逻辑电路触发器.pptx

一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用l用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路统称为门电路。电路统称为门电路。l门电路是构成数字电路的基本单元门电路是构成数字电路的基本单元。l门电路的工作基础是利用半导体器件的开关特门电路的工作基础是利用半导体器件的开关特性。性。l门电路按构成方式不同，可分为分立元件门电门电路按构成方式不同，可分为分立元件门电路和集成门电路两类。路和集成门电路两类。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用1、半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性l1.晶体二极管开关特性晶体二极管开关特性l晶体二极管的开关特性表现在正向导通和反向晶体二极管的开关特性表现在正向导通和反向截止两种状态的转换过程。截止两种状态的转换过程。l当二极管加正向电压时，其正向电阻很小，呈当二极管加正向电压时，其正向电阻很小，呈导通状态，相当于开关闭合；当二极管加反向导通状态，相当于开关闭合；当二极管加反向电压时，其反向电阻很大，呈截止状态，相当电压时，其反向电阻很大，呈截止状态，相当于开关断开。于开关断开。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用1、半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性l(1)静态静态开关特性开关特性l当当uD大于大于0.5V时，二极管导通时，二极管导通，电流电流iD随电压随电压uD的增加按指数规律的增加按指数规律 很快地增加。很快地增加。l当当uD=0.7V时，特性时，特性 曲线已经很陡，即曲线已经很陡，即iD在在 一定范围内变化时，一定范围内变化时，uD基本上保持不变。基本上保持不变。l当当uD0.5V时，时，iD很小，二极管处于截止状态很小，二极管处于截止状态。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用1、半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性l二极管开关等效电路二极管开关等效电路一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用1、半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性l(2)动态开关特性动态开关特性l指二极管由正向导通到反向截止，或由反向截指二极管由正向导通到反向截止，或由反向截止到正向导通的瞬时特性。止到正向导通的瞬时特性。l由于电荷存储效应的存在，二极管从导通到截由于电荷存储效应的存在，二极管从导通到截止的转换需要一个过程，即存在着一定的时间止的转换需要一个过程，即存在着一定的时间延迟。延迟。l开通时间开通时间l反向恢复时间反向恢复时间一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用1、半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性l2.晶体三极管开关特性晶体三极管开关特性l晶体三极管的开关作用对应于有触点开关的晶体三极管的开关作用对应于有触点开关的“断开断开”与与“闭合闭合”。l三极管作为一个开关来使用三极管作为一个开关来使用时时，只能工作在饱，只能工作在饱和状态和截止状态，对应于开关的闭合和断开。和状态和截止状态，对应于开关的闭合和断开。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用1、半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性l(1)三极管的开关特性三极管的开关特性l三极管开关及其等效电路：三极管开关及其等效电路：一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用1、半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性l三极管开关电路在输入电压为低电平时，三极三极管开关电路在输入电压为低电平时，三极管工作在截止状态，相当于开关断开，在开关管工作在截止状态，相当于开关断开，在开关电路的输出端输出高电平；电路的输出端输出高电平；l当输入电压为高电平时，三极管工作在深度饱当输入电压为高电平时，三极管工作在深度饱和状态，相当于开关闭合，在开关电路的输出和状态，相当于开关闭合，在开关电路的输出端输出低电平。端输出低电平。