分立元件逻辑门

逻辑式： 逻辑式：F=A • B
A 逻辑符号： 逻辑符号： B
F
（2-4）
§2.2 基本逻辑门电路电路
二、二极管或门
A B D1 D2 F
真值表： 真值表： A uA Bu B Fu
F
0 0V 0 0V 0 0V 1 3V 1 3V 0 0V
-12V
0 -0.3V 1 2.7V 1 2.7V 1 2.7V ≥ F
OC门可以实现“线与”功能。 门可以实现“线与”功能。 门可以实现 UCC & F1 & F2 & F3 分析： 任一导通， 分析：F1、F2、F3任一导通，则F=0。 。 F1、F2、F3全截止，则F=1 。 全截止， RL F
UCC RL T5 T5 T5
c1
T1
三个PN结 三个 结 导通需2.1V 导通需 R3
F
T5
“0”
360Ω Ω
（2-12）
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
R1 3k 0.7V b1 A B C “0”
+5V
R2 T3 R5
R4 T4
c1
T1
F
T5
uo
R3
uo=5-uR2-ube3-ube4≈3.4V 高电平！ 高电平！
逻辑关系： 逻辑关系：任0则1。 则 。
（2-1）
§2.1 概述
门电路的作用： 门电路的作用：是用以实现逻辑关系的电子电 与基本逻辑关系相对应。 路，与基本逻辑关系相对应。 门电路的主要类型：与门、或门、与非门、 门电路的主要类型：与门、或门、与非门、或 非门、异或门等。 非门、异或门等。 一般采用 正逻辑 门电路的输出状态与赋值对应关系： 门电路的输出状态与赋值对应关系： 正逻辑：高电位对应“ ；低电位对应“ 。 正逻辑：高电位对应“1”；低电位对应“0”。 负逻辑：高电位对应“ ；低电位对应“ 。 负逻辑：高电位对应“0”；低电位对应“1”。 混合逻辑：输入用正逻辑、输出用负逻辑； 混合逻辑：输入用正逻辑、输出用负逻辑；或者输 入用负逻辑、输出用正逻辑。 入用负逻辑、输出用正逻辑。
（2-3）
§2.2 基本逻辑门电路
一、二极管与门
+12V 逻辑变量 D 1 A B D2 ( uD=0.3V ) 逻辑函数 F
真值表： 真值表： A 0V 0 0V 0 3V 1 1 3V
uA
B 0V 0 1 3V 0 0V 1 3V &
uB
F 0.3V 0 00.3V 00.3V 13.3V
uF
第二章 门电路
内容： 内容： 分立元件逻辑门 TTL与非门 与非门 MOS门电路 门电路 目的与要求： 目的与要求： 掌握TTL与非门电路结构、工作原理、电压传输特性、 与非门电路结构、 掌握 与非门电路结构 工作原理、电压传输特性、 输入/输出特性 主要参数及其测量方法； 输出特性、 输入 输出特性、主要参数及其测量方法；了解 CMOS反相器、CMOS门电路、 CMOS传输门的逻 反相器、 门电路、 反相器 门电路 传输门的逻 辑功能和应用。 辑功能和应用。 重点与难点： 重点与难点： 重点： 与非门； 重点： TTL与非门； 与非门 难点： 与非门的工作原理。 难点： TTL与非门的工作原理。 与非门的工作原理
（2-13）
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
2. 输入全为高电平（3.4V）时 输入全为高电平（ ）
电位被嵌 在2.1V 全反偏 “1” A B C R1 3k b1
+5V
R2 ≈1V T2 R5 T5 R3
（2-14）
R4 T3 T4 截止
c1
T1
全导通
F
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
全反偏 “1”
（2-19）
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
高电平时： 前级输出为 高电平时：
+5V
R2 T3 R5 R4 T4 T1
IiH1 IiH2 IOH IiH3
T1
前级
T1
（2-20）
拉电流 IOH = IiH1 + IiH2 +⋯
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
前级输出为低电平时： 前级输出为低电平时： +5V R1 R2 3k b1 c1 T2 T1 T5
T
5
4. 3 R 1. 4( V ) = 3+ R
⇒
R临界 = 1.45kΩ
可以认为输入为“ ； 即：当R≥1.45kΩ时，可以认为输入为“1”； ≥ Ω 当R<1.45kΩ时，可以认为输入为“0”。 Ω 可以认为输入为“ 。
