L3-逻辑门电路.pptx

第三章第三章 逻辑门电路逻辑门电路2 1、分立元件门电路分立元件门电路 2、TTL集成逻辑门电路集成逻辑门电路 4、MOS逻辑门逻辑门 3、其他类型的其他类型的TTL门电路门电路1、简单逻辑门电路、简单逻辑门电路实现与、或、非三种基本运算的门电路称为简单门电路。FAB&(a)FAB1(b)FA1(c)高电平：5v 低电平：0v正逻辑：高电平用1表示，低电平用0表示。一、一、一、一、与与与与 门门门门有两个或两个以上的输入端、一个输出端。上图(a)的逻辑表达式为FA BFAB&二、二、二、二、或或或或 门门门门有两个或两个以上的输入端，一个输出端。上图(b)的逻辑表达式为FA+BFAB1 三三、非非 门门 只 有 一 个 输 入 端,一个输出端。如右图的逻辑表达式为AF12、复合逻辑门电路、复合逻辑门电路复合门在逻辑功能上是简单逻辑门的组合，实际性能上有所提高。常用的复合门有与非门，或非门、与或非门和异或门等。FAB1(b)FAB&(a)FA1&BC D(c)FA=1(d)B二、二、二、二、或非或非或非或非 门门门门或非门也是一种通用门。FAB1(b)一、一、一、一、与非与非与非与非 门门门门使用与非门可以实现与、或、非3种基本运算,并可构成任何逻辑电路,故称为通用逻辑门。FAB&(a)FA=1(d)BFA=1(e)B“同或”运算用符号表示，逻辑表达式为：“异或”运算是一种特殊的逻辑运算,用符号表示，逻辑表达式为：四、四、四、四、异或异或异或异或 门门门门三、三、三、三、与或非与或非与或非与或非 门门门门与或非门也是一种通用门。FA1&BC D(c)k kV VCCCCV VI IV VO O输输入入信信号号输输出出信信号号 数字电路是二值逻辑电路。数字电路是二值逻辑电路。用用“1”1”、“0”0”表示高低电平。表示高低电平。正逻辑：正逻辑：“1”1”：表示高电平。：表示高电平。“0”0”：表示低电平。：表示低电平。负逻辑：负逻辑：“0”0”：表示高电平。：表示高电平。“1”1”：表示低电平。：表示低电平。开关电路（逻辑电路）中的开关开关电路（逻辑电路）中的开关K K由二极管或三极管电路构成。由二极管或三极管电路构成。在输入电压在输入电压V Vi i的作用下，使二极管或三极管电路处于导通或截止状的作用下，使二极管或三极管电路处于导通或截止状态。态。输出电压：输出电压：K K导通时，导通时，0 0 K K断开时，断开时，V VCCCC一般采用正逻辑关系一般采用正逻辑关系3.1 3.1 概述概述1、晶体二极管的开关特性、晶体二极管的开关特性VCCRDVOViRRRR二极管导通时相当于短路二极管截止时相当于开路Vi=VCC 二极管截止，Vo=VCCVi=0 二极管导通，Vo=0或0.7v3.2 半导体管的开关特性2、晶体三极管的开关特性晶体三极管的开关特性BCEBCEVCCVIVOIBICVBEBECIEVi 低电平，三极管截止，Vo VCCVi 高电平，三极管饱和导通，Vo0 三极管饱和导通时，相当于C、E间短路；三极管截止时，相当于C、E间开路，B、E间，B、C间也开路。1.二极管与门二极管与门ABY0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7VYD1D2ABVCC(5v)Rc 功能表功能表硅二极管硅二极管3.3 分离原件逻辑门电路分离原件逻辑门电路ABY0000000 真值表真值表 优点：简单优点：简单缺点：（）输出电平的偏移缺点：（）输出电平的偏移（）负载电阻的改变影响输出的高电平（）负载电阻的改变影响输出的高电平AB&YABY0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V 功能表功能表2.二极管或门二极管或门 功能表功能表D1YD2ABR硅二极管硅二极管Av000032.3302.3332.3Bv YvABY0000101 优点：简单优点：简单缺点：输出电平的偏移缺点：输出电平的偏移Av000032.3302.3332.3BvYvABY 1真值表真值表功能表功能表3.三极管非门电路三极管非门电路Rc(vo)R1AYVCC-vBB(vi)R21YRc(vo)YVCC=5vR1AvEE=-8v(vi)R2例例:已知已知RC=1K,R1=3.3K,R2=10K,=2，VCE(sat)=0.1v,输入的高低电平分别为输入的高低电平分别为VIH=5v,VIL=0v,求输出电平。求输出电平。解：首先利用戴维南定理将发射解：首先利用戴维南定理将发射结的外接电路化简为如下的等效电结的外接电路化简为如下的等效电路路e+-bR1R2VEEVBe+-bRBVIe+-bR1R2VEEeVB+-bRB 当当VI=VIH=V时，时，三极管截止，三极管截止，V0=5V时。时。e+-bR1R2VEEeVB+-bRB 当当VI=VIH=5V时，时，满足，三极管饱和，满足，三极管饱和，V0=VCE(sat)=0。