康华光数电第五版PPT课件

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…
1
灌电流情况
74HC00: IOL(max)=4mA 74系列反相器: IIL(max)=1.6mA 74LS门： IIL(max)=0.4mA 总的输入电流IIL(total)=1.6mA+60.4mA=4mA 拉电流情况 74HC00: IOH(max)=4mA 74系列反相器: IIH(max)=0.04mA 74LS门： IIH(max)=0.02mA 总的输入电流 IIH(total)=0.04mA+60.02mA=0.16mA 驱动电路能为负载电路提供足够的驱动电流 CMOS门 74系列 & 1 74LS系列 1
对负载器件提供足够大的拉电流和灌电流
1 灌电流
IIL
1
0
IOL
IIL
1 1
…
1
IIL(total)
IIH
IOL(max) ≥ 0 拉电流
n个
1 1
IOH
1 0
…
1
IIH
IOH(max) ≥
IIH(total)
n个
驱动电路必须能为负载电路提供合乎相应标准的高、低电平
驱动电路必须能为负载电路提供足够的驱动电流 驱动电路 负载电路
3.5.1 正负逻辑问题 3.5.2 基本逻辑门的等效符号及其应用
3.5 逻辑描述中的几个问题
3.5.1 正负逻辑问题
1. 正负逻辑的规定 正逻辑体制:将高电平用逻辑1表示，低电平用逻辑0表示 负逻辑体制:将高电平用逻辑0表示，低电平用逻辑1表示
1
正逻辑
0
负逻辑
0
1
采用正逻辑
___与非门
L 1 1 1 0
1、）VOH(min)
≥
VIH(min)
2、）VOL(max) 3、） IOH(max)
4、）IOL(max)
≤ ≥
≥
VIL(max) IIH(total)
IIL(total)
2、 CMOS门驱动TTL门 CMOS门(4000系列）： VOH（min)=4.9V TTL门（74系列）： 输出、输入电压 VOH(min) ≥ VIH(min) VOL(max) ≤ VIL(max) 带拉电流负载 IOH(max) ≥ IIH(total) VOL(max) =0.1V IOL（max)=0.51mA IOH（max)=-0.51mA VIH(min) = 2V VIL(max )= 0.8V IIH（max)=20A IIL（max)=-0.4mA，
1 vI 1 限流电阻 继电器
如果负载所需的电流比较大，则需要在数字电路的输出 端与负载之间接入一个功率驱动器件。
& &
L
2. 三态与非门(TSL )
当CS= 3.6V时
三态与非门真值表 CS 数据输入端 输出端L 1 1 1 0
A
0 0 1 1
B
0 1 0 1
1
0
当CS= 0.2V时 真值表
CS
数据输入端
A 0 0 1 1 B 0 1 0 1
输出端L
1 1 1 0
1
0
×
×
____ CS =1 CS = 0
3.6.2 门电路带负载时的接口电路
1. 用门电路直接驱动显示器件 门电路的输入为低电平，输出为高电平时，LED发光
vI 1 LED R
V OH V F R= ID
当输入信号为高电平，输出为低电平时,LED发光
VCC
V CC V F VOL R= ID
vI
R LED 1
例3.6.2 试用74HC04六个CMOS反相器中的一个作为接口 电路，使门电路的输入为高电平时，LED导通发光。 解：LED正常发光需要几mA的电流，并且导通时的压降 VF为1.6V。根据附录A查得，当VCC=5V时，VOL=0.1V， IOL(max)=4mA， 因此ID取值不能超过4mA。限流电阻的最小值为
3.2.4 TTL逻辑门电路
1. TTL与非门电路 多发射极BJT
b
b e e
T1
c
e e
c
A B
&
L= A B
TTL与非门电路的工作原理 • 当全部输入端为高电平时：
输出低电平 任一输入端为低电平时: 输出高电平
TTL与非门各级工作状态
I T1 T2 T4 放大 截止 T5 截止 饱和 O 高 电 平 低 （0.2V 3.6V） 输入有低电平 输入全为高电 深饱和 倒置使用的放大 截止 饱和 (0.2V) 平 (3.6V) 状态
系统输入信号中，有的是高电平有效，有的是低电平有效。 低电平有效，输入端加小圆圈；高电平有效，输入端不加 小圆圈。 1、 基本逻辑门电路的等效符号
L = AB = A B
A B
A B
&
L = A B
≥ 1
L = A B
与非门及其等效符号
L = A B = A B
或非门及其等效符号
A B
L= AB
≥ 1
A B
& L = A B
L = AB = A B
A B & L=AB A B ≥ 1 L = A B = AB
L = A B = A B
A B ≥ 1 L=A+B A B &
L = A B = A B
逻辑门等效符号的应用 利用逻辑门等效符号，可实现对逻辑电路进行变换， 以简化电路，能减少实现电路的门的种类。
2. TTL或非门
若A、B均为低电平: T2A和T2B均将截止， T3截止。 T4和D饱和，
输出为高电平。
若A、B中有一个为高电平:
T2A或T2B将饱和，
T3饱和，T4截止， 输出为低电平。 逻辑表达式
L = A B
3.2.5 集电极开路门和三态门电路
1.集电极开路门电路
VCC(5V) Rb1 4kΩ Rc2 1.6kΩ Rc4 130Ω T4 A B C Re2 1kΩ VCC(5V) Rb1 4kΩ Rc2 1.6kΩ Rc4 130Ω T4 A B C Re2 1kΩ T3 T1 T2 D T3 T1 T2 D
2. 正负逻辑等效变换
某电路输入与输出电平表 A L L H H B L H L H L H H H L
A 0 0 1 1
B 0 1 0 1
Baidu Nhomakorabea采用负逻辑
___或非门
L
0 0 0
A
1 1 0
B
1 0 1
正逻辑 负逻辑 与非 或非 与 或 非 非
0
