20-21第3章逻辑电路与集成电路
数字模拟电路---第三章 逻辑门电路(1)
路。
简称门电路。
5V一、TTL 与非门图3-1 典型TTL 与非门电路3.2 TTL 集成门电路•数字集成电路中应用最广的为TTL 电路（Transister-Transister-Logic 的缩写）•由若干晶体三极管、二极管和电阻组成，TTL 集成电路有54/74系列 ①输出高电平UOH 和输出低电平UOL 。
•输出高电平U OH：至少有一个输入端接低电平时的输出电平。
•输出低电平U OL：输入全为高电平时的输出电平。
• 电压传输特性的截止区的输出电压UOH=3.6V，饱和区的输出电压UOL=0.3V。
一般产品规定U OH≥2.4V、U OL＜0.4V时即为合格。
二、TTL与非门的特性参数③开门电平U ON 和关门电平U OFF 。
开门电平U ON 是保证输出电平达到额定低电平(0.3V )时，所允许输入高电平的最低值，表示使与非门开通的最小输入电平。
通常U ON =1.4V ，一般产品规定U ON ≤1.8V 。
关门电平U OFF 是保证输出电平为额定高电平(2.7V 左右)时，允许输入低电平的最大值，表示与非门关断所允许的最大输入电平。
通常U OFF ≈1V ，一般产品要求U OFF ≥0.8V 。
5). 扇入系数Ni和扇出系数N O 是指与非门的输入端数目。
扇入系数Ni是指与非门输出端连接同类门的个数。
反扇出系数NO映了与非门的带负载能力。
6）输入短路电流I IS 。
当与非门的一个输入端接地而其余输入端悬空时，流过接地输入端的电流称为输入短路电流。
7）8）平均功耗P 指在空载条件下工作时所消耗的电功率。
三、TTL门电路的改进 74LS系列 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—延迟积或pd积)来评价门电路性能的优劣。
74LS系列又称低功耗肖特基系列。
74LS系列是功耗延迟积较小的系列(一般t pd＜5 ns，功耗仅有2 mW) 并得到广泛应用。
数电第三章讲解
起低阻通道，形成较大的 脉冲电流。 不仅增加了CMOS电路的 功耗，而且也成为CMOS 电路的内部干扰源。
22
3. CMOS反相器的输入特性
由于信号从栅极输入， 输入电阻很大，又有一个小的寄生电容， 如果输入端没有保护电路， 输入端可能被静电感应充电至高压， 造成绝缘栅击穿，使器件永久损坏。 为避免造成栅极击穿， 实际的CMOS集成电路的每一个输入端都设有输入保
第3章 集成逻辑门电路
3.1 概述
逻辑门电路(门电路): 用来实现基本逻辑关系的电子电路 集成逻辑门电路: 将若干个逻辑门电路集成在一块半导体材料基片上
1
集成逻辑门电路有两种类型器件：
（1）由三极管组成的双极型集成电路
例如：晶体管-晶体管逻辑电路 （简称TTL：Transistor-Transistor Logic）
和增强型NMOS驱动管（TN） 串联组成
11
TP的开启电压VGS(th)P < 0 TN的开启电压VGS(th)N > 0 电路正常工作的条件： VDD >∣VGS(th)P∣+ VGS(th)N，
且VGS(th)N =∣VGS(th)P∣， TN和TP具有相同的导通电阻
Ron和截止电阻Roff。
12
2．工作原理
当输入为低电平时： TN的VGSN = 0 v < VGS(th)N 管子截止。 TP的∣VGSP ∣= VDD 管子导通， 输出为高电平VOH vO =VOH≈VDD
13
当输入为高电平VDD时
TN的VGSN = VDD >VGS(th)N， 管子导通。 TP的VGSP = 0 v > VGS(th)P 负载管截止。 输出为低电平VOL， vO =VOL≈0 v。
集成电路科学与工程导论 第三章 集成电路晶体管器件
发展趋势-摩尔定律
「按比例缩小定律」（英文：Scaling down）“比例缩小”是指，在电场 强度和电流密度保持不变的前提下，如果MOS-FET的面积和电压缩小到 1/2，那么晶体管的延迟时间将缩短为原来的1/2，功耗降低为原来的1/2。 晶体管的面积一般为栅长(L)乘以栅宽(W)，即尺寸缩小为原来的0.7倍：
仅变得越来越小，在器件结构和材料体系上也经过了多次重大变革
集成电路器件发展趋势
国际半导体技术蓝图（International Technology Roadmap for Semiconductors，ITRS）
目录
一．晶体管器件概述 二．金属-氧化物-半导体场效应晶
体管技术 三．绝缘体上晶体管技术 四．三维晶体管技术 五．其他类型晶体管器件
环栅场效应晶体管
「环栅场效应晶体管」（英文：GAAFET） 技术的特点是实现了栅极对沟道的四面包 裹，源极和漏极不再和基底接触，而是利 用线状或者片状（平板状）的多个源极和 漏极垂直于栅极横向放置，实现MOSFET 的基本结构和功能
栅极G
栅极G
硅
硅 (a)
纳米线
硅 (b)
纳米片
平面型 垂直型
互补场效应管
栅极G
n+
e-
n+
p-衬底 (a)
栅极G
n+
e-
n+
氧化物埋层（BOX）
p-衬底 (b)
