电子技术基础(张龙兴版)全套课件-(7)

9.4TTL集成逻辑门第九章逻辑门电路9.1数字电路的特点及分析方法9.2晶体管的开关特性9.3逻辑门电路9.5COMS集成逻辑门本章小结1．数字信号的特点9.1数字电路的特点及分析方法电路中的数字信号在数值上是不连续的，不随时间连续变化，即为离散的电信号。2．数字电路的特点数字电路的基本工作信号是二进制的数字信号，即“0”和“1”，对应在电路上为低电平和高电平。所以电路简单，易于集成化。3．数字电路的分析方法数字电路主要是研究逻辑关系。通常，数字电路用逻辑代数、真值表、逻辑图等方法进行分析。9.2.1二极管的开关特性（1）实验电路9.2晶体管的开关特性①开关S置A端，VD导通，它呈现的正向压降很小，相当于开关的接通状态。当二极管的正向电阻和反相电阻有很大差别时，二极管即可作为开关使用。（2）结论②开关S置B端，VD截止，它呈现的反向电阻很大，相当于开关的断开状态。限幅电路又称削波电路。削波就是指将输入波形中不需要的部分去掉。（1）串联型上限幅电路1．限幅电路R：泄放电阻，为电路中可能接入的电容提供放电回路。9.2.2二极管开关的应用①电路9.2晶体管的开关特性②工作过程v1≥0→VD截止→vo=0v1≤0→VD导通→vo=vI限幅电平：把开始起限幅作用的电平称为限幅电平。电路全称为“限幅电平为零的串联型上限幅电路”。9.2晶体管的开关特性（2）并联型下限幅电路①电路②工作过程v1≥VG→VD截止→vo=vIv1VG→VD导通→vo=VG9.2晶体管的开关特性串联型限幅电路是利用二极管截止起限幅作用；而并联限幅电路是利用二极管导通起限幅作用。9.2晶体管的开关特性（3）结论它是限幅电平为VG的下限幅度电路，又因二极管与负载电阻并联，所以电路全称为“限幅电平为VG的并联型下限幅电路”。（1）电路组成把输入信号的底部或顶部钳制在规定电平上的电路称为钳位电路。2．钳位电路二极管两端与负载并联。（2）电路功能钳位效应，把输入信号的顶部钳制在0电平上。顶部电位在零电平的钳位电路如图所示。9.2晶体管的开关特性（3）电路原理电容C与二极管VD和电阻R组成的并联电路相串联，在输入脉冲信号作用下，形成对电容C的充放电过程。如果信号及电路参数满足有关条件，由于二极管的钳位效应，在二极管两端将获得把输入信号的顶部钳制在0电平的与输入脉冲信号反向的脉冲输出。9.2晶体管的开关特性1．饱和导通条件及其特点9.2.3三极管的开关特性9.2晶体管的开关特性（2）特点三极管处于饱和导通状态相当于开关的接通状态。（1）三极管的饱和条件条件：基极电流足够大，即IBIBSIBS为临界饱和的基极电流。也可表示为：BIcCCBSRVI≥9.2晶体管的开关特性关闭时间：三极管由饱和状态转换为截止状态所需要经历的一段时间，用表示toff。2．截止条件及其特点（1）三极管的截止条件为：VBE≤0（2）特点三极管的截止状态相当于开关的断开状态。开通时间：三极管由截止状态转换为饱和状态所需要经历的一段时间，用表示ton。开关时间：ton和toff总称为三极管的开关时间。9.2晶体管的开关特性3．三极管开关时间三极管相当于一个由基极电流控制通断的无触点开关。（1）电路组成9.2.4晶体管反相器9.2晶体管的开关特性V①输入为低电位时，即vI=0V时，三极管V截止，输出为高电位vOVCC=12V。②输入为高电位时，即vI=3V时，三极管V饱和导通，输出为低电位，vOVCES=0V。（2）工作原理9.2晶体管的开关特性V（3）波形图9.2晶体管的开关特性9.2.5加速电容器在电路的输入电阻R1的两端并联一个适量的电容器，就可达到提高开关速度的效果，电容CS称为加速电容。9.2晶体管的开关特性9.3.1与门电路9.3逻辑门电路1．与逻辑关系当决定一件事情的几个条件完全具备之后，这件事情才能发生，否则不发生。能实现与逻辑功能的电路称为与门电路。2．与门电路（2）逻辑功能有0出0。全1出1。