分立元件门电路课件.ppt

1、第三章第三章 门电路门电路3 3.1 概述概述3 3.2 分立元件门电路分立元件门电路3 3.3 TTL与非门与非门3 3.4 其它类型的其它类型的TTL门电路门电路3 3.5 MOS门电路门电路3.1 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

2、断开 正向导通：正向导通：CEB3.2 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 0.3V3V 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+12V3.9KR

3、0V3V“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 01 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

4、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 -0.3V0V 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

5、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 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三三、三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:

6、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=0.3VA3.2V1.5K 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

7、“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求反运算求反运算四、四、DTL电路电路ABD1D2+12V3.9KR二极管二极管与与门门与与 非非 门：门：A BA B(Diode Transistor Logic)-12V三极管三极管非非门门D+12V+2.5V1.5K 1K 18K P=30F与非门

8、：与非门：任任 0 则则 1全全 1 则则 0口诀：口诀：&ABF逻辑式：逻辑式：逻辑符号：逻辑符号：BA F=或或 非非 门：门：ABD1D2-12VR二极管二极管或或门门A+BD+12V+3V1.5K 1K 18K-12VP=30三极管三极管非非门门FA+B或非门：或非门：任任 1则则 0全全 0 则则 1口诀：口诀：ABF逻辑式：逻辑式：逻辑符号：逻辑符号：BA F=采用不同的逻辑极性，则实现的逻辑关系也不同。采用不同的逻辑极性，则实现的逻辑关系也不同。例：二极管例：二极管与与门门 （正逻辑正逻辑）AB+12VR0V3V0.3V3.3VFL L L 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1

9、 1 0L H L 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0H L L 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0H H H 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1I:+O:-A B F 正逻正逻 辑辑 负逻负逻 辑辑 混合逻混合逻 辑辑 混合逻混合逻 辑辑 电平状态表电平状态表 逻逻 辑辑 真真 值值 表表I:-O:+(A B F)(A B F)L L L 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0L H L 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0H L L 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0H H H 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1

10、I:+O:-A B F 正逻正逻 辑辑 负逻负逻 辑辑 混合逻混合逻 辑辑 混合逻混合逻 辑辑 电平状态表电平状态表 逻逻 辑辑 真真 值值 表表I:-O:+(A B F)(A B F)正逻正逻 辑辑 负逻负逻 辑辑 混合逻辑混合逻辑 混合逻辑混合逻辑(I:+O:-)(I:-O:+)逻辑式：逻辑式：F=A B F=A+B F=A B F=A+B 逻辑关系逻辑关系:正正与门与门;负负或门或门;混合逻辑混合逻辑 与非门与非门,或非门。或非门。注意：注意：若无特殊说明，一般均采用若无特殊说明，一般均采用正逻辑。正逻辑。逻辑关系逻辑关系:正逻正逻 辑辑 负逻负逻 辑辑 混合逻混合逻 辑辑 混合逻混合逻

11、 辑辑(I:+O:-)(I:-O:+)正正与门与门;负负或门或门;混合逻混合逻 辑：辑：与非门与非门,或非门。或非门。正正与非门与非门;负负或非门或非门;混合逻混合逻 辑：辑：与门与门,或门。或门。正正非门非门;负负非门非门;混合逻混合逻 辑：辑：逻逻 辑恒等辑恒等。注意：注意：一般均采用一般均采用正逻正逻 辑。辑。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。分立元件门电路的分立元件门电路的 缺点缺点3.3 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在一块半导体基

12、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。个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。数字集成电路使用时接：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、而且价格便具有体积小、可靠性高、速度快、而且价格便宜的特点。宜的特点。TTL型型电路：输入和输出端结构都采用了半导电路：输入和输出端结构都采用了半导体晶体管，称之为体晶体管，称之为:Transistor Transistor Logic。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 （M

13、edium 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3.3.1 TTL与非门电路结构和工作原理与非门电路结构和工作原理一、结构一、结构0.3V3.4V+5VABCFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5100 750 360 3K+5VABCR1T1R2T2R3FR4R5T3T4T5输入级输入级输出级输出级中间级中间级T1 与与R1组成输入级：组成

