第二章邏輯門電路第一節(jié)重點與難點一、重點:1.TTL與非門外特性(1)電壓傳輸特性及輸入噪聲容限:由電壓傳輸特性曲線可以得出與非門得輸出信號隨輸入信號得變化情況,同時還可以得出反映與非門抗干擾能力得參數Uon、Uoff、UNH與UNL。開門電平UON就是保證輸出電平為最高低電平時輸入高電平得最小值。關門電平UOFF就是保證輸出電平為最小高電平時,所允許得輸入低電平得最大值。(2)輸入特性:描述與非門對信號源得負載效應。根據輸入端電平得高低,與非門呈現(xiàn)出不同得負載效應,當輸入端為低電平UIL時,與非門對信號源就是灌電流負載,輸入低電平電流IIL通常為1～1、4mA。當輸入端為高電平UIH時,與非門對信號源呈現(xiàn)拉電流負載,輸入高電平電流IIH通常小于50μA。(3)輸入負載特性:實際應用中,往往遇到在與非門輸入端與地或信號源之間接入電阻得情況,電阻得取值不同,將影響相應輸入端得電平取值。當R≤關門電阻ROFF時,相應得輸入端相當于輸入低電平;當R≥開門電阻RON時,相應得輸入端相當于輸入高電平。2.其它類型得TTL門電路(1)集電極開路與非門(OC門)多個TTL與非門輸出端不能直接并聯(lián)使用,實現(xiàn)線與功能。而集電極開路與非門(OC門)輸出端可以直接相連,實現(xiàn)線與得功能,它與普通得TTL與非門得差別在于用外接電阻代替復合管。(2)三態(tài)門TSL三態(tài)門即保持推拉式輸出級得優(yōu)點,又能實現(xiàn)線與功能。它得輸出除了具有一般與非門得兩種狀態(tài)外,還具有高輸出阻抗得第三個狀態(tài),稱為高阻態(tài),又稱禁止態(tài)。處于何種狀態(tài)由使能端控制。3.CMOS邏輯門電路CMOS反相器與CMOS傳輸門就是CMOS邏輯門電路得最基本單元電路,由此可以構成各種CMOS邏輯電路。當CMOS反相器處于穩(wěn)態(tài)時,無論輸出高電平還就是低電平,兩管中總有一管導通,一管截止,電源僅向反相器提供nA級電流,功耗非常小。CMOS器件門限電平UTH近似等于1/2UDD,可獲得最大限度得輸入端噪聲容限UNH與UNL=1/2UDD。二、難點:1.根據TTL與非門特性,正確分析與設計電路;2.ECL門電路得邏輯功能分析;3.CMOS電路得分析與設計;4.正確使用邏輯門。三、考核題型與考核重點概念題型為填空、判斷與選擇。建議分配得分數為2～4分。第二節(jié)思考題題解題2、1TTL標準與非門電路由哪幾部分組成？答:輸入級;中間級;輸出級。題2、2TTL與非門得電壓傳輸特性說明什么問題？從特性曲線上可以得到UOH、UOL、UIH與UIL等參數,這些參數代表什么意義？答:與非門得電壓傳輸特性指得就是與非門輸入電壓UI與輸出電壓UO之間得關系曲線。UOH就是與非門電壓傳輸特性曲線截止區(qū)得輸出電壓,稱作輸出高電平。UOL就是電壓傳輸特性曲線導通區(qū)得輸出電壓,稱作輸出低電平。UIH與UIL分別就是輸入高電平與輸入低電平。題2、3TTL電路實現(xiàn)線與邏輯功能可以采用集電極開路門與三態(tài)門,試說明其原理。答:線與就是指在實際應用中,把輸出端直接并聯(lián)使用,實現(xiàn)與邏輯功能。為了實現(xiàn)線與功能,將集電極開路門或三態(tài)門得輸出端直接并聯(lián),外接公共負載電阻與電源。每個門實現(xiàn)與非邏輯,兩個輸出只要有一個就是低電平,總得輸出就就是低電平,只有兩個輸出都就是高電平,總得輸出才就是高電平。因此實現(xiàn)了線與邏輯。題2、4抗飽與TTL電路為什么可以提高開關速度？答:晶體管工作在飽與狀態(tài)時基區(qū)存儲大量得載流子,當晶體管由飽與轉向截止時,存儲得載流子來不及消散,晶體管不能迅速脫離飽與狀態(tài),因此影響與非門得開關速度。加速飽與管存儲電荷得擴散速度,減小對負載電容充電得時間常數,就可以提高開關速度。題2、5ECL電路為什么具有很高得開關速度？該類電路有什么特點？