分离元件门电路课件

第二章第二章 门电路门电路 2.1 概述概述 2.2 分离元件门电路分离元件门电路 2.3 TTL集成门电路集成门电路 2.4 其它类型的其它类型的TTL门电路门电路 2.5 MOS门电路门电路1第二章 门电路 2.1 概述 2.2 分离元件门电路 2.1 概述概述门电路是用以实现逻辑关系的电子电门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与我们所讲过的基本逻辑关系相对应，路，与我们所讲过的基本逻辑关系相对应，门电路主要有：门电路主要有：与门与门、或门或门、与非门与非门、或或非门非门、异或门异或门等。等。在数字电路中，一般用高电平代表在数字电路中，一般用高电平代表1、低点平代表低点平代表0，即所谓的，即所谓的正逻辑系统正逻辑系统。2 2.1 概述门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与我们所 ViVoKVccR100VVcc只要能判断高只要能判断高低电平即可低电平即可K开开-Vo=1,输出高电平输出高电平K合合-Vo=0,输出低电平输出低电平可用三极可用三极管代替管代替3 ViVoKVccR100VVcc只要能判断高低电平即可K开R1R2AF+uccuAtuFt+ucc0.3V三极管的开关特性：三极管的开关特性：4R1R2AF+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 二极管与门二极管与门FD1D2AB+12V5 2.2 分离元件门电路 二极管与门FD1D2AB+12V二极管或门二极管或门FD1D2AB-12V6二极管或门FD1D2AB-12V6R1DR2AF+12V+3V三极管非门三极管非门嵌位二极管嵌位二极管7R1DR2AF+12V+3V三极管非门嵌位二极管7R1DR2F+12V+3V三极管非门三极管非门D1D2AB+12V二极管与门二极管与门与非门与非门8R1DR2F+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。9分离元件门电路缺点1、体积大、工作不可靠。2、需要不同电源。2.3 TTL集成门电路集成门电路2.3.1 TTL与非门的基本原理与非门的基本原理与分离元件电路相比，集成电路具与分离元件电路相比，集成电路具有体积小、可靠性高、速度快的特点，有体积小、可靠性高、速度快的特点，而且输入、输出电平匹配，所以早已广而且输入、输出电平匹配，所以早已广泛采用。根据电路内部的结构，可分为泛采用。根据电路内部的结构，可分为DTL、TTL、HTL、MOS管集成门电管集成门电路。路。10 2.3 TTL集成门电路2.3.1 TTL与非门的基本+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCTTL与非门的内部结构与非门的内部结构11+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC1、任一输入为低电平（、任一输入为低电平（0.3V）时）时“0”1V不足以让不足以让T2、T5导通导通三个三个PN结结导通需导通需2.1V12+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1+5VFR4R2R13kR5T3T4T1b1c1ABC1、任一输入为低电平（、任一输入为低电平（0.3V）时）时“0”1Vuouo=5-uR2-ube3-ube4 3.4V高电平！高电平！13+5VFR4R2R13kR5T3T4T1b1c1ABC1、任+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC2、输入全为高电平（、输入全为高电平（3.4V）时）时“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14+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c12、输入全为高电平（、输入全为高电平（3.4V）时）时+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC全反偏全反偏“1”饱和饱和uF=0.3V此电路此电路152、输入全为高电平（3.4V）时+5VFR2R13kT2R3一、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&+5Vuiu016一、电压传输特性2.3.2 TTL与非门的特性和技术参数测试u0(V)ui(V)123UOH(3.4V)UOL(0.3V)传输特性曲线传输特性曲线u0(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17u0(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=1.4V181、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19二、输入、输出负载特性&？1、前后级之间电流的联系19+5VR4R2R5T3T4R1T1+5V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流出前级流出前级电流电流IOH（拉电流）（拉电流）20+5VR4R2R5T3T4R1T1+5V前级输出为 高电平时前级输出为前级输出为 低电平时低电平时+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1R1T1+5V前级前级后级后级流入前级的电流流入前级的电流IOL 约约 1.4mA(灌电流灌电流)21前级输出为 低电平时+5VR2R13kT2R3T1T5b1c拉电流的计算拉电流的计算饱和饱和22拉电流的计算饱和22关于电流的技术参数关于电流的技术参数23关于电流的技术参数232、扇出系数、扇出系数与门电路输出驱动同类门的个数与门电路输出驱动同类门的个数+5VR4R2R5T3T4T1前级前级T1T1IiH1IiH3IiH2IOH前级输出为前级输出为 高电平时高电平时例如：例如：242、扇出系数与门电路输出驱动同类门的个数+5VR4R2R5T+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级前级IOLIiL1IiL2IiL3前级输出为前级输出为 低电平时低电平时25+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级IOLIiL1输出低电平时，流入前级的电流（灌电流）：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）：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与非门的扇出系数一般是10。