数字电路基础.doc

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1、第2章集成门电路一．目的、要求：1．了解TTL与非门、集电极开路门和三态门的工作原理，熟悉它们的功能及特点。2．了解CMOS门电路的工作原理3．熟悉各种逻辑系列在速度、功耗和抗干扰能力等方面的主要特点。二．主要内容1．TTL集成门电路2．CMOS集成门电路三．重点、难点:TTL与非门的工作原理四．学时数：8学时2.1概述问题引入(introduction)• 逻辑代数如何在实际应用中体现？1．门电路：逻辑门电路是指能够实现各种基本逻辑关系的电路，简称“门电路”或逻辑元件。最基本的门电路是与门、或门和非门。

2、2．在逻辑电路中,逻辑事件的是与否用电路电平的高、低来表示。若用1代表低电平、0代表高电平，则称为正逻辑。相反为负逻辑。3．集成门按内部有源器件的不同可分为两大类：一类为双极型晶体管集成电路，主要有晶体管TTL逻辑、射极耦合逻辑ECL和集成注入逻辑I2L等几种类型；另一类为单极型MOS集成电路，包括NMOS、PMOS和CMOS等几种类型。常用的是TTL和CMOS集成电路。4．集成门电路按其集成度又可分为：小规模集成电路(SSI)、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLS

3、I）。2.2TTL集成门电路TTL集成与非门电路在实际中应用非常广泛。如一个由与非门构成的多数表决器。电路输入输出间逻辑关系如表2·1所示表2·1多路表决器真值表00010111000001010011100101110111YABC图2·1多路表决器逻辑图2.2.1TTL与非门的工作原理1．电路组成如图2.2所示由输入级、中间级和输出级三部分组成的。图2.2TTL集成与非门电路图及逻辑符号(a)电路；(b)符号(1)输入级。输入级由多发射极管T1和电阻R1组成。其作用是对输入变量A、B、C实现逻

4、辑与，它相当于一个与门。从逻辑功能上看，图2.3（a）所示的多发射极三极管可以等效为图2.3（b）所示的形式。图2.3多发射极晶体管及其等效形式(a)多发射极晶体管；(b)等效形式(2)中间级。中间级由T2、R2和R3组成。T2的集电极和发射极输出两个相位相反的信号，作为T3和T5的驱动信号。(3)输出级。输出级由T3、T4、T5和R4、R5组成，这种电路形式称为推拉式电路。2.工作原理(1)输入全部为高电平。当输入A、B、C均为高电平，即UIH=3.6V时，T1的基极电位足以使T1的集电结和T2、T5

5、的发射结导通。而T2的集电极压降可以使T3导通，但它不能使T4导通。T5由T2提供足够的基极电流而处于饱和状态。因此输出为低电平:UO=UOL=UCE5≈0.3V(2)输入至少有一个为低电平。当输入至少有一个（A端）为低电平，即UIL=0.3V时，T1与A端连接的发射结正向导通，从图2.3(b)中可知，T1集电极电位UC1使T2、T5均截止，而T2的集电极电压足以使T3，T4导通。因此输出为高电平：UO=UOH≈UCC-UBE3-UBE4=5-0.7-0.7=3.6V总结：当输入全为高电平时，输出为

6、低电平，这时T5饱和，电路处于开门状态；当输入端至少有一个为低电平时，输出为高电平，这时T5截止，电路处于关门状态。即输入全为1时，输出为0；输入有0时，输出为1。由此可见，电路的输出与输入之间满足与非逻辑关系，即Y=A•B•C2.2.2TTL与非门的外特性与参数1.电压传输特性TTL与非门电压传输特性是表示输出电压UO随输入电压UI变化的一条曲线，电压传输特性曲线大致分为四段：如图2.4所示。图2.4TTL与非门电压传输特性（a）测试电路示意图;（b）曲线（1）AB段。输入电压UI≤0.6V时

7、，T1工作在深度饱和状态，UCES1＜0.1V,UB2＜0.7V，故T2、T5截止，T3、T4导通，UO≈3.6V为高电平。与非门处于截止状态，所以把AB段称截止区。（2）BC段。输入电压0.6V＜UI＜1.3V时，0.7V≤UB2＜1.4V，T2开始导通，T5仍未导通，T3、T4处于射极输出状态。随UI的增加，UB2增加，UC2下降，并通过T3、T4使UO也下降。因为UO基本上随UI的增加而线性减小，故把BC段称线性区。（3）CD段。输入电压1.3V＜UI＜1.4V时，T5开始导通，并随UI的增加趋于

8、饱和。使输出UO为低电平。所以把CD段称转折区或过渡区。（4）DE段。当UI≥1.4V时,T2、T5饱和，T4截止，输出为低电平。与非门处于饱和状态。所以把DE段称饱和区。2.主要参数（1）输出高电平UOH和输出低电平UOL。电压传输特性曲线截止区的输出电压为UOH，饱和区的输出电压为UOL。一般产品规定UOH≥2.4V，UOL＜0.4V。(2）阈值电压Uth。电压传输特性曲线转折区中点所对应的输入电压为Uth，也称门槛电压