逻辑门电路课件.共48页文档

逻辑门电路说课课件知识讲 解
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。 Nhomakorabea谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利

Rp(min)
VDD VOL(max) I OL(max) I IL(total)
… …
+V DD IOL（max) RP
0
IIL（total)
k
IIL
1
n
m
1
当VO=VOH
为使得高电平不低于规定的VIH的 最小值，则Rp的选择不能过大。 Rp的最大值Rp(max) ：
I0Z（total)
+V DD RP
50%
10%
t
f
90%
50% 10%
tr
4. 功耗
静态功耗：指的是当电路没有状态转换时的功耗，即门电路空 载时电源总电流ID与电源电压VDD的乘积。
动态功耗：指的是电路在输出状态转换时的功耗， 对于TTL门电路来说，静态功是主要的。 CMOS电路的静态功耗非常低，CMOS门电路有动态功耗
5. 延时功耗积 是速度功耗综合性的指标.延时功耗积，用符号DP表示。 几种CMOS系列非门的DP见下页。
D2
CN
TN
(3) vI < vDF D2导通, D1截止 vG = vDF
当输入电压不在正常电压范围时,二极管导通，限制了电容两端电 压的增加,保护了输入电路。
RS和MOS管的栅极电容组成积分网络，使输入信号的过冲电压延 迟且衰减后到栅极。
（2）CMOS逻辑门的缓冲电路
输入、输出端加了反相器作为缓冲电路，所以电路的逻 辑功能也发生了变化。增加了缓冲器后的逻辑功能为与非 功能
6.8 25.84
C、I=2V~3V
TN导通，TP导通
vO vI
2. 传输门的应用
(1) 传输门组成的异或门
B=0
A

能：输入全为1时输出 为0，其他情况输出为1
符号表示：通常用"NAND"表 示
真值表：列出所有输入和输出 组合的真值表
应用：常用于实现逻辑运算， 如与、或、非等
逻辑功能：输入全为1时输出为0，其他情况输出为1 符号表示：输入端A、B，输出端Y 真值表：列出所有输入输出组合及其对应的输出值 应用：用于实现逻辑运算、控制电路等
实现逻辑运算：与、或、非等 基本逻辑运算
控制信号：控制电路的通断、 开关等
数据处理：处理二进制数据， 实现数据传输、存储等
构建复杂电路：通过组合逻辑 门电路，构建更复杂的电路系 统
PART THREE
功能：实现逻辑与 运算
输入：两个输入信 号
输出：一个输出信 号
真值表：当两个输 入信号均为1时， 输出为1；否则输 出为0。
低功耗技术的挑 战与机遇
低功耗技术的未 来展望
人工智能：逻辑门电路是实现人工智能的关键技术之一，未来将在智能机器人、智能语音识别等领域发挥重要作 用。
物联网：逻辑门电路是实现物联网的关键技术之一，未来将在智能家居、智能交通等领域发挥重要作用。
量子计算：逻辑门电路是实现量子计算的关键技术之一，未来将在量子通信、量子加密等领域发挥重要作用。
生物科技：逻辑门电路是实现生物科技的关键技术之一，未来将在基因编辑、生物制药等领域发挥重要作用。
汇报人：
小型化趋势：随着半导 体技术的发展，逻辑门 电路的尺寸越来越小， 提高了集成度和性能
技术挑战：如何实现 更高集成度和更小尺 寸的逻辑门电路，同 时保证性能和可靠性
应用前景：随着物联 网、人工智能等新兴 技术的发展，逻辑门 电路的集成化和小型 化将更加重要。
低功耗技术在逻 辑门电路中的应 用

2. MOS管的开关特性
3.1.4 CMOS反相器
1．电路结构
CMOS逻辑门电路是由N沟道MOSFET和P沟
υI
道MOSFET互补而成。
2．工作原理
（设VDD＞（VTN + |VTP|），且VTN = |VTP|） （1）当υi=0V时，TN截止，TP导通。输出υO≈VDD。 （2）当υi=VDD时，TN导通，TP截止，输出υO≈0V。
传输延迟时间 tpd/ns(CL=15pF)
75 10 13 2.9
功耗 (mW) 1(1MHz) 1.5 (1MHz) 1 (1MHz) 0.0003~7.5
延时功耗积 (pJ) 75 15 13
0.00087~22
3.1.9 NMOS门电路(略)
3.2 TTL逻辑门
3.2.1 BJT的开关特性
⑴ 扇入数：一个门电路输入端接入同类门电路的最大数目，取决于门电 路的输入端的个数。
⑵ 扇出数：一个门电路输出端能带同类门电路的最大数目，它表示带负 载的能力。
驱动门的所带负载分为灌电流负载和拉电流负载两种情况:
① 带灌电流负载
② 带拉电流负载
如NOH= NOL则取两者的最小值为门的扇出系数。
各类数字集成电路主要性能参数的比较
3.1.5 CMOS逻辑门电路
1．CMOS与非门
两个并联的P沟道和两个串联的N沟道增强型MOS管组成。
VDD
TP1
TP2
（1）当A、B中只要一个为低时，就会使与 之相连的NMOS管截止，PMOS管导
通，输出为高；
L
（2）当A、B全为高时，两串联的NMOS
B TN2
管导通，两并联的PMOS管截止，输 出为低。
VDD

