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数字电子技术基础第二章.pptx

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数字电子技术基础-第二章--逻辑门电路基础共71页PPT资料

数字电子技术基础-第二章--逻辑门电路基础共71页PPT资料
第二章 逻辑门电路基础
本章主要内容
第一节 二极管、三极管的开关特性 第二节 二极管逻辑门电路 第三节 TTL逻辑门电路 第四节 射极耦合逻辑门电路 第五节 CMOS逻辑门电路 第六节 各种逻辑的门电路之间的接口问题
第一节 二极管、三极管的开关特性
一、二极管的开关特性
（一）二极管的静态开关特性 （二）二极管的动态开关特性
输入信号vi的正半周的宽度要求比较低。 输入信号vi的频率不可太高，由tre时间决定
二、双极型三极管的开关特性
（一）双极型三极管的静态开关特性 （二）双极型三极管的动态开关特性
（一）双极型三极管的静态开关特性
判断三极管工作状态的解题思路：
（1）把三极管从电路中拿走，在此电路拓扑结构下求三极管 的发射结电压，若发射结反偏或零偏或小于死区电压值，则三 极管截止。若发射结正偏，则三极管可能处于放大状态或处于 饱和状态，需要进一步判断。进入步骤（2）。
二、正或门电路
D1
A
L
D2 B
R 3kΩ
输入
VA
VB
0V 0V
0V 5V
5V 0V
5V 5V
输出 VL 0V 5V 5V 5V
正逻辑体制
输入
VA
VB
0V 0V
0V 5V
5V 0V
5V 5V
输出 VL 0V 5V 5V 5V
A
≥1
B
L=A+B
负逻辑体制呢?
三、非门电路
输入 VA 0V 3V
输出 VL 5V 0.3V
VL
0V 0V 0V
0V 5V 0V
5V 0V 0V
5V 5V 5V
正逻辑体制

数字电子技术基础课件第二章：门电路

数字电子技术基础课件第二章：门电路
AB Y 00 0 01 1 10 1 11 1
三、三极管非门
第 二 章 门 电 路
Vi Vo 0V VCC VCC 0.2V
AY 01 10
二极管与门和或门电路的缺点：
（1）在多个门串接使用时，会出现低电平偏离标准数 值的情况。
第 二
（2）负载能力差
章
门 电 路
D1
0V
D2 5V
+VCC （ +5V）
• MOS型工艺可分为NMOS、PMOS、CMOS
一、TTL逻辑门
第
1、TTL反相器的结
二
构和原理
章
门
1）结构
电
路
TTL反相器由三部
分构成：输入级、中
间级和输出级。
2）原理
A为低电平时(0.2V) ，
T1 饱 和 ， VB1≈0.9V ，
第
VB2≈0.2V ， T2 和 T5 截
二
止 ， T4 和 D2 导 通 ， Y
R 3kΩ
0.7V D1
D2 5V
+VC.4V L
解决办法： 将二极管与门（或门）电路和三极管非门电路组合起来。
第 二
+VCC （ +5V）
+V
CC
（
+5V）
章
R
RC
门
3kΩ
电
D1
路
A
LA
Rb 1
3
T
L
2
D2 B
2.4 TTL集成门电路
• 集成电路：把二极管、三极管、电阻和连线都
章
为高电平；
门
电 路
A 为 高 电 平 时 (3.4V) ， VB1≈2.1V ， T1 倒 置 ，

数字电子技术基础逻辑代数和逻辑函数化简ppt课件

数字电子技术基础逻辑代数和逻辑函数化简ppt课件
(3) 根据真值表，写出逻辑表达式：
• 把对应函数值为“1”的变量组合挑出 （即第1、4）组合，写成一个乘积项； •凡取值为“1”的写成原变量 A，取值为 “0”的写成反变量 A ； •最后，将上述乘积项相或，即为所求函数：
L A B AB
ab
A
B
~
cd
220
ABL
0 01 01 0 10 0 11 1
(5) AB AB A B AB
AB A B
A B AB
左 AB AB ( A B) ( A B)
A A A B AB B B A B AB 即 A B = A⊙B 同理可证 A⊙B A B
六、关于异或运算的一些公式
异或 A B AB AB 同或 A⊙B AB A B
0 0 0 1 11 1 0 1 1
0 1 0 1 10 1 1 0 0
1 0 0 1 01 1 1 0 0
1 1 1 0 00 0 1 0 0
相等
相等
还原律 A A
五、若干常用公式
(1) AB AB A(B B) A (2) A AB A(1 B) A 推广 A A( ) A
开关A 开关B
电源
灯Y
与逻辑关系
功能表
AB Y 断断 灭 断合 灭 合断 灭 合合 亮
与逻辑的表示方法：
真值表 （Truth table） 功能表
AB Y 00 0 01 0 10 0 11 1
AB Y 断断 灭 断合 灭
合断 灭 合合 亮
开关断用0表示, 开关闭合用1表示 灯亮用1表示, 灭用0表示
AB AB AB AB
Y F ( A ,B ,C ) ( 3 变量共有 8 个最小项)
ABC ABC ABC ABC ABC ABC ABC ABC

