数字电路与数字逻辑第三章

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1、编辑ppt1第3章 集成逻辑门电路一、逻辑门电路二、数字集成电路的分类三、本章内容3.1 分立元件门电路一、二极管“与门”电路二、二极管“或门”电路三、“非”门电路（反相器）编辑ppt23.2 TTL门电路一、典型TTL与非门二、改进型TTL与非门三、其它类型的TTL门电路3.3 ECL和I2L门电路简介一、ECL门电路二、I2L门电路3.4 CMOS门电路一、CMOS反相器二、其它类型的CMOS电路编辑ppt3第3章 集成逻辑门电路一、逻辑门电路&ICO数据信号数据信号控制信号控制信号编辑ppt4二、数字集成电路的分类 SSI MSI LSI VLSI 编辑ppt574/54AC/ACT 双

2、极型 TTL ECL I2L MOS型PMOS NMOS CMOS 4000 54/74AS 54/7454/74H54/74S54/74LS54/74ALS54/74HC/HCT54/74FASTBi-CMOS型编辑ppt6TTL、CMOS集成逻辑门的基本结构、工作原理和外部特性（包括逻辑功能和外部电气特性）。三、本章内容编辑ppt73.1 分立元件门电路结论：F=AB一、二极管“与门”电路二极管为理想的0V 逻辑03V 逻辑13V0ABF12V二极管“与门”电路编辑ppt8结论：F=A+B二、二极管“或门”电路二极管“或门”电路3V0ABF二极管为理想的0V 逻辑03V 逻辑1编辑ppt9

3、三、“非”门电路（反相器）(1)截止条件：e结反偏，c结反偏(2)饱和条件：e结正偏，c结正偏；在数字电路中，只利用截止区（关态）和饱和区（开态）CCESCCCSBSBRUVIIiton、toff限制了电路的最高工作速度。(3)三极管瞬时开关特性ton（开启时间）、toff（关闭时间）编辑ppt10(1)工作原理结论：P=A1AF（b）逻辑符号R1Vcc F(uO)(+12V)VD(+3V)-V BB(-12V)A(u1)iBiCRCDR2（a）电路(2)负载能力灌电流负载拉电流负载编辑ppt11 3.2 TTL门电路一、典型TTL与非门1.电路结构:输入级、中间级、输出级2.工作原理：设UI

4、H=3.4V UIL=0.2V Uon=0.7V VCC=5V结论：Y=AB(1)A=B=1,(2)A=0,B=1,Y=0 开态Y=1 关态(3)A=1,B=0,Y=1 关态(4)A=0,B=0,Y=1 关态编辑ppt12(1)电压传输特性阀值电压：UT关门电平、开门电平及噪声容限 主要静态参数主要静态参数输出逻辑高电平和低电平标准值 合格值高电平UOH低电平UOL0 0.5 1.0 1.5 uI/V a bcd e3.02.01.0uO/V UT(a)电压传输特性编辑ppt13(2)输入特性iI/mA O-1.0 -0.5 0.5 1.0 1.5 2.0 uI/V A40 (a)输入特性uI

5、VccuO&V+_mAiI(b)测试电路图3.2.5 输入特性曲线输入短路电流：IIS输入漏电流：IIH=IB1(0.01)约为40 A1 1 2个或2个以上输入端并联时，输入电流如何？编辑ppt14(3)输入负载特性当 uI 10ns。目前I2L电路主要用于制作大规模集成电路的内部逻辑电路（为提高抗干扰能力，接口电路与TTL电平兼容），很少用来制作中、小规模集成电路。编辑ppt37第四节 CMOS门电路CMOS门电路的特点:CMOS反相器（串联互补）、CMOS传输门（并联互补）是CMOS集成电路的基本组件。制作工艺简单，集成度高；工作电源允许的变化范围大，功耗低；输入阻抗高，扇出系数大；抗干

6、扰能力强。编辑ppt38一、CMOS反相器NMOS、PMOS管串联互补。开启电压 分别为UTN、UTP，为正常工作，要求：VDD UTP +UTN编辑ppt39 静态参数DDTVU21噪声容限UOL=0V，UOH=VDD （电压利用率高）在CC4000系列CMOS电路的性能指标中规定：在输出高、低电平的变化不大于10%VDD的条件下，输入信号低，高电平允许的最大变化量。编辑ppt404.加电后，CMOS器件输入端不能悬空输入电位不定（此时输入电位由保护二极管的反向电阻比来决定），从而破坏了电路的正常逻辑关系；由于输入阻抗高，易接受外界噪声干扰，使电路产生误动作；极易使栅极感应静电，造成栅击穿。

7、编辑ppt41二、其它类型的CMOS电路两个反相器的负载管并联，驱动管串联。(1)电路结构(2)工作原理带缓冲级的CMOS与非门编辑ppt422.CMOS 或非门(1)电路结构两个反相器的负载管串联，驱动管并联。(2)工作原理带缓冲级的CMOS或非门CMOS电路举例-4编辑ppt43(1)电路结构 NMOS、PMOS管并联互补。(2)工作原理CMOS电路举例-5编辑ppt44作业题3.1(a)编辑ppt45编辑ppt46编辑ppt47编辑ppt48的最高频率则若Ioffonunstnst,5.3,5.1MHzttfoffon2005.3111maxtontoffuIuO编辑ppt49(a)灌电

