数电课件第二章
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数电第二章逻辑门电路课件
SBD iD
i ib (a) (b)
抗饱和三极管
2.4 TTL集成门电路
三、TTL系列门电路
性能比较好的门电路应该是工作速度既快，功耗又小的 门电路。因此，通常用功耗和传输延迟时间的乘积(简称功 耗—延迟积)来评价门电路性能的优劣。功耗—延迟积越小， 门电路的综合性能就越好。
①74：标准系列； ②74H：高速系列； ③74S：肖特基系列； ④74LS：低功耗肖特基系列；74LS系列成为功耗延迟积较 小的系列。74LS系列产品具有最佳的综合性能，是TTL集成 电路的主流，是应用最广的系列。 ⑤74AS：先进肖特基系列； ④74ALS：先进低功耗肖特基系列。
&
1
A B
&
Y
Y=AB=AB
1
A B
≥1
Y
Y=A+B=A+B
异 或 门
≥1 ≥1
Y
A B
=1
Y
Y A B A B A B( A B) ( A B )( A B) A B AB A B
2.4 TTL集成门电路
四、TTL非门电路的重要参数 1.电压传输特性：输出电压跟随输入电压变化的关系曲线。 截止区 线性区 转折区
测试电路
饱和区
74LS系列门电路标准规定： 低电平输入电压UIL，max＝0.8V 高电平输入电压UIH，min＝2V 低电平输出电压UOL，max＝0.4V 高电平输出电压UOH，min＝2.4V
0.6 1.4
2.4 TTL集成门电路
2.输入噪声容限
实际应用中，由于外界干扰、电源波动等原因，可能 使输入电平UI偏离规定值。为了保证电路可靠工作，应对干 扰的幅度有一定限制，称为噪声容限。 低电平噪声容限是指低电平（逻辑0）所对应的电压范 围，用UNL表示：
i ib (a) (b)
抗饱和三极管
2.4 TTL集成门电路
三、TTL系列门电路
性能比较好的门电路应该是工作速度既快，功耗又小的 门电路。因此，通常用功耗和传输延迟时间的乘积(简称功 耗—延迟积)来评价门电路性能的优劣。功耗—延迟积越小， 门电路的综合性能就越好。
①74：标准系列； ②74H：高速系列； ③74S：肖特基系列； ④74LS：低功耗肖特基系列；74LS系列成为功耗延迟积较 小的系列。74LS系列产品具有最佳的综合性能，是TTL集成 电路的主流，是应用最广的系列。 ⑤74AS：先进肖特基系列； ④74ALS：先进低功耗肖特基系列。
&
1
A B
&
Y
Y=AB=AB
1
A B
≥1
Y
Y=A+B=A+B
异 或 门
≥1 ≥1
Y
A B
=1
Y
Y A B A B A B( A B) ( A B )( A B) A B AB A B
2.4 TTL集成门电路
四、TTL非门电路的重要参数 1.电压传输特性：输出电压跟随输入电压变化的关系曲线。 截止区 线性区 转折区
测试电路
饱和区
74LS系列门电路标准规定： 低电平输入电压UIL，max＝0.8V 高电平输入电压UIH，min＝2V 低电平输出电压UOL，max＝0.4V 高电平输出电压UOH，min＝2.4V
0.6 1.4
2.4 TTL集成门电路
2.输入噪声容限
实际应用中，由于外界干扰、电源波动等原因，可能 使输入电平UI偏离规定值。为了保证电路可靠工作，应对干 扰的幅度有一定限制，称为噪声容限。 低电平噪声容限是指低电平（逻辑0）所对应的电压范 围，用UNL表示：
数字电子技术课件第二章优秀课件
uI 增大使 uBE > Uth 时，三极管开始导通，
B
uBE < Uth
C 三极管 截止状态 等效电路
E
iB > 0，三极管工作于放 大导通状态。
一、三极管的开关作用及其条件
iC 临界饱和线 放大区
M IC(sat)
T
S
IB(sat)
uI=UIH
+ uBE
-
饱
Q
和
截止区
区
A
O UCE(sat)
N uCE
IBS0.09m 4 A
因为0<iB<IBS，三极管工作在放大 状态。iC=βiB=50×0.03=1.5mA，
因为iB>IBS，三极管工作在 饱和状态。输出电压：
输出电压：
uo=uCE=UCC-iCRc=5-1.5×1=3.5V
uo＝UCES＝0.3V
2.2.2半导体三极管的开关特性
一、三极管的开关作用及其条件
ui/V uo/V
逻辑电平
0 0.7 0.3 1 1 1.7 3 3.7 55