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Rb1 4kΩ
Rc 2 1.6kΩ
Vc 2
1
+VCC（ +5V） Rc4 130Ω
3
T2 4
1
3
A
31
2T2
D Vo
B
T1
C
Ve 2
1
3
2T 3
Re2
1kΩ
输入级
中间级
输出级
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2．TTL与非门的逻辑关系
（1）输入全为高电平3.6V时。
T2、T3导通，VB1=0.7×3=2.1（V ），
列。 6 ． 74AS 系 列 —— 为 先 进 肖 特 基 系
列， 它是74S系列的后继产品。 7．74ALS系列——为先进低 功耗肖特基系列， 是74LS系列的后继产品。
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2.3
一、 NMOS门电路 1．NMOS非门
MOS逻辑门电路
VDD (+12V)
VDD (+12V)
VDD (+12V)
0.4V
高 电 平 噪 声 容 限 第1V5页NH/共＝48V页OH （ min ） - VON ＝ 2.4V-2.0V ＝
四、TTL与非门的带负载能力
1．输入低电平电流IIL与输入高电平电流IIH （1）输入低电平电流IIL——是指当门电路的输入端
接低电平时，从门电路输入端流出的电流。
& Vo G0
呈 现 高 阻 ， 称 为 高 阻 态 ， 或 禁 止 态+V。CC
Rc2
Rc4
Rb1
Vc2 1
3
T2 4
A
&
B
L
EN

与非门（NAND Gate）
与门的输出信号取反。
逻辑门的符号和真值表
符号
每种逻辑门都有其独特的图形符号，用以表示其 功能。
真值表
每个逻辑门都有其对应的真值表，用于描述其输 入输出逻辑关系。
逻辑门的输入输出值
逻辑门 非门 与门 或门 与非门
输入值 0/1 00/01/10/11 00/01/10/11 00/01/10/11
解码器（Decoder）
将较少数量的输入信号解码成较多数量的输出信 号。
时序逻辑电路1来自触发器（Flip-Flops）
用于存储和控制逻辑门电路的状态和信号。
2
寄存器（Registers）
用于存储和传输多个二进制位的信息。
3
计数器（Counters）
用于计数和控制逻辑电路的运行。
状态图和状态表
状态图
逻辑门电路
逻辑门电路是数字电子学中的重要概念。它由不同类型的逻辑门组成，用于 处理和操作数字信号。本课件将介绍逻辑门的基本知识和应用。
逻辑门的类型
非门（NOT Gate）
将输入信号取反，输出为其相反值。
或门（OR Gate）
当任意一个输入信号为高电平时，输出为高 电平。
与门（AND Gate）
当所有输入信号均为高电平时，输出为高电 平。
D锁存器
有一个输入信号D，可以存储 一个比特。
振荡器（Oscillators）
1 简谐振荡器
2 应用示例
通过正反馈回路产生稳定的周期性输出信 号。
振荡器可用于时钟发生器、通信设备和音 频设备。
逻辑门设计和实现
逻辑门设计
设计逻辑门需要考虑电路的功能、布局和性能 要求。
逻辑门实现

