数字电子技术及应用课件

,Click to edit Master text styles,Second Level,Third Level,Fourth Level,Fifth Level,第,2,章 逻辑门电路,书名：,数字电子技术及应用,作者：,刘淑英,ISBN,：,978-7-111-21488-5,出版社：机械工业出版社,本书配有电子课件,教材详情：请点击查阅,机械工业出版社教材服务网,数字电子技术及应用 高职高专,ppt,课件,第二章 逻辑门电路,数字电子技术及应用 高职高专,ppt,课件,目标,在这一章里，你将学习：,2.1,概述,2.2,半导体分立器件的开关特性,2.3,逻辑门电路,2.4 TTL,集成逻辑门电路,2.5 CMOS,集成逻辑门电路,2.6,不同类型门电路的接口问题,2.7,逻辑门电路的应用,数字电子技术及应用 高职高专,ppt,课件,第二章 逻辑门电路,内容提要,本章主要介绍逻辑电路的基本逻辑关系和逻辑门电路；,TTL,与非门的典型电路结构、工作原理、传输特性和主要参数；,CMOS,集成逻辑门电路。,数字电子技术及应用 高职高专,ppt,课件,2,1,概述,1,正逻辑和负逻辑,在逻辑电路中，输入输出电位的高低用电平表示，高电平是一种状态，低电平是另一种状态；若高电平表示有信号，用,1,表示，低电平表示没有信号，用,0,表示，则称为正逻辑；反之若低电平表示有信号，用,1,表示，高电平表示没有信号，用,0,表示，则称为负逻辑。,2,标准高电平和标准低电平,在数字电路中，高电平或低电平都是表示一定的电压范围，而不是一个固定不变的数值。将高电平的下限值称为标准高电平，用,U,SH,表示，低电平的上限值称为标准低电平，用,U,SL,表示；在实际电路中应满足高电平,U,H,U,SH,，低电平,U,L,U,SL,。,数字电子技术及应用 高职高专,ppt,课件,2,2,半导体分立器件的开关特性,2.2.1,二极管的开关特性,2.2.2,晶体管的开关特性,2.2.3,管的开关特性,在数字电路中，二极管大多工作在开关状态。由于二极管具有单向导电特性，因此，在数字电路中它可以作为一个电子开关使用。,数字电子技术及应用 高职高专,ppt,课件,2.2.1,二极管的开关特性,1,二极管的静态开关特性,二极管的静态开关特性是指二极管在正向直流电压或反向直流电压作用下稳定导通或截止时呈现特性。,图,2-1,二极管的开关电路,数字电子技术及应用 高职高专,ppt,课件,2.,二极管的动态开关特性,二极管的动态开关特性是指信号电压突然变化时，二极管从一种工作状态转换到另一工作状态时的转换特性。转换过程有两种，即从导通到截止和从截止到导通 ，图,2-2,所示为二极管的动态开关特性。,数字电子技术及应用 高职高专,ppt,课件,图,2-2,二极管的动态开关特性,由此可见，反向恢复时间是影响二极管开关速度的主要原因，反向恢复时间越长，开关速度越低。,数字电子技术及应用 高职高专,ppt,课件,2.2.2,晶体管的开关特性,1,晶体管的静态开关特性,晶体管的输出特性曲线有三个区域,放大区、截止区、饱和区。在数字电路中，晶体管主要工作在饱和区和截止区，并在截至区和饱和区之间通过放大区进行快速转换，晶体管的这种工作状态称为开关工作状态。,图,2-3,晶体管的开关工作状态,数字电子技术及应用 高职高专,ppt,课件,2,晶体管的动态开关特性,与二极管相似，晶体管工作在开关状态时，其内部电荷的存储与消散都需要一定的时间，因此集电极电流的变化总是滞后于输入电压,u,i,的变化，所以晶体管由截止状态变为饱和状态或由饱和状态变为截止状态都需要一定的时间。如图,2-4,所示。,图,2-4,晶体管的开关时间,2.2.3,管的开关特性,1,管的开关作用,管金属,-,氧化物,-,半导体场效应晶体管的简称，和晶体管一样可以当作开关使用。,图,2-5 MOS,管开关电路,2,管的开关时间,双极型晶体管由于饱和时有存储电荷存在，所以其开关时间较长。