第6章逻辑门电路讲义课件

6.1 晶体管的开关作用晶体管的开关作用6.3 TTL TTL集成门电路集成门电路6.2 基本逻辑门电路基本逻辑门电路第第6 6章章 逻辑门电路逻辑门电路6.4 其它类型的其它类型的TTLTTL与非门与非门1数字信号的特点数字信号的特点6.1数字电路的特点及分析方法数字电路的特点及分析方法 电电路路中中的的数数字字信信号号在在数数值值上上是是不不连连续续的的，不不随随时时间间连连续续变化，即为离散的电信号。变化，即为离散的电信号。2数字数字电路的特点路的特点数数字字电电路路的的基基本本工工作作信信号号是是二二进进制制的的数数字字信信号号，即即“0 0”和和“1 1”，对对应应在在电电路路上上为为低低电电平平和和高高电电平平。所所以以电电路路简单，易于集成化。简单，易于集成化。3数字数字电路的分析方法路的分析方法数数字字电电路路主主要要是是研研究究逻逻辑辑关关系系。通通常常，数数字字电电路路用用逻逻辑辑代数、真值表、逻辑图等方法进行分析。代数、真值表、逻辑图等方法进行分析。6.2.1二极管的开关特性二极管的开关特性（1）实验电路路6.2晶体管的开关特性晶体管的开关特性 开开关关 S 置置 A 端端，VD 导通通，它它呈呈现的的正正向向压降降很很小小，相当于开关的接通状相当于开关的接通状态。当当二二极极管管的的正正向向电阻阻和和反反相相电阻阻有有很很大大差差别时，二二极极管管即可作即可作为开关使用。开关使用。（2）结论 开开关关 S 置置 B 端端，VD 截截止止，它它呈呈现的的反反向向电阻阻很很大大，相当于开关的断开状相当于开关的断开状态。6.1.2 6.1.2 晶体管开关电路晶体管开关电路晶体管开关电路晶体管开关电路晶体管的三种工作状态：晶体管的三种工作状态：（二）（二）饱和状态饱和状态 集电结、发射结均反向偏置，即集电结、发射结均反向偏置，即UBE 0（2）IC UC/RC UCE 0（三）（三）截止状态截止状态即即UCE VB VE且且IC=IB（一）（一）放大状态放大状态6.3.1与与门电路门电路6.3逻辑门电路逻辑门电路1与与逻辑关系关系当决定一件事情的几个条当决定一件事情的几个条件完全具件完全具备之后，之后，这件事情才件事情才能能发生，否生，否则不不发生。生。能能实现与与逻辑功能的功能的电路称路称为与与门电路。路。2与与门电路路（2）逻辑功能功能 有有 0 0 出出 0 0。全全 1 1 出出 1 1。Y=AB（3）逻辑函数数式：）逻辑函数数式：6.3逻辑门电路逻辑门电路（1）分析工作原理）分析工作原理当当 A、B 两两输入入端端均均为高高电平平时，二二极极管管 VD1、VD2 导通通，Y 为高高电平（平（3 V）。）。当当 A、B 两两输入入端端均均为低低电平平，或或有有一一个个输入入端端为低低电平平时，与与低低电平平相相连接接的的二二极极管管导通通，Y 为低低电平（平（0 V）。）。（4）真真值值表表：表表明明逻逻辑辑门门电电路路输输入入端端状状态态和和输输出出端端状状态态逻逻辑辑对应关系的表格。对应关系的表格。（5）符号：）符号：输入入输出出ABY0 00 01 11 10 01 10 01 10 00 00 01 16.3逻辑门电路逻辑门电路与与逻辑关系真关系真值表如下。表如下。6.3.2或或门电路门电路1或或逻辑关系：关系：当决定一件事情的几个条件中，只要有一个条件得到当决定一件事情的几个条件中，只要有一个条件得到满足，足，这件事情就会件事情就会发生。生。6.3逻辑门电路逻辑门电路2或或门电路路（2）逻辑功能功能 有有 1 1 出出 1 1。全全 0 0 出出 0 0。Y=A+B（3）逻辑函数数式：）逻辑函数数式：6.3逻辑门电路逻辑门电路（1）分析工作原理）分析工作原理当当 A、B 两两输输入入端端均均为为低低电电平平时时，二二极极管管 VD1、VD2 截止，截止，Y 为低电平（为低电平（0 V）。）。