因此，电路参数的设计是合理的。因此，电路参数的设计是合理的。R1DR2F+12V+3V三极管非门三极管非门D1D2AB+12V二极管与门二极管与门4、与非门、与非门R1DR2F+12V+3V三极管非门三极管非门D1D2ABR二极管或门二极管或门5、或非门、或非门1、体积大、工作不可靠。、体积大、工作不可靠。2、需要不同电源。、需要不同电源。3、各种门的输入、输出电平不匹配。、各种门的输入、输出电平不匹配。3.4 TTL3.4 TTL逻辑门电路逻辑门电路+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC“全高全高”全导通全导通电位被嵌电位被嵌在在2.1V全反偏全反偏 1V截止截止1 1、TTLTTL与非门的电路结构及工作原理与非门的电路结构及工作原理结论：输入端结论：输入端A。B。C中全为高电平时，输出端为低电平中全为高电平时，输出端为低电平bce1e2e3+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC“0.3v”截止截止b1点电位点电位1V 5V导通导通结论：输入端结论：输入端A。B。C中至少有一个为低电平时，输出端为高电平中至少有一个为低电平时，输出端为高电平2 2、TTLTTL与非门的电压传输特性和抗干扰能力与非门的电压传输特性和抗干扰能力1 1）、电压传输特性）、电压传输特性2 2）、抗干扰能力）、抗干扰能力3 3、TTLTTL与非门的输入与非门的输入.输出特性和带负载能力输出特性和带负载能力1.TTL1.TTL与非门的输入特性与非门的输入特性2.TTL2.TTL与非门输入端负载特性与非门输入端负载特性3.TTL3.TTL与非门的输出特性与非门的输出特性（1 1）输出为低电平时的输出特性）输出为低电平时的输出特性当当 增加到大于某个值后，增加到大于某个值后，管将退出饱和进入放大状态，管将退出饱和进入放大状态，则则 迅速上升。迅速上升。（2 2）输出为高电平时的输出特性）输出为高电平时的输出特性4.带负载能力带负载能力拉电流负载：拉电流负载：增加会使与非门的输出高电平下降增加会使与非门的输出高电平下降灌电流负载：灌电流负载：增加会使与非门的输出低电平上升增加会使与非门的输出低电平上升四、四、TTL与非门的动态特性与非门的动态特性3.5 3.5 其它类型的其它类型的TTLTTL门电路门电路1 1、集电极开路的与非门（集电极开路的与非门（OCOC门）门）+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC集电极悬空集电极悬空T3无无T3,T4&符号符号！+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC应用时输出端要接一上拉负载电阻应用时输出端要接一上拉负载电阻R RL LRLUCC1 1）、）、OCOC门可以实现门可以实现“线与线与”功能功能&UCCF1F2F3FF=F1F2F3RL输出级输出级UCCRLT5T5T5N个个oc门的输出门的输出端直接并联后可端直接并联后可共用一个集电极共用一个集电极负载电阻负载电阻 和和电源电源 F=F1F2F3?UCCRLF1F2F3F任一导通任一导通F=0UCCRLF1F2F3F全部截止全部截止F=1F=F1F2F3?所以：所以：F=F1F2F3!2 2）、负载电阻）、负载电阻R RL L和电源和电源 U UCCCC可以根据情况选择可以根据情况选择&J+30V 220VJ3.OC3.OC门的应用门的应用（1）实现与或非逻辑）实现与或非逻辑（2）实现电平转换）实现电平转换（3）用作驱动器）用作驱动器输出高电平可以变为输出高电平可以变为10v2 2、三态门三态门+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABDEE-控制端控制端+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABDE01截止截止+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABDE10导通导通截止截止截止截止高阻态高阻态&ABF符号符号功能表功能表低电平起作用低电平起作用&ABF符号符号功能表功能表高电平起作用高电平起作用E1E2E3公公用用总总线线1.1.三态门主要作为三态门主要作为TTLTTL电路与电路与总线总线间的间的接口电路接口电路用途：用途：E1、E2、E3分时接入高分时接入高电平电平2.2.双向传输双向传输3.6 MOS3.6 MOS逻辑门逻辑门1、NMOS门电路门电路0UDSIDuiuoUCCR饱和区饱和区非饱和区非饱和区（一）（一）NMOS反向器反向器1.饱和型饱和型NMOS反向器反向器保证：保证：a.为高电平时，为高电平时，为低电平；为低电平；b.