而,MOS,管因为只有一种载流子参与导电，不存在存储电荷，因此不存在存储时间，因而它的开关时间较小。用,PMOS,管也可以构成开关电路，不同的是,PMOS,管的开启电压为负值。,2.3,逻辑门电路,2.3.1,二极管门电路,2.3.2,晶体管门电路,2.3.3,组合逻辑门电路,在逻辑代数中最基本的逻辑关系有三种,即“与”、“或”、“非”，实现上述逻辑关系的电路叫逻辑门电路，简称门电路,.,2.3.1,二极管门电路,1.,二极管与门电路,图,2-6,二极管与门电路,与门电路的输入和输出波形如图,2-7,所示,.,图,2-7,与门电路工作波形,2.,二极管或门电路,图,2-8,二极管或门电路,或门电路的输入和输出波形如图,2-9,所示,.,图,2-9,或门电路工作波形,2.3.2,晶体管门电路,图,2-10,晶体管非门电路,a,）电路,b,）逻辑符号,晶体管非门电路,2.3.3,组合逻辑门电路,1.,复合门,(1),与非门,与非门是与门和非门的组合，其逻辑符号如图,2-11a,所示，逻辑表达式为,(2),或非门,或非门是或门和非门的组合，其逻辑符号如图,2-11b,所示，逻辑表达式为,(3),与或非门,与或非门是与门、或门、非门的组合，其逻辑符号如图,2-11c,所示，其逻辑表达式为,(4),异或门,异或门电路的特点是两个输入信号相同时，输出为,0,，相异时输出为,1,，其逻辑符号如图,2-11d,所示，逻辑关系表达式为,图,2-11,复合门逻辑符号,2.,正逻辑和负逻辑的相互转换,对同一电路，可以采用正逻辑，也可以采用负逻辑，而逻辑电路本身输出与输入的逻辑关系，并不因为采用正、负逻辑的不同而改变。但是对同一种电路，用正、负逻辑去分析,它的逻辑功能截然不同，当然逻辑真值表也不同。,正负逻辑符号如表,2-6,所示。,表,2-6,正、负逻辑符号,门 电 路,正 逻 辑 符 号,负 逻 辑 符 号,与 门,或 门,非 门,与 非 门,或 非 门,2.4 TTL,集成逻辑门电路,2.4.1 TTL,与非门的工作原理,2.4.2 TTL,与非门的外特性及有关参数,2.4.3,其他类型的,TTL,逻辑门电路,2.4.4 TTL,系列数字集成电路简介,2.4.5 TTL,门电路使用中应注意的问题,TTL,逻辑门电路是晶体管,晶体管逻辑门电路的简称，它的输入级和输出级均采用晶体管。,2.4.1 TTL,与非门的工作原理,1.,电路组成,图,2-16 TTL,集成与非门电路图及逻辑符号,2,工作原理,当输入全为高电平时，输出为低电平；当输入端至少有一个为低电平时，输出为高电平。由此可见，电路的输出与输入之间满足与非逻辑关系，即,2.4.2 TTL,与非门的外特性及有关参数,1,电压传输特性,TTL,与非门电压传输特性是表示输出电压 随输入电压,变化的一条曲线，电压传输特性曲线大致分为四段，如图,2-18,：,图,2-18 TTL,与非门的电压传输特性,2,主要参数,输出高电平,和输出低电平,阈值电压,关门电平,和开门电平,噪声容限,、,输入短路电流,输入漏电流,扇出系数,平均延迟时间,2.4.3,其他类型的,TTL,逻辑门电路,1,集电极开路与非门（,OC,门）,将普通,TTL,与非门的输出级改为集电极开路的晶体管结构，称为集电极开路门电路，简称,OC,门,(Open Collector),。,图,2-20OC,门电路,2,三态输出门（,TSL,门）,三态门,，是指逻辑门的输出除有高、低电平两种状态外，还有第三种状态,高阻状态（或称禁止状态）的门电路，简称,TSL(Tristate Logic),门。,图,2-23,三态门,TTL,系列数字集成电路简介,在我国,TTL,数字集成电路分为,CT54,系列和,CT74,系列，两个系列具有完全相同的电路结构和电气性能参数，所不同的是,54,系列工作温度,-55,125,，为军用品；,74,系列工作温度在,0,70,，为民用品。