1、第2章 機(jī)械工業(yè)出版社同名教材 配套電子教案,數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ),第2章 邏輯門電路,2.1 分列元件門電路概述,2.1.1 二極管門電路, 二極管與門電路, 二極管或門電路,【例2-1】電路如圖2-3所示，設(shè)VD為理想二極管，E3V，輸入電壓UI波形如圖2-4，試畫出輸出電壓UO波形。,解：uOuD+uIuR+E。 二極管VD導(dǎo)通時，uD0，即uOuI。 二極管VD截止時，R中無電流，uR0，即uOE。 當(dāng)uI E時，VD截止，uOE。如圖2-4所示。, 二極管門電路的開關(guān)特性, 二極管的動態(tài)特性,若輸入脈沖的周期小于2tre，則該二極管就不能起到開關(guān)作用。, 減小二極管反向恢復(fù)時間的措施,

2、正向?qū)娏鞑灰^大。, 選用結(jié)電容較小的二極管；, 在要求較高的場合，應(yīng)選擇快恢復(fù)二極管或肖特基二極管。,肖特基二極管（Schottky Barrier Diode，縮寫為SBD）。 正向壓降?。?.3V0.4V）； 本身無電荷存儲作用，開關(guān)時間極短（小于普通二極管的十分之一）。,2.1.2 三極管非門電路, 工作原理,在數(shù)字電子電路中，主要分析研究截止和飽和兩種工作狀態(tài)。, 截止?fàn)顟B(tài),uOVCC。, 飽和狀態(tài),uOUCES 0, 三極管非門電路的開關(guān)特性, 三極管的開關(guān)特性, 減小三極管開關(guān)時間的措施, 選用結(jié)電容小的三極管，即選用fT大的高頻三極管。 降低三極管飽和程度。 基極電阻并接加

3、速電容。 采用肖特基三極管,2.2 TTL集成門電路,TTL是三極管-三極管邏輯（Transistor-Transistor Logic）集成門電路，是雙極型器件組成的門電路。,2.2.1 74LS與非門電路, 電路組成和工作原理,由三部分組成：輸入級、中間級和輸出級。, 輸入輸出電平分析,輸入低電平時，輸出高電平，uOH 3.4V。 輸入高電平時，輸出低電平，uOL 0.35V。, 集電極開路門（OC門）,標(biāo)志符號：“ ”,主要作用：, 實(shí)現(xiàn)“線與”功能； 實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換； 用作驅(qū)動電路。, 三態(tài)門（TSL門）,輸出狀態(tài)除了高電平、低電平外，還有第三種狀態(tài)：高阻態(tài)（相當(dāng)于輸出端開路）。 標(biāo)志符

4、號：“ ” 控制使能端：EN（Enable） 主要用途：用于總線分時傳送電路信號。,【例2-4】已知三態(tài)門電路和輸入電壓波形如圖2-15所示，試畫出輸出電壓波形。,解：Y=Y1+Y2=AB +CDEN,2.2.2 門電路外部特性和主要參數(shù),以74LS系列與非門為例，分析TTL門電路的外部特性。, 電壓傳輸特性,uOf（uI）,大致可分為三個區(qū)域：截止區(qū)、轉(zhuǎn)折區(qū)和飽和區(qū)。 轉(zhuǎn)折區(qū)對應(yīng)于閾值電壓UTH=1V, 特性, 輸入伏安特性,iIf（uI）。,輸入伏安特性可分為輸入低電平和輸入高電平兩種情況，以閾值電壓UTH為分界點(diǎn)。 IILmax-0.4mA。 IIHmax20A。, 輸入負(fù)載特性,uIf

5、（RI）。,RI較小時，uI相當(dāng)于輸入低電平，與非門處于關(guān)門狀態(tài)。使與非門保持關(guān)門狀態(tài)的RI最大值稱為關(guān)門電阻ROFF，74LS系列門電路ROFF 4.2k。,RI較大時，uI相當(dāng)于輸入高電平，與非門處于開門狀態(tài)。使與非門保持開門狀態(tài)的RI最小值稱為開門電阻RON，74LS系列門電路RON 6.3k。,【例2-5】已知74LS系列三輸入端與非門和或非門電路如圖2-20所示，其中2個輸入端分別接輸入信號A、B，另一個輸入端為多余引腳。試寫出輸出表達(dá)式。,解：Y1= ；Y2= ；Y3=1；Y4= ；Y5=1；Y6= ； Y7= Y8=0；Y9= ；Y10=0；Y11= ；Y12=0。,TTL與（與

6、非）門電路：多余輸入端可接+VCC，或與有信號輸入端并聯(lián)，或懸空，或接對地電阻RIRON；,TTL或（或非）門電路：多余輸入端可接地，或與有信號輸入端并聯(lián)，或接對地電阻RIROFF，但不能懸空。, 輸出特性,uOf（iO）。, 拉電流負(fù)載輸出特性,拉電流過大時，將降低輸出高電平電壓值。, 灌電流負(fù)載輸出特性,灌電流過大時，輸出三極管脫離飽和狀態(tài)，輸出低電平隨灌電流增大而上升。, 門電路的主要參數(shù), 輸出高電平UOH。,74LS系列門電路UOH3.4V。,一般手冊中給出UOH的最小值UOHmin，74LS系列門電路UOHmin 2.7V。, 輸出低電平UOL。,74LS系列門電路UOL0.35V

