数字逻辑和数字系统-门电路课件

数字逻辑和数字系统数字逻辑和数字系统 门电路门电路16、自己选择的路、跪着也要把它走完。17、一般情况下)不想三年以后的事，只想现在的事。现在有成就，以后才能更辉煌。18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须充满光明。19、学习的关键-重复。20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的人只能引为烧身，只有真正勇敢的人才能所向披靡。数字逻辑和数字系统门电路16、自己选择的路、跪着也要把它走数字逻辑和数字系统-门电路课件数字逻辑和数字系统-门电路课件数字逻辑和数字系统-门电路课件数字逻辑和数字系统-门电路课件门门(电子开关电子开关)满足一定条件时，电路允满足一定条件时，电路允 许信号通过许信号通过 开关接通开关接通。开门状态：开门状态：关门状态：关门状态：条件不满足时，信号通不条件不满足时，信号通不过过 开关断开开关断开。6门满足一定条件时，电路允 开关开关作用作用二极管二极管反向截止：反向截止：开关接通开关接通开关断开开关断开三极管三极管（C,E)饱和区：饱和区：截止区：截止区：开关接通开关接通CEB开关断开开关断开 正向导通：正向导通：CEB7开关二极管反向截止：开关接通开关断开三极管（C,E)饱和区：R1R2AF+uccuAtuFt+ucc0.3V三极管的开关特性：三极管的开关特性：8R1R2AF+uccuAtuFt+ucc0.3V三极管的开关2.2 分离元件门电路分离元件门电路 一、二极管与门一、二极管与门FD1D2AB+12V逻辑变量逻辑变量逻辑函数逻辑函数(uD=0.3V(Ge)或或0.7v(Si)92.2 分离元件门电路 一、二极管与门FD1D2AB+10 0 00 1 0 A B F1 0 01 1 1逻辑式：逻辑式：F=A B逻辑符号：逻辑符号：&ABF100 0 00 二、二极管或门二、二极管或门FD1D2AB-12V11二、二极管或门FD1D2AB-12V110 0 00 1 1 A B F1 0 11 1 1逻辑式：逻辑式：F=A+B逻辑符号：逻辑符号：ABF120 0 00 R1DR2AF+12V+3V三、三极管非门三、三极管非门嵌位二极管嵌位二极管13R1DR2AF+12V+3V三、三极管非门嵌位二极管13逻辑式：逻辑式：逻辑符号：逻辑符号：1AF14逻辑式：逻辑符号：1AF14R1DR2F+12V+3V三极管非门三极管非门D1D2AB+12V二极管与门二极管与门四、与非门四、与非门逻辑式：逻辑式：&ABF逻辑符号：逻辑符号：15R1DR2F+12V+3V三极管非门D1D2AB+12V二极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。分立元件门电路的缺点：分立元件门电路的缺点：采用类似的方法还可以构成或非门、异采用类似的方法还可以构成或非门、异或门等。或门等。161.体积大、工作不可靠。2.需要不同电源。3.各2.3 TTL与非门与非门数字集成电路：数字集成电路：在一块半导体基片上制作出一个在一块半导体基片上制作出一个完整的逻辑电路所需要的全部元件和连线。完整的逻辑电路所需要的全部元件和连线。使用时接：电源、输入和输出。数字集成电使用时接：电源、输入和输出。数字集成电路具有体积小、可靠性高、速度快、而且价路具有体积小、可靠性高、速度快、而且价格便宜的特点。格便宜的特点。TTL型电路：型电路：输入和输出端结构都采用了半导体晶输入和输出端结构都采用了半导体晶体管，称之为体管，称之为:Transistor Transistor Logic。172.3 TTL与非门数字集成电路：在一块半导体基片上制100个以下：个以下：小规模小规模集成电路集成电路 (Small Scale Integration:SSI)几百个：几百个：中规模中规模集成电路集成电路 （Medium Scale Integration:MSI)几千个：几千个：大规模大规模集成电路集成电路 （Large Scale Integration:LSI)一万个以上：一万个以上：超大规模超大规模集成电路集成电路 （Very Large Scale Integration:VLSI)名称名称18100个以下：小规模集成电路几百个：中规模集成电路几千个：大2.3.1 TTL与非门的基本原理与非门的基本原理一、结构一、结构TTL与非门的内部结构与非门的内部结构+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC360 3k750 100 192.3.1 TTL与非门的基本原理一、结构TTL与非门的内部输入级输入级输出级输出级中间级中间级(放大放大)+5VABCR1T1R2T2R3FR4R5T3T4T5T1 多发射极晶多发射极晶体管：体管：实现实现“与与”运算。运算。