门电路.docx

门电路.docx

《门电路.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《门电路.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

门电路

门电路

2009-11-1712:

29:

11|  分类：

电路|  标签：

|字号大中小 订阅

教学要求：

熟练掌握最简单的与、或、非门电路；

掌握TTL门电路、CMOS门电路特点和逻辑功能（输入输出关系）；

掌握TTL门电路、CMOS门电路的电气特性；

理解TTL门电路、CMOS门电路在应用上的区别。

了解特殊的门电路，如OC门，三态门，CMOS传输门。

教学重点：

TTL门电路的外部特性，逻辑功能、电气特性。

CMOS门电路的外部特性，逻辑功能、电气特性。

2.1概述

门电路——用以实现各种基本逻辑关系的电子电路

正逻辑——用1表示高电平、用0表示低电平

负逻辑——用0表示高电平、用1表示低电子的情况。

2.2分立元件门电路

2.2.1二极管的开关特性

图2.2.1二极管静态开关电路及其等效电路

（a）电路图（b）输入高电平时的等效电路（c）输入低电平时的等效电路

二、动态开关特性在高速开关电路中，需要了解二极管导通与截止间的快速转换过程。

图２.２.２二极管动态开关特性

（a）电路图（b）输入脉冲电压波形（c）实际电流波形

当输入电压UI由正值UF跃变为负值UR的瞬间，VD并不能立刻截止，而是在外加反向电压UR

作用下，产生了很大的反向电流IR，这时iD＝IR≈-UR／R，经一段时间

trr后二极管VD才进人截止状态，如图3.2.3（c）所示。

通常将trr称作反向恢

复时间。

产生trr的主要原因是由于二极管在正向导通时，P区的多数载流子空穴大

量流入N区，N区的多数载流子电子大量流入P区，在P区和N区中分别存储了

大量的电子和空穴，统称为存储电荷。

当UI由UF跃变为负值UR时，上述存储

电荷不会立刻消失，在反向电压的作用下形成了较大的反向电流IR，随着存储电荷

的不断消散，反向电流也随之减少，最终二极管VD转为截止。

当二极管VD由截

止转为导通时，在P区和N区中积累电荷所需的时间远比trr小得多，故可以忽略。

2.2.2三极管的开关特性

一、静态开关特性及开关等效电路

2.3.1二极管门电路

一、二极管与门电路

图２.３.１　二极管与门的工作原理

二、二极管或门电路

图２.３.２　二极管或门的工作原理

（a）电路图　（b）逻辑符号　（c）工作波形

表2.3.1或门输入和输出的逻辑电平       表2.3.2或门的真值表

2.3.2三极管非门电路

图２.３.３　三极管非门的工作原理

（a）电路图　（b）逻辑符号　（c）工作波形

表2.3.3非门的真值表

２.３.３　组合逻辑门电路

图２.３.４　　　与非门电路及其逻辑符号

（a）电路图　（b）逻辑符号

二、或非门电路

列出其真值表

图2.3.5或非门电路及其逻辑符号

（a）电路图　（b）逻辑符号

2.4.1TTL与非门

内部电路只需了解原理，外部特性要掌握。

一、TTL与非门的工作原理

1．电路结构

2．工作原理

①输入有低电平0.3V：

K点电位为1V;V1导通V2,V5截止，V3V4导通。

（F为3.6V高电平。

）

②输入全为高电平3V则K点电位3.7V在三个PN结的钳制下VK=2.1vV1集

电结正偏发射结反偏。

R1处于倒置工作状态（B反）R1V5-饱和M点电位1V则V3

——微导通V4——截止（则F=0.3V低电平）

由①、②

图2.4.1CT74S系列与非门及其逻辑符号（a）电路图　（b）逻辑符号

1．采用抗饱和三极管

三极管饱和越深，其工作速度越慢。

要提高电路的工作速度，就必须设法使三极管工作在

浅饱和状态，为此，需采用抗饱和三极管。

2．采用有源泄放电路

在V5导通后，V6接着导通，分流了V5的部分基极电流，使V5工作在浅饱和状态，

这也有利于缩短V5由导通向截止转换的时间。

当V2由导通转为截止后，由于V6仍处于导通状态，为V5基区存储电荷的泄放提供了

低阻通路，加速了V5的截止，从而缩短了关闭时间。

三、电压传输特性和噪声容限

1．电压传输特性