7、。,一般手冊中給出UOL的最大值UOLmax，74LS系列門電路UOLmax 0.5V。, 閾值電壓UTH。,閾值電壓也稱為門限電壓或門檻電壓，是輸出電壓由高電平變?yōu)榈碗娖交蛴傻碗娖阶優(yōu)楦唠娖降姆纸缇€。,對與非門電路，當(dāng)uI UTH時，uOUOL；,當(dāng)uI UTH時，uOUOH。,74LS系列門電路UTH1V。, 關(guān)門電平UOFF。,UOFF是TTL與非門電路輸出高電平時，輸入端允許輸入的最大低電平值。,為保證TTL輸出高電平，應(yīng)滿足uIUOFF。,一般，手冊中給出輸入低電平最大值UILmax代替UOFF。,74LS系列門電路UILmax0.8V。, 開門電平UON。,UON是TTL與非門電路

8、輸出低電平時，輸入端允許輸入的最小高電平值。,為保證TTL輸出低電平，應(yīng)滿足uIUON。,一般，手冊中給出輸入高電平最小值UIHmin代替UON。,74LS系列門電路UIHmin2V。, 噪聲容限。,指輸入電平受噪聲干擾時，為保證電路維持原輸出電平，允許疊加在原輸入電平上的最大噪聲電平。,噪聲容限可分為低電平噪聲容限UNL和高電平噪聲容限UNH。,高電平噪聲容限UNHUOHmin-UIHmin,低電平噪聲容限UNLUILmax-UOLmax,74LS系列門電路UNH0.7V，UNL0.3V。, 扇入系數(shù)NI和扇出系數(shù)NO。,表明帶動同類門電路的數(shù)量。, 靜態(tài)動耗PD,維持輸出高電平或維持輸出低

9、電平不變時的最大功耗。,74LS系列門電路PD2mW。,需要說明的是，門電路輸出高電平和輸出低電平時，分別工作在截止區(qū)和飽和區(qū)，功耗很低。功耗較大的階段發(fā)生在高低電平轉(zhuǎn)換區(qū)域，因此，TTL的電路功耗與信號頻率有關(guān)，信號頻率越高，功耗越大。, 傳輸延遲時間tpd,tpd是電路傳輸延遲時間的平均值，即開啟時間ton和關(guān)閉時間toff的平均值。,tpd（ton+toff）2,74LS系列門電路tpd10ns。,2.2.3 不同系列的TTL門電路,總體可分為54系列和74系列： 54系列為滿足軍用要求設(shè)計，工作溫度范圍-50C+125C； 74系列為滿足民用要求設(shè)計，工作溫度范圍0C+70C。,而每一

10、大系列中又可分為（為便于書寫，以74為例）幾個子系列：, 74系列（基本型）, 74L系列（低功耗）, 74H系列（高速）, 74S系列（肖特基）, 74LS系列（低功耗肖特基）, 74AS系列（先進(jìn)高速肖特基）, 74ALS系列（先進(jìn)低功耗肖特基）,其中74（基本型）子系列為早期TTL產(chǎn)品，已基本淘汰。74LS子系列以其價廉物美、綜合性能較好而應(yīng)用最廣，目前仍為主流應(yīng)用品種之一。,2.3 CMOS集成門電路,2.3.1 CMOS反相器及其特點(diǎn),主要特點(diǎn)：, 輸入電阻高,可達(dá)1015，基本上不需要信號源提供電流。, 電壓傳輸特性好,線性區(qū)很窄，特性曲線陡峭，且高電平趨于VDD，低電平趨于0，電

11、壓傳輸特性接近于理想開關(guān)。, 靜態(tài)功耗低, 抗干擾能力強(qiáng),閾值電壓UTHVDD2，噪聲容限很大，也接近于VDD2。, 扇出系數(shù)大,CMOS反相器前級門的扇出系數(shù)不是取決于后級門的輸入電阻，而是取決于后級門的輸入電容。, 電源電壓范圍大,318V。,CMOS電路也有一些缺點(diǎn)：輸入端易被靜電擊穿、工作速度不高、輸出電流較小等。 但隨著CMOS電路新工藝的發(fā)展，這些問題已逐步改善。,不同系列集成門電路輸入/輸出特性參數(shù),2.3.3 TTL門電路與CMOS門電路的連接,連接原則：,驅(qū)動門 負(fù)載門 UOHmin UIHmin (2-6a) UOLmax UILmax (2-6b) IOHmax nIIHmax (2-6c) IOLmax nIILmax (2-6d),其中n是負(fù)載門的個數(shù)。根據(jù)上述連接原則和表2-1，可以得出：, 74HCT系列門電路與74LS系列門電路可直接相互連接。, 74HC系列門電路可以驅(qū)動74LS系列門電路。, CMOS 4000系列門電路可以驅(qū)動一個（不能多個）74LS系列