20输入级输出级中间级(放大)+5VABCR1T1R2T2R3F+5VABCR1T1R2T2R3FR4R5T3T4T5“非非”复合管形式复合管形式与非门与非门输出级输出级“与与”21+5VABCR1T1R2T2R3FR4R5T3T4T5“非”1.任一输入为低电平（任一输入为低电平（0.3V）时）时“0”0.7V不足以让不足以让T2、T5导通导通+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC360 3k750 100 二、工作原理二、工作原理三个三个PN结结导通需导通需2.1V当当A、B、C之一之一为为“0”时，时，T2、T5截止；截止；T3、T4饱和。饱和。221.任一输入为低电平（0.3V）时“0”0.7V不足以让+5VFR4R2R13kR5R3T3T4T1T5b1c1ABC0.7V“0”uouo=5-uR2-ube3-ube4 3.4V 高电平！高电平！逻辑关系：逻辑关系：任任0则则1。23+5VFR4R2R13kR5R3T3T4T1T5b1c1AB+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC“1”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2.输入全为高电平（输入全为高电平（3.4V）时）时当当A、B、C全为全为“1”时，时，T2、T5、T3饱和；饱和；T4截止。截止。24+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC全反偏全反偏“1”饱和饱和uF=0.3V输入、输出的逻辑关系式：输入、输出的逻辑关系式：逻辑关系：逻辑关系：全全1则则0。25+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC全反偏“1一、电压传输特性一、电压传输特性2.3.2 TTL与非门的特性和技术参数与非门的特性和技术参数测试电路测试电路&+5Vuiuo26一、电压传输特性2.3.2 TTL与非门的特性和技术参数测uo(V)ui(V)123UOH(3.4V)UOL(0.3V)传输特性曲线传输特性曲线uo(V)ui(V)123UOH“1”UOL(0.3V)阈值阈值UT=1.4V理想的传输特性理想的传输特性输出高电平输出高电平输出低点平输出低点平27uo(V)ui(V)123UOH(3.4V)UOL(0.3V1.输出高电平输出高电平UOH、输出低电平、输出低电平UOL UOH 2.4V UOL 0.4V 便认为合格。便认为合格。典型值典型值UOH=3.4V UOL=0.3V。2.阈值电压阈值电压UTuiUT时，认为时，认为ui是高电平。是高电平。UT=1.4V281.输出高电平UOH、输出低电平UOL UOH2.4V二、输入、输出负载特性二、输入、输出负载特性&？1.前后级之间电流的联系前后级之间电流的联系分两种情况讨论：分两种情况讨论：（1）前级输出为）前级输出为 高电平时高电平时 （2）前级输出为）前级输出为 低电平时低电平时29二、输入、输出负载特性&？1.前后级之间电流的联系分两种前级输出为前级输出为 高电平时高电平时前级前级后级后级反偏反偏+5VR4R2R5T3T4R1T1+5V级间电流：级间电流：流出前级，记为流出前级，记为IOH（拉电流）。（拉电流）。拉电流能力：拉电流能力：维持维持UOH时，所允许的最大拉电流值。时，所允许的最大拉电流值。30前级输出为 高电平时前级后级反偏+5VR4R2R5T3T4R前级输出为前级输出为 低电平时低电平时前级前级后级后级R1T1+5V级间电流：级间电流：流入前级，记为流入前级，记为IOL，约，约 1.4mA。称。称为为灌电流。灌电流。+5VR2R13kT2R3T1T5b1c131前级输出为 低电平时前级后级R1T1+5V级间电流：流入前级灌电流的计算灌电流的计算饱和压降饱和压降R1T1+5V+5VR2R13kT2R3T1T5b1c132灌电流的计算饱和压降R1T1+5V+5VR2R13kT2R3有关电流的技术参数有关电流的技术参数33有关电流的技术参数332.扇出系数扇出系数扇出系数：扇出系数：与非门电路输出能驱动同类门的个数。与非门电路输出能驱动同类门的个数。IiH1IiH3IOH前级输出为前级输出为 高电平时：高电平时：+5VR4R2R5T3T4T1前级前级T1T1IiH2342.扇出系数扇出系数：与非门电路输出能驱动同类门的个数。T1T1T1+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级前级IOLIiL1IiL2IiL3前级输出为低电平时：前级输出为低电平时：与非门的扇出系数一般是与非门的扇出系数一般是10。35T1T1T1+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级I3.