TTL与非门在使用时多余输入端处理：悬空的输入端相 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 当于接高电平。为了防止干扰， 当于接高电平。为了防止干扰，一般将悬空的输入端接高电 平或输入端并联使用。 平或输入端并联使用。
逻辑符号： 逻辑符号：
§2.2 基本逻辑门电路电路
四、与非门
+12V
+12V +3V R1 R2 D
A B
D1 D2
F
二极管与门
三极管非门
逻辑符号： 逻辑符号： A & F B
逻辑式wk.baidu.com F = A ⋅ B 逻辑式：
（2-7）
§2.3 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个 完整的逻辑电路所需要的全部元件和连线。 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。 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、 路具有体积小、可靠性高、速度快、而且价 格便宜的特点。 格便宜的特点。 TTL型电路：输入和输出端结构都采用了半导体晶 型电路： 型电路 体管，称之为 体管，称之为: Transistor— Transistor Logic。 。
（2-2）
§2.1 概述
Vcc R K VO
输出高电平，对应“ ” K开------VO输出高电平，对应“1” 。 开 K合------VO输出低电平，对应“0” 。 合 输出低电平，对应“ ”
Vcc ∆V ∆V 0V
1
0
在数字电路中，对电压值为多少并不重要， 在数字电路中，对电压值为多少并不重要， 只要能判断高低电平即可。 只要能判断高低电平即可。
T1
T2
T4
F
“与” 与
“非” 非
输出级
与非门
（2-11）
二、工作原理 1. 任一输入为低电平（0.3V）时 任一输入为低电平（ ）
不足以让 T2、T5导通 、 R1 3k 0.7V b1 R2 750Ω Ω T2 T3 3k R5
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
+5V
R4 100Ω Ω T4
A B C
I IH 80
I OL 10 = =10 输出为低电平时的扇出系数： 输出为低电平时的扇出系数： I IL 1
所以该门电路的扇出系数为10。 所以该门电路的扇出系数为 。
（2-22）
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
2. 平均传输延迟时间
ui
1 tpd = (tPHL +tPLH ) 2
典型值： 典型值：3 ∼ 10 ns
（2-8）
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
2.3.1 TTL与非门的基本原理 与非门的基本原理
一、结构
R1 3k b1 A B C R2 750Ω Ω T2 T3 3k R5 T5 R3 360Ω Ω R4 100Ω Ω T4
+5V
c1
T1
F
F = A⋅ B⋅ C
TTL与非门的内部结构 与非门的内部结构
（2-9）
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
+5V
R1 R2 T3 R5 T5 R4
A B C
T1
T2
T4
F
T1 —多发射极晶 多发射极晶 体管：实现“ 体管：实现“与” R3 运算。 运算。
输入级
中间级
输出级
（2-10）
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
+5V
R1 R2 T3 R5 T5 R3 R4 复合管形式 A B C
1
2 3 ui(V)
阈值U 阈值 T=1.4V 传输特性曲线 理想的传输特性
（2-17）
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
1. 输出高电平 OH、输出低电平 OL 输出高电平U 输出低电平U UOH≥2.4V UOL ≤0.4V 便认为合格。 便认为合格。 典型值U 典型值 OH=3.4V UOL=0.3V 。 2. 开门电平UON和关门电平UOFF ui>UTON=2.0V时，是输入高电平。 输入高电平 高电平。 时 ui<UOFF=0.8V时，是输入低电平。 输入低电平 低电平。 时 3. 高电平噪声容限 UNH和低电平噪声容限UNL U NH = U OH (min) − U ON
