数电第二章门电路.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,门电路,(Gate Circuit),指,用以实现基本逻辑关系和常用复合逻辑关系,的电子电路。,是构成数字电路的基本单元之一,门电路,一、门电路的作用和常用类型,按功能特点不同分,普通门,(,推拉式输出,),CMOS,传输门,输出,开路门,三态门,按逻辑功能不同分,与门,或门,非门,异或门,与非门,或非门,与或非门,按电路结构不同分,TTL,集成门电路,CMOS,集成门电路,输入端和输出端都用三极管的逻辑门电路。,用互补对称,MOS,管构成的逻辑门电路。,二、高电平和低电平的含义,高电平和低电平为某,规定范围,的电位值，而非一固定值。,高电平信号是多大的信号？低电平信号又是多大的信号？,1,0,高电平,低电平,0,1,高电平,低电平,正逻辑体制,负逻辑体制,由门电路种类等决定,TTL,和,CMOS,的主要区别,1.,CMOS,是场效应管构成，,TTL,为双极晶体管构成,2,.COMS,的逻辑电源范围比较大（,5,15V,），,TTL,只能在,5V,下工作,3,.CMOS,的高低电平之间相差比较大、抗干扰性强，,TTL,则相差小，抗干扰能力差。,4,.CMOS,的工作频率较,TTL,低，一般来说，,TTL,工作速度比较快。,V,D1,V,D3,在正常信号输,入时不工作，因此下面的分,析中不予考虑。R,B,、,R,C,和,V,6,所构成的有源泄放电路的,作用是提高开关速度，它们,不影响与非门的逻辑功能，,因此下面的工作原理分析中,也不予考虑。,因为抗饱和三极管,V,1,的集电结导通电压为,0.4 V,，而,V,2,、,V,5,发射结导通电压为,0.7 V,，因此要使,V,1,集电结和,V,2,、,V,5,发射结导通，必须,u,B1,1.8 V,。,0.3 V,3.6 V,3.6 V,输入端有一个或数个为,低电平时，,输出高电平。,输入低电平端对应的发射结导通，,u,B1,=0.7 V+0.3 V=1 V,V,1,管其他发射结因反偏而截止。,1 V,这时,V,2,、,V,5,截止。,V,2,截止使,V,1,集电极等效电阻很大，使,I,B1,I,B1(sat),，,V,1,深度饱和。,V,2,截止使,u,C2,V,CC,=5 V,，,5 V,因此，输入有低电平时，输出为高电平。,截止,截止,深度饱和,V,3,微饱和，,V,4,放大工作。,u,Y,=,5V,-,0.7,V,-,0.7,V,=,3.6,V,电路输出为高电平。,微饱和,放大,TTL,与非门的工作原理,综上所述,该电路实现了与非逻辑功能,即,3.6 V,3.6 V,3.6 V,因此，,V,1,发射结反偏而集电极正偏，称,处于倒置放大状态。,1.8 V,这时,V,2,、,V,5,饱和。,u,C2,=,U,CE2(sat)u,BE5,=0.3 V+0.7 V=1 V,使,V,3,导通，而,V,4,截止。,1 V,u,Y,=,U,CE5(sat),0.3 V,输出为低电平,因此，输入均为高电平时，输出为低电平。,0.3 V,V,4,截止使,V,5,的等效集电极电阻很大，使,I,B5,I,B5(sat),，因此,V,5,深度饱和。,倒置放大,饱,和,饱和,截止,导通,TTL,电路输入端悬空时相当于输入高电平。,输入均为高电平时，,输出低电平,V,CC,经,R,1,使,V,1,集电结和,V,2,、,V,5,发射结导通，使,u,B1,=1.8 V,。