第20章门电路和组合逻辑电路

常用的 TTL“与非”门电路如图所示，
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其中T1是多发射极晶体管，它的集电结可看成一个二极管，发射结看成与其背靠背的三个二极
管，这样，T1的作用和二极管“与”门的作用完全相似。
TTL“与非”门电路的工作原理(高电平：3.6V，低电平 0.3V)：
1、 输入端不全为“1”的情况
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第 20 章 门电路和组合逻辑电路
一、 本章教学目的和要求： 1. 掌握基本门电路的逻辑功能、逻辑符号、真值表和逻辑表达式。了解 TTL 门电路、CMOS 门电路
的特点。 2. 会用逻辑代数的基本运算法则、卡诺图化简逻辑函数。 3. 掌握分析和设计简单组合逻辑电路的方法。 4. 了解加法器、编码器、译码器等常用组合逻辑
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电路中，开关 A 和 B 并联，当 A 接通“或”B 接通“或”A 和 B 都接通时，电灯就亮，由“或” 逻辑关系表可得“或”逻辑状态表。
逻辑关系表
AB
Y
断断 灭
断通 亮
通断 亮
通通 亮
逻辑状态表
AB
Y
00
0
01
１
10
１
11
1
“或”逻辑关系表示为 A+B=Y，称为“或”运算，或称逻辑加法运算。 0+0=0, 1+0=1, 0+1=1, 1+1=1 (与二进制数的加法区别开)
Y = A+B+C
“与非”逻辑状态表
ABC
Y
000
1
001
1
010
1
011
1
100
1
101
1
110
1
111
0
“或非”逻辑状态表
ABC
Y
000
1
001
0
010
0
011
0
100
0
101
0
110
0
111
0
20.4 TTL 门电路
本节讨论的是一种集成门电路，在基本门电路“与”“或”“非”和由它们组合而成的“与非” “或非”等门电路中，应用最普通的是“与非”门电路。 一、TTL“与非”门电路
学时分配 20.1-20.2 共 0.5 学时
20.3-20.4 共 1 学时
本章总学时
20.4 TTL 门电路
介绍三态输出“与非门”电路的重要用途。
20.5 逻辑代数
20.6 组合逻辑电路的分 析和综合
介绍分析与设计逻辑电路的数学工具--逻辑代数 的运算规则、化简方法，卡诺图化简法。 分析组合逻辑电路就是要讨论它的输出变量与输 入变量间的逻辑函数关系。一般步骤为：
−
“非”逻辑关系可表示为Y= A
上述三种是基本逻辑门电路。 为丰富逻辑功能，可以把它们组合成为组合门(复合门)。常用的一种是“与非”门电路，即将 二极管“与”门和晶体管“非”门联接而成。
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出为“0”当输入端有一个或几个为“0”时，输出为“1”。
பைடு நூலகம்
“ 与非” 门的逻 辑功能 是：当 输入端 全为 “1” 时，输
2、晶体管“非”门电路
晶体管“非”门电路不同于放大电路，管子的工作状态或从截止转为饱和，或从饱和转为截止。 “非”门电路只有一个输入端A，当A为“1”(3V)时，晶体管饱和，输出端Y为“0”(0V左右), 当A 为“0”时，晶体管截止输出端Y为“1”(其电位近似等于UCC),故也称反相器。UBB为使管子可靠截止。
20.9 译码器和数字显示 介绍该电路的基本结构、工作原理和使用方法。 0.5 学时
习题课
讲解或讨论本章内容的综合性习题。
1 学时
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20.1 脉 冲 信 号
模拟信号：大小随时间连续变化(模拟物理量的变化) 研究的重点：信号产生(如天线接收信号)放大、反馈、整形等。 研究的方法：图解法、微变等效电路法。 脉冲信号：在短暂的时间内突然作用的断续信号。有连续部分 数字信号：在时间上和数值上都是离散的不连续的(属于脉冲信号的范畴),其特点是变量只有两种可
在逻辑系统中，门电路不是用有触点的开关(速度太慢)而是用二极管和晶体管等元件组成，但 常用的是各种集成门电路。门电路的输入和输出信号都是用电位(或电平)的高低来表示。
正逻辑系统：规定高电平为“1”，低电平为“0”。 负逻辑系统：规定低电位为“1”，高电位为“0”。 分析逻辑电路，必须搞清采用的是正逻辑还是负逻辑，否则将无法分析，如果没有特殊说明， 采用的都是正逻辑。 基本逻辑门电路有“与”门，“或”门，“非”门。
2、二极管“或”门电路 与“与”门相比较，二极管极性反接，并采用了负电源。