（2-24）
其它类型的TTL门电路 § 2.4 其它类型的 门电路
一、 问题的提出
2.4.1 集电极开路的与非门（OC门） 集电极开路的与非门（ 门
（Open Collector) 能否“线与” 能否“线与”？ &
标准TTL与非门进行与运算 与非门进行与运算: 标准 与非门进行与运算
A B C D & & AB E F
C D
& EF
1
A G B
EF
E
G
C D
（2-25）
&
F
G = E⋅ F = AB⋅ CD
§2.4 其它类型的TTL门电路 其它类型的TTL TTL门电路
问题： 与非门能否直接线与？ 问题：TTL与非门能否直接线与？ 与非门能否直接线与
+5V R2 R4 T3 与非门1 与非门 截止 R3 T5 UOH +5V R2 与非门2 与非门 导通 R4 T3 R3 T5 T4 UOL
一、电压传输特性
+5V
电压传输特性是指 输出电压 Vo随输入电 变化的特性。 压 Vi变化的特性。
& ui uo
测试电路
（2-16）
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
输出高电平
UO(V) UOH A 2.7 C B
uo(V)
UOH
输出低点平 “1”
0.3
UOL
D
E UI(V)
UOL (0.3V)
UOFFUT UON
i
T4
TTL与非门的输出电阻 与非门的输出电阻 很低。这时， 很低。这时，直接线与 剧烈增加。 会使电流 i 剧烈增加。
与非门1： 与非门 ： i↑ 功耗↑ T4热击穿
与非门2： 与非门 ： UOL ↑ ∴不允许直接“线与” 不允许直接“线与”
（2-26）
§2.4 其它类型的TTL门电路 其它类型的TTL TTL门电路
二、OC门结构 门结构
R1 3k b1 A B C
+5V
R2 T2
UCC RL
& 符号 F F = ABC
c1
T1
T5 R3
集电极悬空
应用时输出端要接一上拉负载电阻 RL 。 特点： 可以外接。 特点：RL 和UCC 可以外接。
（2-27）
§2.4 其它类型的TTL门电路 其它类型的TTL TTL门电路
50% 0 uo t 50% 0 tPHL tPLH t
（2-23）
§2.3
TTL与非门 TTL与非门 R1 3k b c1 T1 ui
1
3. 输入端通过电阻 接地 输入端通过电阻R接地
ui =
R (5 − U ) be1 R1 + R
R
R2 T
2
R4 T3 T
4
+5 V
A B C
R5 R3
F
计算临界电阻值： 计算临界电阻值：
U NL = U OFF − U OL (max)
（2-18）
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
二、输入、输出负载特性 输入、
1. 扇出系数 扇出系数: &
与非门电路输出能驱动同类门的个数。 与非门电路输出能驱动同类门的个数。
？
&
分两种情况讨论： 分两种情况讨论：
（1）前级输出为 高电平时 ） （2）前级输出为 低电平时 ）
IiL1
T1
IOL
IiL2
T1
IiL3
T1
前级
R3
灌电流 IOL = IiL1 + IiL2 +⋯
与非门的扇出系数一般是10。 与非门的扇出系数一般是 。
（2-21）
门电路， 例：某TTL门电路，最大灌入电流 OL=10mA, 最大 门电路 最大灌入电流I 拉出电流I 输入低电平电流I 拉出电流 OH=1mA, 输入低电平电流 IL≤1.0mA, 输入高电平电流I 输入高电平电流 IH≤80µA。求该门电路的扇出 。 系数。 系数。 解：输出为高电平时的扇出系数： I OH = 1000 =25 输出为高电平时的扇出系数：
A B C
R1 3k b1
+5V
R2 T2 T5
c1
T1
uF =0.3V F
逻辑关系： 逻辑关系：全1则0。 则 。
R3
饱和
输入、输出的逻辑关系式： 输入、输出的逻辑关系式： F = ABC
（2-15）
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
2.3.2 TTL与非门的特性和技术参数 与非门的特性和技术参数
（2-5）
1 3V 1 3V 逻辑符号： 逻辑符号：A
逻辑式： 逻辑式：F=A+B
B
§2.2 基本逻辑门电路电路
三、三极管非门
+12V +3V R1 D
真值表： 真值表： u AA 3V 0 F 0V 1 u FF 0.3 1 3.3 0
A
R2
嵌位二极管 逻辑式： 逻辑式：F = A
A
1 F
（2-6）