第二章 电路 第一节

33 第二章 逻辑门电路

第一节 重点与难点

一、重点:

1．TTL与非门外特性

（1）电压传输特性及输入噪声容限：由电压传输特性曲线可以得出与非门的输出信号随输入信号的变化情况,同时还可以得出反映与非门抗干扰能力的参数Uon、Uoff、UNH和UNL。开门电平UON是保证输出电平为最高低电平时输入高电平的最小值。关门电平UOFF是保证输出电平为最小高电平时,所允许的输入低电平的最大值。

（2）输入特性:描述与非门对信号源的负载效应。根据输入端电平的高低，与非门呈现出不同的负载效应，当输入端为低电平UIL时,与非门对信号源是灌电流负载，输入低电平电流IIL通常为1~1.4mA.当输入端为高电平UIH时，与非门对信号源呈现拉电流负载，输入高电平电流IIH通常小于50μA。

（3）输入负载特性:实际应用中，往往遇到在与非门输入端与地或信号源之间接入电阻的情况,电阻的取值不同,将影响相应输入端的电平取值。当R≤关门电阻ROFF时,相应的输入端相当于输入低电平；当R≥开门电阻RON时，相应的输入端相当于输入高电平。

2．其它类型的TTL门电路

（1)集电极开路与非门（OC门）

多个TTL与非门输出端不能直接并联使用,实现线与功能.而集电极开路与非门（OC门）输出端可以直接相连,实现线与的功能，它与普通的TTL与非门的差别在于用外接电阻代替复合管.

(2）三态门TSL

三态门即保持推拉式输出级的优点，又能实现线与功能。它的输出除了具有一般与非门的两种状态外，还具有高输出阻抗的第三个状态，称为高阻态，又称禁止态.处于何种状态由使能端控制.

3．CMOS逻辑门电路

CMOS反相器和CMOS传输门是CMOS逻辑门电路的最基本单元电路，由此可以构成各种CMOS逻辑电路。当CMOS反相器处于稳态时，无论输出高电平还是低电平，两管中总有一管导通，一管截止，电源仅向反相器提供nA级电流，功耗非常小。CMOS器件门限电平UTH近似等于1/2UDD，可获得最大限度的输入端噪声容限UNH和UNL=1/2UDD。

33第二章 逻辑门电路

集成逻辑门电路是组成各种数字电路的基本单元。通过本章的学习，要求读者了解集成逻辑门的基本结构，理解各种集成逻辑门电路的工作原理，掌握集成逻辑门的外部特性及主要参数，掌握不同逻辑门之间的接口电路，以便于正确使用逻辑门电路。

第一节 基本知识、重点与难点

一、基本知识 （一） TTL与非门 1．结构特点 TTL与非门电路结构，由输入极、中间极和输出级三部分组成。 输入级采用多发射极晶体管，实现对输入信号的与的逻辑功能。输出级采用推拉式输出结构（也称图腾柱结构），具有较强的负载能力。 2．TTL与非门的电路特性及主要参数 （1）电压传输特性 与非门电压传输特性是指TTL与非门输出电压UO与输入电压UI之间的关系曲线，即UO =f（UI）。 （2）输入特性 当输入端为低电平UIL时，与非门对信号源呈现灌电流负载，1ILbe1CCILRUUUI−−−=

称 为输入低电平电流，通常IIL＝-1～1.4mA。 当输入端为高电平UIH时，与非门对信号源呈现拉电流负载，通常IIH≤50μA称为输入高电平电流。 （3）输入负载特性 实际应用中，往往遇到在与非门输入端与地或信号源之间接入电阻的情况。 若Ui≤UOFF，则电阻的接入相当于该输入端输入低电平，此时的电阻称为关门电阻，记为ROFF。若Ui≥UON，则电阻的接入相当于该输入端输入高电平，此时的电阻称为开门电阻，记为RON。通常ROFF≤0.7KΩ，RON≥2KΩ。 （4）输出特性 反映与非门带载能力的一个重要参数--扇出系数NO是指在灌电流（输出低电平）状态下驱动同类门的个数 ILOLmaxO/IIN=