真值表 ui uo
00 11
二极管开关电路
三极管的开关特性
NPN 型三极管截止、放大、饱和 3 种工作状态的特点
工作状态 条件
偏置情况
工
作 集电极电流
特
点
ce 间 电 压
ce 间 等 效 电 阻
截止 iB＝ 0 发射结反偏 集电结反偏 uBE< 0， uBC< 0 iC＝ 0
＋
ui=UIL<0.5V
uo=+VCC
－
e
－
饱和状态
+VCC
精品课件-数字电子技术-第2章
第2章 集成逻辑门电路
图2-7 双极型三极管输入特性曲线
第2章 集成逻辑门电路
图2-8 双极型三极管输出特性曲线
第2章 集成逻辑门电路
3. 双极型晶体管的静态特性 在数字逻辑电路中，三极管作为开关元件，工作于饱和区 和截止区。图2-9是一个由双极性晶体管构成的典型的单管共 射放大电路，三极管V的门限电压为Uon，当输入电压ui小于门 限电压Uon时，发射结处于反向偏置，三极管工作于截止状态， iB≈0，iC≈0, uo=UCC。当输入电压ui大于某一数值时，发射 结和集电结均达到正向偏置，三极管工作于饱和状态，饱和导 通的条件为
第2章 集成逻辑门电路
图2-4 (a) 或门电路；(b) 逻辑符号
第2章 集成逻辑门电路
表2-2(a) 二极管或门电平
第2章 集成逻辑门电路
表2-2(b) 二极管或门真值表
第2章 集成逻辑门电路
从真值表分析可知：只要A、B当中有一个是高电平，Y即
为高电平，只有A、B同时为低电平，Y才为低电平， “或”
第2章 集成逻辑门电路
第2章 集成逻辑门电路
2.1 概述 2.2 分立元件逻辑门电路 2.3 TTL集成逻辑门 2.4 CMOS集成逻辑门
第2章 集成逻辑门电路
2.1 概 述
门电路(gate circuit)是构成数字电路的基本单元。所 谓“门”就是一种条件开关，在一定的条件下，它允许信号通 过，条件不满足时，信号无法通过，从而形成高电平和低电平 两种状态。在二值逻辑中，逻辑变量的取值不是１就是０，在 电子电路中用高、低电平分别表示1 和 0
图2-2 二极管伏安特性的近似方法与等效电路
第2章 集成逻辑门电路
2. 实现与逻辑关系的电路称为与门。最简单的与门可以由二 极管和电阻组成。图2-3(a)所示是有两个输入端的与门电路， 图2-3(b)所示为它的逻辑符号。图中A、B为两个信号输入端， Y为输出端。设UCC=5 V，A、B输入端的高低电平分别为UIH=3 V 和UIL=0 V，二极管VD1、VD2的正向导通压降为UD=0.7 V。输入 端A、B
02数字电子技术第2章课件
ABC = A+BC
= A+B+C
Байду номын сангаас
由此反演律能推广到n个变量： 由此反演律能推广到 个变量： 个变量
A1 • A2 • … • A n = A1 + A2 + … + A n A1 + A2 + … + A n = A1 • A2 • … • A n
二、 逻辑代数的规则
• 反演规则：
对于任意一个逻辑函数式F，做如下处理： 对于任意一个逻辑函数式 ，做如下处理： 若把式中的运算符“ 换成“ 换成“ • 若把式中的运算符“•”换成“+”, “+” 换成“•”； • 常量“0”换成“1”，“1”换成“0”； 常量“ 换成“ 换成“ 变量换成反变量， 变量换成原变量， • 原变量换成反变量，反变量换成原变量， 保持原函数的运算次序---先与后 保持原函数的运算次序--先与后 那么得到的新函数式称为原函数式F的反函数式。 。 那么得到的新函数式称为原函数式 的反函数式 新函数式称为原函数式 必要时适当地加入括号。 或，必要时适当地加入括号
三、 逻辑函数的标准形式
函数表达式的常用形式 逻辑函数的标准形式
三、 逻辑函数的标准形式
•1.与-或表达式转换为或 或非表达式 五种常用表达式 3.或-与表达式转换为或非 与表达式 4.或-与表达式转换为与 或-非表达式 2.与-或表达式转换为与非 非表达式 或 与表达式转换为或非—或非表达式 与 与表达式转换为或非 与非表达式 与或表达式转换为与非—与非表达式 与表达式转换为与-或 或表达式转换为或-与表达式 与表达式转换为与 或表达式转换为与非 或表达式转换为或 “与―或”式 F(A，B，C) = AB+ AC ， ， 基本形式 F = (A +C)=(A++B) A + B) “或―与”式 F = AB+ AC C)( 还原率 吸收率 (A = AA+ AB+AC+BC = (A +C)= ABB) C (A+ = AB+ AC • A 与非―与非” “与非―与非”式 反演率 = A(A+ B)+C(A+B) 或非―或非” “互补率 或非―或非”式 =A +C+= A + C + A + B AB• AC B = A+ = (A +C) (A+ B) = A • C + A • B “与―或―非”式 = A C+ A B • 表达式形式转换
