1、第第 3 章章 逻辑门电路逻辑门电路 介绍各种门电路的功能及介绍各种门电路的功能及特点，重点掌握门电路的外部特点，重点掌握门电路的外部特性即引脚功能及其应用。特性即引脚功能及其应用。概述概述 第第 3 章章 逻辑门电路逻辑门电路 在第一章中，我们已经知道在第一章中，我们已经知道 门电路的输入和输出之间存在一定的逻辑关门电路的输入和输出之间存在一定的逻辑关系系(因果关系因果关系)，所以门电路又称为，所以门电路又称为逻辑门电路逻辑门电路。其。其主要类型有主要类型有与门、或门、与非门、或非门、异或与门、或门、与非门、或非门、异或门门等。等。所谓门就是一种开关，它能按照一定的条件去所谓门就是一种开关，
2、它能按照一定的条件去控制信号的通过或不通过。控制信号的通过或不通过。门电路的输出状态与赋值对应关系：一般门电路的输出状态与赋值对应关系：一般采用采用正逻辑正逻辑即高电位对应即高电位对应“1”1”；低电位对应；低电位对应“0”0”。1UCC高电平高电平00V低电平低电平利用管子的开关特性能够实现各种门电路。利用管子的开关特性能够实现各种门电路。二极管、三极管的开关特性二极管、三极管的开关特性R导通导通截止截止S3V0VSRRD3V0V饱和饱和3V0VuO 0uO UCC+UCCuiRBRCuOTuO+UCCRCECuO+UCCRCEC3V0V3.1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路输入输入A、B、C
3、全为高电平全为高电平“1”，输出输出 Y 为为“1”。输入输入A、B、C不全为不全为“1”，输出输出 Y 为为“0”。0V0V0V0V0V3V+U 12VRDADCABYDBC3V3V3V0V00000010101011001000011001001111ABYC0V3V满足什么逻辑关系？满足什么逻辑关系？表达式？表达式？逻辑符号？逻辑符号？“与与”想一想：想一想：Y=A B C&ABYC3.1.2 3.1.2 二极管或门电路二极管或门电路0V0V0V0V0V3V3V3V3V0V00000011101111011001011101011111ABYC3V3VU-12VRDADCABYDBC输入
4、输入A、B、C全为低电平全为低电平“0”，输出输出 Y 为为“0”。输入输入A、B、C有一个为有一个为“1”，输出输出 Y 为为“1”。满足什么逻辑关系？满足什么逻辑关系？表达式？表达式？逻辑符号？逻辑符号？“或或”想一想：想一想：Y=A+B+CABYC 1+UCC-UBBARKRBRCYT 1 0饱和饱和逻辑表达式：逻辑表达式：Y=A“0”10“1”“0”“1”AY逻辑符号逻辑符号1AYABY1有有“0”出出“0”，全全“1”出出“1”有有“1”出出“1”，全全“0”出出“0”&ABY1 1ABY2Y2R1DR2F+12V+3V三极管非门三极管非门D1D2AB+12V二极管与门二极管与门BA
5、F 逻辑式：逻辑式：&ABF逻辑符号：逻辑符号：1.1.体积大、工作不可靠。体积大、工作不可靠。2.2.需要不同电源。需要不同电源。3.3.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。分立元件门电路的缺点：分立元件门电路的缺点：采用类似的方法还可以构成或非门、异或门等。采用类似的方法还可以构成或非门、异或门等。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个完整在一块半导体基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。使用时接：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。数字集成电路具有体积小、电源、输入和输出。数字集成电路具有体积小、可靠性高
6、、速度快、而且价格便宜的特点。可靠性高、速度快、而且价格便宜的特点。3.2 TTL数字集成逻辑门电路数字集成逻辑门电路 T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T1E2E3E1BC“与与”“非非”复合复合管形管形式式 T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T1“1”(3.6V)4.3V钳位钳位2.1V“0”(0.3V)输入全高输入全高“1”,输出为输出为低低“0”1V T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T11V(0.3V)“1”“0”输入有低输入有低“0”输出为输出为高高“1”流过流过 E结的电结的电流为正向电流流为正向电流V
