《数字电子技术基础》——集成逻辑门电路-课讲义件PPT(精)

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

课题1数字逻辑基础与集成门 电路
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特

=1）时：ui在0~+10V之间变化时，VN、VP均为反偏截止，
ui不能传输到输出端，相当于开关断开，即传输门截
(1）当输入端A和B都为低电平时，并联 的VN1、VN2均截止，串联的VP1、VN1导通，其输出端Y是 高电平。
(2）当输入端A或B中有一个为高电平时， VN1、VN2中至少有一个导通，而VP1、VN1中至少有一个截 止，所以，输出 端Y是低电平。 逻辑关系：
＋UDD
A VP1
B VP2 Y
VN1
VN2
图2.23CMOS三态门
(a)电路;
(b)逻辑符号
3.CMOS
图2.23（a）所示是CMOS三态门，其中VP1
和VN1组成CMOS反相器，VP2与VP1串联后接电源，VN2与
VN1串联后接地。VP2、VN2受使能端E
控制。A为输
入端，Y为输出端。其工作原理如下：
E(1）当 于工作状态，Y=
＋UDD
VP2
VP1
A
Y
A
Y
VN1
E
VN2
E
1
(a)
(b)
图2.24CMOS传输门
（a）电路;
（b）逻辑符号
设电源电压UDD=10V，控制信号的高、低电平分别为
+10V和0V，两管的开启电压的绝对值均为3V，输入信
号ui的变化范围为0~+UDD。
（ 1 ） 当 uuC=C0V ，
= ＋C10V （ C=0 ，
②反相器不论输入是高电平还是低电平，VN 管和VP管中总有一个处于截止状态，静态电流近似为 零，所以静态功耗很小。
③VN管和VP管跨导gm都较大，即导通等效电 阻都很小，能为负载电容提供一个低阻抗的充电回路， 因而开关速度较高。

74LS00
1 2 34567
A
BC
逻辑电平
逻 a逻 逻 逻 逻 逻 逻 逻 逻 IC逻 逻 逻 逻 逻 逻 逻
逻 b逻 逻 逻 逻 逻 逻 逻 逻 逻
单元 2 集成逻辑门电路
二、算术运算与电路
1.二进制运算 (1)加法：两个一位二进制数相加，可能的4种组合
（a）74LS51引脚排列图
逻辑电平 （b）与或非门逻辑功能测试接线图
单元 2 集成逻辑门电路
74LS51是双2路2-2输入与 或非门电路，引脚排列如图 (a)所示，测试其逻辑功能的 接线方法如图(b)所示。将测 试结果记录在表中，判断是 否满足其逻辑功能。
A B CD Y
0 0 00 0001 0010 0011 0100 0101 1110 1111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1 1 11
造含有与非门、与门和反相器的电路，如图(a)所示。 并写出逻辑表达式。
使用集成芯片74LS00实现。逻辑电路连接74LS00 的IC外部引脚，如图(b)所示。
单元 2 集成逻辑门电路
电平显示 F
F ABC
VCC
74LS00
反相器
与门
A
1
&
2
34
&
12
6
&
11
5
13
10
B
& 8F
9
C
14 13 12 11 10 9 8
0 0
0 1
1 0
1 0
引脚排列如图(a)所示，测试其 0 1 0 1
逻辑功能的接线方法如图(b)所
1110 1111
示。将测试结果记录在表中，判 1 0 0 0

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。

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。 （2）负载能力差
+VCC （+5V）
+VCC （+5V）
D1 0V
D2 5V
R 3kΩ
0.7V D1
D2 5V
R 3kΩ
1. 4 V 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。
+ VC C （ + 5V ）
由于T3饱和导通，输出电压为：VO=VCES3≈0.3V
这时T2也饱和导通，
故有VC2=VE2+ VCE2=1V。 使T4和二极管D都截止。
实现了与非门的逻辑功能之一：
Rc2
R b1
1. 6k Ω
4k Ω
1V
1
输入全为高电平时， 输出为低电平。
1
2.1V
1.4V
31
A
B
T1
C
倒置状态
3
2T 2 饱 和
例
1.4.1 电路及 VBE=0.7V。
参
数
如
图
1.4.6
所
示
，
设
输
入
电
压
VI=3V
，
三
极
管
的
（1）若β＝60，试判断三极管是否饱和，并求出IC和VO的值。
解： 根据饱和条件IB＞IBS解题。
IB31-00.070.02m3A ()
IBSVR CCC610 1200.0m 20)A(
+
V
C
C
（
+ 5V ）
D1 A
D2 B
R

通常数据分配器有一根输入线，n根地址控制线，2n根数据输出线，因此根据输出线的个数也称为2n路数据分配器
用74LS138译码器实现的数据分配器
译码器的三个输入端A2 、A1 、A0作为选择通道用的地址信号输入，八个输出端作为数据输出通道，三个控制端接法如下：
74HC4511引脚图
74HC4511是常用的CMOS七段显示译码器， A3、A2、 A1、A0为输入端，输入8421BCD码，a～g为七段输出，输出高电平有效，可用来驱动共阴极LED数码管。
为测试输入端，低电平有效，当
时a～g输出全为1，用于检查译码器和LED
数码管是否能正常工作。
数据时，可强制将不需要显示的位消去。如四位数码管，某时刻只需显示最低的两位数据，则可以让最高两位数据的
例2
用74LS138实现逻辑函数
。
解：
将函数表达式写成最小项之和
将输入变量A、B、C分别接入输入端，注意高位和低位的接法，使能端接有效电平，由于74LS138输出为反码输出，需要再将F变换一下：
逻辑电路图
注意：使用中规模集成译码器实现逻辑函数时，译码器的输入端个数要和逻辑函数变量的个数相同，并且需要将逻辑函数化成最小项表达式。
3.2.2 组合逻辑电路的设计方法
根据给定的逻辑功能要求，设计出能实现这 个功能要求的逻辑电路。
实现的电路要最简，即所用器件品种最少、数量最少、连线最少。
要求：
（1）根据设计要求确定输入输出变量并逻辑赋 写出真值表。
（2）由真值表写出逻辑函数表达式并化简或转换。
（3）选用合适的器件画出逻辑图。
2．二-十进制译码器
常用的有8421BCD码集成译码器74HC42，