其中OLmaxI为最大允许灌电流，IIL是一个负载门灌入本级的电流（≈1.4mA）。NO越大， 34说明门的负载能力越强。 （5）传输延迟时间 传输延迟时间表明与非门开关速度的重要参数。平均传输延迟时间越小，电路的开关速度越高。 3．其它类型常用TTL门电路 （1）集电极开路门（OC门） 门电路的输出级的非门电路的集电极开路，在使用时必须外接电源和集电极负载电阻RL。OC门的输出端可以直接相连，实现线与逻辑功能，其带载能力强，可以用于驱动感性器件或实现电平变换。 （2）三态门（TSL门） 三态输出门除具有一般与非门的两种低阻输出状态（高电平和低电平状态）外，还具有高阻输出的第三种状态，称为高阻态，又称禁止态或失效态。通过使能控制端控制电路的工作状态，有低电平使能和高电平使能两种情况。 4．ECL集成逻辑门 ECL又称射极耦合逻辑电路，具有“或/或非”的功能。ECL电路中的三极管均工作于放大与截止状态，没有存储时间，所以该电路的最大特点是开关速度高，电路具有或/或非互补输出端且采用射极开路形式，允许多个输出端直接并联，实现输出变量的“线或”操作，且负载能力也较强。但电路的功耗较大，抗干扰能力差。 5．I2 L集成逻辑门 I2L基本单元电路由一个NPN多集电极晶体管T2和一个PNP晶体管T1构成的恒流源所组成。T2的各集电极之间相互隔离, T2的驱动电流是由T1射极注入的，故有注入逻辑之称。由基本单元电路可以构成其它逻辑功能门如与非门、与或非门等.门电路结构简单，集成度高；低电压、微电流下工作，功耗低，I2L电路能在低电压（0.8V）、微电流（1nA/单元）情况下工作，是目前功耗最低的集成电路；品质因素最佳，是目前品质因数最好的电路；生产工艺简单。I2L电路也有突出的不足之处：开关速度低；抗干扰能力差，多块连接性能差。 6．MOS门电路 有NMOS门电路、PMOS门电路和CMOS门电路。为提高工作速度，降低输出阻抗和功耗，目前MOS数字集成电路广泛采用CMOS电路，它是由PMOS和NMOS两管组成的互补型MOS电路或称CMOS电路。 (1) CMOS反相器 CMOS反相器由一个PMOS管T2和一个NMOS管T1组成的互补器件. 电路输出阻抗很小，有效地减小了对负载电容的充放电时间，因此CMOS门电路工作速度快，甚至可以同TTL门电路媲美。电源静态电流非常小，电路静态功耗极低，一般在纳瓦数量级。此外由于CMOS门输入阻抗高，所以CMOS电路级连时扇出系数很大。具有较大的噪声容限。另外转折区的变化率很大，所以CMOS反相器更接近于理想开关特性。 (2) CMOS传输门（TG） CMOS传输门与CMOS反相器一样，也是构成各种逻辑电路的一种基本单元电路。 由于MOS管的对称性，其源极和漏极可以互换，输入和输出端可以互换使用，因此CMOS传输门是双向器件。传输门的导通电阻为几百欧姆，当它与输入阻抗为兆欧级电路连接时，可以忽略不计。传输门的截止电阻达50MΩ以上，每个门的平均延迟时间为几十至一、二百ns，已接近理想开关特性。 (3) CMOS门电路 CMOS反相器和CMOS传输门是构成各种CMOS逻辑电路的基本单元电路—CMOS 35与非门、CMOS或非门，异或门和三态门等。 二、重点与难点 重点： 1．TTL与非门外特性 （1）电压传输特性及输入噪声容限：由电压传输特性曲线可以得出与非门的输出信号随输入信号的变化情况，同时还可以得出反映与非门抗干扰能力的参数Uon、Uoff、UNH和UNL。开门电平UON是保证输出电平为最高低电平时输入高电平的最小值。关门电平UOFF是保证输出电平为最小高电平时，所允许的输入低电平的最大值。 （2）输入特性：描述与非门对信号源的负载效应。根据输入端电平的高低，与非门呈现出不同的负载效应，当输入端为低电平UIL时，与非门对信号源是灌电流负载，输入低电平电流IIL通常为1～1.4mA。当输入端为高电平UIH时，与非门对信号源呈现拉电流负载，输入高电平电流IIH通常小于50μA。 （3）输入负载特性：实际应用中，往往遇到在与非门输入端与地或信号源之间接入电阻的情况，电阻的取值不同，将影响相应输入端的电平取值。当R≤关门电阻ROFF时，相应的输入端相当于输入低电平；当R≥≥开门电阻RON时，相应的输入端相当于输入高电平。 2．其它类型的TTL门电路 （1）集电极开路与非门（OC门） 多个TTL与非门输出端不能直接并联使用，实现线与功能。而集电极开路与非门（OC门）输出端可以直接相连，实现线与的功能，它与普通的TTL与非门的差别在于用外接电阻代替复合管。 （2）三态门TSL 三态门即保持推拉式输出级的优点，又能实现线与功能。它的输出除了具有一般与非门的两种状态外，还具有高输出阻抗的第三个状态，称为高阻态，又称禁止态。处于何种状态由使能端控制。 3．CMOS逻辑门电路 CMOS反相器和CMOS传输门是CMOS逻辑门电路的最基本单元电路，由此可以构成各种CMOS逻辑电路。当CMOS反相器处于稳态时，无论输出高电平还是低电平，两管中总有一管导通，一管截止，电源仅向反相器提供nA级电流，功耗非常小。CMOS器件门限电平UTH近似等于1/2UDD，可获得最大限度的输入端噪声容限UNH和UNL=1/2UDD。 难点： 1．根据TTL与非门特性，正确分析和设计电路； 2．ECL门电路的逻辑功能分析； 3．CMOS电路的分析与设计； 4．正确使用逻辑门。 三、考核题型与考核重点 1． 概念 题型为填空、判断和选择。 建议分配的分数为2～4分。 2．分析与设计 题型为CMOS、三态门、OC门和基本逻辑门综合电路的分析与设计计题目。 建议分配的分数为4～8分。 36第二节 典型题解

