门电路和组合逻辑电路

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1、第９章门电路和组合逻辑电路数字电路一般可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路的特点是输出逻辑状态完全由当前输入状态决定。门电路是组合逻辑电路的基本逻辑本章除介绍门电路外，将对组合逻辑电路的分析和设计方法，译码器、编码器、多路选择器等常用集成电路予以介绍。９．１　分立元件门电路在数字电路中，所谓“门”就是指实现基本逻辑关系的电路。最基本的逻辑门是与门、或门和非门。用基本的门电路可以构成复杂的逻辑电路，完成任何逻辑运算功能，这些逻辑电路是构成计算机及其他数字系统的重要基础。逻辑门可以用电阻、电容、二极管、三极管等

2、分立元件构成，这种门称为分立元件门。９．１．１　基本逻辑门电路１．与门实现与逻辑运算的电路称为与门，如图９－１（ａ）所示。图９－１（ｂ）所示为与门的逻辑符号。与门的状态真值表见表９－１。图９－１　二极管与门电路和逻辑符号表９－１　与门的真值表２．或门实现或逻辑运算的电路称为或门，如图９－２（ａ）所示。图９－２（ｂ）所示为或门的逻辑符号。或门的状态真值表见表９－２。图９－２　二极管或门电路和逻辑符号表９－２　或门的真值表３．非门实现非逻辑运算的电路称为非门，如图９－３（ａ）所示。图９－３（ｂ）所示为非门的逻辑符号。图９

3、－３　三极管非门电路和逻辑符号９．１．２复合逻辑门将与、或、非三种基本逻辑门适当组合可形成几种基本的复合逻辑门，实现这些逻辑关系的集成电路是最基本的逻辑元件。常见的复合门有：１．与非门与非门电路相当于一个与门和一个非门的组合，可完成以下逻辑表达式的运算其特点是：仅当所有的输入端是高电平时，输出端才是低电平；只要输入端有低电平，输出必为高电平。或以“有０出１，全１出０”助记。与非门用图９－４（ａ）所示的逻辑符号表示。２．或非门或非门电路相当于一个或门和一个非门的组合，可完成以下逻辑表达式的运算其特点是：仅当所有的输入端

4、是低电平时，输出端才是高电平。只要输入端有高电平，输出必为低电平。或以“有１出０，全０出１”助记。或非门用图９－４（ｂ）所示的逻辑符号表示。３．与或非门可完成以下逻辑表达式的运算与或非门用图９－４（ｃ）所示的逻辑符号表示。图９－４　复合门电路逻辑符号．异或门异或门电路可以完成逻辑异或运算，运算符号用“?”表示。异或运算逻辑表达式为或Ｆ＝Ａ?Ｂ异或门用图９－４（ｄ）所示的逻辑符号表示，表９－３为异或门的真值表，由此可见：当变量中１的个数为偶数时，运算结果为０；１的个数为奇数时，运算结果为１。对于二变量输入的异或门，当两

5、输入的值相同时，输出为０；当两输入的值相异时，输出为１。５．同或门同或门用来完成逻辑同或运算，运算符号是“⊙”。同或运算的逻辑表达式为Ｆ＝表９－３　异或运算真值表或Ｆ＝Ａ⊙Ｂ同或运算的规则正好和异或运算相反，同或门用图９－４（ｅ）所示的逻辑符号表示。９．２　ＴＴＬ集成门电路ＴＴＬ电路是目前双极型数字集成电路中用得最多的一种。在门电路的定型产品中除了与非门以外，还有与门、或门、非门、或非门和异或门等几种常见的类型。尽管它们逻辑功能各异，但输入端、输出端的电路结构形式、特性及参数和与非门基本相同，所以本节以ＴＴＬ与非门为

6、例，介绍集成门电路的特性和参数。９．２．１　ＴＴＬ与非门电路ＴＴＬ与非门是一种典型的集成逻辑门电路，它的功能及电路符号同前面介绍的分立元件门电路相同，在实际中应用较多，其输出高电平ＵＯＨ＝３．６Ｖ，输出低电平ＵＯＬ＝０．３Ｖ，即所谓的ＴＴＬ电平。１．工作原理图９－５是最常用的ＴＴＬ与非门电路及其逻辑符号。Ｔ１是多发射极晶体管，可把它的集电结看成一个二极管，而把多发射结看成与前者背靠背的几个二极管，如图９－６所示。从图中看到Ｔ１的作用和前述的二极管与门的作用完全相似。下面对输入输出的关系做详细分析。图９－５　ＴＴＬ与非

7、门电路及其逻辑符号图９－６　ＴＴＬ与非门电路中的多发射极晶体管及其等效电路（１）输入端不全为１的情况当输入端中有一个或几个为０（将在后面的推导中得出约为０．３Ｖ）时，则Ｔ１的基极与０输入端的那个发射极间处于正向偏置而导通，电源通过Ｒ１为Ｔ１提供基极电流。Ｔ１的基极电平约为１Ｖ（０．３Ｖ加二极管的导通电压０．７Ｖ），它不足以向Ｔ２提供正向基极电流（因为从Ｔ１基极到Ｔ２发射极经过Ｔ１的集电结，即图９－６中Ｂ和Ｃ之间的二极管和Ｔ２的发射结，须约１．４Ｖ才能使它们导通），所以Ｔ２截止，以致Ｔ５也截止。由于Ｔ２截止，其集电极电

8、平很高，足以使Ｔ３和Ｔ４导通，所以输出端的电平为ＵＦ＝ＵＣＣ－Ｒ２ＩＢ３－ＵＢＥ３－ＵＢＥ４因为ＩＢ３很小，可以忽略不计，电源电压ＵＣＣ＝５Ｖ，故ＵＦ＝（５－０．７－０．７）Ｖ＝３．６Ｖ即输出为１。并且由于Ｔ５截止，当接负载后，电流是从电源ＵＣＣ经Ｒ４流向每个负载门，这种电流称为拉电流。（２）输入端全为１的情况当输入端全为１（由上面分析约为３．