第3章 逻辑门电路
3.2.1 TTL系列门电路 ◆ TTL（晶体管—晶体管逻辑）门电路只制成单片集成电路。输入级由多发射极晶体管构成， 输出级由推挽电路（功率输出电路）构成。标准TTL与非门如下图所示。
◆ 标准TTL与非门
◆ 电路工作原理
1. 电路组成 2. 逻辑关系 当当3一个个发发射射极极都或接3高个电发平射（极A都、接B、低C电都平 接导通（定U通，+B工A25≈（则、V作0）.有倒B2在V、时置饱，C，工接和晶T作地导体1的状）通 管集态，状T电2）多态必结至发，定处使射其截于T极集止正2晶电，、向体使极T偏4管T电饱置3T饱压和而1一和导 导U通B4，≈0而.7VT，4截U止CE，S2≈输0出.2V端L 为高电平。 UB3≈0.9V，T3截止，UL≈0
带灌电流负载特性:与非门输出uO为低电平 时，带灌电流负载。当输入都为高电平时， 与非门的V2、V5饱和导通，输出uO为低电平 UOL，这时，各个外接负载门的输入低电平电 流都流入（即灌入）V5的集电极，形成了输 出低电平电流。当外接负载门的个数增加时， 流入V5集电极的电流随之增大，输出低电平 稍有上升，只要不超过输出低电平允许的上 限值，与非门的正常逻辑功能就不会被破坏。 设与非门输出低电平时，允许V5最大集电极 电流为ＩOL（max），每个负载门输入低电 平电流为ＩIL时，则输出端外接灌电流负载 门的个数NOL为。NOL＝IOL（max）/IIL
第3章 逻辑门电路
第3章 逻辑门电路
一、学习目的
逻辑门电路是构成数字电路的基本单元。要从内部结构上认识了解逻辑门电路的基本构造和性能 特点，了解逻辑门电路的逻辑关系用分立元件是如何实现的，了解集成门电路的分类和各类集成 逻辑门电路的工作特点及主要参数。

E 截止状态
17
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6.2 TTL门电路
TTL门电路是晶体管-晶体管逻辑门电路的简称，它是目 前使用最为广泛的一种门电路。
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6.2.1 TTL与非门
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TTL与非门电路由三部分组成： 1. 输入级
包括多发射极晶体管VT1和基极电阻R1，形成与门 电路，实现逻辑“与”功能。VT1的发射极是“与”输 入 ，VT1的集电极是“与”输出端。
2. 中间倒相级 包括VT2及电阻R2，R3。主要作用是将VT2管的基
极电流放大，以增强对输出级的驱动能力。 3. 输出级 由VT3，VT4，VT5管和电阻R4，R5组成。VT3、
VT4组成射极跟随器电路，同时与VT5组成推挽电路， 提高电路带负载能力。
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当电路输入全为高电平时，输出F为低电平；输入 中有一个或一个以上为低电平时，电路输出为高电平。 其逻辑关系为：
3）反向截止特性 当二极管两端的反
向电压大于反向击穿电压 UBR时，反向电流突然剧 增。二极管反向击穿。
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6.1.2 半导体三极管
半导体三极管（双极型三极管）简称三极管，它 是利用特殊工艺制成的具有两个PN结的半导体器件。 它有三个电极：基极B、发射极E、集电极C。根据结 构不同，三极管可以分为NPN型和PNP型两类。
砷、锑等）。 杂质原子的五个价电子与周围硅原子组成共价键时，
多出一个价电子，使晶体产生一个自由电子。 根据掺入杂质的多少，可以控制自由电子的数量。
由于自由电子的数量远远大于空穴的数量，这种半导体 导电以自由电子导电为主。将自由电子称为多数载流子， 简称多子；空穴称为少数载流子，简称少子。

信号处理：对输入信号进行加工
02
处理，如放大、滤波等 控制功能：实现对电路的控制，
03
如开关、定时等 存储功能：实现对信号的存储，
04
如寄存器、存储器等
逻辑门电路的工作原 理
基本逻辑运算
1 与运算：当所有输入都为1时，输出为1，否则为0 2 或运算：当所有输入都为0时，输出为0，否则为1 3 非运算：输入为1时，输出为0；输入为0时，输出为1 4 异或运算：当输入相同时，输出为0；当输入不同时，输出为1 5 同或运算：当输入相同时，输出为1；当输入不同时，输出为0
5
逻辑门电路的 应用：数字电 路、计算机、
通信等领域
逻辑门电路的应用
数字电路的设计
逻辑门电路是数字
电路的基础 1
4 逻辑门电路在数字电
路设计中的应用广泛， 如计算机、手机、家 电等电子产品中都有
逻辑门电路的身影
逻辑门电路可以实
现基本的逻辑运算，
2
如与、或、非等
3
逻辑门电路可以组
合成更复杂的电路，
04
逻辑门电路的 控制端用于控 制逻辑运算的 类型。
逻辑门电路的分类
01
基本逻辑门： 与门、或门、 非门
02
复合逻辑门： 与非门、或非 门、异或门
03
扩展逻辑门： 三态门、多路 复用器、解码 器
04
特殊逻辑门： TTL、CMOS、 ECL等不同类 型逻辑门的分 类
逻辑门电路的功能
逻辑运算：实现基本的逻辑运算， 01 如与、或、非等
逻辑门电路介绍课 件
演讲人
பைடு நூலகம்录
01. 逻辑门电路的基本概念 02. 逻辑门电路的工作原理 03. 逻辑门电路的应用

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
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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