注册电气工程师资格考试数字电子技术学习资料逻辑门与组合逻辑电路.ppt
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1、2.1 二极管与三极管的开关特性,2.2 TTL门电路,2.3 MOS门电路,2.4 其他门电路及门电路应用,2.5 组合逻辑电路的分析与设计,2.6 编码器和译码器,2.7 数据选择器和数字比较器,综述,2.8 算术运算电路,2.9 竞争与冒险,逻辑门与组合逻辑电路,2.1 二极管与三极管的开关特性,2.2 TTL门电路,2.2.1 TTL门电路基础基本TTL与非门,2.2.2 TTL电路的电路类型,2.2.4 TTL集成电路系列,2.2.5 TTL门电路的应用,2.2.3 TTL电路的特性与参数,2.2.1 TTL门电路基础基本TTL与非门,2.2 TTL门电路,基础知识,2.2.2 TT
2、L电路的电路类型,2.2 TTL门电路,基础知识,2.2.3 TTL电路的特性与参数,2.2 TTL门电路,应用基础,基础知识,2.2.4 TTL集成电路系列,2.2 TTL门电路,基础知识,应用基础,2.2.5 TTL门电路的应用,2.2 TTL门电路,工程应用,基础知识,应用基础,TTL与非门电路,标准TTL电路,TTL与非门工作原理, 输入端至少有一个接低电平,0 .3V,3 .6V,3 .6V,1V,3 .6V,T1管:A端发射结导通,Vb1 = VA + Vbe1 = 1V,其它发射结均因反偏而截止., 5-0.7-0.7=3.6V,Vb1 =1V,所以T2、T5截止, VC2Vcc
3、=5V,T3:微饱和状态。 T4:放大状态。电路输出高电平为:,5V, 输入端全为高电平,3 .6V,3 .6V,2.1V,0 .3V,T1:Vb1= Vbc1+Vbe2+Vbe5 = 0.7V3 = 2.1V,因此输出为逻辑低电平VOL = 0.3V,3 .6V,发射结反偏而集电极正偏.处于倒置放大状态,T2:饱和状态,T3:Vc2 = Vces2 + Vbe51V,使T3导通,Ve3 = Vc2-Vbe3 = 1-0.70.3V,使T4截止。,T5:深饱和状态,,TTL与非门工作原理, 输入端全为高电平,输出为低电平, 输入至少有一个为低电平时,输出为高电平,由此可见电路的输出和输入之间满
4、足与非逻辑关系,TTL与非门工作原理,TTL与非门工作速度,存在问题:TTL门电路工作速度相对于MOS较快,但由于当输出为低电平时T5工作在深度饱和状态,当输出由低转为高电平,由于在基区和集电区有存储电荷不能马上消散,而影响工作速度。,改进型TTL与非门,可能工作在饱和状态下的晶体管T1、T2、T3、T5都用带有肖特基势垒二极管(SBD)的三极管代替,以限制其饱和深度,提高工作速度,返回,改进型TTL与非门, 增加有源泄放电路,1、提高工作速度,减少了电路的开启时间,缩短了电路关闭时间,2、提高抗干扰能力,T2、T5同时导通,因此电压传输特性曲线过渡区变窄,曲线变陡,输入低电平噪声容限VNL提
5、高了0.7V左右,TTL门电路的特性与参数(以与非门为例), 电压传输特性,TTL“与非”门输入电压VI与输出电压VO之间的关系曲线,即 VO = f(VI),应用基础,VOFF,VSH,Von,VSL,工作电平与抗干扰能力:,关门电平VOFF:,开门电平VON:,低电平噪声容限V NL:,V NL= V OFF - VSL,高电平噪声容限V NH:,V NH= V SH - VON,应用基础,TTL门电路的特性与参数,保证输出为标准高电平VSH的最大输入 电平值,保证输出为标准低电平VSL的最小输入 电平值,输入特性:,输入电流与输入电压之间的关系曲线,即II = f(VI),1. 输入短路
6、电流ISD(也叫输入低电平电流IIL),对标准TTL电路,当VIL = 0V时由输入端流出的电流,2. 输入漏电流IIH(输入高电平电流),一个输入端接高电平,其余输入端接低电平,经该输入端流入的电流。标准TTL电路IIH10A。,TTL门电路的特性与参数,应用基础,对照电路,扇出系数NO:,在灌电流(输出低电平)状态下驱动同类门的个数。,其中IOLmax为最大允许灌电流,IIL是一个负载门灌入本级的电流(1.4mA)。No越大,说明门的负载能力越强。对标准TTL,要求No8。,问题讨论,工程实践中应任何使用No?,TTL门电路的特性与参数,应用基础, 平均传输延迟时间tpd,导通延迟时间tP