A、B、C中只要有一个为“1”(3V)，输出就为“1”，如A为“1”，则A端电位比B、C高，电流从A 经DA、R流向电源负端，DA优先导通。Y端电位比A端略低，仍属于 3V左右，所以Y为“1”，Y端的 电位比输入端B、C高。DB和DC起隔离作用。 如有一个以上的输入端为“1”时，当然输出 Y 也为“1”，只有当 A、B、C 全为“0”时，Y 才 为“0”。三管都通，合乎“或”门的要求。 即 Y=A+B+C 三、“非”门 1、“非”的逻辑关系 条件满足时，事情不发生，条件不满足时事情才发生。 如图电路
使T2饱和，T2的发射极电流在R3上产生的压降又为T5提供足够的基极电流， 使T5饱和，所以输出端的
电位为VY=0.3V , 即“0”
T2的集电极电位为 : VC2=UCE2+UBE5=0.3+0.7=1V
20.3 分立元件门电路
在数字电路中，门电路是最基本的逻辑单元，所谓“门“就是一种开关(与普通门相似)，在一 定条件下它能允许信号通过，条件不满足，信号就不通过。因此，门电路的输入信号与输出信号之 间存在一定的逻辑关系。所以门电路又称为逻辑门电路。
逻辑电路中所有逻辑变量的取值只有两种可能用“1”和“0”来代表，这里的“1”和“0”不 是数的大小，而是代表逻辑变量的两种状态，如是与非等。(此概念很重要)
当A、B、C不全为“1”时，即有一个或两个为“0”(0V)，如A为“0”，则DA优先导通。A导通后 Y的电位比 0V略高，故DB、DC承受反向电压而截止，把B、C端的高电位和输出端Y隔离开了。因此Y为 “0”，正合乎“与”门的要求，即Y=A·B·C。
二、“或”门 1、“或”的逻辑关系
在决定某件事的诸条件中，只要满足一个或一个以上的条件，这件事就发生。 如图照明电路
“与非”逻辑关系为： Y = A ⋅ B ⋅ C
输出端与+3V 相联的二极管 D，在晶体管截止时起箝位作用。保证此时输出端的电位约为 3V 多 一些，使输出、输入的“1”电平一致，若高电平为 12V，则输入也需 12V，太高，对元件也不利。
也可用二极管“或”门和晶体管“非”门联成“或非”门电路。
其逻辑式为：
已知逻辑图→写逻辑式→化简或变换→列真 值表→分析逻辑功能。
组合逻辑电路的综合，就是根据要求，设计 电路：一般步骤为：
已知逻辑要求→列真值表→写逻辑式→化简 或变换→画逻辑图
1 学时 重点
2 学时 重点
7 学时
20.7 加法器 20.8 编码器
介绍该电路的基本结构、工作原理和使用方法。
0.5 学时
介绍该电路的基本结构、工作原理和使用方法。 0.5 学时
(因IB3很小，可忽略)
=5-0.7-0.7=3.6V
即输出为 1
由于T5截止，接负载时，电流从UCC经R4 流向每个负载门，称拉电流。
2、 输入端完全为“1”的情况
当A、B、C全为“1”(3.6V)时 ，设T1导通， 则VB1=3.6+0.7=4.3V， 足以使T2、T5饱和导通 ，
则UB1=2.1V， 使T1的几个发射结都处于反偏 ，故电源通过R1和T1的集电结向T2提供足够的基极电流，
集电极饱和电流：
I C (sat )
=
U CC
− U CE (sat ) RC
≈ U CC RC
刚达到饱和时IC=βIB还存在，但IB再增加，饱和越深。
IC=IC(sat)< βIB
或
IB
≥
I C (sat ) β
=
I
' B
临界饱和时的基极电流
特点：UBE=0.7V，UCE=UCE(sat)=0.3V≈0 结论：当晶体管饱和时，UCE(sat) ≈0。发射极与集电极之间如同一个开关的接通，其间电阻很 小，当晶体管截止时，IC≈0,e,c间如同一个开关的断开，其间电阻很大，此即晶体管的开关作 用。 数字电路就是利用晶体管的开关作用进行工作的，晶体管时而从截止跃变到饱和，时而从饱和 跃变到截止，只是在饱和和截止两种工作状态转换瞬间经过放大状态。 例：略
逻辑关系表
AB
Y
断断 灭
断通 灭
通断 灭
通通 亮
逻辑状态表
AB
Y
00
0
01
0
10
0
11
1
“与”逻辑关系可用 A·B=Y 表示 ，称为“与”运算或称逻辑乘法运算 。 0·0=0；1·0=0；0·1=0；1·1=1。
2、二极管“与”门电路 实际的门电路不能用触点开关，而是由二极管和晶体管组成。
如图 A、B、C 是三个输入端，Y 是输出端，采用正逻辑，若高电平为 3V，低电位为 0V(不同场 合，规定不同)。当 A、B、C 全为“1”时(3V)，三管都导通，Y 的电们位比 3V 略高(硅 0.7V，锗 0.3V)， 仍属于“3V 左右”，因此 Y 为“1”。
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电路中联动开关有两个触点，任一个接通另一个就断开，用 A 和 A 表示，当 A 接通时 A 断开，