数字电子技术基础课件第二章：门电路
AB Y 00 0 01 1 10 1 11 1
三、三极管非门
第 二 章 门 电 路
Vi Vo 0V VCC VCC 0.2V
AY 01 10
二极管与门和或门电路的缺点：
（1）在多个门串接使用时，会出现低电平偏离标准数 值的情况。
第 二
（2）负载能力差
章
门 电 路
D1
0V
D2 5V
+VCC （ +5V）
• MOS型工艺可分为NMOS、PMOS、CMOS
一、TTL逻辑门
第
1、TTL反相器的结
二
构和原理
章
门
1）结构
电
路
TTL反相器由三部
分构成：输入级、中
间级和输出级。
2）原理
A为低电平时(0.2V) ，
T1 饱 和 ， VB1≈0.9V ，
第
VB2≈0.2V ， T2 和 T5 截
二
止 ， T4 和 D2 导 通 ， Y
R 3kΩ
0.7V D1
D2 5V
+VC.4V L
解决办法： 将二极管与门（或门）电路和三极管非门电路组合起来。
第 二
+VCC （ +5V）
+V
CC
（
+5V）
章
R
RC
门
3kΩ
电
D1
路
A
LA
Rb 1
3
T
L
2
D2 B
2.4 TTL集成门电路
• 集成电路：把二极管、三极管、电阻和连线都
章
为高电平；
门
电 路
A 为 高 电 平 时 (3.4V) ， VB1≈2.1V ， T1 倒 置 ，
三、三极管非门
第 二 章 门 电 路
Vi Vo 0V VCC VCC 0.2V
AY 01 10
二极管与门和或门电路的缺点：
（1）在多个门串接使用时，会出现低电平偏离标准数 值的情况。
第 二
（2）负载能力差
章
门 电 路
D1
0V
D2 5V
+VCC （ +5V）
• MOS型工艺可分为NMOS、PMOS、CMOS
一、TTL逻辑门
第
1、TTL反相器的结
二
构和原理
章
门
1）结构
电
路
TTL反相器由三部
分构成：输入级、中
间级和输出级。
2）原理
A为低电平时(0.2V) ，
T1 饱 和 ， VB1≈0.9V ，
第
VB2≈0.2V ， T2 和 T5 截
二
止 ， T4 和 D2 导 通 ， Y
R 3kΩ
0.7V D1
D2 5V
+VC.4V L
解决办法： 将二极管与门（或门）电路和三极管非门电路组合起来。
第 二
+VCC （ +5V）
+V
CC
（
+5V）
章
R
RC
门
3kΩ
电
D1
路
A
LA
Rb 1
3
T
L
2
D2 B
2.4 TTL集成门电路
• 集成电路：把二极管、三极管、电阻和连线都
章
为高电平；
门
电 路
A 为 高 电 平 时 (3.4V) ， VB1≈2.1V ， T1 倒 置 ，
数电第2章(门电路)课件
T1集电结正偏，
发射结反偏，倒 置工作状态
VIH A
3.4V
R1 4kW R2
1.6KW
2.1V
1V
+Vcc R4 130W 5V
数字电子技术(jìshù )基础 Fundamentals of Digital Electronic Technology
第二章 门电路
1
精品资料
第二章 门电路
2.1 概述
2.2 半导体二极管和三极管的开关特性
2.3 最简单(jiǎndān)的与、或、非门电路
2.4 TTL门电路
*2.5 其它类型的双极型数字集成电路
存储时间ts 下降时间tf 关闭时间1133toff
(1) 开启时间ton 三极管从截止(jiézhǐ)到饱和所需的时间。
ton = td +tr td ：延迟时间 tr ：上升时间
(2) 关闭时间toff 三极管从饱和到截止(jiézhǐ)所需的时间。
toff = ts +tf ts ：存储时间（几个参数中最长的；饱和越深越长） tf ：下降时间
4
精品资料
获得高、低电平的基本原理
Vcc
Vcc
R
Vo
只要(zhǐyào) 能判断高低电 平即可
1
Vi
K
可用二、三
极管代替
0V
0