数字电子技术基础2

数字电子技术基础2

二极管开关的转换过程
开通时间ton 当输入电压uI，由UIL跳变到UIH时，二极管D要经过导通延迟时间td、上升
时间tr之后，才能由截止状态转换到导通状态。其原因在于，当uI正跳变时， 只有当PN结中电荷量减少，PN结才由反偏转换到正偏，也即Cj放电，CD充 电
关断时间toff 当输人电压uI。由UIH跳变到UIL时，二极管D经过存储时间ts、下降时间
三极管临界饱和时的基极电流：
IBS Vc R u cc CE S1 1 2 0 0.2 3 0 m A 0.0m 6 A
因为iB>IBS，三极管工作在深度饱和状态。输出电压：
uo＝UCES＝0.3V 静态开关特性
截止状态
Rb ＋
+VCC
b c Rc
＋
ui=UIL<0.5V
uo=+VCC
－
e
－
饱和状态
iC (mA) 直流负载线
VCC Q2 Rc
Q
80μA 60μA 40μA 20μA
2.3k iB
Q1 iB=0
Ω
0 UCES
VCC uCE(V)
输出特性曲线
①ui=UIL=-2V时，三极管截止，基极电流： ib≈0，ic≈0，uo≈Vcc=12V
②ui＝UIH=3V时，三极管导通，基极电流：
iB
30.7mA 1mA 2.3
+VCC Rc iC
Rb b c uo
iB(μA)
iC (mA) 直流负载线
VCC Q2 Rc
Q
80μA 60μA 40μA
ui
iB
20μA
e 0 0.5 uBE(V)
0 UCES
Q1 iB=0

数字电子技术基础第二章逻辑门电路基础[1]

数字电子技术基础第二章逻辑门电路基础[1]
（2）上升时间tr——集电极电流从0.1ICS上升到 0.9ICS所需的时间。
（3）存储时间ts——从输入信号vi下跳变的瞬间 开始，到集电极电流iC下降到0.9ICS所需的时 间。
（4）下降时间tf——集电极电流从0.9ICS下降 到0.1ICS所需的时间。
数字电子技术基础第二章逻辑门电路 基础[1]
l （一）双极型三极管的静态开关特性
u 判断三极管工作状态的解题思路：
Ø （1）把三极管从电路中拿走，在此电路拓扑结构下求三极管 的发射结电压，若发射结反偏或零偏或小于死区电压值，则三 极管截止。若发射结正偏，则三极管可能处于放大状态或处于 饱和状态，需要进一步判断。进入步骤（2）。
Ø （2）把三极管放入电路中，电路的拓扑结构回到从前。假设 三极管处于临界饱和状态（三极管既可以认为是处于饱和状态 也可以认为是处于放大状态，在放大区和饱和区的交界区域， 此时时的三特极征管IC=既ßI有B）饱，和求状此态时时三的极特管征的VC集ES电=极0.临3V界，饱又和有电放流大I状CS 态， 进极而管求的出集基 电极极临可界能饱流和过电的流最大IBS电。流集。电极临界饱和电流ICS是三
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数字电子技术基础第二章逻辑门电路 基础[1]
（二）二极管的动态开关特性
•给二极管电路加入一个方波信号，电流的波形怎样呢？
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数字电子技术基础第二章逻辑门电路 基础[1]
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•ts为存储时 间 •tt称为渡越时 间 •tre ＝ ts 十 tt 称 为 反 向 恢 复时间
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数字电子技术基础第二章逻辑门电路 基础[1]
第一节 二极管、三极管的开关特性
l的动态开关特性
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数字电子技术基础第二章门电路PPT课件