精品文档

. 第二章 逻辑门电路

第一节 重点与难点

一、重点：

1．TTL与非门外特性

（1）电压传输特性及输入噪声容限：由电压传输特性曲线可以得出与非门的输出信号随输入信号的变化情况，同时还可以得出反映与非门抗干扰能力的参数Uon、Uoff、UNH和UNL。开门电平UON是保证输出电平为最高低电平时输入高电平的最小值。关门电平UOFF是保证输出电平为最小高电平时，所允许的输入低电平的最大值。

（2）输入特性：描述与非门对信号源的负载效应。根据输入端电平的高低，与非门呈现出不同的负载效应，当输入端为低电平UIL时，与非门对信号源是灌电流负载，输入低电平电流IIL通常为1～1.4mA。当输入端为高电平UIH时，与非门对信号源呈现拉电流负载，输入高电平电流IIH通常小于50μA。

（3）输入负载特性：实际应用中，往往遇到在与非门输入端与地或信号源之间接入电阻的情况，电阻的取值不同，将影响相应输入端的电平取值。当R≤关门电阻ROFF时，相应的输入端相当于输入低电平；当R≥开门电阻RON时，相应的输入端相当于输入高电平。

2．其它类型的TTL门电路

（1）集电极开路与非门（OC门）

多个TTL与非门输出端不能直接并联使用，实现线与功能。而集电极开路与非门（OC门）输出端可以直接相连，实现线与的功能，它与普通的TTL与非门的差别在于用外接电阻代替复合管。

（2）三态门TSL

三态门即保持推拉式输出级的优点，又能实现线与功能。它的输出除了具有一般与非门的两种状态外，还具有高输出阻抗的第三个状态，称为高阻态，又称禁止态。处于何种状态由使能端控制。

3．CMOS逻辑门电路

CMOS反相器和CMOS传输门是CMOS逻辑门电路的最基本单元电路，由此可以构成各种CMOS逻辑电路。当CMOS反相器处于稳态时，无论输出高电平还是低电平，两管中总有一管导通，一管截止，电源仅向反相器提供nA级电流，功耗非常小。CMOS器件门限电平UTH近似等于1/2UDD，可获得最大限度的输入端噪声容限UNH和UNL=1/2UDD。

第二章 主电路详细设计计算书

第一节 输入EMI和软启动部分详细设计计算书

一、主要技术条件和输入输出接口

1) 输入工作电压范围 323-475Vac

2) 过压动作点485 ±10Vac；迟差：10－25VacVac

欠压动作点313±10Vac，迟差：10－25Vac

3) EMI: 模块的传导到达EN55022的标准，

4) 输出最大功率4400W

5) 额定输入电压380Vac，输出48V，输出电流92A，效率输出效率大于92％。

6) 模块最高静态耐压为500Vac

三、 设计中的变量说明

无

四、输入EMI和软启动部分计算过程

1.输入整流桥

模块的输出功率最大为4400W，由于电压输入模块效率比额定输入时电压低，因此效率假设为91%，功率因数最小为0.9，输入电压最低为330VAC，最高工作电压为440VAC，最高静态电压为500VAC，故：

整流桥承受的最高反压Vf＝500*1.414=707V。

输入的最大电流为，

I=A7.1032909.091.04400。

考虑电网的波动、浪涌、雷击等情况，采用1600V/35A的桥堆.参数1600V/35A/1.7V/卧式/28.5*28.5*10mm 。

假定输入滤波电感电流连续，则输入电感中的电流的平均值如下

Imax=A13.143809.091.04400

则所有整流桥的二极管的最大功耗为

W=14.13×1.7×2=48.042W

2.输出滤波电容

输入滤波电容在这里具有两个作用，一个是平滑输入电压，流过它的电流为300HZ的电流，对功率因数起决定作用，另一个作用是吸收后级DC/DC变换器的开关纹波电流。

后级DC/DC变换器的纹波电流，设计输入滤波电感的电流连续，近似取输出滤波电感的纹波电流有效值，最大值取2.2A，折算到原边为2.3A。 铝电解电容器-400V-680μF±20%-35*50-85℃ 电容能通过的纹波电流有效值为3.08A，在50K时的纹波电流为3.08*1.43， 采用6个串并联。