K开------Vo=1, 输出(shūchū)高电平 K合------Vo=0, 输出(shūchū)低电平 对电路元件参数、电源的要求比模拟电路要低。
5
精品资料
2.2 半导体二极管和三极管的开关 (kāiguān)特性
rD≈几Ω ～几十Ω
应用(yìngyòng)于二
数字电子电路第二版电子课件第二章组合逻辑电路
组合逻辑电路设计的一般步骤，如图所示。
组合逻辑电路的设计步骤
首先，对实际问题进行分析，确定提出的问题中什么是输入变量、什么 是输出变量，并分析它们之间的逻辑关系，即把一个实际问题归纳为逻辑 问题。其次，合理地设置变量，列出真值表，然后由真值表写出逻辑表达 式，并根据所使用的逻辑门器件对表达式进行化简或变换。最后，根据化 简或变换后的逻辑表达式画出逻辑图。
77
§２—１ 组合逻辑电路基础知识 §２—２ 组合逻辑电路的分析和设计 §２—３ 编码器 §２—４ 译码器和显示器
§２—５ 数据选择器和分配器 §２—６ 加法器 §２—７ 数值比较器
§2—1 组合逻辑电路基础知识
80
第二章 组合逻辑电路
学习目标
1. 了解组合逻辑电路的一般分析方法和设计方法。 2. 了解编码器、译码器典型集成电路的引脚功能和使用方法。 3. 了解数码选择器、数据分配器、加法器的基本工作原理和应用。 4. 掌握半导体七段显示数码管的使用方法。 5. 能根据电路图安装表决器、数码显示器等组合逻辑电路。
99
第二章 组合逻辑电路
三变量的最小项及其编号
100
第二章 组合逻辑电路
将n个变量的逻辑函数的2n个最小项用小方格代表并按相邻规则排列， 所形成的图形称为最小项卡诺图，简称卡诺图。所谓相邻规则就是指相邻2 个最小项只有1个变量不同，其他变量都相同。
卡诺图 a)二变量b)三变量c)四变量
101
第二章 组合逻辑电路
2. 用卡诺图表示逻辑函数 先将逻辑函数化为与或表达式，然后在卡诺图中把每一个乘积项所包含 的最小项都填上1，其余的填上0（或不填），便可得到该逻辑函数的卡诺 图。 3. 用卡诺图化简逻辑函数 在卡诺图中每两个相邻的小方格所代表的最小项只有一个变量不同，如 果这两个小方格均填的是1，则可利用这个特点消去一个变量。依次类推： 4个标有1的相邻项可合并为一项，消去2个变量；8个标有1的相邻项可合并 为一项，消去3个变量。
组合逻辑电路的设计步骤
首先，对实际问题进行分析，确定提出的问题中什么是输入变量、什么 是输出变量，并分析它们之间的逻辑关系，即把一个实际问题归纳为逻辑 问题。其次，合理地设置变量，列出真值表，然后由真值表写出逻辑表达 式，并根据所使用的逻辑门器件对表达式进行化简或变换。最后，根据化 简或变换后的逻辑表达式画出逻辑图。
77
§２—１ 组合逻辑电路基础知识 §２—２ 组合逻辑电路的分析和设计 §２—３ 编码器 §２—４ 译码器和显示器
§２—５ 数据选择器和分配器 §２—６ 加法器 §２—７ 数值比较器
§2—1 组合逻辑电路基础知识
80
第二章 组合逻辑电路
学习目标
1. 了解组合逻辑电路的一般分析方法和设计方法。 2. 了解编码器、译码器典型集成电路的引脚功能和使用方法。 3. 了解数码选择器、数据分配器、加法器的基本工作原理和应用。 4. 掌握半导体七段显示数码管的使用方法。 5. 能根据电路图安装表决器、数码显示器等组合逻辑电路。
99
第二章 组合逻辑电路
三变量的最小项及其编号
100
第二章 组合逻辑电路
将n个变量的逻辑函数的2n个最小项用小方格代表并按相邻规则排列， 所形成的图形称为最小项卡诺图，简称卡诺图。所谓相邻规则就是指相邻2 个最小项只有1个变量不同，其他变量都相同。
卡诺图 a)二变量b)三变量c)四变量
101
第二章 组合逻辑电路
2. 用卡诺图表示逻辑函数 先将逻辑函数化为与或表达式，然后在卡诺图中把每一个乘积项所包含 的最小项都填上1，其余的填上0（或不填），便可得到该逻辑函数的卡诺 图。 3. 用卡诺图化简逻辑函数 在卡诺图中每两个相邻的小方格所代表的最小项只有一个变量不同，如 果这两个小方格均填的是1，则可利用这个特点消去一个变量。依次类推： 4个标有1的相邻项可合并为一项，消去2个变量；8个标有1的相邻项可合并 为一项，消去3个变量。
精品课件-数字电子技术-第2章
第2章 逻辑门电路