当当 A、B 两两输输入入端端有有一一个个输输入入端端为为高高电电平平，或或全全为为高高电电平平时时，与与高高电电平平相相连连接接的的二二极极管导通，管导通，Y 为高电平（为高电平（3 V）。）。（4）真值表：）真值表：（5）符号：）符号：输入入输出出ABY0 00 01 11 10 01 10 01 10 01 11 11 16.3逻辑门电路逻辑门电路6.3.3非非门电路门电路1非非逻辑关系：关系：事情（事情（输出信号）和条件（出信号）和条件（输入信号）入信号）总是呈相反状是呈相反状态。6.3逻辑门电路逻辑门电路2非非门电路路有有 0 0 出出 1 1。有有 1 1 出出 0 0。Y=（4）直）直值表表（3）逻辑函数数式：）逻辑函数数式：（2）逻辑功能功能（3）逻辑函数式：）逻辑函数式：输入入输出出A AY Y0 01 11 10 06.3逻辑门电路逻辑门电路输输出出信信号号与与输输入入信信号号存存在在“反反相相”关关系系。即即输输入入低低电电平平，输输出出为为高高电电平平；输输入入高电平，输出为低电平。高电平，输出为低电平。（1）分析工作原理）分析工作原理6.3.4与非与非门门3逻辑符号逻辑符号Y=将一个将一个与与门和一个门和一个非非门联结起来，就构成了一个门联结起来，就构成了一个与非与非门。门。2逻辑函数数式逻辑函数数式1与非与非门门6.3逻辑门电路逻辑门电路ABA+B Y=0 00 01 11 10 01 10 01 10 00 00 01 11 11 11 10 04真真值表表 全全 1 1 出出 0 0。有有 0 0 出出 1 1。5逻辑功能功能 6.3逻辑门电路逻辑门电路6.3.5或非或非门门1或非或非门门在在或或门后面接一个后面接一个非非门，就构成，就构成或非或非门。2逻辑函数数式逻辑函数数式3逻辑符号逻辑符号Y=6.3逻辑门电路逻辑门电路ABA+B Y=0 00 01 11 10 01 10 01 10 01 11 11 11 10 00 00 04真真值表表 全全 0 0 出出 1 1。有有 1 1 出出 0 0。5逻辑功能功能 6.3逻辑门电路逻辑门电路6.3.6与或非门与或非门1与或非与或非门门与与或或非非门是是由由多多个个基基本本门组合合在在一一起起所所构构成成的的复复合合逻辑门，一一般般由由两两个个或或多多个个与与门和和一一个个或或门，再再和和一一个个非非门串串联而成。而成。2逻辑函数数式：逻辑函数数式：Y=4逻辑关系逻辑关系3逻辑符号逻辑符号一组全一组全 1 1 出出 0 0；各各组有有 0 0 出出 1 1。6.3逻辑门电路逻辑门电路（5）真值表真值表ABCDY0 00 00 00 00 00 00 00 01 11 11 11 11 11 11 11 10 00 00 00 01 11 11 11 10 00 00 00 01 11 11 11 10 00 01 11 10 00 01 11 10 00 01 11 10 00 01 11 10 01 10 01 10 01 10 01 10 01 10 01 10 01 10 01 11 11 11 10 01 11 11 10 01 11 11 10 00 00 00 00 06.3逻辑门电路逻辑门电路6.3.7异或异或门门1逻辑符号逻辑符号2逻辑函数数式：逻辑函数数式：Y=或或6.3逻辑门电路逻辑门电路3真真值表表 同出同出 0 0。异出异出 1 1。4逻辑功能功能 输入入输出出ABY0 00 01 11 10 01 10 01 10 01 11 10 06.3逻辑门电路逻辑门电路6.3.8同或同或门门1逻辑函数数式：逻辑函数数式：Y=或或Y=A B 输入入输出出ABY0 00 01 11 10 01 10 01 11 10 00 01 12真真值表表 同出同出 1 1，异出异出 0 0。3逻辑功能功能 6.3逻辑门电路逻辑门电路1.1.1.1.