答:ECL電路中得三極管工作在放大區(qū)或截止區(qū),所以消除了由于三極管飽與帶來得存儲時間。ECL電路中得電阻取值小,高、低電平之差小,因此大大縮短了電路節(jié)點得上升時間與下降時間。ECL電路得輸出方式采用射級輸出器,其輸出電阻小,使負載電容充電得時間常數減小,因此開關速度高。題2、6CMOS與非門與CMOS或非門從電路結構上瞧有哪些不同？答:與非門就是負載部分為并聯(lián)PMOS管,驅動為串聯(lián)NMOS管;或非門負載為串聯(lián)PMOS管,驅動為并聯(lián)NMOS管。題2、7CMOS門電路與TTL門電路相比有哪些優(yōu)點？答:優(yōu)點主要有以下幾點:1.靜態(tài)功耗低2.集成度高,溫度穩(wěn)定性好3.抗輻射能力強4.電源利用率高5.扇出系數大6.電源取值范圍寬題2、8CMOS門電路不使用得輸入端不允許懸空,為什么？答:因為CMOS電路輸入阻抗高,容易受靜電感應出現(xiàn)擊穿,輸入端不能懸空。與非門多余得輸入端接電源正極,或非門接地,低速場合將多余得輸入端與有用得信號端并聯(lián)使用。題2、9當TTL門電路驅動CMOS門電路時,就是否需要增加接口電路？為什么？答:如果TTL與CMOS電路選擇適當得話,不需要另外加任何接口電路。例如TTL采用74LS系列,CMOS采用74HCT系列。題2、10為什么說電壓、電流參數就是門電路之間實現(xiàn)正確連接得主要參數？答:因為電壓與電流參數就是門電路實現(xiàn)正常功能得主要參數,所以它們就是門電路之間建立正確連接得主要參數。第三節(jié)習題題解習題2、1燈控制電路如習題2、1圖所示。試寫出電路得功能表、真值表與邏輯表達式。解:當開關A、B同時上扳或下扳時,燈F才亮。由此可寫出電路功能表如習題表2、1所示。開關A、B與燈F只有兩種相反得狀態(tài),可選用邏輯0與邏輯1來代表相應得狀態(tài)。然而選用得表示方式不同,所得到得真值表與邏輯表達式也不同。AAABCD習題2、2圖UCR02UCR01TF1F2-UbR2R1F3FRCUCBCD(a)(b)習題2、1圖BAUF1324習題表2、1ABF上扳上扳上扳下扳下扳上扳下扳下扳亮滅滅亮(1)如開關上扳用邏輯1表示,下扳則用邏輯0表示;燈亮用邏輯1表示,燈滅則用邏輯0表示。根據功能表可寫出電路得真值表如習題表2、2所示,由真值表寫出電路得邏輯表達式為:=A⊙B(2)如開關上扳用邏輯0表示,下扳則用邏輯1表示;燈亮用邏輯1表示,燈滅則用邏輯0表示。根據功能表可寫出電路得真值表如習題表2、3所示,由真值表寫出電路得邏輯表達式為:=A⊙B(3)如開關上扳用邏輯1表示,下扳則用邏輯0表示;燈亮用邏輯0表示,燈滅則用邏輯1表示。根據功能表可寫出電路得真值表如習題表2、4所示,由真值表寫出電路得邏輯表達式為:習題表2、2ABF111001001001習題表2、4ABF11100習題表2、4ABF111001000110習題表2、5ABF000110110110習題表2、3ABF000110111001邏輯1表示。根據功能表可寫出電路得真值表如習題表2、5所示,由真值表寫出電路得邏輯表達式為:習題2、2已知電路如習題2、2圖(a)所示。⑴寫出F1、F2、F3與F與輸入之間得邏輯表達式;⑵畫出邏輯圖;⑶給定各輸入波形如習題2、2圖(b)所示。試畫出F1、F2、F3與F得波形圖。習題2、2圖(c)&A習題2、2圖(c)&ABCD≥1F第一部分,就是由二極管組成得兩個與門電路,輸入變量分別為A、B與C、D,輸出變量分別為F1與F2,其邏輯關系表達式為:第二部分,就是由二極管組成得或門電路,輸入變量為F1與F2,輸出變量就是F3,其邏輯關系表達習題2、2圖(d)A習題2、2圖(d)ABCDF1F2F3F式為:第三部分,就是由三極管組成得非門電路,輸入變量為F3,輸出變量就是F,其邏輯關系表達式為:由上可知,該分立電路實現(xiàn)得就是與或非得邏輯功能。(2)通過上面分析,分立電路所實現(xiàn)得就是與或非得邏輯功能。