,深,注意,2.TTL,与非门的工作原理,一、,电压传输特性,TTL,与非门的外特性和技术参数,测试电路,&,+5V,u,i,u,0,u,0,(V),u,i,(V,),1,2,3,U,OH,(3.4V),U,OL,(0.3V),传输特性曲线,u,0,(V),u,i,(V,),1,2,3,U,OH,“,1”,U,OL,(0.3V),阈值,U,T,=1.4V,理想的传输特性,输出高电平,输出低电平,1,、,输出,高电平,U,OH,、输出低电平,U,OL,U,OH,2.4V,U,OL,0.,4V,便认为,合格,。,典型值,U,OH,=3.4V,U,OL,0.,3V,。,2,、,输入,高电平,U,IH,、输入低电平,U,IL,U,IH,2.0V,U,IL,0.,8V,便认为,合格,。,74,系列电路典型参数,3,、,输入端噪声容限,V,NH,=,V,OH(min),-V,IH(min,),=2.4-2.0,=0.4V,V,NL,=,V,IL(max),-V,OL(max,),=0.8-0.4,=0.4V,噪声容限越大，抗干扰能力越强。,输入信号上叠加的噪声电压只要不超过允许值，就不会影响电路的正常逻辑功能，这个允许值称为,噪声容限,。,结论：,二、输入、输出特性，负载特性,&,&,？,1,、前后级之间电流的联系,2,、,扇出系数,：,驱动同类门的个数,+5V,R,4,R,2,R,5,T,3,T,4,T,1,前级,T,1,T,1,I,iH1,I,iH3,I,iH2,I,OH,前级输出为 高电平时,拉电流,+5V,R,2,R,1,3k,T,2,R,3,T,1,T,5,b,1,c,1,前级,I,OL,I,iL1,I,iL2,I,iL3,前级输出为 低电平时,灌电流,不管是灌电流负载还是拉电流负载，负载电流都不能超过其最大允许电流，否则将导致电路不能正常工作，甚至烧坏门电路。,工作原则：,输出低,电平时，流入前级的电流（灌电流）：,输出高,电平时，流出前级的电流（拉电流）：,与非门的扇出系数一般是,10,。,例 题,输出高电平,保证输出电流不会超过,最大额定电流。,输出低电平,保证倒灌电流不会击穿,T,5,。,结果：扇出系数,N=10,VOH3.2V,，,IOH0.4mA,，,IIH=40,A,。,VOL0.2V,，,iL,=16mA,，,iI,=-1mA,。,3,、输入端接一电阻,R,接地,R,u,i,“,1”,“0”,？,+5V,F,R,4,R,2,R,1,3k,T,2,R,5,R,3,T,3,T,4,T,1,T,5,b,1,c,1,R,增大,R,u,i,u,i,=U,T,时，输出低电平。,R=0.7 K,R,u,i,+5V,F,R,4,R,2,R,1,3k,T,2,R,5,R,3,T,3,T,4,T,1,T,5,b,1,c,1,1,、悬空的输入端相当于接高电平。,2,、为了防止干扰，可将悬空的输入端接高电平。,说明,2,、,普通与非门输出端,“,线与,”,会产生短路电流损坏器件，如下图。,集电极开路的门电路（,OC,门）,3,、,用,OC,门合理选择上拉电阻,R，,可,“,线与,”,1,、,“线与”,：多个门的输出端通过信号线直接相与,相当于与门作用。,因为,Y,1,、,Y,2,中有低电,平时，,Y,为低电平；只有,Y,1,、,Y,2,均为高电平时，,Y,才为高电平，故,Y,=,Y,1,Y,2,。,应用：,(1),实现线与,两个或多个,OC,门的输出端直接相连，相当于将这些输出信号相与，称为线与。,Y,只有,OC,门才能实现线与。普通,TTL,门输出端不能并联，否则可能损坏器件。,注意,(2),驱动显示器和继电器等,例下图为用,OC,门驱动发光二极管,LED,的显示电路。,已知,LED,的正向导通压降,U,F,=2V,，正向工作电流,I,F,=10,mA,，为保证电路正常工作，试确定,R,C,的值。