二极管与门电路二极管与门电路二极管与门电路二极管与门电路 +12vABCDADBDC设设 uA=0，uB=uC=3V 则则 DA导通导通uY=0.3V uY=0.3VYDB、DC截止截止R设二极管管压降为设二极管管压降为0.3伏伏6-3 基本逻辑门电路基本逻辑门电路Y=0uA，uB，uC中中任意一个或两个为任意一个或两个为0，Y=0 +12vABCDADBDC设设 uA=uB=uC=0DA、DB、DC都导通都导通Y=0uY=0.3VYuY=0.3VRuY=3.3V +12vABCDADBDCYR设设 uA=uB=uC=3V uY=3.3V，Y=1DA、DB、DC都导通都导通1.1.1.1.二极管与门电路二极管与门电路二极管与门电路二极管与门电路 +12vABCDADBDCY由以上分析可知：由以上分析可知：只有当只有当A A、B B、C C全为全为高电平时，输出端才高电平时，输出端才为高电平。正好符合为高电平。正好符合与门的逻辑关系。与门的逻辑关系。Y=ABCABCY&R1.1.1.1.二极管与门电路二极管与门电路二极管与门电路二极管与门电路DA 12vYABCDBDC设设 uA=uB=uC=3VDA、DB、DC都导通都导通uY=2.7VuY=2.7V，Y=1RuY=0.3VDA 12vYABCDBDCR设设 uA=uB=uC=0V DA、DB、DC都导通都导通uY=0.3V，Y=0DA 12vYABCDBDCY=A+B+C由以上分析可知：由以上分析可知：只有当只有当A、B、C全为全为低电平时，输出端才低电平时，输出端才为低电平。正好符合为低电平。正好符合或门的逻辑关系。或门的逻辑关系。RYABC1设设 uA=3V，uB=uC=0V 则则 DA导通。导通。uY=30.3=2.7V DB、DC截止，截止，Y=1DA 12vYABCDBDCuY=2.7V2.2 .2 二极管或门电路二极管或门电路RuA，uB，uC中中任意一个或两个为任意一个或两个为1，Y=13.非门电路非门电路设设 uA=3V，T饱和导通饱和导通+12V+3VDRcT12VRBRkAYuY=0.3VuY=0.3V，Y=0，D截止截止 设设 uA=0V，T截止截止，D导通导通 A1YY=A+12V+3VDRcT12VRBRkAYuY=3.3VuY=3.3V，Y=1由以上分析可知：由以上分析可知：当当A为低电平时，输出端为为低电平时，输出端为高电平。当高电平。当A为高电平时，为高电平时，输出端为低电平。正好符合输出端为低电平。正好符合非门的逻辑关系。非门的逻辑关系。3.非门电路非门电路1.与门和非门构成与非门与门和非门构成与非门 Y=ABCY=A+B+CABC1Y&ABCY&4.复复 合合 门门 电电 路路2.或门和非门构成或非门或门和非门构成或非门 ABC1Y1ABCY1有有0出出1全全1则则0有有1出出0全全0则则14.异或门异或门 Y=AB+AB5.同或门同或门AC=YY=AB+ABABY=13.与或非门与或非门Y=AB+CDABCDY&1真值表真值表A B0 00 11 0 1 1 Y011 0=A B真值表真值表A B0 00 11 0 1 1 Y100 1=A B.课堂训练课堂训练1 1、下图是一个或非门电路，如果两个输、下图是一个或非门电路，如果两个输入端中有一个输入的是高电平，另一个入端中有一个输入的是高电平，另一个输入的是低电平，那么它的输出端输出输入的是低电平，那么它的输出端输出的是高电平还是低电平？的是高电平还是低电平？输入输入A A输入输入B B输出输出Y Y001010100110课堂训练课堂训练2 2、由某门电路构成的一简单控制电路如图，其、由某门电路构成的一简单控制电路如图，其中为光敏电阻，光照时电阻很小，中为光敏电阻，光照时电阻很小，R R为变阻器，为变阻器，L L为小灯泡。其工作情况是：当光敏电阻受到为小灯泡。其工作情况是：当光敏电阻受到光照时，小灯光照时，小灯L L不亮，不受光照时，小灯不亮，不受光照时，小灯L L亮。亮。请在电路中虚线框内画出该门电路符号；请在电路中虚线框内画出该门电路符号；该门电路是该门电路是 。