王永军全套配套课件数字逻辑与数字系统设计 第2章 门电路.ppt

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1、第2章逻辑门电路本章主要内容：2.1基本逻辑门电路2.2CMOS逻辑门电路2.3TTL逻辑门电路2.4ECL电路2.5CMOS电路与TTL电路的接口2.1基本逻辑门电路2.1.1二极管门电路1.二极管与门电路用二极管实现的与门电路如图2-1所示，A、B为两个输入逻辑变量，F为输出逻辑函数。（b）逻辑符号（a）电路原理图2-1二极管与门电路设Vcc=5V，A、B输入高、低电平分别为VIH=3V，VIL=0V，二极管D1、D2的正向导通压降VD=0.7V。当A、B输入都与高电平相连，即3V，此时，两个二极

2、管都正向偏置，输出电压约为3.7V，有电流从5V电源经电阻、二极管到输入，如图2-2(a)所示。(a)两个输入端都为高电平(b)A端为低电平、B端为高电平图2-2二极管与门电路的工作状态当A输入与低电平相连，即0V，B输入与高电平相连，即3V，此时，二极管D1正向偏置，而二极管D2反向偏置（阳极为0.7V，阴极为3V），有电流从5V电源经二极管D1到“地”，输出电压约为0.7V，如图2-2(b)所示。(a)两个输入端都为高电平(b)A端为低电平、B端为高电平图2-2二极管与门电路的工作状态同理，只要有

3、一个输入为低电平（0V），则必有一个二极管导通，使输出为低电平（0.7V）。只有A、B两个输入同时为高电平（3V）时，输出才为高电平（3.7V）。输出与输入的电平关系见表2-1。表2-1二极管与门电路的电平关系如果采用正逻辑表示法，高电平用逻辑1状态表示；低电平用逻辑0状态表示，则可将表2-1改写成真值表，见表2-2。显然，F和A、B是与逻辑关系。表2-2与逻辑真值表2.二极管或门电路用二极管实现的或门电路如图2-3所示，A、B为两个输入逻辑变量，F为输出逻辑函数。（b）逻辑符号（a）电路原理图2-3

4、二极管或门电路设A、B输入的高、低电平分别为3V和0V，二极管D1、D2的正向导通压降为0.7V。当A、B输入都与低电平相连，即0V，此时，两个二极管都截止，输出电压VF为0V。当A输入与高电平相连，即3V，B输入与低电平相连，即0V，此时，二极管D1正向偏置，输出电压VF为2.3V，而二极管D2反向偏置（阳极为0V，阴极为2.3V），有电流从A输入端经二极管D1到地，如图2-4所示。图2-4二极管或门电路的工作状态同理只要有一个输入为高电平（3V），则必有一个二极管导通，使输出为高电平（2.3V）。

5、只有A、B两个输入同时为低电平0V时，输出才为低电平（0V）。输出与输入的电平关系见表2-3。如果采用正逻辑表示法，高电平用逻辑1状态表示；低电平用逻辑0状态表示，则可将表2-3改写成真值表，见表2-4。显然，F和A、B是或逻辑关系。表2-3二极管或门电路的电平关系表2-4或逻辑真值表2.1.2晶体管非门电路用NPN型晶体管实现的非门电路如图2-5所示，A为输入逻辑变量，F为输出逻辑函数。（b）逻辑符号（a）电路原理图2-5晶体管非门电路当输入端A与低电平相连，即0V，此时，晶体管截止，IB＝0，IC

6、＝0，输出电压VF=+VCC，即输出端F为高电平；当输入端A与高电平相连，即VIH，此时，只要电路参数选择合适，保证晶体管工作在深度饱和状态，集电极-发射极视为短路，输出电压VF=0V，输出端F为低电平。显然，F和A是非逻辑关系,即。由于输出与输入的电平是反相关系，所以非门电路又叫做反相器。（b）逻辑符号（a）电路原理图2-5晶体管非门电路[例2-1]在图2-5(a)所示的电路中，若+Vcc=+5V，-VBB=-5V，RC=1kΩ，R1=4.7kΩ，R2=10kΩ，晶体管的电流放大系数β=20，饱和压

7、降VCES=0.1V，输入的高、低电平分别为VIH=5V，VIL=0V，试计算输入为高电平和低电平时对应的输出电平。解：首先由图2-5(a)示电路求出b、e两端断开时B点电位vB。当三极管的b、e两端断开时，电阻R1与R2串联，故B点电位vB为当vI=VIL=0V时，由式（2-1）得到这时，将晶体管的b、e两端接入电路，由于加在b、e上的是反向电压，故晶体管截止，iC=0，输出电压vO=+VCC=+5V，所以输出为高电平。当vI=VIH=5V时，由式（2-1）得到这时将晶体管的b、e两端接入电路，则加

8、在b、e上的是正向电压，晶体管导通，b、e上的电压为0.7V，则B点电位vB=0.7V。此时基极电流iB为而晶体管深度饱和时的基极电流IBS为因为iB>IBS，故晶体管处于深度饱和状态，输出电压vO=VCES=0.1V≈0V，输出为低电平。2.2CMOS逻辑门电路2.2.1MOS管及其开关模型1.MOS管MOS管按导电沟道分有N沟道MOS管和P沟道MOS管两种类型；按工作方式分有增强型和耗尽型两种类型。常用的增强型MOS管的表示符号如图2-6所示。N沟道