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性l(2)三极管的动态开关特性三极管的动态开关特性l当三极管在截止与饱和导通两种状态间迅速转当三极管在截止与饱和导通两种状态间迅速转换时，三极管内部电荷的建立和消散都需要一换时，三极管内部电荷的建立和消散都需要一定的时间，因而集电极电流定的时间，因而集电极电流iC的变化必然滞后的变化必然滞后于输入电压于输入电压uI的变化，从而导致开关电路的输的变化，从而导致开关电路的输出电压出电压uO的变化滞后于输入电压的变化滞后于输入电压uI的变化。的变化。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用2、分立元件门电路分立元件门电路l1.二极管与门电路二极管与门电路一、一、门电路的功能及应用门电路的功能及应用2、分立元件门电路分立元件门电路l设设VCC=5V，A、B输入电平输入电平UIH=3V，UIL=0V，UD=0.7V。l当当A=B=0V时，时，VD1、VD2均导通，输出均导通，输出Y=0.7V；l当输入当输入A=0V，B=3V时，时，VD1优先导通，输优先导通，输出出Y受受VD1钳位等于钳位等于0.7V，即，即Y=0.7V；l当当A=3V，B=0V时，时，VD2优先导通，优先导通，VD1截截止，止，Y=0.7V；l当当A=B=3V时，时，VD1、VD2均导通，输出均导通，输出Y=3.7V。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用2、分立元件门电路分立元件门电路l2.二极管或门电路二极管或门电路一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用2、分立元件门电路分立元件门电路l设设A、B输入电平输入电平UIH=3V，UIL=0V，UD=0.7V；l当当A=3V 或或B=3V时，时，输出输出Y=2.3V；l当当A=B=0V时，输出时，输出Y=0V。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用2、分立元件门电路分立元件门电路l3.三极管非门电路三极管非门电路一、一、门电路的功能及应用门电路的功能及应用2、分立元件门电路分立元件门电路l当输入为低电平时，三极管截止，输出为高电当输入为低电平时，三极管截止，输出为高电平；当输入为高电平时，三极管饱和导通，输平；当输入为高电平时，三极管饱和导通，输出为低电平。出为低电平。l电路中接入了负电源电路中接入了负电源VBB和电阻和电阻R2，即使输入，即使输入的低电平信号稍大于零，也能使三极管的基极的低电平信号稍大于零，也能使三极管的基极为负电位，从而保证三极管可靠地截止，输出为负电位，从而保证三极管可靠地截止，输出为高电平。为高电平。l当输入信号为高电平时，应保证三极管工作在当输入信号为高电平时，应保证三极管工作在深度饱和状态，以使输出电平近似为零。深度饱和状态，以使输出电平近似为零。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路74系列系列l74标准系列标准系列l74L低功耗系列低功耗系列l74H高速系列高速系列l74S肖特基系列肖特基系列l74LS 低功耗肖特基系列低功耗肖特基系列l74AS 先进的肖特基系列先进的肖特基系列l74ALS先进的低功耗肖特基系列先进的低功耗肖特基系列一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路l1.TTL门电路组成及其工作原理门电路组成及其工作原理lTTL与非门组成电路与非门组成电路一、一、门电路的功能及应用门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路l(1)电路组成电路组成l电路可分为输入级、中间级和输出级三部分电路可分为输入级、中间级和输出级三部分：l输入级由多发射极三极管输入级由多发射极三极管T1和电阻和电阻R1组成，功能组成，功能上相当于一个与门；上相当于一个与门；l中间级由中间级由T2、R2和和R3组成，组成，T2的集电极和发射极的集电极和发射极提供两个逻辑电平相反的信号，分别用于驱动提供两个逻辑电平相反的信号，分别用于驱动T3和和T5；l输出级由输出级由T3、T4、T5、R4和和R5组成，它们采用达组成，它们采用达林顿结构，林顿结构，T3和和T4组成的复合管降低了输出为高组成的复合管降低了输出为高电平时的输出电阻，提高了电路的带载能力。电平时的输出电阻，提高了电路的带载能力。