优势：氧化物埋层降低了源极和漏极之间的寄生电容，大幅降低了会影响器件 性能的漏电流；具有背面偏置能力和极好的晶体管匹配特性，没有闩锁效应， 对外部辐射不敏感，还具有非常高的晶体管本征工作速度等；
挑战：存在一定的负面浮体效应；二氧化硅的热传导率远远低于硅的热传导率 使它成为一个天然“热障” ，引起自加热效应；成本高昂。
电子技术 数字电路 第3章 组合逻辑电路
是F，多数赞成时是“1”， 否则是“0”。
0111 1000 1011
2. 根据题意列出真值表。
1101 1111
（3-13）
真值表
ABCF 0000 0010 0100 0111 1000 1011 1101 1111
3. 画出卡诺图，并用卡 诺图化简：
BC A 00
00
BC 01 11 10
010
3.4.1 编码器
所谓编码就是赋予选定的一系列二进制代码以 固定的含义。
一、二进制编码器
二进制编码器的作用：将一系列信号状态编制成 二进制代码。
n个二进制代码（n位二进制数）有2n种 不同的组合，可以表示2n个信号。
（3-17）
例：用与非门组成三位二进制编码器。 ---八线-三线编码器 设八个输入端为I1I8，八种状态，
全加器SN74LS183的管脚图
14 Ucc 2an 2bn2cn-1 2cn
2sn
SN74LS183
1 1an 1bn 1cn-11cn 1sn GND
（3-39）
例：用一片SN74LS183构成两位串行进位全加器。
D2
C
D1
串行进位
sn
cn
全加器
an bn cn-1
sn
cn
全加器
an bn cn-1
1 0 1 1 1 AB
AC
F AB BC CA
（3-14）
4. 根据逻辑表达式画出逻辑图。 (1) 若用与或门实现
F AB BC CA
A
&
B
C
&
1 F
&
（3-15）
(2) 若用与非门实现
数字电子电路技术 第三章 SSI组合逻辑电路的分析与设计 课件
表3-1 例3-1真值表
第四步：确定电路的逻 辑功能。
由真值表可知，三个变
量输入Ａ，Ｂ，Ｃ，只有两
个及两个以上变量取值为1 时，输出才为1。可见电路 可实现多数表决逻辑功能。
Ａ ＢＣ F ０ ００ ０ ０ ０１ ０ ０ １０ ０ ０ １１ １ １ ００ ０ １ ０１ １
１ １０ １
21.10.2020
h
11
2. 组合逻辑电路设计方法举例。
例3-3 一火灾报警系统，设有烟感、温感和 紫外光感三种类型的火灾探测器。为了防止误报警， 只有当其中有两种或两种以上类型的探测器发出火 灾检测信号时，报警系统产生报警控制信号。设计 一个产生报警控制信号的电路。
解：(1)分析设计要求，设输入输出变量并逻辑赋值；
用方法和应用举例。
21.10.2020
h
4
３.1 SSI组合逻辑电路的分析和设计
小规模集成电路是指每片在十个门以下的集成芯片。
3.1.1 组合逻辑电路的分析方法
所谓组合逻辑电路的分析，就是根据给定的逻辑 电路图，求出电路的逻辑功能。
1. 分析的主要步骤如下： (1)由逻辑图写表达式； (2)化简表达式； (3)列真值表； (4)描述逻辑功能。
21.10.2020
h
18
对M个信号编码时，应如何确定位数N？
N位二进制代码可以表示多少个信号？
例：对101键盘编码时，采用几位二进制代码？ 编码原则：N位二进制代码可以表示2N个信号， 则对M个信号编码时，应由2N ≥M来确定位数N。
例：对101键盘编码时，采用了7位二进制代码 ASCⅡ码。27＝128＞101。
０１１１
１０００
１０１１
１１０１
１ １ １ １ 21.10.2020
数字电路第三章习题与答案
第三章集成逻辑门电路一、选择题1、三态门输出高阻状态时,( )就是正确的说法。
A、用电压表测量指针不动B、相当于悬空C、电压不高不低D、测量电阻指针不动2、以下电路中可以实现“线与”功能的有( )。
A、与非门B、三态输出门C、集电极开路门D、漏极开路门3.以下电路中常用于总线应用的有( )。
A、TSL门B、OC门C、漏极开路门D、CMOS与非门4.逻辑表达式Y=AB可以用( )实现。
A、正或门B、正非门C、正与门D、负或门5.TTL电路在正逻辑系统中,以下各种输入中( )相当于输入逻辑“1”。
A、悬空B、通过电阻2、7kΩ接电源C、通过电阻2、7kΩ接地D、通过电阻510Ω接地6.对于TTL与非门闲置输入端的处理,可以( )。
A、接电源B、通过电阻3kΩ接电源C、接地D、与有用输入端并联7.要使TTL与非门工作在转折区,可使输入端对地外接电阻RI( )。
A、＞RONB、＜ROFFC、ROFF＜RI＜ROND、＞ROFF8.三极管作为开关使用时,要提高开关速度,可( )。
A、降低饱与深度B、增加饱与深度C、采用有源泄放回路D、采用抗饱与三极管9.CMOS数字集成电路与TTL数字集成电路相比突出的优点就是( )。
A、微功耗B、高速度C、高抗干扰能力D、电源范围宽10.与CT4000系列相对应的国际通用标准型号为( )。
A、CT74S肖特基系列B、 CT74LS低功耗肖特基系列C、CT74L低功耗系列D、 CT74H高速系列11.电路如图(a),(b)所示,设开关闭合为1、断开为0;灯亮为1、灯灭为0。