2．关门电平、开门电平和阈值电压

（1）关门电平

在保证输出为标准高电平USH（常取USH＝3V）时，允许输入低电平的最大值称为关

门电平,用UOFF表示。

由上图可得UOFF≈1.0V。

显然，只有当输入uI＜UOFF

时，与非门才关闭，输出高电平。

（2）开门电平

在保证输出为标准低电平USL（常取USL＝0.3V）时，允许输入高电平的最小值称

为开门电平用UON表示。

由上图可得UON≈1.2V。

显然，只有当uI＞UON时，与

非门才开通，输出低电平。

（3）阈值电压

工作在电压传输特性转折区中点对应的输入电压称为阈值电压，又称门槛电平。

3．噪声容限搞干扰能力

VNL（低电平噪声容限）=VOFF－VIL

VNL（高电平噪声容限）=VIH－VON

四、输入负载特性

图２.４.２　TTL与非门的输入负载特性　（a）电路图　（b）输入负载特性

五、输出负载特性

输出电压U0随负载电流i0变化的特性曲线称为输出负载特性。

图2.4.3　TTL与非门的传输延迟时间

2.4.2其它功能的TTL门电路

一、集电极开路与非门（OC门）

1．OC门的工作原理

工作原理：

当输入人A、B、C都为高电平时，V2和V5饱和导通，输出低电平；当输入A、B、C

中有低电平时，V2和V5截止，输出高电平。

因此，OC门具有与非功能，其逻辑表达式为：

图２.４.４集电极开路与非门及其逻辑符号　　　（a）电路图　（b）逻辑符号

２：

用OC门实现与

图２.４.５用OC门实现与

３：

驱动显示器

图2.4.6显示电路

３：

实现电平转换

图2.4.7用OC门实现电平转换

二、与或非门

图2.4.8 与或非门及其逻辑符号　　（a）电路图　（b）逻辑符号

三、三态输出门（TSL门）1．三态输出门的工作原理

图２.４.９三态输出与非门及其逻辑符号

2．三态输出门的应用

{

（1）用三态输出门构成单向总线一个高一个低，然后还有一个高阻（挂起）。

总线只允许同时只有一个使用者。

通常在数据总线上接有多个器件，每个器件通过OE/CE之类的信号选通。

如器件没有选通的话它就处于高阻态，相当于没有接在总线上，不影响其它器件的工作。

如果你的设备端口要挂在一个总线上,必须通过三态缓冲器.因为在一个总线上同时只能有一个端口作输出,这时其他端口必须在高阻态,同时可以输入这个输出端口的数据.所以你还需要有总线控制管理,访问到哪个端口,那个端口的三态缓冲器才可以转入输出状态.这是典型的三态门应用,如果在线上没有两个以上的输出设备,当然用不到三态门,而线或逻辑又另当别论了.

}

（2）用三态输出门构成双向总线（自己理解：

使能无效时候，三态门就是普通的与非门的作用；使能有效时候，三态门输出为高祖态，即相当与断开是一样的。

）

图2.4.10用三态门构成单向总线　　图2.4.11用三态门构成双向总线

2.4.5TTL集成逻辑门的使用注意事项

一、电源电压及电源干扰的消除，对74系列应满足5V5％的要求。

二、输出端的连接

三、闲置输入端的处理

（1）对于与非门的闲置输人端可直接接电源电压VCC，或通过1～10k的电阻接电源VCC。

（2）如前级驱动能力允许时，可将闲置输人端与有用输人端并联使用，如图3.3.18（C）所示。

（3）在外界干扰很小时，与非门的闲置输人端可以剪断或悬空。

但不允许接开路长线，以免引入干扰

而产生逻辑错误。

（4）或非门不使用的闲置输人端应接地，对与或非门中不使用的与门至少有一个输人端接地，

四、电路安装接线和焊接应注意的问题

五、调试中应注意的问题

§2-5CMOS门电路

CMOS应用广泛、工艺简单、抗干扰能力强、集成度高、功耗小、价廉高5V低0VIG（控制极）

一、MOS反相器

1、MOS管开关特性⑴CMOS

⑤、输出范围大（顶天立地）VOH=VDD、VOL=0V

1．与非门驱动管串联、负载管并联（图略）

②单双掷控制开关

本章小结

一、TTL电路

输入级采用多发射极晶体管，输出级采用推拉式结构，所以工作速度较快，负载能力较强，

是目前使用最广泛的一种集成逻辑门。

应掌握好TTL门电气特性和参数。

二、CMOS电路

属于单极型电路，CMOS电路具有高速度、功耗低、扇出大、电源电压范围宽、抗干扰能

力强、集成度高等一系列特点，使之在整个数字集成电路中占据主导地位的趋势日益明显