一、一、门电路的功能及应用门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路l(2)工作原理工作原理l设设VCC=5V，A、B输入端的高、低电平分别为输入端的高、低电平分别为UIH=3.6V，UIL=0.3Vl当当A=UIL，B=UIH时时，uB1=uBE1+UIL=0.7+0.3 =1V，此时，此时T2、T5 截止，截止，T3、T4导通，输出为导通，输出为高电平高电平UOH，即，即 Y=UOH=VCC-iB3 R2-uBE3-uBE4VCC-uBE3-uBE4=5-0.7-0.7=3.6V一、一、门电路的功能及应用门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路l当当A=UIH，B=UIH时时，电源，电源VCC通过通过R1和和T1的的集电结向集电结向T 2提供较大的基极电流，使提供较大的基极电流，使T2、T5 饱和导通，输出为低电平饱和导通，输出为低电平UOL，即，即 Y=UOL 0.3V一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路l2.TTL集成门电路的技术参数集成门电路的技术参数(1)输出高电平输出高电平UOH 指指TTL与非门的一个或几个与非门的一个或几个输入为低电平时的输出电平。产品规定值输入为低电平时的输出电平。产品规定值UOH2.4V。(2)输出低电平输出低电平UOL 指指TTL与非门的输入全为高与非门的输入全为高电平时的输出电平。产品规定值电平时的输出电平。产品规定值UOL0.4V。(3)开门电平开门电平UIHmin 指输入电压由高电平向低电指输入电压由高电平向低电平变化，输出端仍维持低电平时的最小输入高平变化，输出端仍维持低电平时的最小输入高电平数值。一般电平数值。一般UIHmin1.8V。2.1 门电路的功能及应用门电路的功能及应用2.1.3 TTL集成门电路集成门电路(4)关门电平关门电平UILmax 指输入电压由低电平向高电指输入电压由低电平向高电平变化，输出端仍维持高电平时的最大输入低平变化，输出端仍维持高电平时的最大输入低电平数值。一般电平数值。一般UILmax0.8V。(5)阈值电压阈值电压UTH 指输出电平由高到低或由低到指输出电平由高到低或由低到高变化时所对应的输入电压，也称门槛电压。高变化时所对应的输入电压，也称门槛电压。一般一般UTH 1.4V。(6)低电平噪声容限低电平噪声容限UNL 指保证输出为高电平指保证输出为高电平UOH时，输入低电平的允许上限值时，输入低电平的允许上限值UILmax与输入与输入低电平低电平UIL之差，即之差，即UNL=UILmax-UIL。一般在。一般在0.3V左右。左右。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路(7)高电平噪声容限高电平噪声容限UNH 指保证输出为低电平指保证输出为低电平UOL时，输入高电平的允许下限值时，输入高电平的允许下限值UIHmin与输入与输入高电平高电平UIH之差，即之差，即UNH=UIHmin-UIH。一般在。一般在-0.9V左右。左右。(8)平均延迟时间平均延迟时间tpd 指由于半导体器件的开关特指由于半导体器件的开关特性及输出端电容负载的影响，输出波形将比输性及输出端电容负载的影响，输出波形将比输入波形滞后，并产生一定的失真入波形滞后，并产生一定的失真。一般约为一般约为10ns。因平均延迟时间的存在，限制了输入端。因平均延迟时间的存在，限制了输入端脉冲信号的最高工作频率，它决定了门电路的脉冲信号的最高工作频率，它决定了门电路的开关速度。开关速度。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路(9)扇入系数扇入系数N I 指指TTL与非门输入端的个数。与非门输入端的个数。N I越大使用越灵活。越大使用越灵活。(10)扇出系数扇出系数N O 指指TTL与非门能带同类门的个与非门能带同类门的个数，它反映了与非门带负载的能力。一般数，它反映了与非门带负载的能力。一般NO为为8 10。一、一、门电路的功能及应用门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路l3.常用常用TTL集成门电路集成门电路一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路l4.其它类型其它类型TTL集成门电路集成门电路l(1)OC门门lOC门门电路电路 及其符号及其符号一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路lOC门的特点是驱动能力大，带负载能力强，门的特点是驱动能力大，带负载能力强，主要应用有：主要应用有：l1)实现线与：两个或多个实现线与：两个或多个OC 门的输出信号在输出端直接相门的输出信号在输出端直接相 与的逻辑功能，称为线与。与的逻辑功能，称为线与。l任一个任一个OC门的所有输入都为门的所有输入都为 高电平时，输出为低电平；只高电平时，输出为低电平；只 有每个有每个OC门的输入中有低电门的输入中有低电 平时，输出才为高电平。平时，输出才为高电平。