数字电子技术基础第二章门电路PPT课件

或门
实现逻辑或运算，当至少 一个输入为高电平时，输 出为高电平；否则输出为 低电平。
非门
实现逻辑非运算，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。
门电路的分类
按功能分类
可分为与门、或门、非门、 与非门、或非门等。
按结构分类
可分为晶体管-晶体管逻辑 门（TTL）、金属氧化物 半导体逻辑门（MOS）等。
实践能力。
02 门电路的基本概念
逻辑门电路
逻辑门电路是数字电路的基本 单元，用于实现逻辑运算。
常见的逻辑门电路有与门、或 门、非门、与非门、或非门等。
逻辑门电路通常由晶体管、电 阻、电容等元件组成，具有高 电平、低电平和高阻态三种输 出状态。
常用逻辑门电路
01
02
03
与门
实现逻辑与运算，当所有 输入都为高电平时，输出 为高电平；否则输出为低 电平。
门电路在其他领域的应用
自动化控制
门电路可以用于实现自动化控制中的逻辑控制、 顺序控制等功能。
电子游戏
门电路可以用于实现电子游戏中的逻辑运算、状 态检测等功能。
智能家居
门电路可以用于实现智能家居中的控制逻辑、传 感器检测等功能。
05 门电路的实例分析
实例一：基本逻辑门电路的应用
基本逻辑门电路
包括与门、或门、非门等，是数字电路中最基本的逻辑单 元。
06 总结与展望
门电路的重要性和作用
门电路是数字电子技术的核心组件，它在数字电路中起到逻辑运算和信号控制的作 用。
门电路能够实现逻辑函数的运算，从而实现各种复杂的逻辑功能，是构成各种数字 系统和电子设备的基础。
门电路在计算机、通信、自动化等领域中有着广泛的应用，对现代科技的发展起着 至关重要的作用。

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与门的逻辑符号：
A
&
Y Ｙ＝Ａ•Ｂ
B
二、或逻辑（或运算）
或逻辑：当决定事件（Y）发生的各种条件A，B，
C，…)中，只要有一个或多个条件具备，事件（Y）
就发生。表达式为：Ｙ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋…
功真能 值表 表
A
开A关 A 开关BB
Y灯 Y
B E
断0开 断开0
0灭
Y
断0开 闭合1
1亮
闭1合 断开0
1亮
电路图
5、波形图→真值表
A
1111
0000
B
11
11
00
00
C 1111
00
Y 11
00 11
0
00 0
ABC Y 00 0 0 t 00 1 1 01 0 1 t 01 1 0 10 0 0 t 10 1 1 11 0 0 t 11 1 1
三、逻辑函数的两种标准形式
最小项:
在n变量逻辑函数中，若m为包含n个因子的乘 积项，而且这n个变量都以原变量或反变量的形式在 m 中出现，且仅出现一次，则这个乘积项m称为该 函数的一个标准积项，通常称为最小项。
闭1合 闭合1
1亮
两个开关只L要=A有B一个接通，灯 就会亮。逻辑表达式为：
Ｙ＝Ａ+Ｂ
实现或逻辑的电路称为或门。 或门的逻辑符号：
A
≥1
B
Y=A+B
三、非逻辑（非运算）
非逻辑：指的是逻辑的否定。当决定事件（Y）发生的
条件（A）满足时，事件不发生；条件不满足，事件反
而发生。表达式为：Y＝A′
真功能值表表
Y (((A B)C)D)C
应用反演定理应注意两点：

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一、逻辑函数
如果以逻辑变量作为输入，以运算结果作为 输出，当输入变量的取值确定之后，输出的取值 便随之而定。输出与输入之间的函数关系称为逻 辑函数。Y=F(A,B,C,…)
二、逻辑函数表示方法 常用逻辑函数的表示方法有：逻辑真值表（真
值表）、逻辑函数式（逻辑式或函数式）、逻辑 图、波形图、卡诺图及硬件描述语言。它们之间 可以相互转换。
( A B)
B A
( A B)
Y (( A B) ( A B)) ( A B)( A B) AB AB
5、波形图→真值表
A
1111
0000
B
11
11
00
00
C 1111
00
Y 11
00 11
0
00 0
ABC Y 00 0 0 t 00 1 1 01 0 1 t 01 1 0 10 0 0 t 10 1 1 11 0 0 t 11 1 1
A断开、B接通，灯不亮。
将开关接通记作1，断开记作0；灯亮记作1，灯 灭记作0。可以作出如下表格来描述与逻辑关系：
功能表
开关 A 开关 B 灯 Y
A
断开 断开
灭
0
断开 闭合
灭
0
1
闭合 断开
灭
1
闭合 闭合 亮
BY
00 真 10 值
00 表
11
两个开关均接通时，灯才会 Ｙ＝Ａ•Ｂ
亮。逻辑表达式为：
实现与逻辑的电路称为与门。
与门的逻辑符号：
A
&
Y Ｙ＝Ａ•Ｂ
B
二、或逻辑（或运算）
或逻辑：当决定事件（Y）发生的各种条件A，B，
C，…)中，只要有一个或多个条件具备，事件（Y）