F 对开关A、B、C的逻辑函数表达式( )。
F1F 2(a)(b)Ａ.C AB F =1 )(2B A C F +=Ｂ.C AB F =1 )(2B A C F +=Ｃ. C B A F =2 )(2B A C F +=12.某TTL 反相器的主要参数为IIH ＝20μA;IIL ＝1、4ｍA;IOH ＝400μA;水IOL ＝14ｍA,带同样的门数( )。
2019_2020高中物理第3章从电表电路到集成电路3.5逻辑电路与集成电路素材沪科版
逻辑电路与集成电路教学建议关于“逻辑电路与集成电路”的教学。
本节内容不难,关键是让同学们知道人们是怎样利用逻辑关系,将普通的串、并联电路转换成数字电路,进而达到自动控制电路通与断效果。
逻辑电路和逻辑关系教学中可以从生活实例或演示实验现象入手,帮助学生理解三种逻辑关系。
鼓励学生从生活中寻找“与”,“或”和“非”逻辑关系,以加深对逻辑关系的理解。
让学生了解,门电路是一种“条件开关”。
只有当输入信号满足一定的条件时,“门”才能打开,才能有输出信号。
常见的门电路有“与”门、“或”门、“非”门等。
(1)“与”逻辑关系,教学中通过实验让学生理解:如果一个事件的几个条件都满足后,该事件才能发生,这种关系叫做“与”关系。
接着可以通过演示实验来说明:具有“与”逻辑关系的电路称为“与”门电路,“与”门电路就是每个输入端都有信号输入时,输出端才有信号输出。
只要求学生认识输入信号与输出信号的逻辑关系,不要求掌握具体电路结构。
(2)“或”逻辑关系,教学中通过实验让学生理解:如果几个条件中,只要有一个条件得到满足,某事件就会发生,这种关系叫做“或”逻辑关系。
用演示实验说明具有“或”逻辑关系的电路叫做“或”门。
“或”门电路就是各输入端只要任意一个有信号输入,输出端就有信号输出。
同样只要求学生认识输入信号与输出信号的逻辑关系,不要求掌握具体电路结构。
(3)“非”逻辑关系后,改用集成电路中的“非”门来进行演示,让学生了解输出状态和输入状态呈相反的逻辑关系,叫做“非”逻辑。
具有“非”逻辑关系的电路叫“非”门。
“非”门电路就是输入端有信号输入时,输出端就没有信号输出,输入端没有信号输入时,输出端有信号输出。
为了帮助学生理解真值表,可以让学生知道对于输入:用逻辑值“1”表示满足条件(或有信号输入),用逻辑值“0”表示条件不满足(或没有信号输入),对于输出:用“1”表示产生结果(或有信号输出),用“0”表示没有产生结果(或没有信号输出),在此基础上,让学生尝试用真值表表示以上三种逻辑关系。
数字电子技术 第3章 组合逻辑电路的分析和设计
3
组合逻辑电路的概念
YO1 Xi1 Xi2
Combina -tional Logic Circuit
YO2
Xin
YOm
4
组合逻辑电路的特性
⑴.组和逻辑电路可以 是多输入多输出逻 组和逻辑电路可以 辑电路； 辑电路； ⑵.输入变量只有“0”、“1”两种状态， 输入变量只有“ 、 两种状态， 输入变量只有 两种状态 因此n个输入变量有 种输入组和状态； 个输入变量有2 因此 个输入变量有 n种输入组和状态；
半价器电路符号
A A B
=1
S=A⊕B ⊕
S=A⊕B ⊕B B C=AB
C=AB
11
1.写出逻辑函数式 S=A ⊕ B C=AB
2.列出真值表 S-半加和数
A 0 0 1 1
B 0 1 0 1
S 0 1 1 0
C 0 0 0 1
C-进 位数
12
3.电路功能： 该电路可实现两个一位 二进制数相加功能，称为半 加器。
31
2.超前进位加法器
从图3.3.7上看到最终进位输出C4的产生 与两个因素有关: 1.本位数相加产生的进位， 2.低位进位的传输速度。 根据图3.3.6的进位输出原理，可以得到 超前进位加法器的前两位电路图（3.4.1）
32
图3.4.1
A1 B1 A0 B0
p1 g0 p0 C0
g1
S1
S0
14
2.设计举例： 下面用两个例子说明组合 逻辑电路的设计方法。
15
单输出组合逻辑电路的设计
例1：设计一个电路比较器。若两个4位二进制 数，A=A3A2A1A0和B=B3B2B1B0。 要求设计一组合逻辑电路对它们进行比较， 当两个数相同时，输出为‘1’，否则为‘0’
第3章
图3.11 D触发器
4. J-K触发器 J-K触发器是一种功能较强的触发器。这种触发器 克服了R-S触发器中存在的状态不定的缺点。其逻 辑符号和真值表见图3.12。
图3.12 J-K触发器
3.3.2 寄存器
在计算机中，常需要将参加运算的数据或运算的结 果暂时存放起来，寄存器就是计算机中用来暂时存 放数据代码的器件，它可以接收需要寄存的代码， 也可以将寄存的代码送出去。计算机中很多组成部 件需要有能够暂时寄存代码数据的部件。
图3.6 3-8译码器逻辑电路图
2. 典型的译码器芯片 下面介绍典型的译码器芯片3-8译码器74LS138。 74LS138是一种常用的3-8译码器。图3.7给出了它 的引脚图(a)和电路图(b)。 需要说明的是G1、G2A、G2B端的功能。这3个输入 端是使能控制端，当G1端为“0”或G2A、G2B端为 “1”时，译码器此时输出的组合信号为全“1”。
