第二章-逻辑门课件.ppt

1、第二章第二章 逻逻 辑辑 门门 获得高、低电平的基本方法 利用半导体开关元件的导通、截止（即开、关）两种工作状态。逻辑0和1 电子电路中用高、低电平来表示。逻辑门电路 用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。简称门电路。基本和常用门电路有与门、或门、非门（反相器）、与非门、或非门、与或非门和异或门等。半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性1 1、二极管的开关特性二极管的开关特性正极负极uD +ui RL +uo D开关电路 IF 0.5 0.7iD(mA)uD(V)伏安特性UBR0 +ui=0V RL +uo Dui=0V时的等效电路 +ui=5V RL +uo D 0.7Vui=5V 时的等

2、效电路uououi0V时，二极管截止，如同开关断开，uo0V。ui5V时，二极管导通，如同0.7V的电压源，uo4.3V。单向导电性2 2、三、三极管的开关特性极管的开关特性 NPN型三极管截止、放大、饱和3 种工作状态的特点工作状态截 止放 大饱 和条 件iB00iBIBSiBIBS偏置情况发射结反偏集电结反偏uBE0，uBC0，uBC0，uBC0集电极电流iC0iCiBiCICSce间电压uCEVCCuCEVCCiCRcuCEUCES0.3V工作特点ce间等效电阻很大，相当开关断开可变很小，相当开关闭合Q2ui iB e Rb biC(mA)直流负载线 VCC Rc 0+VCCiC uo工

3、作原理电路输出特性曲线80A60A40A20AiB=00 UCES VCC uCE(V)0 0.5 uBE(V)输入特性曲线iB(A)Q1Q Rc cRbRc+VCCbce截止状态饱和状态iBIBSui=UIL0.7Vuo=+VCCui=UIHuo=0.3VRbRc+VCCbce0.7V0.3V饱和区截止区放大区10kui iB eRb b+VCC=+5ViC uo Rc1k c=40ui=0.3V时，因为uBE0.7V，iB=0，三极管工作在截止状态，ic=0。因为ic=0，所以输出电压：ui=1V时，三极管导通，基极电流：因为0iBIBS，三极管工作在饱和状态。输出电压：uoUCES0.3

4、V3 3、场效应、场效应管的开关特性管的开关特性 iD(mA)0uDS(V)0 UT uGS(V)iD(mA)uGS=10V8V6V4V2V工作原理电路转移特性曲线输出特性曲线uiuiGDSRD+VDDGDSRD+VDDGDSRD+VDD截止状态uiUTuo0 分立元件门电路分立元件门电路1 1、二极管与门二极管与门+VCC(+5V)R 3k Y D1A D2B5V0VABY&uA uBuYD1 D20V 0V0V 5V5V 0V5V 5V0.7V0.7V0.7V5V导通 导通导通 截止截止 导通截止 截止A BY0 00 11 01 10001Y=ABA D1B D2 5V 0V YR3k2

5、 2、二极管或门二极管或门ABY 1uA uBuYD1 D20V 0V0V 5V5V 0V5V 5V0V4.3V4.3V4.3V截 止 截 止截 止 导 通导 通 截 止导 通 导 通A BY0 00 11 01 10111Y=A+B A =30+5V Y 电路图 1 逻辑符号 A Y 1k 4.3k 3 3、三极管非门三极管非门uA0V时，三极管截止，iB0，iC0，输出电压uYVCC5VuA5V时，三极管导通。基极电流为：iBIBS，三极管工作在饱和状态。输出电压uYUCES0.3V。mA1mA3.47.05Bi三极管临界饱和时的基极电流为：mA16.01303.05BSIAY0110AY

6、 AA1电路图逻辑符号YYGSDB+VDD+10V RD20k当uA0V时，由于uGSuA0V，小于开启电压UT，所以MOS管截止。输出电压为uYVDD10V。当uA10V时，由于uGSuA10V，大于开启电压UT，所以MOS管导通，且工作在可变电阻区，导通电阻很小，只有几百欧姆。输出电压为uY0V。AY 2.2 TTL数字集成逻辑门数字集成逻辑门2.2.12.2.1基本基本TTL与非门工作原理与非门工作原理 一、电路结构 由输入级、中间级、输出级三部分构成。P21 说明 多发射极三极管T1。二、工作原理假定输入信号高电平为3.6V，低高电平为0.3V，三极管饱和时Vce约为0.3V。1、输入