数字电子技术基础ppt课件


R
vo K合------vo=0, 输出低电平
vi
K
只要能判
可用三极管 代替
断高低电 平即可
在数字电路中，一般用高电平代表1、低 电平代表0，即所谓的正逻辑系统。
2.2.2 二极管与门
VCC
A
D1
FY
B
D2
二极管与门
A
B
【 】 内容 回顾
AB Y 00 0 01 0 100 11 1
&
Y
2.2.2 二极管或门
一般TTL门的扇出系数为10。
三、输入端负载特性
输入端 “1”,“0”？
A
ui
RP
R1 b1
c1
T1
D1
•
R2
•
T2
•
R3
VCC
•
R4
T4 D2
•
Y
T5
•
简化电路
R1
VCC
ui
A ui
T1
be
RP
2
be 0
RP
5
RP较小时
ui
RP RP R1
(Vcc Von )
当RP<<R1时, ui ∝ RP
•
R4
T4 D2
•
Y
T5
•
TTL非门的内部结构
•
R1
R2
A
b1 c1
T1
•
T2
D1
•
R3
VCC
•
R4
T4 D2
•
Y
T5
•
前级输出为 高电平时
•
R2
R4
VCC
T4 D2

数电Chapter 02


Binary
0000 0001 0010 001 1 0100 0101 01 10 01 1 1 1000 1001 1010 101 1 1 100 1 101 1 1 10 1111
Hexadecimal
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
11
2.2 Conversion of Number Systems a). Decimal-to-Binary Conversion Decimal-toA1) Converting Decimal Whole Number to Binary (1) Sum-of-Weights Method One way to find the binary number that is equivalent to a given decimal number is to determine the set of binary weights whose sum is equal to the decimal number. Example: 9 = 8 + 1 9 = 23 + 20 = 1x23 + 0x22 + 0x21 + 1x20 = (1001)B
0 1 2 3 4 5 6 7 8 ... 15
Binary Number
0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 ... 1 1 1
7
0 0 1 1 0 0 1 1 0
0 1 0 1 0 1 0 1 0
2.1 Number Systems
The Weighting structure of Binary Numbers
5
2.1 Number Systems b). Binary Numbers
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0
（3） 与或非运算 “与”、“或”和“非”的复合运算称为与或非运算。
逻辑表达式： Y＝AB+CD
A B
Y C D
（4） 异或运算 所谓异或运算，是指两个输入变量取值相同时
输出为0，取值不相同时输出为1。
逻辑表达式： Y = A⊕B = A B + A B
式中符号“⊕”表示异或运算。
异或逻辑的真值表
（1） 与非运算
“与”和“非”的复合运 算称为与非运算。
逻辑表达式： Y＝ABC
A
B
Y
C
“有0出1，全1出0”
与非逻辑的真值表
ABC
Y
000
1
001
1
010
1
011
1
100
1
101
1
110
1
111
0
Application Example
The sensors produce a 5V level when the tanks are more than one-quarter full. When the volume of chemical in a tank drops to one-quarter full, the sensor puts out a 0 level.
Tank A
+V Level sensor
Tank B
HIGH HIGH
LOW
Level sensor
（2） 或非运算 “或”和“非”的复合运算称为或非运算。
逻辑表达式： Y＝A+B+C
A
B
Y
C
“有1出0，全0出1”
或非逻辑的真值表
ABC
Y
000
1
001
0
010
0
011
0
100
0
101
0
110
