第二章 逻辑门电路
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解：
AB F 00 0 01 1 10 1 11× F=A+B 或
F A B
2.3 TTL数字集成逻辑门电路
• TTL是晶体管——晶体管逻辑(Transistor一Transistor Logic)电路的简称。在TTL门电路中，输入和输出部 分的开关元件均采用三极管(也称双极型晶体管)，因 此得名TTL数字集成电路。
用 ， 此 时 β≈1 ， =0.3+0.7 =1V，
使T3和D3截止，故VO= 0.3V，
输入级 中间级 输出级
实现输入全1，输出为0的 与非逻辑关系。 • 若A、B悬空，VCC R1 R3 仍使T2和T4饱和导通，输 出状态与A=1、B=1相同。
二. TTL与非门的技术参数
1.电压传输特性
• AB段截止区
N沟道增强型MOS管开关电路
• 如果VGS< VT，则MOS管工作于截 止区，漏、源之间相当于断开，输
出端电平近似为电源电压,即 VDS≈VDD。 • 若VGS> VT，，则MOS管工作在导 通区，漏源之间导通电阻为Ron,输 出电平为VDS=VDDRon (RD+Ron) • 因为Ron比较小，只要选择 RD>>Ron,VDS≈OV。 • P沟道增强型MOS管的开关运用， 除采用负电源, VGS小于VT (为负值) 外，分析方法与上述完全相同。
• TTL电路在中、小规模集成电路方面应用广泛。TTL 电路的基本环节是与非门，本节先介绍TTL与非门的 工作原理及参数，然后介绍集电极开路TTL与非门和 TTL三态门等。
一. 基本TTL与非门工作原理
1. 输入至少有一个为低电平0.3V
• VVTA2B和=1=0T.3V4V不A+，足VTB以E1的1导=0A通.3发V而+射截0.结7止V导=。1通V，， • V使CTC3通和过D3R导2向通T，3提UR供2≈基0，极电流，
第二章 逻辑门电路
2.1开关元件的开关特性 2.2 基本逻辑门电路 2.3 TTL数字集成逻辑门电路 2.5 M0S逻辑门电路
• 在数字电路中，实 现某种逻辑运算的 电路称为逻辑门电 路。主要由二极管、 晶体管和MOS管构 成。
2.6 集成电路使用注意的问题
2.1 开关元件的开关特性
1. 二极管的开关特性
VF= VB+0.7V= 0.7 V
• VA=VB=3V VF =VA(或VB)+0.7V=3.7 V
• 如果将高于3V电平代表逻辑1，低 于0.7V电平代表逻辑0，将上述结 果画在同一表中。
• 表中逻辑关系：
输入全1，输出为1，否则输出为0。
• 逻辑符号：
A B
&
F
与逻辑真值表
输入
输出
VA VB
VF
• 对于一个数字电路，既可以采用正逻辑，也可采用负逻辑。 同一电路，如果采用不同的逻辑规定，那么电路所实现的 逻辑运算是不同的。
正逻辑
负逻辑
输入
输出
X Y 或 与 或非 与非
L0 L 0 L 0 L 0 H1 H 1
L0 H 1 H 1 L 0 L0 H 1
H1 L 0 H 1 L 0 L0 H 1
• 二极管的开关特性表现在导通与截止两种不同状态之间 的转换过程。
2. 晶体管的开关特性 • 晶体管可看成一个由基极电流控制的无触点开关，晶体
管截止时，开关断开，饱和时，开关闭合。
2.2 基本逻辑门电路
1. 与门电路
• VA=VB=0V VF=VA(或VB) +0.7 V = 0.7 V
• VA(或VB)=3V，V B (或VA)=0V
• 由N沟道MOS管、P沟道MOS管和N、P沟道MOS管两 者结合，分别构成NMOS门电路、PMOS门电路和 CMOS门电路。
一. N沟道增强型和P沟道增强型MOS管及其开关特性
栅极
漏极 N沟道
衬底 源极
开启电压 漏极
栅极 P沟道衬底 源极
N沟通增强型MOS管符号和转移特性 P沟通增强型MOS管符号和转移特性
• 输出端有三种状态：高阻、高电平 和低电平。当CS=1时，电路处于逻 辑门的正常状态，当CS=0时，输出 均为高阻态,，这样的三态门称为 高电平有效三态门。反之，称为低 电平有效三态门。
常用三态门的逻辑符号和真值表
2．应用
• 单向数据传送总线 单向总线是分时传送的总
线，每次只能传送A1、A2、A3 中的一个信号。当三个三态 门中的某一个片选信号为1时， 其输入端的数据传送到总线 上(数据的非)。当三态门的 片选信号都为0时，不传送信 号，，总线与各三态门呈断 开状态(高阻)。