RAY1非门非门 二二极极管管逻逻辑辑门门电电路路，电电路路结结构构简简单单，简简单单的的串串联联连连接接就就可可以以实实现现更更复复杂杂的的逻逻辑辑运运算算，但但是是这这些些电电路路的的输输出出电电阻阻大大，带带载载能能力力差差，开开关关性性能能不不理理想想，所以引入所以引入TTLTTL逻辑门电路。逻辑门电路。第三节第三节 TTL逻辑门电路逻辑门电路与非与非或非或非TTL集成电路分为：集成电路分为：74系列：用于民用电子产品的设计和生产，系列：用于民用电子产品的设计和生产，工作温度为工作温度为0-70。54系列：用于军用电子产品的设计和生产，系列：用于军用电子产品的设计和生产，工作温度为工作温度为-55-+125。TTL的的含义：含义：Transistor Transistor Logic TTL逻辑门电路由若干双极型三极管逻辑门电路由若干双极型三极管(BJT)和电阻组成。和电阻组成。一、标准生产工艺的一、标准生产工艺的TTL非门的工作原理非门的工作原理 TTL：Transistor Transistor Logic 输出级输出级T3、D、T4和和Rc4构成推拉式的构成推拉式的输出级。用于提高输出级。用于提高开关速度和带负载开关速度和带负载能力。能力。中间级中间级T2和电阻和电阻Rc2、Re2组成，从组成，从T2的集的集电结和发射极同时电结和发射极同时输出两个相位相反输出两个相位相反的信号，作为的信号，作为T3和和T4输出级的驱动信输出级的驱动信号；号；输入级输入级T1和电阻和电阻Rb1组成。用于提高组成。用于提高电路的开关速度电路的开关速度（一）输入（一）输入VI为高电平为高电平3.6V时时VB1=5VVBE1=1.4VVB1=4.3VVB1=2.1V倒置状态倒置状态Vo=0.3VVC2=1V饱和饱和饱和饱和截止截止截止截止，输出为低电平输出为低电平0.3V开门开门（二）输入（二）输入VI为低电平为低电平0.3V 时时VB1=5VVBE1=4.7VVB1=1V饱和饱和Vo=3.6VVB4=5V截止截止截止截止饱和饱和导通导通，输出为高电平输出为高电平3.6V关门关门由以上分析可知：由以上分析可知：当输入端当输入端A、B、C均为高电平时，输出端均为高电平时，输出端Y为为低电平。当输入端低电平。当输入端A、B、C中只要有一个为低电中只要有一个为低电平，输出端就为高电平，正好符合与非门的逻辑关系。平，输出端就为高电平，正好符合与非门的逻辑关系。2.2.TTLTTLTTLTTL与非门的基本原理与非门的基本原理与非门的基本原理与非门的基本原理Y=ABCABCY&有有0出出1全全1则则03.3.TTLTTLTTLTTL与非门的特性及参数与非门的特性及参数与非门的特性及参数与非门的特性及参数ui(V)uO(V)3.61、与非门电压传输特性与非门电压传输特性1.40.3输出低电平：输出低电平：UOL 0.4V典型值：典型值：0.3V输出高电平：输出高电平：UOH 2.4V典型值：典型值：3.6V输入高电平：输入高电平：UIHmin=2.0V又称开门电平。又称开门电平。典型值：典型值：3.6V输入低电平：输入低电平：UIHmax=0.8V又称关门电平。又称关门电平。典型值：典型值：0.3V2、扇出系数扇出系数 N0TTL与非门允许驱动的门数与非门允许驱动的门数N0 84.TTL4.TTL4.TTL4.TTL与非门的组件与非门的组件与非门的组件与非门的组件 TTL与非门组件就是将若干个与非门电路，与非门组件就是将若干个与非门电路，经过集成电路工艺制作在同一心片上。经过集成电路工艺制作在同一心片上。&+VC14 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 7地地74LS00&74LS00组件含有组件含有两个输入端的与两个输入端的与非门四个。非门四个。