(2) 当输入A、B全为高电位时，即当VIH=3.6 V时，V1的 集电极、V2和V5发射极均导通，则V2和V5管处于饱和状态，故 VO=VOL=VCES5=0.3 V。另外，由于VC2=VB3= VCES2+VBE5=0.3+0.7=1 V，此电压不足以使V4导通，故V4处于截
（1） 高电平输出特性。当TTL与非门输出为高电平时，若 在门电路输出端接入负载，这时将有负载电流流出驱动门，好像 是负载从与非门拉走电流，此电流称为拉电流（或高电平输出电 流），如图2-25所示，记为IOH。一般IOH≤0.4 mA
（2） 低电平输出特性。当TTL与非门输出为低电平时，若 在门电路输出端接入负载，这时将有负载电流流入驱动门，好像 是负载向与非门灌入电流，此电流称为灌电流（或低电平输出电 流），如图2-26所示，记为IOL。一般IOL≤8 mA
(2) 低电平输入电流IIL。 IIL为与非门输入低电平时流 出输入端的电流，如图2-24所示，一般IIL≤0.4 mA
第2章 逻辑门电路
图2-23 TTL与非门高电平输入特性
第2章 逻辑门电路
图2-24 TTL与非门低电平输入特性
第2章 逻辑门电路
2） 输出特性是TTL与非门接入负载后，其输出电流与负载的关
(1) 输出逻辑高电平VOH和输出逻辑低电平VOL。 VOH和VOL的典型取值分别为3.6 V和0.3 V，但是，由于器件制 造中存在不可避免的差异，因此通常规定VOH≥3.0 V VOL≤0.3 V。器件手册规定，在额定负载情况下，VOHmin >2.4 V，VOLmax<0.8 V
第2章 逻辑门电路
或更多的输入，但只有一个输出。 通常，输入画在与门的一边，输出画在与门的另一边。两
精品课件-数字电子技术-第2章
第2章 逻辑门电路
图2.2.1 (a) 电路图； (b) 伏安特性曲线
第2章 逻辑门电路
二极管导通时的电阻叫正向电阻， 其值很小， 一般在几 欧至几百欧之间。 因此， 二极管导通时，如同一个具有0.7 V压降而电阻很小的闭合开关， 如图2.2.2为二极管正向导通 时的等效电路。 在数字电路分析中经常采用简化分析的方法， 往往忽略0.7 V压降和正向电阻。
第2章 逻辑门电路
模拟信号一般通过PCM(Pulse Code Modulation)脉码调 制方法量化为数字信号， 即让模拟信号的不同幅度分别对应 不同的二进制值， 例如采用8位编码可将模拟信号量化为 28=256个量级， 实用中常采取24位或30位编码。 数字信号一 般通过对载波进行移相(Phase Shift)的方法转换为模拟信号。 计算机、 计算机局域网与城域网中均使用二进制数字信号， 目前在计算机广域网中实际传送的则既有二进制数字信号，也 有由数字信号转换而得的模拟信号。
脉冲宽度tw占整个周期T的百分数，
第2章 逻辑门电路 图2.1.2 实际的矩形脉冲
第2章 逻辑门电路
一、 1. 什么是数字信号？ 什么是模拟信号？ 在我们所学 过的各种信号中哪些是数字信号， 2. 脉冲信号除了有矩形脉冲和尖脉冲外， 还有哪些
3. 脉冲信号的占空比是否都是1∶2的， 有没有其他比 例的脉冲信号？
第2章 逻辑门电路 图2.2.3 二极管截止时的等效电路
第2章 逻辑门电路
2. 工作在开关状态的二极管除了有导通和截止两种稳定状态 外， 还要在导通和截止之间转换， 这个转换的过程称为二极 管动态过程（或过渡过程）。 当输入电压波形如图2.2.4（a） 时， 理想开关的输出电流波形如图2.2.4（b）所示， 实际 的输出波形如图2.2.4（c）所示。
数电第二章课件
EXIT
逻辑门电路
每个门的输出低电平特性都可以测出。 TTL反相器输出低电平时的输出特性如下所示。
TTL反相器低电平输出特性
由低电平输出特性可以查出输出某 一低电平时的最大负载电流。 根据IoL=n1IIL，可以算出带负载门的个数n1。
EXIT
逻辑门电路
b）输出高电平时的输出特性
输入低电平时，输出高电平。此时T1 深度饱和，T2、T5截止，T4饱和， Uo=UoH=Vcc-UR2-UBE4-UD2 UO=Vcc-UR4-UCES4-UD2，
∵
∴
I B 4 R2 u o
u o VCC I B 4 R2 U BE 4 U D 2 5 0.7 0.7 3.6(V )
因此，输入有低电平时， 输出为高电平。 EXIT
逻辑门电路
输入为高电平时，输出低电平 VCC 经 R1 使 T1 集电结和 T2、T5 发射结导通，使uB1 = 2.1 V。 因此，T1 发射结反偏而集电极正偏， 称处于倒置放大状态。