,2.4.5 TTL,门电路使用中应注意的问题,在使用,TTL,集成门电路时，应注意以下事项：,1,电源电压应满足在标准值,5,（,110%,）,V,的范围内。 ,2,TTL,电路的输出端所接负载，不能超过规定的扇出系数。,3,具有推拉式输出结构的,TTL,门电路，不允许直接并联使用，三态门的输出端可以并联使用，但同一时刻只能有一个门工作，其余处于高阻态；集电极开路门输出端可并联使用，但公共输出端必须通过负载电阻,R,L,与电源相接。,4,TTL,门多余输入端的处理方法,2.5 CMOS,集成逻辑门电路,2.5.1 CMOS,反相器,2.5.2,其他类型的,CMOS,逻辑门电路,2.5.3 CMOS,系列数字集成电路简介,2.5.4 CMOS,门电路特性及使用常识,目前集成逻辑门电路有两大类，一类是前面介绍的,TTL,门电路，另一类为,CMOS,集成逻辑门电路，它是由增强型,PMOS,管和增强型,NMOS,管组成的互补对称,MOS,门电路。,2.5.1 CMOS,反相器,1,电路结构,2.,工作原理,本电路具有反相器功能，故称为非门，其逻辑表达式为,图,2-35 CMOS,反相器,2.5.2,其他类型的,CMOS,逻辑门电路,1.,与非门,它是由两个串联的增强型,NMOS,管和两个并联的增强型,PMOS,管组成。,电路的逻辑关系表达式为,图,2-36 CMOS,与非门,2.,或非门,它是由两个并联的增强型,NMOS,管和两个串联的增强型,PMOS,管组成。,电路的逻辑关系表达式为,图,2-37,CMOS,或非门,3. CMOS,传输门,CMOS,传输门是一种传送信号的可控开关，它是由两个参数对称的,NMOS,管和,PMOS,管并联而成。,图,2-38 CMOS,传输门,COMS,系列数字集成电路简介,CMOS,集成电路系列主要有,CC4000,系列和,CC54/74HC,系列，,4000,系列由于具有功耗低，噪声容限大等特点，已得到广泛应用，但工作速度较慢；,CC54/74HC,系列具有较高的工作速度和驱动能力。,2.5.4 CMOS,门电路特性及使用常识,TTL,电路的使用注意事项，一般对,CMOS,电路也适用。但因,CMOS,电路容易产生栅极击穿问题，所以要特别注意以下几点：,（,1,）避免静电损坏,（,2,）多余输入端的处理方法,（,3,）并联使用,2.6,不同类型门电路的接口问题,1. TTL,电路驱动,CMOS,电路,图,2-39 TTL-CMOS,电路的接口,2,CMOS,电路驱动,TTL,电路,图,2-40 CMOS-TTL,电路的接口,2.7,逻辑门电路的应用,逻辑门电路是数字电路的基本单元电路，应用单元电路可以组成较复杂的逻辑控制电路，在生产和生活中有着广泛的应用。,本章小结,1.,在数字电路中，最基本的逻辑关系有与、或、非三种，对应有与门、或门和非门三种基本逻辑门电路，利用二极管的开关特性可以构成二极管与门和或门，利用晶体管的开关特性可构成非门。常用的复合逻辑门电路有与非门、或非门、与或非门和异或门等。,2.,目前广泛使用的集成逻辑门电路有,TTL,型和,CMOS,型两类，重点应放在它们的输出与输入之间的逻辑关系和外部特性上，如电压传输特性等。与,TTL,集成电路相比，,CMOS,集成电路的主要特点是功耗低，抗干扰能力强，电源电压范围宽等；主要缺点是工作速度慢，输出驱动负载能力差等。,本章小结,3.,集电极开路门的输出端可并联使用，可在输出端实现线与；三态输出门可用来实现总线结构，这时要求三态输出门实行分时使能。,4.,在使用集成逻辑门电路时，未被使用的闲置输入端应注意正确连接。对于与非门闲置输入端可通过上拉电阻接正电源，也可和已用输入端并联使用；对或非门，闲置输入端可直接接地，也可和已用输入端并联使用。,5.,在实际使用,TTL,和,CMOS,数字集成电路时，除应掌握它们的正确使用方法外，还应掌握不同类型电路间的接口问题。,