7、有低，输出为高VA=0.3V T1之A射结导通 Vb1=0.3+0.7=1.0V T2、T4截止另：Vcc、R2 T3、D3导通 Vo=5-0.7-0.7=3.6V2、输入全高，输出为低VI全高 T2、T4导通 Vb1=2.1V T1倒置 T1之AI约为1 Ib2约等于Ib1 只要R1、R2参数合适 T2饱和 Vc2=1.0V T3、D截止 Vo=0.3V BAYuA uBuY0.3V 0.3V0.3V 3.6V3.6V 0.3V3.6V 3.6V3.6V3.6V3.6V0.3VA BY0 00 11 01 11110功能表功能表真值表真值表逻辑表达式逻辑表达式 D1、D2的作用？回顾三个构成

8、部分 P212.2.3 2.2.3 集电极开路集电极开路门和三态门门和三态门一、集电极开路门（OC门）TTL与非门的一个缺点TTL与非门的输出端不能直接连在一起！OC 与非门的电路结构 A B+VCC Y R Y A B C D&OC 门线与图+VCC R Y1 Y2 T1 T2 T3 uB1 问题的提出：为解决一般TTL与非门不能“线与”的问题而设计的。A、B不全为1时，uB1=1V，T2、T3截止，Y=1。接入外接电阻R后：A、B全为1时，uB1=2.1V，T2、T3饱和导通，Y=0。BAYOC门CDABCDABYYY21二、三态门（TSL门）1.电路结构 2.工作原理（1）EN=0时EN

9、=0 T6饱和 VP=0.3V T2 T4截止 D导通 VQ=1.0V T3 D3截止 F”高阻“态悬浮（2）EN=1时 EN=1 T6 D 截止 普通TTL与非门 输出端共有三种可能的状态：高阻、高电平、低电平 使能控制端高电平有效的三态与非门（1）单向数据总线：让各门的控制端轮流处于低电平，即任何时刻只让一个TSL门处于工作状态，而其余TSL门均处于高阻状态，这样总线就会轮流接受各TSL门的输出。3.三态门的应用双向数据总线：“控制”为1时，D1非 总线“控制”为0时，总线非 D1 实现数据的分时双向传送 2.4 MOS逻辑门逻辑门2.4.2 N2.4.2 NMOS逻辑电路逻辑电路由由N沟

10、道场效应管构成沟道场效应管构成一、NMOS非门 T2 工作管（开关管）、T1 负载管 等效电路：R1 T1等效电阻 T1始终导通 R1=100k,R2 T2等效电阻,T2导通R2=1k、T2截止，R2=1010k。DFERRRV212 VA=0时，T2截止VF=1010/(100+1010)5 5V 逻辑1 VA=5V时，T2导通VF=1/(100+1)50V 逻辑0 AF二、NMOS与非门 A B T1 T2 R2 R3 F 低 低 低 高 高 低 高 高 断 断 断 通 通 断 通 通 0 0 0 0高高高低功能表 A B F 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0真值表BAF三、

11、NMOS或非门 A B T1 T2 R2 R3 F 低 低 低 高 高 低 高 高 断 断 断 通 通 断 通 通 0 0 0 0高低低低功能表 A B F 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0真值表BAF2.4.3 2.4.3 CMOS 逻辑电路逻辑电路（1）uA0V时，T2截止，T1导通。输出电压uYED10V。（2）uA10V时，T2导通，T1截止。输出电压uY0V。AF 一、CMOS非门 T1P沟道增强型绝缘栅场效应管、T2N 漏极相连作为输出、栅极相连作为输入 ED|VT1|+VT2BAYA、B当中有一个或全为低电平时，T2、T4中有一个或全部截止，T1、T3中有一个或全部

12、导通，输出F为高电平。只有当输入A、B全为高电平时，T2和T4才会都导通，T1和T3才会都截止，输出Y才会为低电平。二、CMOS与非门另：CMOS与非门CC4011BAF只要输入A、B当中有一个或全为高电平，T1、T3中有一个或全部截止，T2、T4中有一个或全部导通，输出F为低电平。只有当A、B全为低电平时，T1和T3才会都导通，T2和T4才会都截止，输出F才会为高电平。三、CMOS或非门CMOS与非门CC4011C+VDDTGuiuiuouoTPTNCCC(a)电路(b)符号C0、，即C端为低电平（0V）、端为高电平（VDD）时，TN和TP都不具备开启条件而截止，输入和输出之间相当于开关断开一样。C1、，即C端为高电平（VDD）、端为低电平（0V）时，TN和TP都具备了导通条件，输入和输出之间相当于开关接通一样，uoui。1C0CCC四、CMOS传输门五、CMOS模拟开关1.C=1 开关合 接通Ui和Uo;2.C=0 开关断 Ui和Uo不通。2.5 CMOS电路与电路与TTL电路的连接电路的连接 2.6 数字集成电路实际使用数字集成电路实际使用 2.1.4 正逻辑和负逻辑正逻辑和负逻辑