输入有 低电平
不管是灌电流负载还是拉电流负载，负载 实用中常用扇出系数 NOL 表示电路负载能力。 电流都不能超过其最大允许电流，否则将导致 门电路输出低电平时允许带同类门电路的个数。 电路不能正常工作，甚至烧坏门电路。
EXIT
逻辑门电路
a）输出低电平时的输出特性
输入高电平时，输出低电平。此时T1倒置使用， T2、T5饱和，T4、D2截止。UoL=IoL·ce5，UoL r 随着IoL的增加而增大，IoL增大到使UoL超过 UoLmax时，驱动门的逻辑关系就出错了。 iL与 负载门的多少有关。 IoL=nIIL。因此，输出低电 平时带负载能力是有限的。
(b)
数字电子技术课件第二章
例如：开关闭合为 1 晶体管导通为 1 电位高为 1
断开为 0
截止为 0
低为 0
二、逻辑体制
正逻辑体制 规定高电平为逻辑 1、低电平为逻辑 0 负逻辑体制 规定低电平为逻辑 1、高电平为逻辑 0 通常未加说明，则为正逻辑体制
02:02:34
EXIT
2.2 逻辑函数及其表示方法
主要要求：
掌握逻辑代数的常用运算。 理解并初步掌握逻辑函数的建立和表示的方法。 掌握真值表、逻辑式和逻辑图的特点及其相 互转换的方法。
Y AB AB =Ａ⊙B A B
与或表达式(可用 2 个非门、 异或非表达式(可用 1 个异 2 个与门和 1 个或门实现) 或门和 1 个非门实现)
(3) 画逻辑图
设计逻辑电路的基本原则是使电路最简。
02:02:34
EXIT
2.3 逻辑代数的基本定律和规则
主要要求：
掌握逻辑代数的基本公式和基本定律。 了解逻辑代数的重要规则。
02:02:34
EXIT
消去法 运用吸收律 A AB A B ，消去多余因子。
Y AB AC BC AB ( A B)C AB ABC AB C
Y AB AB ABCD ABCD
AB AB CD( AB AB) A B CD A B
0 0 0 1 1 1 1 1
公式法
右式 = (A + B) (A + C)
用分配律展开
= AA + AC + BA + BC
= A + AC + AB + BC
= A (1 + C + B) + BC = A ·1 +BC = A + BC
《数字电子技术 》课件第2章
图 2.3 (a) 多发射极晶体管； (b) 等效形式
(2) 中间级。 中间级由V2、 R2和R3组成。 V2的集电极和 发射极输出两个相位相反的信号， 作为V3和V5的驱动信号。
(3) 输出级。输出级由V3、 V4、 V5和R4、 R5组成， 这种 电路形式称为推拉式电路。 其中， R4为分流电阻， 可以减小 复合管的穿透电流； R5为限流电阻， 防止负载电流过大烧毁 器件。
输入短路电流的典型值约为－1.5 mA。
图 2.5 IIS的计算
(6) 输入漏电流IIH。当UI＞Uth时, 流经输入端的电流称为 输入漏电流IIH， 即V1倒置工作时的反向漏电流。 其值很小， 约为10 μA。
(7) 扇出系数N。扇出系数是以同一型号的与非门作为负 载时， 一个与非门能够驱动同类与非门的最大数目， 通常 N≥8。
2.2.5 TTL门电路的其他类型
1. 集电极开路门（OC 在实际使用中， 可直接将几个逻辑门的输出端相连， 这 种输出直接相连， 实现输出与功能的方式称为线与。 图2.9所 示为实现线与功能的电路。 电路中， 当Y1或Y2只要有一个是 低电平时， Y为低电平； 只有当Y1、 Y2均为高电平时， Y才 为高电平。 即
2. (1) 输入全部为高电平。当输入A、 B、 C均为高电平， 即UIH = 3.6 V时， V1基极电位升高， 从图2.3（b）中可知， V1的基极电位足以使V1的集电结和V2、 V5的发射结导通。 而 V2的集电极压降可以使V3导通，但它不能使V4导通。 V5由V2 提供足够的基极电流而处于饱和状态。 因此输出为低电平:
一般, TTL与非门tpd为3～40 ns。
2.2.3 TTL与非门产品介绍
部分常用中小规模TTL门电路的型号及功能如表2.2所示。 实际应用中， 可根据电路需要选用不同的型号。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第二章 逻辑门电路
实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的电路 称为门电路 常用的门电路有与非门、或非门、与或非 门、异或门、同或门等 在门电路中的二极管和三极管经常工作在 开关状态