3.2.3 移码器
译码器是具有多个输入端和多个输出端的器件。当 输入端加上某一组合信号时，对应这一组合信号的 若干个输出端便有信号输出，也就是说，译码器是 把输入的一种格式的代码信号译成另一种格式的信 号，以实现代码所要求的操作的器件。根据使用方 式的不同，译码器又称编码器或换码器。
译码器也是计算机中不可缺少的器件，主要用在控 制器里的指令分析，存储器里的地址选择上。如 CPU内控制器里的指令译码器专对指令中的操作码 进行译码，变成各种操作控制信号。CPU从地址线 输出的地址码，经过地址译码后，启动CPU所选中 的I/O接口或存储器芯片，进行读写操作。 下面介绍译码器的电路设计及典型的译码器电路。
3.2 组合逻辑电路
逻辑电路中输出状态只与当时的输入状态有关，而 与过去的输入状态无关，这种逻辑电路称为组合逻 辑电路。本节介绍计算机中常用的组合逻辑电路： 加法器、算术逻辑单元、译码器和数据选择器。
第3章 组合逻辑电路
第3章 组合逻辑电路
3.1 组合逻辑电路的分析方法和设计方法
组合逻辑电路可以有一个或多个输入端，也可以 有一个或多个输出端。其一般框图如图所示。在组合 逻辑电路中，数字信号是单向传递的，即只有从输入 端到输出端的传递，没有反向传递，所以各输出仅与 各输入的即时状态有关。
输 入 I0 I1
„„
组合逻辑电路
1 3 2
F0 = A3 + A1
第3章 组合逻辑电路
一、二进制编码器 1.ASCII码 ASCII码是一种通用的编码，用于大多数计算机 和电子设备中。大多数计算机键盘都以ASCII码为标 准。当输入一个字母、数字、符号或者控制命令时， 相应的ASCII码就会进入计算机中。ASCII码是一种 字母数字混合编码，其中包含字母、数字、标点和其 他一些特殊符号。 ASCII码的标准形式是由7位二进制码表示的128 种字符和符号。
第3章 组合逻辑电路
据二进制译码器的功能，可列出三位二进制译 码器的真值表。
三位二进制译码器的真值表
输入 输出
逻辑表达式：
0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
Y0=A2A1A0 Y1=A2A1A0 Y2=A2A1A0 Y3=A2A1A0 Y4=A2A1A0 Y5=A2A1A0 Y6=A2A1A0 Y7=A2A1A0
第3章 组合逻辑电路
其步骤是：
1.根据给定的逻辑电路图，写出各输出端的逻辑表 达式。
2.将得到的逻辑表达式化简。 3.由简化的逻辑表达式列出真值表。 4.根据真值表和逻辑表达式对电路进行分析，判断 该电路所能完成的逻辑功能，作出简要的文字描述， 或进行改进设计。
2020—2021学年第一学期本科集成电路设计与集成系统专业《电子技术》期末考试题试卷(卷2)
2020—2021学年第一学期本科 集成电路设计与集成系统专业《电子技术》期末考试题试卷 （卷2） 题号 一 二 三 四 五 六 七 总 分 得分 一、填空题。
1．可控硅又称＿＿＿＿，常用的有＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿两大类，广泛应用于＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿设备中。
2．利用＿＿＿＿＿＿＿＿＿元件的＿＿＿＿＿＿＿＿＿特性可实现整流，若要实现可控整流可采用＿＿＿＿＿＿＿＿＿元件。
3．单向可控硅内部有＿＿＿个PN 结，双向可控硅有＿＿＿个PN 结。
4．要使导通的可控硅关断，必须＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
5．可控硅具有＿＿＿＿电控制＿＿＿＿＿电的作用。
6．单向可控硅触发电路常用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿组成触发电路，双向可控硅常用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿组成触发电路。
7．单结晶体管的负阻特性指的是当＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿电流增加时，＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿反而减少。
8．双向可控硅有三个电极＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿。
…○…………○………装…………○…………订…………○…………线…………○…………院系：专业班级：学号：姓名：座位号：9．二极管的状态有＿＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿，三极管的状态有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，可控硅的状态有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿。