Y=A·B（3）逻辑函数数式：9.3逻辑门电路（1）分析工作原理当A、B两输入端均为高电平时，二极管VD1、VD2导通，Y为高电平（3V）。当A、B两输入端均为低电平，或有一个输入端为低电平时，与低电平相连接的二极管导通，Y为低电平（0V）。（4）真值表：表明逻辑门电路输入端状态和输出端状态逻辑对应关系的表格。（5）符号：输入输出ABY0011010100019.3逻辑门电路与逻辑关系真值表如下。9.3.2或门电路1．或逻辑关系：当决定一件事情的几个条件中，只要有一个条件得到满足，这件事情就会发生。9.3逻辑门电路2．或门电路（2）逻辑功能有1出1。全0出0。Y=A+B（3）逻辑函数数式：9.3逻辑门电路（1）分析工作原理当A、B两输入端均为低电平时，二极管VD1、VD2截止，Y为低电平（0V）。当A、B两输入端有一个输入端为高电平，或全为高电平时，与高电平相连接的二极管导通，Y为高电平（3V）。（4）真值表：（5）符号：输入输出ABY0011010101119.3逻辑门电路9.3.3非门电路1．非逻辑关系：事情（输出信号）和条件（输入信号）总是呈相反状态。9.3逻辑门电路2．非门电路有0出1。有1出0。Y=A（4）直值表（3）逻辑函数数式：（2）逻辑功能（3）逻辑函数式：输入输出AY01109.3逻辑门电路输出信号与输入信号存在“反相”关系。即输入低电平，输出为高电平；输入高电平，输出为低电平。（1）分析工作原理9.3.4与非门3．逻辑符号Y=将一个与门和一个非门联结起来，就构成了一个与非门。2．逻辑函数数式1．与非门BA9.3逻辑门电路BAABA+BY=00110101000111104．真值表全1出0。有0出1。5．逻辑功能9.3逻辑门电路9.3.5或非门1．或非门在或门后面接一个非门，就构成或非门。2．逻辑函数数式3．逻辑符号BA+Y=9.3逻辑门电路BA+ABA+BY=00110101011110004．真值表全0出1。有1出0。5．逻辑功能9.3逻辑门电路9.3.6与或非门1．与或非门与或非门是由多个基本门组合在一起所构成的复合逻辑门，一般由两个或多个与门和一个或门，再和一个非门串联而成。2．逻辑函数数式：Y=CDAB+4．逻辑关系3．逻辑符号一组全1出0；各组有0出1。9.3逻辑门电路（5）真值表ABCDY000000001111111100001111000011110011001100110011010101010101010111101110111000009.3逻辑门电路9.3.7异或门1．逻辑符号2．逻辑函数数式：Y=BABA+或BAY9.3逻辑门电路3．真值表同出0。异出1。4．逻辑功能输入输出ABY0011010101109.3逻辑门电路9.3.8同或门1．逻辑函数数式：Y=或BAAB+Y=A⊙B输入输出ABY0011010110012．真值表同出1，异出0。3．逻辑功能9.3逻辑门电路9.4.1TTL集成电路的产品系列和外形封装常用的主要系列如表所示。9.4TTL集成逻辑门系列子系列名称国际型号部标型号TTLTTLHTTLSTTLLSTTLALSTTL基本型中速TTL高速TTL超高速TTL低功耗TTL先进低功耗TTLCT54/74CT54/74HCT54/74SCT54/74LSCT54/74ALST1000T2000T3000T4000TTL集成电路大都采用双列直插式外形封装。引线的编号判断方法：把标志置于左端，逆时针转向自下而上顺序读出序号。9.4TTL集成逻辑门1．输出高电平VOH和输出低电平VOL输出高电平时，要求输出电压足够高，输出低电平时，要求输出电压足够低。9.4.2TTL集成门电路主要参数2．输入高电平VIH和输入低电平VILVIH指输入高电平的最低值，VIL指输入低电平的最高值。把这两个值的中间值称为输入的阈值电压VIT。3．输出高电平电流IOH和输出低电平电流IOLIOH为输出为高电平时流出电流的极限值。IOL为输出为低电平时流入电流的极限值。