输入端通过电阻输入端通过电阻R接地接地Rui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC问题：问题：这时，输入是这时，输入是“1”还是还是“0”？363.输入端通过电阻R接地Rui+5VFR4R2R13kTR 较小时：较小时：uiUT，T2不不导通，输出高导通，输出高电平。电平。R增大时：增大时：Ruiui=UT时，输出低电平。时，输出低电平。+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCRui37R 较小时：uiUT，T2不导通，输出高电平。R增大时+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCRui计算临界电阻值：计算临界电阻值：即：即：当当R 1.45k 时，可以认为输入为时，可以认为输入为“1”；当当R1.45k 时，可以认为输入为时，可以认为输入为“0”。38+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1以上分析说明：以上分析说明：悬空的输入端相当于接高电平。为了悬空的输入端相当于接高电平。为了防止干扰，一般将悬空的输入端接高电平。防止干扰，一般将悬空的输入端接高电平。TTL与非门在使用时多余输入端处理：与非门在使用时多余输入端处理：1.接接+5V。2.若悬空，若悬空，UI=“1”。3.输入端并联使用。输入端并联使用。39以上分析说明：悬空的输入端相当于接高电平。为了防止干扰，一4.平均传输时间平均传输时间tui0tuo050%50%tpd1tpd2典型值：典型值：3 10 ns404.平均传输时间tui0tuo050%50%tpd1tp2.3.2 各种逻辑门的相互转换各种逻辑门的相互转换转换方法：转换方法：采用反演定理。采用反演定理。例：例：与非门可以转换成其他各种逻辑门。与非门可以转换成其他各种逻辑门。把与非门的输入端连接在一起，就转换成非门。把与非门的输入端连接在一起，就转换成非门。显然，与非门、或非门等也很容易得到。显然，与非门、或非门等也很容易得到。412.3.2 各种逻辑门的相互转换转换方法：采用反演定理。例 2.4 其它类型的其它类型的TTL门电路门电路2.4.1 集电极开路的与非门（集电极开路的与非门（OC门）门）一、一、问题的提出问题的提出标准标准TTL与非门进行与运算与非门进行与运算:&ABEF&CD&G1&ABEF&CDG 能否能否“线与线与”？（Open Collector)42 2.4 其它类型的TTL门电路2.4.1 集电极开路的与+5VR4R2T3T4T5R3TTL与非门的输出电阻与非门的输出电阻很低。这时，直接线与很低。这时，直接线与会使电流会使电流 i 剧烈增加。剧烈增加。i 功耗功耗 T4热击穿热击穿UOL 与非门与非门2：不允许直接不允许直接“线与线与”与非门与非门1 截止截止与非门与非门2 导通导通UOHUOL与非门与非门1：i+5VR4R2T3T4T5R3问题：问题：TTL与非门能否直接线与？与非门能否直接线与？43+5VR4R2T3T4T5R3TTL与非门的输出电阻很低。这RLUCC集电极悬空集电极悬空+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC&符号符号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 RL。二、二、OC门结构门结构特点：特点：RL 和和UCC 可以外接。可以外接。F=ABC44RLUCC集电极悬空+5VFR2R13kT2R3T1T5b11.OC门可以实现门可以实现“线与线与”功能。功能。&UCCF1F2F3F分析：分析：F1、F2、F3任一导通，则任一导通，则F=0。F1、F2、F3全截止，则全截止，则F=1。输出级输出级RLUCCRLT5T5T5F=F1F2F3451.OC门可以实现“线与”功能。&UCCF1F2F32.负载电阻负载电阻RL和电源和电源 UCC可以根据情况选择。可以根据情况选择。&J+30V 220VJD问题问题 1：如何确定上拉电阻如何确定上拉电阻RL?（RL(max)RL(min)）参考：阎石数字电子技术基础参考：阎石数字电子技术基础P80问题问题 2：一般的一般的TTL与非门能否线与？与非门能否线与？参考：杨福生电子技术参考：杨福生电子技术P320462.负载电阻RL和电源 UCC可以根据情况选择。&J+32.4.2 三态门三态门E 控制端控制端+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABDE一、结构一、结构472.4.2 三态门E 控制端+5VFR4R2R13kT2+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABDE二、工作原理二、工作原理1.