10．单向可控硅导通必须具备两个条件：一是：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，二是：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
11．电子线路中的电信号按其信号形式分为＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿两大类，其中＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿都是离散的信号叫数字信号。
12．数字信号的基本工作信号是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿进制的数字信号，对应在电路上需要在＿＿＿＿＿＿种不同状态下工作，即＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿。
13．数字电路主要研究电路的输出信号与输入信号之间的＿＿＿＿＿＿＿关系。
高中物理第3章从电表电路到集成电路3.5逻辑电路与集成电路课件沪科版选修3-1
；“或”门：
1．为了保障行驶安全，一种新型双门电动公交车安装了如下控制装置：
只要有一扇门没有关紧，汽车就不能启动．如果规定：车门关紧时为“1”，未
关紧时为“0”；当输出信号为“1”时，汽车可以正常启动行驶，当输出信号为“0”
时，汽车不能启动．能正确表示该”门
C．“非”门
D．“与非”门
逻辑电路的应用和集 成电路
[先填空] 1．逻辑电路的应用 (1)电热水器的水位传感器和水温传感器连结的是 “与” 门电路． (2)车门报警器是 “或” 门电路．
2．集成电路 (1)组成：集成电路是将 二极管、 三极管、 电阻和 电容等元件，按照电路
结构的要求制作在一小块半导体材料上，形成一个完整的、具有一定功能并经过
2．如果一个事件的几个条件都满足后，该事件才能发生，我们把这种关系叫 做“与”逻辑关系，具有“与”逻辑关系的电路称为“与”门电路，简称“与” 门．
3．若几个条件中只要有一个条件得到满足，某事件就会发生，这种关系叫做 “或”逻辑关系，具有“或”逻辑关系的电路称为 “或”门 电路，简称“或” 门．
4．输出状态和输入状态呈相反的逻辑关系，叫做“非”逻辑关系，具有 “非”逻辑关系的电路被称为 “非”门 电路，简称“非”门．
封装而制成的电路． (2)优点：集成电路与由分立元件组装的普通电路相比，具有
__体__积___小_、 性能好和 省电等多项明显优势．
重量轻 、
[再判断] 1．电热水器只有在水箱充满水，而且水温低于某一温度时，加热开关才接 通，因此可采用“或”门电路．( ×) 2．汽车的两个车门其中一个被打开时，发光二极管就会报警，因此可以采用 “或”门电路．( √ ) 3．集成电路的优点是重量轻、体积小，性能好和省电等．( √ )
第3章 组合逻辑电路
例3-5的真值表 C 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 D 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 F1 F2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0
图3－9
3.2.2 组合逻辑电路设计举例 例3-3 设计一个三人按少数服从多数的表决电路。并用与 非门实现。 解：（1）由题意可知，三人代表三个输入变量，通过与 否的结果为一个输出变量。三个输入变量用字母A、B、 C表示，输出用F表示。列出真值表，见表3－2，输入变 量“1”表示同意，“0”表示不同意；输出变量“1”表示通 过，“0”表示不通过。 （2）对真值表用卡诺图化简，如图3－4所示，得到化简 函数 F=AB+BC+AC （3）把化简的与或式转换成“与非－与非”表达式`
_ I7 X 1 0 1 1 1 1 1 1 1
表3－6 表3-6 74148的真值表 输 入 输 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ I 6 I5 I4 I3 I2 I 1 I0 Y2 Y 1 Y0 X X X X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 X X X X X X X 0 0 0 0 X X X X X X 0 0 1 1 0 X X X X X 0 1 0 1 1 0 X X X X 0 1 1 1 1 1 0 X X X 1 0 0 1 1 1 1 0 X X 1 0 1 1 1 1 1 1 0 X 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1
S ABC ABC ABC ABC
C′= A B + A C + B C （3）把表达式转化为“与非－与非”表达式
第三章组合逻辑电路 (1)