9.4TTL集成逻辑门tPHL：入上50％－出下50％时间间隔。tPLH：入下50％－出上50％时间间隔。传输延时：tPHL和tPLH的平均值称为平均传输延迟时间。4．传输延迟时间tPHL和tPLH与非门输出端能驱动同类门的数目。5．扇出系数No9.4TTL集成逻辑门用一只CT74LS00四2输入与非门，可以组成一个简易的电源电压监视器。9.4.3TTL与非门应用举例9.4TTL集成逻辑门原理：接通电源，A点电压约5V左右，绿色LED1保持常亮。在电源正常时，调节电位器，使B点电位刚好处于与非门的门槛电压，此时黄色LED2和红色LED3均不亮。当电源电压偏低时，B点电位低于门槛电压，则门1输入为低电平，输出为高电平，故E点为高电平，F点为低电平，黄色LED2导通而发光，而红色LED3截止，不发光。当电源电压偏高时，B点电位上升，E点电位下降，F点电位上升，因而红色LED3导通而发光，黄色LED2因截止而不发光。9.4TTL集成逻辑门9.5.1CMOS反相器9.5CMOS集成逻辑门1．电路结构（1）当vI=VIL=0V时，V1截止；VGS2=-VDD，V2饱和，S2与D2极间相当于短路，所以vOVDD。2．工作原理（2）当vI=VIH=VDD时，V1的VGS1VTN，V1饱和导通，VGS2=0V，因而V2截止，S2与D2极间相当于开路，S1与D1相当于短路，所以vO=0V。CMOS反相器的电路结构。当输入低电平时，输出为高电平；当输入为高电平时，输出为低电平，实现了逻辑反相功能。3．特点9.5CMOS集成逻辑门（1）功耗低CMOS反相器不论是输出高电平还是低电平，都只有一个管子导通，因此电源电流均是极小的漏电流，功耗极低。由于管子导通时电阻都很小，这就大大缩短了负载端杂散电容的充放电时间，提高了开关速度。（2）开关速度高（3）抗干扰能力强由于CMOS反相器的电压传输特性比较理想，特性曲线的转折区比TTL陡直，故抗干扰能力更强。（4）输出幅度大输出电压幅度大，电源利用率高。9.5CMOS集成逻辑门9.5.2CMOS与非门当A、B端同时为高电平1时，V1、V2均导通，V3、V4均截止，输出端Y为低电平0，即“全1出0”。2．工作原理当A、B端有一个或两个为低电平时，串联的V1、V2有一个或两个截止，并联的V3、V4有一个或两个导通，输出端Y为高电平1，即“有0出1”。CMOS与非门的电路结构。1．电路结构9.5CMOS集成逻辑门3．真值表输入输出ABY0011010111109.5CMOS集成逻辑门9.5.3CMOS或非门当A、B端有高电平1时，驱动管V1或V2导通，输出端Y为低电平“0”，即“有1出0”；2．工作原理当A、B端都为低电平0时，驱动管V1或V2两个都截止，负载管V3和V4，同时导通，输出Y为高电平1，即“全0出1”。CMOS或非门的电路结构。1．电路结构9.5CMOS集成逻辑门3．真值表输入输出ABY0011010110009.5CMOS集成逻辑门9.5.4CMOS传输门CMOS传输门的电路结构。1．电路结构9.5CMOS集成逻辑门（1）当控制端C加高电平，若输入信号vI在0~VDD之间变化，则V1和V2中至少有一个管子导通，传输门的输入和输出之间程低阻状态，传输门导通，相当于开关接通。vo=vI。（2）当控制端C加低电平，只要vI在0~VDD变化，则两个管子均截止，即传输门截止，相当于开关断开。3．功能2．工作原理传输门是一种传输信号的可控开关电路，由于MOS管结构对称，其源极与漏极可对调使用，因此，传输门具有双向性，也称双向开关。9.5CMOS集成逻辑门9.5.5CMOS电路的应用系列子系列名称国标符号部标符号MOSCMOS互补场效晶体管型CC4000C00HCMOS高速CMOSCT54/74HCHCMOST与TTL兼容的高速CMOSCT54/74HCTCMOS集成电路的产品系列可参考表。1．产品系列和外形封装（2）电源不能接反，也不能超压。（1）输入端不