14、输入级：T1 多发射极晶体管：多发射极晶体管：实现实现“与与”运算。运算。等效电路等效电路 b1=A B C c1+5VR1T1b1ABCc1AB+5Vb1R1C+5VR1c1T1b1ABCR2T2R3FR4R5T3T4T5“与与”“非非”复合管形式复合管形式与非门与非门输出级输出级+5VR1c1T1b1ABCR2T2R3FR4R5T3T4T5“与与”“非非”复合管形式复合管形式 TTL与非门与非门输出级输出级0.3V3.4V二二、工作原理工作原理1、任一输入为、任一输入为低电平（低电平（0.3V）时时+5VFR4R2R1R5R3T3b1ABC“0”截止截止c1T1T5T2T41V0.3VUF

15、=5-UBE3-UBE4-UR2 3.4V 高电平！高电平！+5V“0”FR4R2R13kR5T3T4T1b1c1ABC1VUFRLT2，T5：截止截止逻辑关系逻辑关系:任任0则则12.输入全为高电平（输入全为高电平（3.4V）时）时4.1V3.4V“1”(3.4V)T5T4发射结发射结全反偏全反偏R2+5VFR4R1T2R5R3T3T1b1c1ABC电位箝电位箝在在2.1V0.7V1.4V2.输入全为高电平（输入全为高电平（3.4V）时）时 全导通全导通(T2、T5饱和饱和)T5T4R2截止截止T1:倒置状态倒置状态C、E作用颠倒作用颠倒+5VFR4R1T2R5R3T3T1b1c1ABC 1

16、V0.7V1.4V“1”(3.4V)发射结发射结全反偏全反偏电位箝电位箝在在2.1VUF=0.3V饱和饱和T1T2T5T2：截止：截止逻辑关系：逻辑关系：全全1则则0+5VFR2R13kR3b1c1ABC“1”(3.4V)电位箝电位箝在在2.1V发射结发射结全反偏全反偏TTL与非门与非门ABCF&ABCF 输入任输入任0：T2、T5 截止截止,T3、T4 导通；导通；U0=U0H。输入全输入全1：T4 截止截止,T2、T5饱和导通饱和导通;U0=U0L。逻辑关系：逻辑关系：任任0则则1全全1则则0与非门与非门3.3.2 TTL与非门外特性和参数与非门外特性和参数测测试试电电路路一、电压传输特性

17、：一、电压传输特性：UO UI&+5VUIUOR简化的简化的传输特性传输特性(UO UI)曲线曲线 二值性曲线二值性曲线UOHUOLUIHUIL1.4UTUO(V)UI(V)1231230截止区截止区(T5：关门：关门)转折区转折区(过渡区过渡区)饱和区饱和区(T5：开门：开门)阈值电压阈值电压:UT=1.4V 门槛电压门槛电压(Threshold)+5VFR4R2R13k T2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC100 750 360 3K 通用：通用：UOH 2.4V，UOL 0.4V 典型值典型值：输出高电平输出高电平 UOH=3.4V 输出低电平输出低电平 UO L=0.3V 阈值电

18、压阈值电压 UT=1.4V1.输出端输出端2.输入端：输入端：典型值典型值：输入高电平输入高电平 UIH=3.4V 输入低电平输入低电平 UIL=0.3V 通用：通用：UI UT UI=“1”，与非门开门，与非门开门 UO L；UIUT UI=“0”，与非门关门，与非门关门 UOH。典型参数：典型参数：二、输入负载特性二、输入负载特性(UI RI )UIVRIC+5VR4R2R13k b1100 750 FT2R5R3T3T4T1T5c1AB360 3K UI=RIRI+R1(5-UBE1)=4.3RI3+RI例：例：RI=0.5K UI=0.6V UT UI 为为低电平低电平当当RI较小时：