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路l2)驱动显示器：驱动显示器：l该电路只有在输入都为高电平该电路只有在输入都为高电平 时，输出才为低电平，发光二时，输出才为低电平，发光二 极管导通发光，否则，输出高极管导通发光，否则，输出高 电平，发光二极管熄灭。电平，发光二极管熄灭。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路l3)实现电平转换：实现电平转换：l输入输入A、B的信号来自的信号来自TTL 与非门的输出电平。它输出与非门的输出电平。它输出 的高电平可以适应下一级电的高电平可以适应下一级电 路对高电平的要求。输出的路对高电平的要求。输出的 低电平仍为低电平仍为0.3V。一、门电路的功能及应用一、门电路的功能及应用3、TTL集成门电路集成门电路l5.TTL集成门电路使用注意事项集成门电路使用注意事项(1)电源电压及电源干扰的消除电源电压及电源干扰的消除(2)输出端的连接输出端的连接(3)闲置输入端的处理闲置输入端的处理 原则是：保证门电路工作性能稳定、可靠、损原则是：保证门电路工作性能稳定、可靠、损耗要小。耗要小。二、二、触发器功能及应用触发器功能及应用l触发器有两个基本特征触发器有两个基本特征:l一是它有两个稳定状态，可分别用来表示二进一是它有两个稳定状态，可分别用来表示二进制数码制数码0和和1；l二是在输入信号作用下，触发器的两个稳定状二是在输入信号作用下，触发器的两个稳定状态可互相转换，输入信号消失后，已转换的稳态可互相转换，输入信号消失后，已转换的稳定状态可长期保持下来定状态可长期保持下来。l触发器由门电路组成，它有一个或多个输入端，触发器由门电路组成，它有一个或多个输入端，有两个互补输出端，分别用有两个互补输出端，分别用Q和和 表示。表示。二、二、触发器功能及应用触发器功能及应用l触发器触发器分分类类l按逻辑功能分按逻辑功能分：RS（复位置位）、（复位置位）、D（数据）、（数据）、JK（多功能）、（多功能）、T（可控）、（可控）、T（计数式）触（计数式）触发器发器等；等；l按有无时钟信号控制分按有无时钟信号控制分：基本触发器基本触发器、时钟触时钟触发器发器；l按空翻电路结构分按空翻电路结构分：主从触发器、维持阻塞触主从触发器、维持阻塞触发器、边沿触发器等发器、边沿触发器等。二、二、触发器功能及应用触发器功能及应用1、基本基本RS触发器触发器l1.电路结构电路结构二、二、触发器功能及应用触发器功能及应用1、基本基本RS触发器触发器l2.逻辑功能逻辑功能l(1)当当 =0、=1时，触发器置时，触发器置0。l(2)当当 =1、=0时，触发器置时，触发器置1。l(3)当当 =1、=1时，触发器保持原状态不变。时，触发器保持原状态不变。l(4)当当 =0、=0时，触发器输出状态不定。时，触发器输出状态不定。二、二、触发器功能及应用触发器功能及应用1、基本基本RS触发器触发器l3.特性表特性表二、二、触发器功能及应用触发器功能及应用2、同步触发器同步触发器l1.电路结构电路结构二、二、触发器功能及应用触发器功能及应用2、同步触发器同步触发器l2.逻辑功能逻辑功能二、二、触发器功能及应用触发器功能及应用2、同步触发器同步触发器l3.特性方程特性方程l同步同步RS触发器触发器特性方程为特性方程为二、二、触发器功能及应用触发器功能及应用2、同步触发器同步触发器l4.时序图时序图二、二、触发器功能及应用触发器功能及应用3、边沿、边沿触发器触发器l1.JK触发器触发器l逻辑符号逻辑符号 J、K为触发器的两个激励为触发器的两个激励 信号输入端，时钟输入端信号输入端，时钟输入端 CP的小圆圈表示下降沿触的小圆圈表示下降沿触 发。发。l特性方程特性方程二、二、触发器功能及应用触发器功能及应用3、边沿、边沿触发器触发器l特性表特性表2.2 触发器功能及应用触发器功能及应用2.2.3边沿边沿触发器触发器l2.D触发器触发器l逻辑符号逻辑符号 D为激励信号输入端，时钟为激励信号输入端，时钟 输入端输入端CP的的“”表示边沿表示边沿 触发。触发。l特性方程特性方程2.2 触发器功能及应用触发器功能及应用2.2.3边沿边沿触发器触发器l特性表特性表2.2 触发器功能及应用触发器功能及应用2.2.3边沿边沿触发器触发器l3.T触发器及触发器及T触发器触发器l(1)T触发器触发器l逻辑符号逻辑符号 T为激励信号输入端，时钟为激励信号输入端，时钟 输入端输入端CP的的“”表示边沿表示边沿 触发。触发。l特性方程特性方程2.2 触发器功能及应用触发器功能及应用2.2.3边沿边沿触发器触发器l特性表特性表2.2 触发器功能及应用触发器功能及应用2.2.3边沿边沿触发器触发器l(2)T触发器触发器 在时钟脉冲在时钟脉冲CP作用下，只具有翻转功能的触发作用下，只具有翻转功能的触发器称作器称作T触发器触发器。由于每来一个时钟由于每来一个时钟CP，T触发器的状态就改触发器的状态就改变一次，好像在对变一次，好像在对CP个数进行计数，故也称个数进行计数，故也称作计数触发器。作计数触发器。