门电路教学课件.ppt

1、 门电路门电路概述概述 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 。开门开门状态：状态：关门关门状态：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 。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： CEB分立元件门电路分立元件门电路FABD1D2+12V3.9KR逻辑变量逻辑变量0V3V逻辑函数逻辑函数uAuBuF0V 0V 0.3V0V 3V 0.3

2、V3V 0V 0.3V3V 3V 3.3V一一、二极管二极管与门与门( uD=0.3V )规定规定高高电位：电位：1低低电位：电位：0正逻辑正逻辑极性指定极性指定负逻辑负逻辑极性指定极性指定高高电位：电位：0低低电位：电位：1混合混合逻辑逻辑I:负逻辑负逻辑O:正逻辑正逻辑一般采用正逻辑一般采用正逻辑I:正逻辑正逻辑（input)O:负逻辑负逻辑(output)0.3V3.3VFABD1D2+12V3.9KR0V3V“0”“1”“1”“0”uAuBuF0V 0V 0.3V0V 3V 0.3V3V 0V 0.3V3V 3V 3.3V0 0 00 1 0 输输 入入 输出输出 A B F1 0 0

3、1 1 1真真 值值 表表:真值表真值表: n个变量个变量 N=2n 种组合种组合0 0 00 1 0 输输 入入 输出输出 A B F1 0 01 1 1真真 值值 表表功能：功能：当当A与与B都为高都为高时，时，输出输出F才为高。才为高。F是是A和和B的的与函数与函数逻辑式：逻辑式：F=A B“”:逻辑逻辑与与运算运算 逻辑逻辑乘法乘法运算运算1 1 1逻辑符号：逻辑符号：&ABF二极管二极管与门与门任任 0 则则 0全全 1 则则 1口诀：口诀：波形图（时序图）波形图（时序图）ABF二、二极管二极管或门或门FABD1D2-12VR0V3V-0.3V2.7VuAuBuF0V 0V - 0.

4、3V0V 3V 2.7V3V 0V 2.7V3V 3V 2.7V( uD=0.3V )FABD1D2-12VR0V3V“0”“1”-0.3V2.7V“1”“0”0 0 00 1 1 输输 入入 输出输出 A B F1 0 11 1 1真真 值值 表表真真 值值 表表功能：功能：当当A或者或者B任意任意有一个有一个为为高高，或同时都为高或同时都为高时，时，输出输出F就为高。就为高。F是是A和和B的的或函数。或函数。逻辑式：逻辑式：F=A + B“+”:逻辑逻辑或或运算运算逻辑逻辑加法加法运算运算0 0 00 1 1 输输 入入 输出输出 A B F1 0 11 1 1真真 值值 表表0 1 11

5、 0 11 1 1逻辑符号：逻辑符号： ABF二极管或门二极管或门任任 1则则 1全全 0 则则 0口诀：口诀：波形图（时序图）波形图（时序图）ABF 开关应用举例开关应用举例 V2 )1(L II Uu V3 )2(H II Uu发射结反偏发射结反偏 T 截止截止0 0CB ii V12CCO Vu发射结正偏发射结正偏 T 导通导通+ RcRb+VCC (12V)+uo iBiCTuI3V-2V2 k 100 2.3 k 放大还是放大还是饱和？饱和？三极管三极管开关应用开关应用bBEIBRuui cCESCCCSBSRUVIIBSB Ii 饱和饱和 T饱和导通条件：饱和导通条件：cCCBSB

6、 RVIi + RcRb+VCC +12V+uo iBiCTuI3V-2V2 k 100 2.3 k mA 1mA3 . 27 . 03 mA 06. 0mA210012 cCC RV V)7 . 0(BE uV 3 . 0CESOUu 因为因为所以所以RbRc+VCCb ce截止状态截止状态饱和状态饱和状态iBIBSui=UIL0.5Vuo=+VCCui=UIHuo=0.3VRbRc+VCCb ce0.7V0.3V静态开关特性静态开关特性二、动态特性二、动态特性ontofft3-2tV/Iu00.9ICS0.1ICSCit0V/Ou off t三极管饱和程度三极管饱和程度30.3t0三三、三