,解,：,为保证电路正常工作，应满足,分析：,该电路只有在,A,、,B,均为高电平，使输出,u,O,为低电平时，,LED,才导通发光；否则,LED,中无电流流通，不发光。,要使,LED,发光，应满足,I,R,c,I,F,=10,mA,。,&,A,B,F,符号,功能表,低电平起作用,三态门（,TSL,）,&,A,B,F,符号,功能表,高电平起作用,三态门（,TSL,）,E,1,E,2,E,3,公用总线,三态门主要作为,TTL,电路与,总线,间的,接口电路,用途：,E1,E2,E3,分时复用,集成门的选用,实,物,图,片,不同系列,TTL,中，器件型号后面几位数字相同时，通常逻辑功能、外型尺寸、外引线排列都相同。但工作速度,(,平均传输延迟时间,t,pd,),和平均功耗不同。实际使用时，高速门电路可以替换低速的；反之则不行。,例如,CT7400,CT74L00,CT74H00,CT74S00,CT74LS00,CT74AS00,CT74ALS00,xx74xx00,引脚图,双列直插,14,引脚,四,2,输入与非门,TTL,集成逻辑门的使用要点,(1),电源电压用,+5 V,，,74,系列应满足,5 V,5%,。,(2),输出端的连接,普通,TTL,门输出端不允许直接并联使用。,三态门,TSL,输出端可并联使用，但同一时刻只能有,一个门工作，其他门输出处于高阻状态。,集电极开路,OC,门输出端可并联使用，但公共输出端和,电源,V,CC,之间应接负载电阻,R,L,。,输出端不允许直接接电源,V,CC,或直接接地。,输出电流应小于产品手册上规定的最大值。,多余输入端的处理,与门和与非门的多余输入端接逻辑,1,或者与有用输入端并接。,接,V,CC,通过,2.4V,输出低电平,=2.0V,，输入低电平,=0.8V,，噪声容限是,0.4V,。,CMOS,电平：,1,逻辑电平电压接近于电源电压，,0,逻辑电平接近于,0V,。而且具有很宽的噪声容限。,COMS,电路,1,）,COMS,电路时电压控制器件，它的输入总抗很大，对干扰信号的捕捉能力很强。所以，不用的,管脚不要悬空,，要接上拉电阻或者下拉电阻，给它一个恒定的电平。,2,）输入端接低内组的信号源时，要在输入端和信号源之间要串联限流电阻，使输入的电流限制在,1mA,之内。,3,）,COMS,的输入电流超过,1mA,，就有可能烧坏,COMS,。,TTL,门电路,输入端负载特性（输入端带电阻特殊情况的处理）：,1,）,悬空,时相当于输入端,接高电平,。因为这时可以看作是输入端接一个无穷大的电阻。,2,）在门电路输入端串联,10K,电阻后再输入低电平，输入端出呈现的是高电平而不是低电平。因为由,TTL,门电路的输入端负载特性可知，只有在输入端接的串联电阻小于,910,欧时，它输入来的低电平信号才能被门电路识别出来，串联电阻再大的话输入端就一直呈现高电平。这个一定要注意。,COMS,门电路就不用考虑这些了。,学习要求,（集成电路内部只作定性分析，不作定量计算）,1.正负逻辑的概念以及之间的关系。,2.熟练掌握,TTL,和,CMOS,门的逻辑功能、特性、参数和使用方法。,输入端噪声容限,输入特性（输入低电平或高电平电流的求解以及方向定义）,输出特性（输出高电平时最大负载电流=0.4,mA,）,扇出系数的求解,输入端负载特性（,v,I2,V,IH(min),和,v,I2,V,IL(max),）,3.一般了解其它逻辑门电路的特点。,掌握与非门、或非门输入电流的计算,OC,门外接负载电阻的计算,4.熟练掌握各种门电路的各种表示方法。,5.若干电参数的物理意义。,V,OH,、V,OL,、V,IH,、V,IL,、V,TH,、V,NH,、V,NL,、I,IH,、I,IL,、I,OH,、I,OL,、N、tpd,