控制端控制端E=0时的工作情况：时的工作情况：01截止截止48+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABDE2.控制端控制端E=1时的工作情况：时的工作情况：10导通导通截止截止截止截止高阻态高阻态49+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1&ABF符号符号功能表功能表三、三态门的符号及功能表三、三态门的符号及功能表&ABF符号符号功能表功能表使能端使能端高电平高电平起作用起作用使能端使能端低电平低电平起作用起作用50&ABF符号功能表三、三态门的符号及功能表&ABF符号功能表E1E2E3公用总线公用总线三态门主要作为三态门主要作为TTL电路与电路与总线总线间的间的接口电路接口电路。四、三态门的用途四、三态门的用途工作时，工作时，E1、E2、E3分时分时接入高电接入高电平。平。51E1E2E3公用总线三态门主要作为TTL电路与总线间的2.5 MOS门电路门电路MOS电路的特点：电路的特点：2.是电压控制元件，静态功耗小。是电压控制元件，静态功耗小。3.允许电源电压范围宽（允许电源电压范围宽（3 18V）。）。4.扇出系数大，抗噪声容限大。扇出系数大，抗噪声容限大。优点优点1.工艺简单，集成度高。工艺简单，集成度高。缺点：缺点：工作速度比工作速度比TTL低低。522.5 MOS门电路MOS电路的特点：2.是电压控制MOS场效应管的分类：场效应管的分类：1、N沟道增强型沟道增强型MOS场效应管场效应管 D iDSG B S 0 VT VGS2、N沟道沟道耗尽型耗尽型MOS场效应管场效应管53MOS场效应管的分类：2、N沟道耗尽型MOS场效应管533、P沟道增强型沟道增强型MOS场效应管场效应管4、P沟道沟道耗尽型耗尽型MOS场效应管场效应管DSBGiDSVGS0VT543、P沟道增强型MOS场效应管4、P沟道耗尽型MOS场效应管2.5.1 MOS反相器反相器UCCuiuo1、VGSVT,MOS管导管导通；通；iDS=RD当当有有VDS=0V 552.5.1 MOS反相器UCCuiuo1、VGS UT导通导通有源有源负载负载(非线性电阻非线性电阻)实际结构实际结构UCCuiuo56等效结构UCCuiuoT2（负载管）T1 (驱动管）UG2.5.2 CMOS反相器反相器NMOS管管PMOS管管CMOS电路电路工作原理：工作原理：ui=0时时 Ugs1=0v,T1截止截止,Ugs2=UCC VT，T2导导通，通，uo=“”；ui=1时：时：T1导通、导通、T2截止，截止，uo=“0”。UCCST2DT1uiuoDSComplementary-Symmetry MOS互补对称式互补对称式MOST1:ONT2:OFF同一电平同一电平:OFFON572.5.2 CMOS反相器NMOS管PMOS管CMOS电路2.5.3 CMOS与非门与非门&ABF工作原理工作原理:+UDDAFT2T1BT3T4SSSSGG结构结构0 0 10 1 11 0 11 1 0A B T1 T2 T3 T4 F582.5.3 CMOS与非门&ABF工作原理:+UDDAFTA B T1 T2 T3 T4 F ABF工作原理工作原理:+UDDFAT2T1BT3T4GGSSS结构结构0 0 10 1 0 1 0 0 1 1 0 2.5.4 CMOS或非门或非门59A B T1 T2 T3 T4 F附附:门电路的常见逻辑符号门电路的常见逻辑符号 与门与门 或门或门 非门非门F=AB F=A+B&ABFABFABFABF ABFABF A1FAFAFAF60附:门电路的常见逻辑符号 与门 与非门与非门 或非门或非门 OC门门 (两输入与非两输入与非)&ABFABFABF ABFABF ABF&ABFABFABF 国标国标61 与非门 或非门 AB&AB&AB国家标准国家标准 三态门三态门(两输入与非两输入与非)与或非门与或非门+ABCDFABCDF&62AB&AB&AB国家标准 三态门与或非门+AFAF&第二章第二章 结束结束数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统63第二章 数字逻辑与数字系统63骑封篙尊慈榷灶琴村店矣垦桂乖新压胚奠倘擅寞侥蚀丽鉴晰溶廷箩侣郎虫林森-消化系统疾病的症状体征与检查林森-消化系统疾病的症状体征与检查11、越是没有本领的就越加自命不凡。邓拓12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。爱尔兰13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。老子14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。歌德15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。迈克尔F斯特利谢谢骑封篙尊慈榷灶琴村店矣垦桂乖新压胚奠倘擅寞侥蚀丽鉴晰溶廷