数字电路
3
第二章 逻辑门电路
在电子线路中，用高低电平表示 二值逻辑的0和1两种逻辑状态。 当开关S断开后，输出电压Vo为 高电平，当开关S闭合后，输出 为低电平 开关S是用半导体二极管或者三 极管构成，可以通过输入信号来 控制输出信号的电平
T5和T4受两个互补信号Ve2 和Vc2的驱动，因此总是一 个导通，另一个截止 推拉式输出级 D2确保T5饱和导通时T4可 靠截止
数字电路
28
§2.2 TTL门电路
1V 2.1V 1.4V 3.6V 倒置
截止 0.3V
0.7V
饱和
输入为高电平时，输出为低电平
数字电路
29
§2.2 TTL门电路
数字电路
4
第二章 逻辑门电路
如果以输出高电平表示逻辑1， 以低电平表示逻辑0，则这种 表示方法称为正逻辑，反之， 称为负逻辑 只要能够分出高低电平就可以 知道表示的逻辑状态，因此， 高低电平都有一个允许的范围 数字电路对元器件的精度以及 电源的稳定度要求都要比模拟 电路低
数字电路
5
第二章 逻辑门电路
数字电路
45
§2.2 TTL门电路 其他类型TTL门电路
与非门
多发射极三极管
Y AB
数字电路
46
§2.2 TTL门电路
或非门
Y A B
数字电路
47
§2.2 TTL门电路
与或非门
Y AB CD
数字电路
48
§2.2 TTL门电路
异或门
Y A B
RP VIL (max) VOL VCC VBE1 VIL (max)
VOL
R1 0.69K
RP 690
数字电路
41
§2.2 TTL门电路
TTL反相器的动态特性
传输延迟
三极管存储电荷的注入 和消散；PN结寄生电容 和负载电容的充放电导 致门延迟
导通延迟时间tPHL——从输 入波形上升沿的中点到输出 波形下降沿的中点所经历的 时间 截止延迟时间tPLH——从输 入波形下降沿的中点到输出 波形上升沿的中点所经历的 时间 与非门的传输延迟时间tpd是 tPHL和tPLH的平均值
数字电路
26
§2.2 TTL门电路
TTL反相器的结构与原理 TTL反相器的输入输出特性 TTL反相器的动态特性 其他类型TTL门电路 TTL电路的改进系列
数字电路
27
§2.2 TTL门电路
TTL反相器的结构与原理
T1传递输入信号 钳位二极管D1，消除 负相干扰输入 利用T2放大作用，为T5提 供较大的基极电流，加速 T5导通 T2和电阻R2、R3组成的放 大器有两个反相的输出端 VC2和VE2，驱动T5、T4组 成的推拉式输出级
灌电流负载
驱动门输出低电平时，电流从负 载门的输入端灌入驱动门的T5管 IOL
输出低电平时允许灌入输出端的电 流定义为输出低电平电流IOL一般产品 IOL=16mA 输出低电平时所能驱动同类门的个 数NOL称为输出低电平时的扇出系数。
N OL
I OL I IL
数字电路
37
§2.2 TTL门电路
同一个逻辑电路，在不同的逻辑假定下， 其逻辑功能是不同的
A B 0 0 1 1 0 1 0 1 （b）正逻辑
A 1 1 0 0 B 1 0 1 0 （c）负逻辑 F 1 1 1 0
F 0 0 0 1
与
A VL VL VH VH
B VL VH VL VH
F VL VL VL VH
（a）电平关系
或
数字电路
§2.1 分立元件门电路
MOS管开关特性
≤1K
等效：截止
导通
数字电路
20
§2.1 分立元件门电路
MOS管的四种类型
N沟道增强型
P沟道增强型
N沟道耗尽型
P沟道耗尽型
数字电路
21
§2.1 分立元件门电路
分立元件门电路
二极管与门电路
输入 VA （V） VB （V） 输出 VY （V）
0 0 3 3
0 3 0 3
0.7 0.7 0.7 3.7
数字电路
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§2.1 分立元件门电路
二极管或门电路
输入
VA （V） VB （V）
输出
VY （V）
0 0 3 3
0 3 0 3
0
2.3
2.3 2.3
数字电路
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§2.1 分立元件门电路
三极管非门电路
输入 VA （V ） 输出 VY （V）
0
5
5
0
6
§2.1 分立元件门电路