为低电平（为低电平（）时，）时，管截止，输出为高电平（）管截止，输出为高电平（）缺点：缺点：a.输出高电平低输出高电平低b.工作时速度低工作时速度低.非饱和型非饱和型NMOS反向器反向器负载管工作在非饱和区，电路的工作速度提高负载管工作在非饱和区，电路的工作速度提高（二）（二）NMOS与非门与非门两工作管串联两工作管串联（三）（三）NMOS或非门或非门两工作管并联两工作管并联（四）（四）NMOS与或非门与或非门（五）（五）NMOS异或门异或门合成同或门，合成同或门，构成非门。构成非门。如：如：A低，低，B高时，高时，门导通门导通（六）（六）NMOS三态门三态门E=1:高阻高阻 E=0：F=A（一）（一）CMOS反相器反相器UCCST2DT1AFNMOS管管PMOS管管CMOS电路电路2、CMOS门电路门电路UCCST2DT1uiuoui=0截止截止ugs2=UCC导通导通u=“”工作原理：工作原理：UCCST2DT1uiuoui=导通导通截止截止u=“”工作原理：工作原理：CMOS电路电路的优点的优点、工作管和负载管一截止，一导通，因此电、工作管和负载管一截止，一导通，因此电源向反向器提供的漏电流仅为纳米级源向反向器提供的漏电流仅为纳米级、导通电阻较小，、导通电阻较小，CMOS反向器输出反向器输出电压的上升时间和下降时间都比较小，电压的上升时间和下降时间都比较小，电路的工作速度大为提高。电路的工作速度大为提高。（二）（二）CMOS与非门与非门（三）（三）CMOS或非门或非门（四）（四）CMOS三态门三态门E为高电平时：为高电平时：高阻高阻E为低电平时：为低电平时：AFE（五）（五）CMOS传输门传输门TGCC=0时，传输门截止时，传输门截止C=1时，传输门导通时，传输门导通利用利用CMOS传输门和非门可构成模拟开关传输门和非门可构成模拟开关常用常用TTL门电路芯片：门电路芯片：VCCGNDTL7400四个两输入与非门集成电路TTTL7420两个四输入与非门集成电路GNDVCCNC7404六反相器非门GNDVCC另：逻辑函数的实现另：逻辑函数的实现 函数的表现形式和实际的逻辑电路之间有着对应的关系，而实际逻辑电路大量使用“与非”门、“或非”门、“与或非”门等。1）、用）、用“与非与非”门实现逻辑函数门实现逻辑函数第一步 求出函数的最简“与或”表达式。第二步 将其变换成“与非与非”表达式。第三步 画出函数表达式对应的逻辑电路图。例：用“与非”门实现逻辑函数 F(A,B,C,D)=ABC+ABC+BCD+BC解：第一步第一步:00 01 11 1000011110ABCD1111111F=AB+BC+BD第二步：第二步：F=ABBCBD第三步：第三步：该电路是一个两级“与非”电路。如不限制级数，该电路可进一步简化。F=AB+BC+BD=B(A+C+D)=BACD=BACDAFBC&BCD&F1&A&DCB2）、用）、用“或非或非”门实现逻辑函数门实现逻辑函数第一步 求出函数的最简“或与”表达式。第二步 将其变换成“或非或非”表达式。第三步 画出函数表达式对应的逻辑电路图。例：用“或非”门实现逻辑电路。F(A,B,C,D)=CD+ACD+ABD+ACD解：第一步第一步:F=AC+ADF=F=(A+C)(A+D)00 01 11 1000011110ABCD0000000011111111第二步：第二步：F=(A+C)(A+D)=(A+C)+(A+D)第三步：第三步：F1AC1AD13）、用）、用“与或非与或非”门实现逻辑函数门实现逻辑函数第一步 求出函数的最简“与或”表达式。第二步 将其变换成“与或非”表达式。第三步 画出函数表达式对应的逻辑电路图。例：用“与或非”门实现逻辑电路。F(A,B,C,D)=m(1,3,4,5,6,7,12,14)解：第一步第一步:00 01 11 1000011110ABCD0000000011111111第二步：第二步：F(A,B,C,D)=AD+BDF(A,B,C,D)=AD+BDFA1&BDD第三步：第三步：4）、用）、用“异或异或”门实现逻辑函数门实现逻辑函数第一步 求出函数的最简形式。第二步 将其变换成“异或”表达式。第三步 画出函数表达式对应的逻辑电路图。例：用异或门实现逻辑电路。F(A,B,C,D)=m(1,2,4,7,8,11,13,14)解：第一步第一步:00 01 11 1000011110ABCD0000000011111111 由卡诺图可知该逻辑函数已不能化简。第二步：第二步：F=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD=AB(CD+CD)+AB(CD+CD)+AB(CD+CD)+AB(CD+CD)=(CD+CD)(AB+AB)+(CD+CD)(AB+AB)=(A B)(C D)+(A B)(C D)=(A B)(C D)+(A B)(C D)=(A B)(C D)=A B C D第三步：第三步：FA=1B=1=1CD