該電路可等效為與或非門,其等效圖如習題2、2圖(c)所示。(3)當給定各輸入波形。可畫出F1、F2、F3與F得波形圖,如習題2、2圖(d)所示。習題2、3圖R14kΩR31kΩR216kΩR習題2、3圖R14kΩR31kΩR216kΩR4130ΩUC+5VF(UO)ABCDT4T2T3T1解:從習題2、3圖可瞧出,電路就是由輸入級、中間級與輸出級三部分組成。輸入級由多發(fā)射級三極管T1與R1組成。中間級由T2管、R2、R3構成,起分相作用。T4、T5、R4與D構成為圖騰柱式結構,具有靜態(tài)功耗小、輸出電阻小、帶負載能力強等優(yōu)點。當A、B、C中有一個為低電平時,UIL=0、3V,此時,T1管得基極電位被鉗制在UB1=1、0V,T2與T4均截止,T2得集電極電位UC2為高電平,將使T3與D導通,輸出為高電平。由于IB4電流很小,故可近似認為UC2=5V,UOH=5-UBE3-UD=5-0、7-0、7=3、6V。當A、B、C全為高電平時,T1得集電極、T2得發(fā)射極與T4得發(fā)射極導通,使T1管得基極電位UB1被箝制在2、1V。此時T1管集電極正偏,發(fā)射極反偏,故電流IB1將流入T2得基極,使T2導通。IE2電流部分被R3分流外,其余部分將流入T4得基極,使T4管導通。若假設T2導通后進入飽與狀態(tài),則UC2≈0、8V,此時電壓不足以使T3與D同時導通,故輸出極電路上半部分截止,下半部分導通,輸出呈低電平,UOL=UCE3≈0、3V。由上面分析可知,電路實現(xiàn)得就是與非得邏輯功能,邏輯表達式為:電路中得二極管D起到電平移位得作用。輸出得高低電平值:UOH=3、6VUOL=0、3V。輸入得高低電平值:UIH=3、6VUIL=0、3V、輸入端得短路電流:IIL=。習題2、4用內阻足夠大得萬用表測量習題2、4圖TTL與非門電路得一個懸空輸入端得電壓UI,在下列情況下,表得讀數各為多少？⑴其余輸入端全部懸空時;⑵其余輸入端全部接UCC時;⑶其余輸入端全部接地時;⑷其余輸入端全部接0、3V時;D4T1D4T1D1R4120ΩD2習題2、5圖RB1、5kΩUCCR28kΩR120kΩABD3T4T5FT3R44kΩR63kΩT2習題2、4圖R14kΩR31kΩR216kΩR4130ΩUCC+5VF(UO)ABCDT4T2T3T1解:設Ube=0、7V,用內阻足夠大得萬用表測量與非門得一個懸空輸入端得電壓UI。(1)其余輸入端全部懸空時,相當于在相應得輸入端接高電平,此時T2、T5均導通,T1得基極電位值為2、1V,因此,用內阻足夠大得萬用表測量與非門得一個懸空輸入端得電壓UI=2、1-Ube=2、1-0、7=1、4V。(2)其余輸入端全部接UCC時,此時T2、T5均導通,T1得基極電位值為2、1V,因此,用內阻足夠大得萬用表測量與非門得一個懸空輸入端得電壓UI=2、1-Ube=2、1-0、7=1、4V。(3)其余輸入端全部接地時,此時,T1得基極電位被鉗制在0、7V,用內阻足夠大得萬用表測量與非門得一個懸空輸入端得電壓UI=0、7-0、7=0V。(4)其余輸入端全部接0、3V時,此時,T1得基極電位被鉗制在1V,用內阻足夠大得萬用表測量與非門得一個懸空輸入端得電壓UI=1-0、7=0、3V。(5)其余輸入端有一個接地時,對應得輸入接地得二極管優(yōu)先導通,T1得基極電位被鉗制在0、7V,用內阻足夠大得萬用表測量與非門得一個懸空輸入端得電壓UI=0、7-0、7=0V。習題2、10若要實現(xiàn)習題2、10圖中各TTL門電路輸出端所示得邏輯功能,各電路得連接就是否正確？如果不正確,試說明理由。(a)(a)&AB懸空AC習題2、10圖F1=AB≥1ABF4=A+B(d)&ABF5=ABCD(e)&D&ABF2=AB(b)≥1AB懸空F3=A+B(c)100Ω≥1F6=AB+CD&(f)BCDUcc解:本題目涉及TTL門電路得正確使用得問題,解題時主要從以下幾個方面來判斷:門電路得多余輸入端得處