平V)O=，V实CC-现VB输E3入-V有D30=，3.6输V出(为高1电的 逻辑关系。
2. VA=VB=3.6V(高电平) • V的 发C射VCRB结11=R3处3×使于0T.截72=和止2T.lV状4饱，态和T，导1 的而通两集，电个T1
结处于正向偏置的导通状态。
T1 处 于 倒 置 运 VC2=VCE2+VBE4
A B
&
F
A B
>1
F
A B
=1
F
A B
=
F
001 011 101 110
001 010 100 110
000 011 101 110
001 010 100 111
入全1出0 入全0出1 入同出0 否则出1 否则出0 入异出1
入同出1 入异出0
5. 正逻辑和负逻辑
• 在数字电路中，通常用电路的高电平和低电平来分别代表 逻辑1和逻辑0，在这种规定下的逻辑关系称为正逻辑。反 之称为负逻辑。
单向数据总线
2．应用
• 双向数据传送总线 电路可以实现总线上三态门之间的数据分时双向传送，
图中，D1可传送到总线上，总线上的数据也可传送给D2。 双向数据总线
Y1
1
Y2
Y2
例：己知输入A 、B和C的波形如图所示，试画出输 出波形。
解：C=0，Y=AB
Y
C=1时，
若A=0, Y=1
若A=1, Y=0
H1 H 1 H 1 H 1 L0 L 0
输入
输出
X Y 与 或 与非 或非
L1 L 1 L 1 L 1 H0 H 0
L1 H 0 H 0 L 1 L1 H 0
H0 L 1 H 0 L 1 L1 H 0
H0 H 0 H 0 H 0 L1 L 1
• 除在特殊情况下注明为负逻辑外，通常采用正逻辑。
例1:已知三输入与非门中输入A、B和 输出F的波形如图所示，请在(1)～ (5)波形中选定输入C的波形 。 解：满足入全1，出为0的有 (1)、(2)、(3)； 同时满足入有0，出为1的有 (1)、(2)、(3)。 所以(1)、(2)、(3)都可作为 输入C的波形 。
• 表中逻辑关系： 入有0，出为1，入有1，出为0 。
• 逻辑符号：
A1 F
非逻辑真值表
A F=Ā 01 10
4. 复合逻辑门
• 由基本逻辑门组成的逻辑电路称为复合逻辑门。常用的有 与非门、或非门、异或门和同或门。其特征为：
名称 表达式 符号
真值表
逻辑 功能
与非门 或非门 异或门
同或门
F= A B F=A+B F=AB+AB=A+ B F=A+ B=AB+AB
二 . NMOS逻辑电路
• 1．非门
• T1称为负载管，T2是开关管。 由于T1栅极始终接到 VDD (VDD =5V)，所以T1始终导通。
• 当VA=0V时， T2截止，输出电 压VF= VDD-VT，为高电平。
• 当VA=5V时，T1、T2均导通， Ron1>>Ron2 ，输出电压为 VF= VDD Ron2 /(Ron1+Ron2)≈0V
高电平噪声容限VNH=VOH(min)- VIH （min）=0.4V 低电平噪声容限VNL= VIL （max） -VOL(max =0.4V • 3. 扇入与扇出系数 • 扇入系数NI：由TTL与非门输入端的个数确定。 • 扇出系数NO：表示一个逻辑门能驱动同类门的最大数目。
NO=IO/IIL IOL为逻辑门输出电流，IIL为驱动同类门的输入电流。
VI＜ 0.6V 时 ， T1 导 通 VB1小 于 1.3V，T2和T4截止，而T3和D3 导通,VO=3.6V。 • BC段线性区
VI=(0.6 ～ 1.3V) ， VB2 在 0.7 ～ 1.4V之间,，T2导通，工作于放 大 区 ， 而 T4 仍 然 截 止 ， VI↑→VC2↓→VO ↓。 • CD段转折区
• 表中逻辑关系：
输入全0，输出为0，否则输出为1。
• 逻辑符号： A B
>1
F
或逻辑真值表
输入
输出
VA VB
VF
00 0
01
1
10
1
11 1
3. 非门电路
• VA=0V VF=3 V
• VA=3V VF= VC = 0.3 V
• 如果将高于电平3V代表逻辑 1，低于0.3V电平 代表逻辑0， 将上述结果画在同一表中。
• OC门的电路特点在于用外接电 阻分。RC代替了原来的T3、D3和R4部
• 两个OC门输出端相连可以实现 线与逻辑。
真值表
F1
F2
F =F1F2=ABCD
0
00
0
10
1
0
0
1
1
1
• 前面介绍的普通逻辑门输出端不 能连接在一起，否则将造成逻辑 混乱和器件的损坏。
例：己知输入A 、B和C的波形 如图所示，试画出输出波形。 解：Y3=Y2Y1=ABC