7、Y 5-0.7-0.7 =3.6V5V00010011101111011001011101011110ABYCY=A B CY&ABC=ABDE01231234 Ui =111输出输出1输入输入0输出输出0输入输入VoVoVIVI（4）输入、输出负载特性）输入、输出负载特性&？前后级之间电流的联系前后级之间电流的联系分两种情况讨论：分两种情况讨论：（1）前级输出为）前级输出为 高电平时高电平时 （2）前级输出为）前级输出为 低电平时低电平时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+5VR4R2R5T3T4R1T1+5V级间电流：级间电流：流出前级，记为流出前级，记为IOH
8、（拉电流）。（拉电流）。拉电流能力：拉电流能力：维持维持UOH时，所允许的最大拉电流值。时，所允许的最大拉电流值。前级输出为前级输出为 低电平时低电平时前级前级后级后级R1T1+5V级间电流：级间电流：流入前级，记为流入前级，记为IOL，约，约 1.4mA。称。称为为灌电流。灌电流。+5VR2R13kT2R3T1T5b1c11155RbeTTIOL结压降结压降的的压降压降 mA4.137.03.05灌电流的计算灌电流的计算饱和压降饱和压降R1T1+5V+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1名称及符号名称及符号含义含义输入低电平电流输入低电平电流 IiL输入为低电平时流入输输入为低电平时流入
9、输入端的电流入端的电流-1.4mA。输入高电平电流输入高电平电流 IiH输入为高电平时流入输输入为高电平时流入输入端的电流入端的电流几十几十A。IOL及其极限及其极限 IOL（max）当当 IOL IOL(max)时，输入时，输入不再是低电平。不再是低电平。IOH及其极限及其极限 IOH(max)当当 IOH IOH(max)时，输出时，输出不再是高电平。不再是高电平。有关电流的技术参数有关电流的技术参数(5)(5)扇入扇出系数扇入扇出系数 扇入系数扇入系数N Ni i：TTLTTL与非门的输入个数与非门的输入个数 扇出系数扇出系数N No o：与非门电路输出能驱动同类门的：与非门电路输出能驱
10、动同类门的个数。它用以衡量逻辑门的负载能力。个数。它用以衡量逻辑门的负载能力。扇出系数根据负载性质不同而不同。扇出系数根据负载性质不同而不同。IiH1IiH3IOH前级输出为前级输出为 高电平时：高电平时：+5VR4R2R5T3T4T1前级前级T1T1IiH221iHiHOHIII拉拉电电流流(max)(max)IHOHOHIINT1T1T1+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级前级IOLIiL1IiL2IiL3前级输出为低电平时：前级输出为低电平时：21iLiLOLIII灌灌电电流流与非门的扇出系数一般是与非门的扇出系数一般是10。(max)(max)ILOLOLIIN50%50%t
11、pd1tpd22 2p pt t2 2p pt t1 1p pd dttt 输入波形输入波形ui输出波形输出波形uO想一想：想一想：在三极管构成的非门电路中，在三极管构成的非门电路中，如果如果f=1MHZ,tpd=1s，原有的逻，原有的逻辑功能还符合吗？辑功能还符合吗？一、一、问题的提出问题的提出标准标准TTL与非门进行与运算与非门进行与运算:&ABEF&CD&G1&ABEF&CDG 能否能否“线与线与”？（Open Collector)ABCDEFEFCDABFEG +5V+5VR R4 4R R2 2T T3 3T T4 4T T5 5R R3 3TTLTTL与非门的输出电阻与非门的输出电
12、阻很低。这时，直接线与很低。这时，直接线与会使电流会使电流 i i 剧烈增加。剧烈增加。i i 功耗功耗 T T4 4热击穿热击穿U UOL OL 与非门与非门2 2：不允许直接不允许直接“线与线与”与非门与非门1 1 截止截止与非门与非门2 2 导通导通U UOHOHU UOLOL与非门与非门1 1：i i+5V+5VR R4 4R R2 2T T3 3T T4 4T T5 5R R3 3问题：问题：TTLTTL与非门能否直接线与？与非门能否直接线与？RCUCC集电极悬空集电极悬空+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC&符号符号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
