC+BC =A +A(B+C)+BC =A(1+B+C)+BC =A • 1+BC =A+BC
33 MHz
• 以三变量的逻辑函数为例分析最小项表示及特点
变量 赋值 为1时 用该 变量 表示； 赋0时 用该 变量 的反 来表 示。
33 MHz
最小项
使最小项为1的变量取值 A B C
对应的十 进制数
编号 m0 m1 m2 m3 m4 m5 m6 m7
ABC ABC A BC A BC AB C AB C ABC ABC
例1： F1 A B C D 0
F1 A B C D 0
注意 括号
注意括号
F1 ( A B) (C D) 1
F1 AC BC AD BD
与或式
33 MHz
例2： F2 A B C D E
F2 A B C D E
“+” 换成 “· ”，0 换成 1，1 换成 0，
则得到一个新的逻辑式 Y´，
则 Y´ 叫做 Y 的对偶式
A AB A
33 MHz
Y AB CD
对偶式
A( A B) A
Y ( A B)(C D)
2.2 逻辑函数的变换和化简
2.2.1 逻辑函数表示方法：四种，并可相互转换 真值表：将逻辑函数输入变量取值的不同组合 与所对应的输出变量值用列表的方式 一一对应列出的表格。 四 种 表 示 方 法

例如：开关闭合为 1 晶体管导通为 1 电位高为 1
断开为 0
截止为 0
低为 0
二、逻辑体制
正逻辑体制 规定高电平为逻辑 1、低电平为逻辑 0 负逻辑体制 规定低电平为逻辑 1、高电平为逻辑 0 通常未加说明，则为正逻辑体制
02:02:34
EXIT
2.2 逻辑函数及其表示方法
主要要求：
掌握逻辑代数的常用运算。 理解并初步掌握逻辑函数的建立和表示的方法。 掌握真值表、逻辑式和逻辑图的特点及其相 互转换的方法。
Y AB AB =Ａ⊙B A B
与或表达式(可用 2 个非门、 异或非表达式(可用 1 个异 2 个与门和 1 个或门实现) 或门和 1 个非门实现)
(3) 画逻辑图
设计逻辑电路的基本原则是使电路最简。
02:02:34
EXIT
2.3 逻辑代数的基本定律和规则
主要要求：
掌握逻辑代数的基本公式和基本定律。 了解逻辑代数的重要规则。
02:02:34
EXIT
消去法 运用吸收律 A AB A B ，消去多余因子。
Y AB AC BC AB ( A B)C AB ABC AB C
Y AB AB ABCD ABCD
AB AB CD( AB AB) A B CD A B
0 0 0 1 1 1 1 1
公式法
右式 = (A + B) (A + C)
用分配律展开
= AA + AC + BA + BC
= A + AC + AB + BC
= A (1 + C + B) + BC = A ·1 +BC = A + BC