第三章组合逻辑电路一、概述1、概念逻辑电路分为两大类：组合逻辑电路和时序逻辑电路数字逻辑电路中，当其任意时刻稳定输出仅取决于该时刻的输入变量的取值，而与过去的输出状态无关，则称该电路为组合逻辑电路，简称组合电路2、组合逻辑电路的方框图和特点（1）方框图和输出函数表达式P63输出变量只与当前输入变量有关，无输出端到输入端的信号反馈网络，即组合电路无记忆性，上一次输出不对下一次输出造成影响3、组合逻辑电路逻辑功能表示方法有输出函数表达式、逻辑电路图、真值表、卡诺图4、组合逻辑电路的分类（1）按功能分类常用的有加法器、比较器、编码器、译码器等（2）按门电路类型分类有TTL、CMOS（3）按集成度分类小、中、大、超大规模集成电路二、组合逻辑电路的分析方法 由电路图---电路功能 1、分析步骤（1）分析输入输出变量、写出逻辑表达式 （2）化简逻辑表达式 （3）列出真值表（4）根据真值表说明逻辑电路的功能 例：分析下图逻辑功能第一步：Y=A ⊕B ⊕C ⊕D 第二步： 第三步：A B C D Y 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 10 0 0 1=1=1=1CDY1 0 0 1 01 0 1 0 01 0 1 1 11 1 0 0 01 1 0 1 11 1 1 0 11 1 1 1 0第四步：即0和1出现的个数不为偶则输出1，奇偶个数的检验器三、组合逻辑电路的设计方法1、概念根据要求，最终画出组合逻辑电路图，称为设计2、步骤（1）确定输入输出变量个数（2）输入输出变量的状态与逻辑0或1对应（3）列真值表（4）根据真值表写出输出变量的逻辑表达式（5）对逻辑表达式化简，写出最简逻辑表达式（6）根据逻辑表达式，画出逻辑电路图例：三部雷达A、B、C, 雷达A、B的功率相等，雷达C是它们的两倍，发电机X最大输出功率等于A的功率，发电机Y输出功率等于A与C的功率之和，设计一个组合逻辑电路，根据雷达启停信号以最省电的方式开关发电机第一步：输入变量3个，输出变量2个第二步：雷达启动为1、发电机发电状态为1第三步：A B C X Y0 0 0 0 00 0 1 0 10 1 0 1 00 1 1 0 11 0 0 1 01 0 1 0 11 1 0 0 11 1 1 1 1第四步：卡诺图化简第五步：写逻辑表达式第六步：画逻辑电路图四、常用中规模标准组合模块电路一些常用的组合逻辑电路，如编码器、译码器、加法器等制成中规模电路，称为中规模标准组合模块电路1、半加器进行两个1位二进制数相加的加法电路称为半加器，如图3-11所示真值表如下：A B S C0 0 0 00 1 1 01 0 1 01 1 0 1根据真值表，写出逻辑表达式如下：S=AB+AB=A⊕BC=AB2、全加器即带低位上产生的进位的加法器真值表如下：A iB iC i-1S i C i0 0 0 0 00 0 1 1 00 1 0 1 00 1 1 0 11 0 0 1 01 0 1 0 11 1 0 0 11 1 1 1 1根据真值表，卡诺图化简后写出逻辑表达式如下：S i=A i⊕B i⊕C i-1C i=A i B i+C i-1(A i⊕B i)（为便于实现）根据逻辑表达式，画出电路图如图3-13所示3、加法器可以实现多位二进制数加法的电路（1）串行进位加法器低位全加器的进位输出端连到高位全加器的进位输入端，如图3-3所示（2）超前进位加法器C i=A i B i+C i-1(A i⊕B i)= A i B i+C i-1(A i B i+ A i B i）= A i B i C i-1+A i B i C i-1 +A i B i C i-1+ A i B i C i-1=A i B i+ B i C i-1+ A i C i-1= A i B i+C i-1（A i+B i）令P i=A i+B i，称P i为第i位的进位传输项，令G i=A i B i,称G i 为第i位的进位产生项，则第0位的进位为C0=G0+P0C-1,第1位的进位为C1=G1+P1 C0, C0带入C1，消去C0，得C1=G1+P1（G0+P0 C-1），同理，得C2= G2+P2（G1+ P1（G0+P0 C-1）），，C3= G3+ P3（G2+ P2（G1+P1（G0+P0 C-1））），即知道相加的二进制数的各位和最低位进位就可以超前确定进位，提高了速度，如图3-4所示4、乘法器完成两个二进制乘法运算的电路（1）乘法器P85（2）并行乘法器P855、数值比较器比较二进制数大小，输入信号是要比较的数，输出为比较结果（1）1位数值比较器A B M G L0 0 0 1 00 1 1 0 01 0 0 0 11 1 0 1 0M=ABG=AB+AB= AB+AB（便于逻辑实现）L=AB逻辑电路图如图3-5所示（2）4位数值比较器多位二进制数比较大小，先看最高位情况，如相等再看次高位情况，以此类推4位比较器为例，8个输入端（A3A2A1A0，B3B2B1B0），三个输出端（L，G，M）A>B，则A3>B3，或A3=B3且A2>B2，或A3=B3，A2=B2，A1>B1，或A3=B3，A2=B2，A1=B1，A0>B0设定AB的第i位比较结果为L i=A i B i，G i=A i B i+A i B i，M