0
1
3.5.2 基本逻辑门电路的等效符号及其应用
2)驱动器件必须对负载器件提供足够大的拉电流和灌电流（属 于门电路的扇出数问题）；
负载器件所要求的输入电压
1 驱动门
vO
vI
1
负载门
VOH(min)
v I
≥ VIH(min)
v O
VOH (min) VIH (min)
V IL (max ) V OL (max )
VOL(max) ≤ VIL(max)
vOH
输出为低电平 的逻辑门输出 级的损坏
vOL
a） 集电极开路与非门电路 b） 使用时的外电路连接
VCC VCC RR b1b1 RR c2c2
Rc4 T4
C） 逻辑功能 L=AB OC门输出端连接实现线与
VDD RP
VCC
AA BB
TT 11
TT 22 TT 33 RR e2 e2
D
LL
A B C D
( 5 1.6 0.1 )V R= = 825Ω 4mA
2. 机电性负载接口 用各种数字电路来控制机电性系统的功能,而机电系统所需 的工作电压和工作电流比较大。要使这些机电系统正常工作， 必须扩大驱动电路的输出电流以提高带负载能力，而且必要时 要实现电平转移。 如果负载所需的电流不特别大，可以将两个反相器并联 作为驱动电路，并联后总的最大负载电流略小于单个门最 大负载电流的两倍。
逻辑真值表
输入A 0 1 输出L 1 0
逻辑表达式 L = A
输入 低电平 高电平 T1 T2 饱和 截止 倒置工作 饱和 T3 截止 饱和 D4 导通 截止
T4 导通 截止
输出 高电平 低电平
（3 ）采用输入级以提高工作速度 当TTL反相器I由3.6V变0.2V的瞬间 •T2、T3管的状态变化滞 后于T1管，仍处于导通 状态。 •T1管Je正偏、Jc反偏， T1工作在放大状态。 T1管射极电流（1+1 ） iB1很快地从T2的基区抽 走多余的存储电荷,从而 加速了输出由低电平到 高电平的转换。
& 1 G1 G2
L
RE
控制电路 end
如RE、AL都要求高电平有效，EN低电平有效
AL RE & G2
L
如RE、AL都要求低电平有效，EN高电平有效
AL
RE
& G2
L
如RE、AL都要求高电平有效，EN高电平有效
A L RE & G2 L
3.6 逻辑门电路使用中的几个实际问题
3.6.1 各种门电路之间的接口问题 3.6.2 门电路带负载时的接口问题
3.6.1 各种门电路之间的接口问题
在数字电路或系统的设计中，往往将TTL和CMOS两种器件
混合使用，以满足工作速度或者功耗指标的要求。由于每种 器件的电压和电流参数各不相同，因而在这两种器件连接时
，要满足驱动器件和负载器件以下两个条件：
1) 驱动器件的输出电压必须处在负载器件所要求的输入电压范
围，包括高、低电压值（属于电压兼容性的问题）。
A B A B & ≥1 & L
A B A B
& ≥1 & L
A B A B
& & & L
A B
&
L = A B
逻辑门等效符号强调低电平有效
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
AL
IC
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
EN
AL RE = L
L=0
AL = 0 RE = 1
高阻
高电平
使能
L = AB
L=Z
与非逻辑 高阻状态
A B CS
逻辑符号 &
EN L
3.2.6 BiCMOS门电路
特点:功耗低、速度快、驱动力强 工作原理: I为高电平: MN、M1和T2导通，MP、M2和T1
截止，输出O为低电平。
M1的导通, 迅速拉走T1的基区存储 电荷; M2截止, MN的输出电流全部
…
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3. TTL门驱动CMOS门(如74HC ）
TTL（74LS ）： CMOS（74HC）： VOH(min)=2.7V VIH(min)为3.5V 式2、3、4、都能满足，但式1 VOH(min) ≥VIH(min)不满足
VOH = V DD R P ( I O nI IH） （ IO ：TTL输出级T3截止管的漏电流）
作为T2管的驱动电流, M1 、 M2加快
输出状态的转换
I为低电平:
MP、M2和T1导通，MN、M1和T2
截止，输出O为高电平。
M1截止，MP的输出 电流全部作为T1的驱动电流。 T2基区的存储电荷通过M2而消散。 M1 、 M2加快输出状态的转换电 路的开关速度可得到改善
3.5 逻辑描述中的几个问题
（4）采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力 a)带负载能力
当O=0.2V时 当输出为低电平时，T4截止， T3饱和导通，其饱和电流全 部用来驱动负载
当O=3.6V时 T3截止，T4组成的电压跟随 器的输出电阻很小，输出高 电平稳定，带负载能力也较 强。 b)输出级对提高开关速度的作用 输出端接负载电容CL时， O由低到高电平跳变的瞬间， CL充电，其时间常数很小使 输出波形上升沿陡直。而当 O由高变低后， CL很快放电， 输出波形的下降沿也很好。
VDD T1 T3 T2 R1 VCC R2 T4 R3
带灌电流负载?
例 用一个74HC00与非门电路驱动一个74系列TTL反相 器和六个74LS系列逻辑门电路。试验算此时的CMOS门 电路是否过载？ 74HC00： VOH（min)=3.84V， IOL（max)=4mA 74系列： VIH（min)=2V， IIH（max)=004mA 74LS系列 IIH（max)=0.02mA， IIL（max)=-0.4mA， VOH(min) ≥ VIH(min) VOL(max) ≤ VIL(max) VOL(max) =0.33V IOH（max)=-4mA VIL(max) =0.8V IIL（max)=1.6mA CMOS门 & 74系列 1 74LS系列