26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3、输入端接一电阻、输入端接一电阻R接地接地Rui“1”,“0”？+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1273、输入端接一电阻R接地Rui“1”,“0”？+5VFR4RR较小时较小时uiUT T2不导通，输出高电平。不导通，输出高电平。Rui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c128R较小时uiUT T2不导通，输出高电平。RuiR增大增大Ruiui=UT时，输出低电平。时，输出低电平。R临界临界=1.45K Rui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c129R增大Ruiui=UT时，输出低电平。R临界=1.41、悬空的输入端相当于接高电平。、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、为了防止干扰，可将悬空的输入端接高电平。端接高电平。301、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4、平均传输时间、平均传输时间tuiotuoo50%50%tpd1tpd2平均传输时间平均传输时间314、平均传输时间tuiotuoo50%50%tpd1tpd2 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）+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC集电极悬空集电极悬空T3无无T3,T432 2.4 其它类型的TTL门电路2.4.1 集电极开路的与&符号符号！33&符号！33+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC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RLRLUCC34+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC应用时输出1、OC门可以实现门可以实现“线与线与”功能功能&UCCF1F2F3FF=F1F2F3RL输出级输出级UCCRLT5T5T5351、OC门可以实现“线与”功能&UCCF1F2F3FF=F=F1F2F3?UCCRLF1F2F3F任一导通任一导通F=036F=F1F2F3?UCCRLF1F2F3F任一导通F=036UCCRLF1F2F3F全部截止全部截止F=1F=F1F2F3?所以：所以：F=F1F2F3!37UCCRLF1F2F3F全部截止F=1F=F1F2F3?所以2、负载电阻、负载电阻RL和电源和电源 UCC可以根据情况选可以根据情况选择择&J+30V 220VJ382、负载电阻RL和电源 UCC可以根据情况选择&J+30V1、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P802、一般的、一般的TTL与非门与非门能否能否线与？线与？参考：杨福生电子技术参考：杨福生电子技术P32039问题1、如何确定上拉电阻RL?（RL(max)RL(min2.4.三态门三态门+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABDEE-控制端控制端402.4.三态门+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABDE01截止截止41+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABDE01+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABDE10导通导通截止截止截止截止高阻态高阻态42+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABDE10&ABF符号符号功能表功能表低电平起作用低电平起作用43&ABF符号功能表低电平起作用43&ABF符号符号功能表功能表高电平起作用高电平起作用44&ABF符号功能表高电平起作用44E1E2E3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间的的接口电路接口电路用途：用途：E1、E2、E3分时接入分时接入高电平高电平45E1E2E3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2.5.1 MOS反相器反相器0UDSIDuiuoUCCR负载线负载线ui=“1”ui=“0”uo=“0”uo=“1”46 2.5 MOS门电路2.5.1 MOS反相器0UDSuiuoUCCuiuoUCC实际结构实际结构等效结构等效结构47uiuoUCCuiuoUCC实际结构？等效结构472.5.CMOS反相器反相器UCCST2DT1AFNMOS管管PMOS管管CMOS电路电路482.5.CMOS反相器UCCST2DT1AFNMOS管UCCST2DT1uiuoui=0截止截止ugs2=UCC导通导通u=“”工作原理：工作原理：49UCCST2DT1uiuoui=0截止ugs2=UCC导通UCCST2DT1uiuoui=导通导通截止截止u=“”工作原理：工作原理：50UCCST2DT1uiuoui=导通截止u=“”工作原2.5.CMOS电路的优点电路的优点、静态功耗小。、静态功耗小。、允许电源电压范围宽（、允许电源电压范围宽（3 18V）。）。3、扇出系数大，抗噪容限大。、扇出系数大，抗噪容限大。512.5.CMOS电路的优点、静态功耗小。、允许电源