7、极管三极管非门非门AF0.3V3.2V保证保证UA=0.3V时时,三极管可靠截止三极管可靠截止1)当当UA=0.3V时时:+2.5VD+12V1.5K 1K 18K -12VP =30T工作情况工作情况:设设:T截止截止要求要求: UBE 0.5V当当UA=0.3V时时:设设:IB=0A0.3V1.5K 1K 18K -12VP+12VF+2.5VD =30TIBUp =-12/18 +0.3/1.51/18 +1/1.5=-1.8VD导通导通,起起箝位作用箝位作用: UD=0.7V 箝位箝位二极管二极管 Up IBs ,T饱和的假设成立。饱和的假设成立。得得:UF = 0.3VA3.2V1.

8、5K 1K 18K -12VP+12VF+2.5VD =30TICIBI1I2I1 =I2 +IBK18)12(UK5 . 1UUIPPAB 0.3V0 11 0 真真 值值 表表FAD+12V +2.5V1.5K 1K 18K -12VP =300.3V3.2V0.3V3.2V 输入输入 输出输出 A F“0”“1”“1”“0”0 11 0 真真 值值 表表 输入输入 输出输出 A F功能：功能：当当A为为高高时时,输出输出F为为低低；A为为低低时，时，F为为高高。F是是A的的非函数非函数。逻辑式：逻辑式：F=A逻辑逻辑求反求反运算运算“”:逻辑逻辑非非运算运算逻辑符号：逻辑符号：三极管非门

9、三极管非门波形图（时序图）波形图（时序图）A1AFF求反运算求反运算1.3.2 TTL与非门外特性和参数与非门外特性和参数测试电路一、电压传输特性： UO UI&+5VUIUOR简化的传输特性( UO UI )曲线 二值性曲线UOHUOLUIHUIL1.4UTUO(V)UI(V)1231230截止区(T5 ：关门)转折区(过渡区)饱和区(T5：开门)阈值电压:UT=1.4V 门槛电压(Threshold)+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC1007503603K 通用：UOH2.4V ， UOL 0.4V 典型值 ： 输出高电平 UOH=3.4V 输出低电平 UO

10、 L =0.3V 阈值电压 UT =1.4V1. 输出端2. 输入端： 典型值 ： 输入高电平 UIH=3.4V 输入低电平 UIL =0.3V 通用：UIUT UI=“1”，与非门开门 UO L ； UIUT UI=“0”，与非门关门 UOH 。 典型参数：二、输入负载特性二、输入负载特性 (UI RI ) UIVRIC+5VR4R2R13kb1100750FT2R5R3T3T4T1T5c1AB3603KUI=RIRI+R1(5-UBE1)=4.3RI3+RI例：RI=0.5K UI =0.6V UT UI 为低电平当RI较小时：设：T2、T5 截止 截止R4T2R3c1T1+5VR13kT

11、5b1RIUIR2R5T3T4F当RI较小时： UIUT , T2 、 T5 截止，T3、T4 导通：UF = UOH 。T1+5VR13kb1RIUIR2R4R5T3T4UFRLF当UI=UT 时，T5将饱和导通:UF = UOL;此时RI =?求出：RI =1.45K 临界电阻 即 : 1.45K ;1.4=RIRI+3(5-UBE1)1.4V当RI 1.45K时 箝位 UI =1.4V, UF = UOL 。1.45K 饱和UF = UOL +5 VRIFR2R13kT2R3T1T5b1c12.1V1.4V0.7V20RI(K)UI(V)12310.60.51.41.45多余输入端处理：

12、接+5V若悬空:UI=“1”输入端并联使用对应:UOH对应:UOLABCF UIVRI& RI UI 关系 :RI 1.45K时: 输入端（UI）相当于接 “1” (高电平);RI UT 0 (开启电压）UGS UT D S断开D S导通（几百欧）UGS UT UT D S导通（几百欧）D S断开二二 、 MOS门电路门电路1 . MOS反相器（非门）0VUDD1) UA = 0V:工作原理:2)UA = UDD :UGS UT ,T截止; UF = UDD , F=“1”。 NMOS增强型+UDDFARDSGTUDD0VUGS UT ,T导通; UF 0V , F=“0”。结构:0 11 0