7、HL:输入波形上升沿的50%幅值处到输出波形下降沿50% 幅值处所需要的时间;,截止延迟时间tPLH:从输入波形下降沿50% 幅值处到输出波形上升沿50% 幅值处所需要的时间;,平均传输延迟时间tpd:,应用基础,TTL门电路的特性与参数,其它类型TTL门电路,三态逻辑门(TSL),集电极开路TTL“与非”门(OC门),集电极开路TTL“与非”门(OC门),1,0,当将两个TTL“与非”门输出端直接并联时:,产生一个大电流1、抬高门2输出低电平2、会因功耗过大损坏门器件,注:TTL输出端不能直接并联,TTL与非门电路,集电极开路TTL“与非”门(OC门),当输入端全为高电平时,T2、T5导通,
8、输出F为低电平;,输入端有一个为低电平时,T2、T5截止,输出F高电平接近电源电压VC。, OC门完成“与非”逻辑功能,逻辑符号:,输出逻辑电平:低电平0.3V高电平为VC(5-30V), 负载电阻RL的选择,(自看作考试内容),集电极开路TTL“与非”门(OC门),集电极开路TTL“与非”门(OC门),OC门需外接电阻,所以电源VC可以选5V30V,因此OC门作为TTL电路可以和其它不同类型不同电平的逻辑电路进行连接,三态逻辑门(TSL),1,0,输出F端处于高阻状态记为Z,Z,低电平使能,高电平使能,返回, 三态门的应用,1. 三态门广泛用于数据总线结构,任何时刻只能有一个控制端有效,即只
9、有一个门处于数据传输,其它门处于禁止状态,2. 双向传输,当E=0时,门1工作,门2禁止,数据从A送到B;,E=1时,门1禁止,门2工作,数据从B送到A。,三态逻辑门(TSL),2.3 MOS门电路,基础知识,2.2.1 NMOS门电路,2.2.2 CMOS门电路,NMOS反相器,数字逻辑电路中的MOS管均是增强型MOS管,它具有以下特点:,当|VGS|VT| 时,管子导通,导通电阻很小,相当于开关闭合,当|VGS|VT| 时,管子截止,相当于开关断开,设电源电压VDD = 10V,开启电压VT1 = VT2 = 2V。,1 A输入高电平VIH = 8V,,2 A输入低电平VIL = 0.3V
10、时,, 电路实现逻辑“非”功能:,工作管,负载管,T1、T2均导通,输出为低电平VOL 0.3V;,T1截止T2导通,电路输出高电平VOH = VDD - VT2 = 8V;,基础知识,NMOS与非门,工作管串联,负载管,T1和T2都导通,输出低电平;,2 当输出端有一个为低电平时,,与低电平相连的驱动管就截止,输出高电平;,电路实现 “与非”功能:,注:,增加输入,只增加串联驱动管的个数,但输入不可过多,一般不超过3。,1,1,通,通,0,1 当两个输入端A和B均为高电平时,,0,1,止,通,1,基础知识,PMOS,NMOS,1 输入为低电平VIL = 0V时,VGS1VT1,T1管截止,,
11、|VGS2| VT2,电路中电流近似为零(忽略T1的截止漏电流),VDD主要降落在T1上,输出为高电平VOHVDD,T2导通;,2 输入为高电平VIH = VDD时,T1通T2止,VDD主要降在T2上,输出为低电平VOL0V。,实现逻辑“非”功能,基础知识,CMOS电路,讨 论,根据CMOS反相器,如何构成CMOS与非门和或非门?,CMOS电路,当A和B为高电平时,1,0,1,0,1,1,当A和B有一个或一个以上SHI 4为低电平时,,电路输出高电平。,输出低电平;, 电路实现“与非”逻辑功能,基础知识,CMOS电路,当A = B = 0,,0,0,1,1,0,当A = B = 1,,1,1,
12、1,1,0,TG接通,C = B = 1,反相器2的两只MOS管都截止,输出F=0。,输入端A和B相同时:,得:输入端A和B相同, 输出 F=0,基础知识,输入端A和B不同时:,当A = 1,B = 0,,1,0,0,0,1,输出F=1;,当A = 0,B = 1,,0,1,1,0,1,输出F=1。,得:输入端A和B不同, 输出 F=1。,CMOS电路,基础知识, 输入端A和B不同,输出F=1;, 输入端A和B相同,输出 F=0。,由此可知,该电路实现的是“异或”逻辑功能:,CMOS电路,基础知识,TN和TP均截止,VI由0VDD变化时,传输门呈现高阻状态,相当于开关断开, CL上的电平保持不
13、变,这种状态称为传输门保存信息,VI在VTVDD范围变化时TP导通,即VI在0VDD范围变化时,TN、TP中至少有一只管子导通,使VO=VI,这相当于开关接通,这种状态称为传输门传输信息。,VI由0(VDD-VT)范围变化时TN导通,基础知识,CMOS电路,1 当C 为低电平时, TN、TP截止传输门相当于开关断开;,2 当C为高电平时,TN、TP中至少有一只管子导通,使VO=VI,这相当于开关接通,传输门传输信息;,传输门相当于一个开关,,且是一个双向开关。,CMOS电路,基础知识,电路图,1、电路结构,2、逻辑符号,CMOS电路,基础知识,CMOS电路的特点,1.功耗小:CMOS门工作时,
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