i=A i B i，则L=L3+G3L2+G3G2L1+G3G2G1L0同理, A=B 时，G=G3G2G1G0，A<B时，M=M3+G3M2+G3G2M1+G3G2G1M0,因A不大于也不等于B时即小于B，故M=LG=L+G（便于逻辑实现）逻辑电路图如P87图3-18所示（3）集成数值比较器4位数值比较器封装在芯片中，构成4位集成数值比较器，74ls85真值表如图3-6所示考虑到级联，增加了级联输入端（更低位的比较结果），级联时，如构成8位数值比较器，低四位比较结果为高四位数值比较器的级联输入端，而低四位的级联输入端应结为相等的情况（010），74ls85级联如图3-7所示cc14585真值表如图3-8所示，cc14585级联如图3-9所示6、编码器将输入信号用二进制编码形式输出的器件，若有N个输入信号，假设最少输出编码位数为m位，则2m-1<N<2m（1）二进制编码器以2位输出编码为例输入输出I0I1I2I3Y1Y01 0 0 0 0 00 1 0 0 0 10 0 1 0 1 00 0 0 1 1 1故Y1=I2+I3，Y0=I1+I3逻辑电路图如P89图3-22所示但当不止一个输入端有编码要求时该电路不能解决问题（2）二进制优先编码器3位二进制优先编码器为例8个输入端为I0~I7，输出端为Y2~Y1,假设I7的编码优先级最高，则对应真值表为：输入输出I0I1I2I3I4I5I6I7Y2Y1Y0×××××××0 0 0 0 ××××××0 1 0 0 1 ×××××0 110 1 0 ××××0 1110 1 1 ×××0 1111 1 0 0 ××0 11111 1 0 1 ×0 111111 1 1 0 0 1111111 1 1 1 “×”为任意值根据真值表，列出逻辑表达式如P90所示，逻辑图过于麻烦，略以上为低电平有效的情况，高电平有效真值表如图3-10所示，得A2=I4+I5+I6+I7,A1=I2+I3+I6+I7，A0=I1+I3+I5+I7, 逻辑图便于实现（3）8线-3线编码器74ls148编码器图形符号如图3-11所示，真值表如图3-12所示74ls148编码器级联，注意控制信号线的连接，级联图如图3-13所示选通信号有效，当高位芯片输入不全为1时，选通输出端为1，低位芯片不工作且二进制反码输出端为1，与门受高位芯片二进制反码输出端影响，扩展输出端为0，作为A3，根据输入情况不同，得编码0000~0111；选通信号有效，当高位芯片输入全为1时，高位芯片不工作，选通输出信号为0，低位芯片工作，高位芯片扩展输出端为1，作为A3，高位芯片二进制反码输出端全1，与门受低位芯片二进制反码输出端影响，根据输入情况不同，得编码1000~1111，即实现16线-4线编码器功能（4）9线-4线编码器74ls147编码器图形符号、真值表如图3-14所示注意，其输出对应十进制数的8421BCD码的反码（5）码组变换器将输入的一种编码转换为另一种编码的电路参见P92例3-5原理：加0011和加1011的原因7、译码器译码是编码的逆过程，将二进制代码转换成相应十进制数输出的电路（1）3线-8线译码器真值表如图3-15所示逻辑表达式如下：Y0=CBA、Y1=CBA……Y6=CBA、Y7=CBA（2）集成3线-8线译码器74LS138译码器符号如图3-16所示，真值表如图3-17所示注意三个选通信号，在级联时的作用，级联如图3-18所示74LS138译码器典型应用如图3-19所示（3）集成4线-10线译码器74LS42符号如图3-20所示，真值表如图3-21所示逻辑表达式如图3-22所示（4）显示译码器是用来驱动显示器件的译码器（A）LED数码管电能---光能（发光二极管构成）具有共阴极和共阳极两种接法，如图3-23所示，注意非公共端连接高电平或低电平时要串接限流电阻（B）显示译码器74LS47（驱动LED为共阳极接法的电路，驱动共阴极要用74LS48）引脚图如图3-24所示，真值表如图3-25所示要具有一定的带灌电流负载能力才能驱动LED相应段发光，显示效果如P99图3-35所示附加控制端用于扩展电路功能：灯测试输入LT：全亮灭零输入RBI：将不需要的“0”不显示以使得要显示的数据更醒目灭灯输入\灭零输入BI\RBO:作为输入使用，一旦为0则灯灭。
半导体集成电路部分习题答案(朱正涌)
第2章集成电路中的晶体管及其寄生效应
复习思考题
2.2利用截锥体电阻公式，计算TTL“与非”门输出管的 ，其图形如图题2.2
所示。
提示：先求截锥体的高度
-
然后利用公式： ，
注意：在计算W、L时,应考虑横向扩散。
2.3伴随一个横向PNP器件产生两个寄生的PNP晶体管，试问当横向PNP器件在4种可能的偏置情况下，哪一种偏置会使得寄生晶体管的影响最大?
若驱动mos管的脉冲频率为50khz电1110pf试求开关电容电路的等效电阻eff144图题144是一个mos开关电容等效电路写出电路等效电阻eff151图题151为某电路的过热保护电路为被保护管试以芯片为175时保护电路的状态来说明该电路的过热保护作用
第1章集成电路的基本制造工艺
1.6一般TTL集成电路与集成运算放大器电路在选择外延层电阻率上有何区别?为什么?