13、 真 值 表： 输入 输出 A F0VUDD NMOS增强型UDD0V+UDDFARDSG逻辑式：F=A1AF逻辑符号:有源负载有源负载的的MOS反相器（非门）反相器（非门）T2(负载管）T1 (驱动管）逻辑式：F=AAF+UDDDGSUGS= UDS UT导通有源负载 NMOS增强型AF+UDDT1(非线性电阻)2. CMOS反相器反相器CMOS电路Complementary -Symmetry MOS互补对称式MOST2(负载管）T1 (驱动管）PMOS管NMOS管T1 : ONT2: OFFOFFON同一电平:+UDDSDADSGF1) 结构“0”(0V)UGS UT 0导通+UDDSD

14、AFDSGT2T1PMOSNMOSUGS0截止“1”(+UDD)2) 工作原理 UA=0V“0”(0V)UGS UT UT 0导通“1”(+UDD)F UA= UDD 0VUDD真 值 表：A F T1 T2 F+UDDSDADSGT2T11 导通 截止0 0 截止 导通11AF逻辑式：F=AUDD0V优点：静态功耗小速度较快3. CMOS与非门与非门&ABFBA F =+UDDAFT2T1BT3T4SSSSGG工作原理:结构:0 0 10 1 11 0 11 1 0A B T1 T2 T3 T4 F4. CMOS或非门或非门A B T1 T2 T3 T4 FABFBA F =+UDDFAT2

15、T1BT3T4GGSSS工作原理:结构:0 0 10 1 0 1 0 0 1 1 0 本章小结：本章小结：一、门电路构成数字电路的基本单元。二、要求掌握常用门电路的逻辑符号和逻辑功能, 会使用它们。基本门：与、或、非门；TTL ：与非门、OC门、TS门、与或非门。CMOS门：非、与非、或非门。常用门：( OC门、TS门 )附附: 门电路的常见逻辑符号门电路的常见逻辑符号与门 或门 非门F=AB F=A+BAF &ABFABFABFABFABFABFA1FAFAFAF 主要介绍了主要介绍了 CMOS 和和 TTL 集成门电路，重点应集成门电路，重点应放在它们的输出与输入之间的逻辑特性和外部电气特

16、放在它们的输出与输入之间的逻辑特性和外部电气特性上。性上。1. ：普通功能普通功能 与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非 门和异或门。门和异或门。特殊功能特殊功能 三态门、三态门、OC门、门、OD门和传输门。门和传输门。2. ：静态特性静态特性 主要是输入特性、输出特性和传输特性。主要是输入特性、输出特性和传输特性。动态特性动态特性 主要是传输延迟时间的概念。主要是传输延迟时间的概念。TTLCMOS分类分类工作电源工作电源VCC = 5 VVDD = 3 18 V输出电平输出电平UOL= 0.3 V UOH = 3.6 V UOL 0 V UOH V

17、DD UTH = 0.5 VDD UTH = 1.4 V 阈值电压阈值电压输入端串输入端串接电阻接电阻Ri当当 Ri Ron（2.5 k ）输入由输入由 0 1在一定范围内，在一定范围内，Ri的改的改变不会影响输入电平变不会影响输入电平输入端输入端 悬空悬空即即 Ri = 输入为输入为 “1” 不允许不允许多余输入多余输入端的处理端的处理1. 与门、与非门接电源；或门、或非门接地。与门、与非门接电源；或门、或非门接地。2. 与其它输入端并联。与其它输入端并联。练习练习 写出图中所示各个门电路输出端的逻辑表达式。写出图中所示各个门电路输出端的逻辑表达式。TTLCMOS&A1Y100 100k = 1A &A1Y100 100k = 1= 11A1Y100 100k A 1A1Y100 100k = 0A A 练习练习 写出图中所示各个门电路输出端的逻辑表达式。写出图中所示各个门电路输出端的逻辑表达式。TTLCMOS=1A1Y100 100k A =1A1Y100 100k A A A &A1Y悬空悬空&A1Y悬空悬空 不允许不允许A