0
111
A
B
Y
“相同为0，相异为1”
A BY 0 00 0 11 1 01 1 10
（5） 同或运算 所谓同或运算，是指两个输入变量取值相同时
输出为1，取值不相同时输出为0。
逻辑表达式： Y = A⊙B = A B + A B = A⊕B
式中符号“⊙”表示同或运算。
同或逻辑的真值表
A B
Y
A BY
0 01
同或是异或的非
0 10 1 00
“相同为1，相异为0”
1 11
2.3 逻辑代数的基本公式和常用公式
2.3.1 基本公式
0-1律
(1)
互补律 重叠律
A • 0 =0 • A=0 A+0=A
AA1
A A A
A+1=1 A • 1=A
A•A 0
A•A A
自等律
AA
还原律
所以，可以得到以下逻辑运算：
定 律
分配律 A(B+C)=A • B+A • C
普通代数
A+B • C=(A+B)(A+C)
不适用!
吸收律
A+AB=A
（原变量的吸收）
证明： A+AB=A(1+B)=A•1=A
利用运算规则可以对逻辑式进行化简。
例如：
AB CD ABD(E F) AB CD
被吸收
吸收律 A AB A B
灯亮为“1” 不亮为“0”
逻辑表达式 F=A+B 逻辑状态表
A BY 0 00 0 11 1 01 1 11
全0出0 有1出1
逻辑或 (逻辑加)
逻辑符号
A
B
Y
若开关数量增加，则逻辑变量增加。
A B
C
E
F
F=A+B+C
Application Example
监测门/ 窗开的传感器
HIGH=OPEN LOW=CLOSED
例：串联开关电路
设 开关闭为“1” 开关开为“0”
灯亮为“1” 不亮为“0”
逻辑表达式
F=A•B=AB 逻辑状态表
A BY 0 00 0 10 1 00 1 11
有0出0 全1出1
逻辑与 （逻辑乘）
逻辑符号
A B
Y
若开关数量增加，则逻辑变量增加。
Y＝A ·B ·C＝ABC
A
B
Y
C
ABC
Y
000
0
AB AC
例如： AB AC BCD
AB AC BC BCD
AB AC BC
AB AACC
反演律（摩根定理）
A•B AB AB A•B
可以用列真值表的方法证明：
思考：三个 变量时是否
成立？
A
B A•B A • B A
B AB
00 01
1
11
01 01
1
01
10 01
0
11
11 10
第二章 逻辑代数基础
2.1概述
数字信号取值： 0和1两种。 即用二进制表示。
数字信号位数： 1位二进制表示 2 种状态； n位二进制表示 2n种状态,取2n ≥N
0和1不表示 数值的大小， 没有数值的 概念，仅表 示两种截然 不同的逻辑
状态
例：
灯的开关－－2种取值———1位二进制数 人的性别－－2种取值———1位
与 0 0 ＝0 0 1 ＝0 1 0 ＝0 1 1 ＝1
或 0＋0＝0 0＋1＝1 1＋0＝1 1＋1＝1
非
1=0 0=1
数值与数值 的关系
逻 辑
交换律
A+B=+(B+C)=(A+B)+C=(A+C)+B
基
本
A• (B • C)=(A • B) • C
学生的民族－－56种取值———6位 (26 = 64 ≥56)
东西南北方位－－4种取值———2位
产品的计数－－N种取值——— n位，2n≥N
2.2 逻辑代数中的三种基本运算 1.基本逻辑运算及其表示方法
三种基本逻辑运算----与、或、非 （1）与运算和与门 与逻辑 A、B、C都具备时，事件F才发生。
Alarm circuit
（3）非运算和非门
非逻辑
A具备时 ，事件F不发生；A不具备时，
事件F发生。
开关与灯并联电路
设 开关闭为“1” 开关开为“0”
灯亮为“1” 不亮为“0”
逻辑表达式 YA
逻辑非 逻辑反
逻辑状态表
A
Y
0
1
1
0
有0出1
逻辑符号
A
F
有1出0
2.复合逻辑运算
在数字系统中，除应用与、或、非三种基本逻辑运算 之外，还广泛应用与、或、非的不同组合，最常见的复合 逻辑运算有与非、或非、与或非、异或和同或等。
（反变量的吸收）
证明：A AB A AB AB
A B(A A) A B 例如：A + ABC + DE = A + BC + DE
被吸收
吸收律 AB AC BC AB AC （混合变量的吸收）
AB AC BC
1
AB AC (A A)BC
AB AC ABC ABC
001
0
010
0
011
0
100
0
101
0
110
0
111
1
Application Example
与门可以作为控制门（开关）
A
1s
B
1s 计数器
复位为 0
寄存器,显示译码 器中显示
频率计的原理框图
（2）或运算和或门 或逻辑 A、B、C只有一个具备时，事件F就发生。
例：并联开关电路
设 开关闭为“1” 开关开为“0”