13、负载电阻 RC。二、二、OCOC门结构门结构特点：特点：RC 和和UCC 可以外接。可以外接。F=ABC“线与线与”功能分析：功能分析：&UCCF1F2F3F分析：分析：F1、F2、F3任一导通，则任一导通，则F=0。F1、F2、F3全截止，则全截止，则F=1。输出级输出级RLUCCRLT5T5T5F=F1F2F3“0”控制端控制端 DE T5Y R3R5AB R4R2R1 T3 T4T2+5V T11V1V“1”控制端控制端 DE T5Y R3R5AB R4R2R1 T3 T4T2+5V T1&YEBA逻辑符号逻辑符号 0 高阻高阻0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 11 1 1 0
14、ABEY1E0EABY 功能表功能表A1 B1“1”“0”“0”0D1D3.5 MOS3.5 MOS门电路门电路MOS电路电路的特点：的特点：2.是电压控制元件，静态功耗小。是电压控制元件，静态功耗小。3.允许电源电压范围宽（允许电源电压范围宽（3 18V）。）。4.扇出系数大，抗噪声容限大。扇出系数大，抗噪声容限大。优点优点1.工艺简单，集成度高。工艺简单，集成度高。缺点：缺点：工作速度比工作速度比TTL低低。G S iD D RD+VDD Vi Vo SDGRONC1SDG(a)(a)截止状态截止状态(b)(b)导通状态导通状态0UDSID负载线负载线ui=“1”ui=“0”uo=“0”u
15、o=“1”UCCuiuogm2gm1T2的导通电阻的导通电阻 T1的导通电阻的导通电阻“1”“0”“0”“1”即：即：T2的导通管压降的导通管压降 T1的导通管压降的导通管压降+UDDAYT2T1“1”“0”有有“0”全全“1”有有“1”“0”全全“0”“1”Y=A BY=A+B+UDDBYT2T3AT1Y+UDDT3AT1BT2(互补对称式互补对称式MOS)MOS)2.CMOS2.CMOS与非门与非门&ABF工作原理工作原理+UDDAFT2T1BT3T4SSSSGG结构结构0 0 10 1 11 0 11 1 0A B T1 T2 T3 T4 FBAFA B T1 T2 T3 T4 F AB
16、F工作原理工作原理+UDDFAT2T1BT3T4GGSSS结构结构0 0 10 1 0 1 0 0 1 1 0 3.CMOS3.CMOS或非门或非门BAFi3VT Viiiiii3VT VTGuiuOCCTGuiuiCC1“1”TGuiuiCC1“0”3.6 数字集成电路使用中应注意的问题数字集成电路使用中应注意的问题(a)(a)接电源接电源;(b);(b)通过通过R R 接电源接电源;（c）与使用与使用 输入端并联输入端并联1UI UCCUOUIUO1UI UCCUO(a)(b)(c)1R(a)(a)接地接地;(b)b)通过通过R R 接地接地;（c）与使用与使用 输入端并联输入端并联以上分
17、析说明：以上分析说明：悬空的输入端相当于接高电平。为了悬空的输入端相当于接高电平。为了防止干扰，一般将悬空的输入端接高电平。防止干扰，一般将悬空的输入端接高电平。TTL与非门在使用时多余输入端处理：与非门在使用时多余输入端处理：1.接高电平。接高电平。2.若悬空，若悬空，UI=“1”。3.输入端并联使用。输入端并联使用。由于由于MOSMOS管是电压控制元件，其输入端通过电阻管是电压控制元件，其输入端通过电阻接地，该电阻无论是几欧姆或几兆欧，该输入端都接地，该电阻无论是几欧姆或几兆欧，该输入端都相当于接相当于接0 0。本章小结本章小结 1 1最简单的门电路是二极管与门、或门和三极管非门。它们是集
18、最简单的门电路是二极管与门、或门和三极管非门。它们是集成逻辑门电路的基础。成逻辑门电路的基础。2 2目前普遍使用的数字集成电路主要有两大类，一类由目前普遍使用的数字集成电路主要有两大类，一类由NPNNPN型型三极三极管组成，简称管组成，简称TTLTTL集成电路；另一类由集成电路；另一类由MOSFETMOSFET构成，简称构成，简称MOSMOS集成电集成电路。路。3 3TTLTTL集成逻辑门电路的输入级采用多发射极三级管，这不仅提高集成逻辑门电路的输入级采用多发射极三级管，这不仅提高了门电路的开关速度，也使电路有较强的驱动负载的能力。在了门电路的开关速度，也使电路有较强的驱动负载的能力。在TTL
19、TTL系系列中，除了有实现各种基本逻辑功能的门电路以外，还有三态门。列中，除了有实现各种基本逻辑功能的门电路以外，还有三态门。4 4MOSMOS集成电路常用的是两种结构。一种是集成电路常用的是两种结构。一种是NMOSNMOS门电路，另一类是门电路，另一类是CMOSCMOS门电路。与门电路。与TTLTTL门电路相比，它的优点是功耗低，扇出数大，噪门电路相比，它的优点是功耗低，扇出数大，噪声容限大，开关速度与声容限大，开关速度与TTLTTL接近，已成为数字集成电路的发展方向。接近，已成为数字集成电路的发展方向。5 5为了更好地使用数字集成芯片，应熟悉为了更好地使用数字集成芯片，应熟悉TTLTTL和和CMOSCMOS各个系列产品各个系列产品的外部电气特性及主要参数，还应能正确处理多余输入端。的外部电气特性及主要参数，还应能正确处理多余输入端。