此电路实施反相器功能。
题9.4(b)中 和 若为无比，无法反相器功能。
9.5分析图题9.5所示的两相动态电路的逻辑功能，并说明各级电路分别是有比的还是无
比的。假如图中 ， ； 从 ， ，试画出图中,A,B,C,D和 各点的波形图
答：该电路为具有保持功能的多路选通开关。
该电路中除最后一级为无比电路外，余下均为有比电路。
答：
14.4图题14.4是一个MOS开关电容等效电路，φ和 为两个同频反相的驱动脉冲信号。
(1)分析电路工作原理；
(2)写出电路等效电阻 的表达式。
答：
第15章集成稳压器
复习思考题
15.1图题15.1为某电路的过热保护电路， 为过热保护管， ， 为被保护管，试
高中物理 第三章 从电表电路到集成电路 3.5 逻辑电路与集成电路 集成电路的分类及使用
集成电路的分类及使用概述集成电路是一种采用特殊工艺，将晶体管、电阻、电容等元件集成在硅基片上而形成的具有一定功能的器件，英文缩写为IC，也称芯片。
集成电路是60年代出现的，当时只集成了十几个元器件。
后来集成度越来越高，也有了今天的P－III。
分类集成电路根据不同的功能用途分为模拟和数字两大类别，而具体功能更是数不胜数，其应用遍及人类生活的方方面面。
集成电路根据内部的集成度分为大规模、中规模、小规模三类。
其封装又有许多形式。
“双列直插”和“单列直插”的最为常见。
消费类电子产品中用软封装的IC，精密产品中用贴片封装的IC等。
对于CMOS型IC，特别要注意防止静电击穿IC，最好也不要用未接地的电烙铁焊接。
使用IC也要注意其参数，如工作电压，散热等。
数字IC多用＋5V的工作电压，模拟IC工作电压各异。
集成电路有各种型号，其命名也有一定规律。
一般是由前缀、数字编号、后缀组成。
前缀表示集成电路的生产厂家及类别，后缀一般用来表示集成电路的封装形式、版本代号等。
常用的集成电路如小功率音频放大器LM386就因为后缀不同而有许多种。
LM386N 是美国国家半导体公司的产品，LM代表线性电路，N代表塑料双列直插。
集成电路型号众多，随着技术的发展，又有更多的功能更强、集成度更高的集成电路涌现，为电子产品的生产制作带来了方便。
在设计制作时，若没有专用的集成电路可以应用，就应该尽量选用应用广泛的通用集成电路，同时考虑集成电路的价格和制作的复杂度。
在电子制作中，有许多常用的集成电路，如NE555（时基电路）、LM324（四个集成的运算放大器）、TDA2822（双声道小功率放大器）、KD9300（单曲音乐集成电路）、LM317（三端可调稳压器）等。
这里有些集成电路的样子：标准的双列直插集成电路：标准的单列直插集成电路：集成电路介绍集成电路IC是封在单个封装件中的一组互连电路。
装在陶瓷衬底上的分立元件或电路有时还和单个集成电路连在一起，称为混合集成电路。
数字电路与逻辑设计第3章组合逻辑电路
（2）根据真值表，用卡诺图（图3-5 a）化简后，
可以得到该电路的逻辑函数表达式：
F AC BC AB
由于题目中没有特别要求以何种逻辑门 输出，所以可用与门和或门输出来实现 该逻辑功能，表达式形式无需转换。
（3）逻辑图 由化简后的表达式和真值 表可以看出，(图 3-5 b)即使该题的逻 辑电路图。
表 3-7 8线—3线编码器的真值表
因为任意时刻 I0 ～ I7 中只有一个值为“1”利 用约束项的知识把上述真值表化简后如表3-8 所示。
表 3-8 化简后的真值表
由真值表写出其对应的逻辑函数表达式：
Y2 I4 I5 I6 I7 I4I5I6I7 Y1 I2 I3 I6 I7 I2I3I6I7 Y0 I1 I3 I5 I7 I1I3I5I7
3) 将表达式转化成用“与非” 逻辑形式实 现的形式：
图3-9 （a）卡诺图 （b）逻辑电路
3.2 编码器
编码就是将特定的逻辑信号变换成 一组二进制的代码，而能够实现这种功 能的逻辑部件就称为编码器。编码器的 功能是将输入信号转换为对应的代码信 号，即是用输出的代码信号来表示相对 应的输入信号，以便于进行对代码进行 存储，传输及运算等处理。
FA A FB AB FC ABC FD ABCD
(3)由上述表达式可得其对应的优先编码逻辑 电路如图3-12所示。
图3-13 16线—4线优先编码器的逻辑电路
（2）根据列写出的逻辑问题的真值表，写出对应 的逻辑函数表达式。
（3）将得到的逻辑函数表达式进行变换和化简。 逻辑函数的化简可以利用我们前面所学习的代 数法或卡诺图法，从而得到逻辑函数的最简表 达式，对于一个逻辑电路，在设计时应尽可能 使用最少数量的逻辑门，逻辑门变量数也应尽 可能少用，还应根据题意变换成适当形式的表 达式。