19、较小时：设：设：T2、T5 截止截止 截止截止R4T2R3c1T1+5VR13kT5b1RIUIR2R5T3T4F当当RI较小时：较小时：UIUT ,T2、T5 截止，截止，T3、T4 导通：导通：UF =UOH。T1+5VR13kb1RIUIR2R4R5T3T4UFRLF当当UI=UT 时时，T5将饱和导通将饱和导通:UF =UOL;此时此时RI=?求出：求出：RI=1.45K 临界电阻临界电阻 即即:1.45K ;1.4=RIRI+3(5-UBE1)1.4V当当RI 1.45K 时时 箝位箝位 UI =1.4V,UF =UOL。1.45K 饱和饱和UF =UOL+5 VRIFR2R13kT

20、2R3T1T5b1c12.1V1.4V0.7V20RI(K)UI(V)12310.60.51.41.45多余输入端处理：多余输入端处理：接接+5V若悬空若悬空:UI=“1”输入端并联使用输入端并联使用对应对应:UOH对应对应:UOLABCF UIVRI&RI UI 关系关系:RI 1.45K 时时:输入端（输入端（UI）相当于接）相当于接 “1”(高电平高电平);RI UT 0 (开启电压）开启电压）UGS UT D S断开断开D S导通导通（几百欧）（几百欧）UGS UT UT D S导通导通（几百欧）（几百欧）D S断开断开二二、MOS门电路门电路1.MOS反相器（非门）反相器（非门）0V

21、UDD1)UA =0V:工作原理工作原理:2)UA =UDD:UGS UT ,T截止截止;UF=UDD,F=“1”。NMOS增强型增强型+UDDFARDSGTUDD0VUGS UT ,T导通导通;UF 0V,F=“0”。结构结构:0 11 0 真真 值值 表：表：输入输入 输出输出 A F0VUDD NMOS增强型增强型UDD0V+UDDFARDSG逻辑式：逻辑式：F=A1AF逻辑符号逻辑符号: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）负载管）T1 (驱动管）驱动管）逻辑式：逻辑式：F=AAF+UDDDGSUGS=UDS UT导通导通有源有源负载负载 NMOS增强型增

22、强型AF+UDDT1(非线性电阻非线性电阻)2.CMOS反相器反相器CMOS电路电路Complementary-Symmetry MOS互补对称式互补对称式MOST2(负载管）负载管）T1(驱动管）驱动管）PMOS管管NMOS管管T1:ONT2:OFFOFFON同一电平同一电平:+UDDSDADSGF1)结构结构“0”(0V)UGS UT 0导通导通+UDDSDAFDSGT2T1PMOSNMOSUGS0截止截止“1”(+UDD)2)工作原理工作原理 UA=0V“0”(0V)UGS UT UT 0导通导通“1”(+UDD)F UA=UDD 0VUDD真真 值值 表：表：A F T1 T2 F+U

23、DDSDADSGT2T11 导通导通 截止截止0 0 截止截止 导通导通11AF逻辑式：逻辑式：F=AUDD0V优点：优点：静态功耗小静态功耗小速度较快速度较快3.CMOS与非门与非门&ABFBA F=+UDDAFT2T1BT3T4SSSSGG工作原理工作原理:结构结构: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 F ABFBA F=+UDDFAT2T1BT3T4GGSSS工作原理工作原理:结构结构:0 0 10 1 0 1 0 0 1 1 0 本章小结：本章小结：一、门电路一、门电路构成数字电路的构成数字电

24、路的基本单元。基本单元。二、要求掌握常用门电路的二、要求掌握常用门电路的逻辑符号逻辑符号和和逻辑功能逻辑功能,会使用会使用它们。它们。基本门：基本门：与与、或、非门；或、非门；TTL：与非门、与非门、OC门、门、TS门、与或非门。门、与或非门。CMOS门：门：非、与非、或非门。非、与非、或非门。常用门：常用门：(OC门、门、TS门门)附附:门电路的常见逻辑符号门电路的常见逻辑符号与门与门 或门或门 非门非门F=AB F=A+BAF&ABFABFABFABF ABFABF A1FAFAFAF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)BAF BAF&ABFABFABF ABFABF ABF&ABFABFABF 国标国标ABE&ABE&ABE国家标准国家标准 三态门三态门(两输入与非两输入与非)与与或非门或非门CDAB+ABCDFABCDF&