+5VABT1R1R2T2T3T4T5R3R5R4YDEN VB1=1VEN=0时时，VB1=1V，T2、T5截止；截止；二极管二极管D导通，使导通，使VB3=1V。T3、T4截止，截止，输出端开路（高阻状态）输出端开路（高阻状态）VB3=1VEN=1时，二极管时，二极管D截止，截止，Y=AB，同，同TTL与非门。与非门。三态输出与非门电路三态输出与非门电路三态输出与非门电路三态输出与非门电路5.5.其它类型的其它类型的其它类型的其它类型的TTLTTLTTLTTL与非门与非门与非门与非门ABY&EN三态门逻辑符号三态门逻辑符号EN为控制端且高电平有效，为控制端且高电平有效，即即EN=1时，时，同同TTL与非门，与非门，Y=AB；EN=0时，输出端时，输出端为高阻状态。为高阻状态。ABY&ENEN为控制端且低电平有效，为控制端且低电平有效，即即EN=0时，时，同同TTL与非门，与非门，Y=AB；EN=1时，输出端时，输出端为高阻状态。为高阻状态。A B&ENA B&ENA B&ENA B&EN用三态门接成总线结构用三态门接成总线结构三态输出与非门电路三态输出与非门电路三态输出与非门电路三态输出与非门电路第六章第六章 练习题及答案练习题及答案题 6-1 分析图题6-1所示四管TTL与非门的工作情况。（1）输入全高电平时各管工作情况。（2）输入有低电平时各管工作情况。答案：（1）当输入全为高电平时，T1饱和导通，T2,T4饱和导通，T3、D截止，输出低电平，即L=0。（2）当输入有低电平时，T1饱和导通，T2,T4截止，T3、D导通，输出高电平，即L=1。第六章第六章 练习题及答案练习题及答案题6-2 写出 图题6-2所示各电路的名称和逻辑式。答案：（a）电路为与门电路，L1=ABC。+ECRCABD1D2D3L110(a)第六章第六章 练习题及答案练习题及答案题6-3 列出图题6-3所示的各电路的真值表。答案：图题6-3(a)图题6-3(a)的L1=A+B+C,真值表如表解6-3(a)所示，第六章第六章 练习题及答案练习题及答案题6-3 列出图题6-3所示的各电路的真值表。答案：表解6-3(a)第六章第六章 练习题及答案练习题及答案题6-4 分析图题6-4所示各电路是什么门？列出真值表，写出逻辑式及画出L的波形图。图题6-4（1）图题6-4（2）第六章第六章 练习题及答案练习题及答案题6-4 分析图题6-4所示各电路是什么门？列出真值表，写出逻辑式及画出L的波形图。答案：图题6-4（1）的L=ABC，电路为与门。图题6-4（2）的L=A+B+C，电路为或门。真值表如下表所示。输出L的波形如下图所示。6-4（1）6-4（2）第六章第六章 练习题及答案练习题及答案答案：（1）用L代表门，取值为1时表示门关上，为0时表示门打开，列出其真值表如下：（a）三把锁串起来使用。真值表如表解6-6（a）所示，可见，构成了与门，L=ABC。（b）三把锁并起来使用。真值表如表解6-6（b）所示，可见，构成了或门，L=A+B+C。题6-5 三个人各有一把锁，现令锁的打开或闭合作为逻辑输入，门的打开或者关上作为逻辑输出，试说明三把锁如何构成与门、或门、与非门和或非门。（2）用L代表门，取值为0时表示门打开，为1时表示门关上，列出其真值表如下：（a）三把锁串起来使用。真值表如表解6-6（c）所示，可见，构成了与非门，。（b）三把锁并起来使用。真值表如表解6-6（d）所示，可见，构成了或非门，。第六章第六章 练习题及答案练习题及答案答案：题6-5 三个人各有一把锁，现令锁的打开或闭合作为逻辑输入，门的打开或者关上作为逻辑输出，试说明三把锁如何构成与门、或门、与非门和或非门。表解6-6（a）表解6-6（b）表解6-6（c）表解6-6（d）第六章第六章 练习题及答案练习题及答案答案：真值表如表解6-7所示：题6-6 某董事会由四个人组成，每项计划需三人及以上赞同才能通过，其中董事长A必须赞同。试列出真值表，通过卡诺图化简法求出通过计划的最简表达式，并画出用与非门实现的逻辑图。用卡诺图画简：