i
IF O IR
0.1I R
t
tS
t
上页 下页 返回
数字电子技术基础
2. 二极管逻辑电路 (1) 二极管与门
二极管与门电平表
+Vcc R
uIA DA
uIB DB
uO
输入
uIA
uIB
低
低
低
高
高
低
高
高
输出
uO 低 低 低 高
上页 下页 返回
数字电子技术基础
(2) 二极管或门
uIA
DA
DB uIB
+VCC (+5V)
R1 4k
R2 1k
R4 100
T4
A
T1
T2
D
B
T3
F
R3 1k
输入级 中间级 输出级
上页 下页 返回
数字电子技术基础
2. TTL与非门的功能分析 (1) 输入端至少有一 个为低电平(UIL=0.3V) 接低电平的发射结 正向导通。
则T1的基极电位:
UB1=UBE1+UIL =0.7+0.3 =1V
T4
A
T1
T2
D
B
T3
F
R3 1k
输入级 中间级 输出级
上页 下页 返回
数字电子技术基础
(1) 输入级
输入级由多发射极 晶体管T1和基极电组R1 组成，它实现了输入变 量A、B的与运算。
+VCC (+5V)
R1 4k
R2 1k
R4 100
T4
A
T1
T2
D
B
T3
F
R3 1k

与非门和或非门
1
真值表和逻辑函数
详细描述与非门和或非门的真值表和逻辑函数，解释它们的运算规则和特点。
2
电路图和引脚图
展示与非门和或非门的电路图和引脚图，让观众明白它们的内部构造和实际应用。
3
使用与非门和或非门构建电路
演示如何使用与非门和或非门构建电子电路，以及它们在自动控制和数字电路中的重要性。
与或非门
与门和异或门
真值表和逻辑函数
展示与门和异或门的真值表和逻 辑函数，以及它们在逻辑运算中 的应用。
电路图和引脚图
呈现与门和异或门的电路图和引 脚图，让大家更好地理解它们的 内部结构和工作原理。
使用与门和异或门构建电路
示范如何使用与门和异或门构建 复杂的电路，并讨论其在计算机 科学和通信领域的重要性。
介绍集成逻辑门电路在计算机科学、电子工程和通信技术等领域的广泛应用。
2 未来的发展趋势
探讨集成逻辑门电路未来发展的趋势，包括新技术和创新应用领域。
参考资料
1. 2. 3.
《电子元器件与电路》 - 丁定芳 《集成电路概论》 - 郭雷、王伟明 《数字逻辑与计算机设计》 - 仲伟达
《集成逻辑门电路》PPT 课件
本PPT课件将介绍集成逻辑门电路的基本概念和原理，以及它在现代科技中的 应用。让我们一起探索这个令人耳目一新的领域！
概述
什么是集成电路和集成逻辑门电路
讲解集成电路和集成逻辑门电路的定义和作用， 以及它们在电子领域的重要性。
集成逻辑门电路的分类
介绍不同类型的集成逻辑门电路，包括与门、 非门、或门等，并解释它们的不同功能。
真值表和逻辑函数
描述与或非门的真值表和逻 辑函数，阐述它在逻辑运算 和电路设计中的独特用途。

在电路中的应用。
或非门（NOR Gate）
逻辑符号与真值表
描述或非门的逻辑符号，列出其对应的真值表， 解释不同输入下的输出结果。
逻辑表达式
给出或非门的逻辑表达式，解释其含义和运算规 则。
逻辑功能
阐述或非门实现逻辑或操作后再进行逻辑非的功 能，举例说明其在电路中的应用。
异或门（XOR Gate）
逻辑符号与真值表
01
02
03
Байду номын сангаас
04
1. 根据实验要求搭建逻辑门 电路实验板，并连接好电源和
地。
2. 使用示波器或逻辑分析仪 对输入信号进行测试，记录输
入信号的波形和参数。
3. 将输入信号接入逻辑门电 路的输入端，观察并记录输出
信号的波形和参数。
4. 改变输入信号的参数（如频 率、幅度等），重复步骤3， 观察并记录输出信号的变化情
THANKS
感谢观看
低功耗设计有助于提高电路效率和延长设 备使用寿命，而良好的噪声容限则可以提 高电路的抗干扰能力和稳定性。
扇入扇出系数
扇入系数
指门电路允许同时输入的最多 信号数。
扇出系数
指一个门电路的输出端最多可 以驱动的同类型门电路的输入 端数目。
影响因素
门电路的输入/输出电阻、驱动 能力等。
重要性
扇入扇出系数反映了门电路的驱动 能力和带负载能力，对于复杂数字 系统的设计和分析具有重要意义。
实际应用
举例说明非门在数字电路中的应用， 如反相器、振荡器等。
03
复合逻辑门电路
与非门（NAND Gate）
逻辑符号与真值表
描述与非门的逻辑符号，列出其 对应的真值表，解释不同输入下