半导体二极管和三极管的开关 特性 分立元件门电路
数字电路
7
§2.1 分立元件门电路
半导体二极管和三极管的开关特性
半导体二极管的开关特性
IS：反向饱和电 流，与材料、工 艺、几何尺寸有 关，定值； VT：常温下， 26mV
i I S (ev /VT 1)
二极管开关电路 二极管伏安特性
数字电路
8
§2.1 分立元件门电路
VCC、RL较 小
VCC较小，RL大
VCC、RL大
二极管伏安特性的近似方法
数字电路
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§2.1 分立元件门电路
当外加电压突然由负变正时， 到PN节内部建立起足够的电荷 梯度的时候才可形成扩散电流 当外加电压突然由正变负的时 候，由于PN节内有一定的存储 电荷，所以有较大的瞬态反向 电流流过
数字电路
38
§2.2 TTL门电路
输入负载特性
RP VI (Vcc Vbe1 ) R1 RP
随着RP增大，VI上升，到 1.4V以后将不再上升，此时 相当于输入接高电平，输出 为低电平。 开门电阻
1.4
数字电路
39
§2.2 TTL门电路
G1输出正确传输到G2的 输入端，对RP有限制 vO1=VOH时，vI2≥VIH(min)
0.8
0
数字电路
32
§2.2 TTL门电路
TTL反相器的输入输出特性
输入特性
-1mA
数字电路
33
§2.2 TTL门电路
输出特性
高电平输出特性
受功耗限制，输出高电 平时，负载电流一般不 可超过0.4mA
数字电路
34
§2.2 TTL门电路
输出特性
低电平输出特性
数字电路
35
§2.2 TTL门电路
拉电流负载
驱动门输出高电平时， 电流从驱动门的T4、D拉出 而流至负载门的输入端 输出高电平时允许拉出输 出端的电流定义为输出高电 平电流IOH，一般产品规定 IOH=0.4mA 输出高电平时所能驱动同 类门的个数 NOH称为输出高 电平时的扇出系数 。
IOH
N OH
I OH I IH
一般NOL≠NOH，常取两者中的较小值 作为门电路的扇出系数，用NO表示。
VOH I IH RP VIH (min)
VOH VIH (min) I IH 3.4 2.0 35K 3 0.0410
RP
数字电路
40
§2.2 TTL门电路
vO1=VOL时，vI2≤VIL(max)
VCC VBE1 VOL RP VOL VIL (max) R1 RP
+VCC（+ 5V） R 3kΩ A B C D1 D2 D3 P D4 D5 R1 4.7kΩ
1
Rc 1kΩ
3 2T
LF
F A B C
将电阻Rb换成两个二极管D4、D5，提高输入低电平的 抗干扰能力，当输入低电平有波动时，保证三极管可 靠截止，以输出高电平 增加了R1，当三极管从饱和向截止转换时，给基区存 储电荷提供一个泻放回路
带负载能力
输入低电平电流IIL与输入高电平电流IIH
输入低电平电流IIL是指当门 电路的输入端接低电平时，从 门电路输入端流出的电流， 一般产品IIL=1mA 输入高电平电流IIH是指当 门电路的输入端接高电平时， 流入输入端的电流，一般产品 IIH=40uA
IIH
IIL
数字电路
36
§2.2 TTL门电路
VGS（th）称为开启电压
为防止漏极电流直接流入衬底，常将 衬底与源极相连
数字电路
18
§2.1 分立元件门电路
MOS管输入输出特性
共源连接，输入端 栅极无电流
输出特性 漏极的工作特性可分为三个区域：
转移特性
vGS <VGS (th)时，为截止区，此时尚未形成导电沟道
vGS >VGS (th)时，漏极特性可分为两个区域，在虚线左称为 可变电阻区，当vGS一定时iD与vDS之比为常数；虚线右侧的 部分为恒流区，iD的大小基本上由vGS决定，vDS对电流的影 数字电路 19 响很小
数字电路
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§2.1 分立元件门电路
输出特性
输出特性曲线可分为三个区域： 放大区，饱和区，截止区
在放大区iC随iB的变化成正比变化，几乎不受vCE的影响 在饱和区，iC不随iB成正比变化,而趋向饱和，硅三极管的饱 和vCE =0.6v，在深度饱和下，vCE在0.3v以下 在iB =0以下为截止区，在截止区iC几乎等于零 数字电路 13
t pd
t PLH t PHL 2