8、流负载等效图若 ICSICM 则CCCCM(max)GR3.0VII 若 ICSICM 则CCCCS(max)GR7.0VII 最大灌电流时：三极管处于临界饱和且满足ICM要求编辑ppt50(iD=0)最大拉电流的确定：编辑ppt51(a)电路AF&B（b）逻辑符号编辑ppt52图3.2.2 T1结构及输入级逻辑等效电路编辑ppt530 0.5 1.0 1.5 uI/V a bcd e3.02.01.0uO/V UT（a）电压传输特性uIVccuO&VV+_（b）测试电路图3.2.3 TTL与非门电压传输特性编辑ppt54ab段(截止区)cd段(转折区)阀值电压（开启电压)UTbc段(线性区)

9、结论：UI=0.2V时，T1深饱和uI0.6V,T1深饱和,uB20.7V,uO0.6 VuI1.3V,T2放大,T5截止1.3 VuI1.5V,T2放大饱和,T5 放大饱和de段(饱和区)结论：UI=3.4V时，T1倒置放大。VuI,T2、T5饱和,uO0 0.5 1.0 1.5 uI/V a bcd e3.02.01.0uO/V UT(a)电压传输特性编辑ppt55UoffUon1.00uO/V uI/V3.02.02.52.01.51.00.5编辑ppt56UNHUNL10100.4V0.8VuIuO2.0V2.4V11uOuIG1G2噪声容限示意图编辑ppt57定义时，只用一个输入端，

10、当有2个或2个以上输入端并联时，输入电流如何？IIH2IIH&UIH&IIS1IIS2编辑ppt58图3.2.6 输入负载特性编辑ppt59图3.2.6 输入负载特性uIRI(c)等效电路编辑ppt60编辑ppt61图3.2.8 uO=UOH时TTL与非门输出特性(a)uO=UOH时输出特性(b)拉电流负载示意编辑ppt62图3.2.9 uO=UOL时TTL与非门输出特性(a)uO=UOL时输出特性(b)灌电流负载示意编辑ppt63图3.2.10 TTL与非门的扇出编辑ppt64图3.2.15 抗饱和三极管编辑ppt65(a)电路BAVccR1R2R3R4T4T1T2T5Y1R 1T 2T（b

11、）逻辑符号1BAY图3.2.17 TTL或非门电路编辑ppt66(a)电路图3.2.18 TTL异或门电路编辑ppt671 BA（b）国标符号Y BA（b）曾用符号Y图3.2.18 TTL异或门电路编辑ppt68Y&BA图3.2.19 推拉式输出级并联的情况Y1&DCY2YG1G2（a）编辑ppt69（a）电路&BA(b)国标符号YBA(c)曾用符号Y图3.2.20 集电极开路与非门的电路和图形符号编辑ppt70图3.2.21 OC门输出并联的接法及逻辑图编辑ppt71图3.2.22 RL(max)的确定编辑ppt72图3.2.23 RL(min)的确定编辑ppt73（a）控制端高电平有效BA

12、VccT4T1T2T5YDP11ENENENEN&BA国标符号YENENBA曾用符号YENEN图3.2.24 三态与非门编辑ppt74BA曾用符号YENEN（b）控制端低电平有效BAVccT4T1T2T5YDP1ENENENEN&BA国标符号YENEN图3.2.24 三态与非门编辑ppt75图3.2.25 用三态门构成总线结构ENEN 1A1G1ENEN1 1ENEN 1A2G2ENEN2 2ENEN 1AnGnENENn n编辑ppt76图3.2.26 用三态门实现数据的双向传输ENEN 1D0ENENENEN 1D1总线D0/D1编辑ppt77例1 写出下图电路的输出表达式。ENEN 1A

13、B BENEN 1F1&解：当B=0时，当B=1时，F=A；F=A。所以，F=AB+ABA1A0BF的卡诺图编辑ppt78例2 如下图所示电路、及其输入信号的波形，试画出输出信号P和G的电压波形并写出P的逻辑表达式。ENEN&AB BP&CDGABCDGP解：当C=0时，当C=1时，P=AB+D。所以，P=ABC+DP=D；编辑ppt79VEE(5.2V)(a)电路编辑ppt80BA1 QP+BAQP(b)国标符号(c)曾用符号图3.3.1 典型ECL或/或非门电路编辑ppt810V-0.8V-1.6V-0.8VP=P1+P2+P3P1P2P3注：编辑ppt82例3 写出下图所示ECL电路的输

14、出表达式 F1、F2 和 F3。111F1F2F3ABCDEFG解：ECL电路的输出端可以并联，实现“线或”功能。F1=A+BF2=C+D+E+F+GF3=A+B+C+D+E+F+G编辑ppt83(a)或门编辑ppt84图3.3.3 I2L基本门电路(b)或门编辑ppt85（b）逻辑符号1AP图3.4.1 CMOS反相器 设UTP=-3V，UTN=3V，VDD=10V。(1)UIL=0V 310ONR1291010OFFRDDDDONOFFOFFOHVVRRRU(2)UIH=VDD0OLUT1、T2 构成一种推拉式输出。故输出端不能并接实现“线与”功能。编辑ppt86图3.4.2 电压传输特性

15、和电流转移特性uIiDABCDE F（b）电流转移特性OuIVDDuOUTNABCDE FUTUTPVDDO(a)电压传输特性编辑ppt87DDOFFONVUU21DDDDDDOLOFFNLVVVUUU4.01.05.0(max)DDDDDDONOHNHVVVUUU4.05.09.0(min)UNHUNL1010uIuOUOH(min)11uOuIG1G2输入端噪声容限示意图UOL(max)UONUOFF编辑ppt88&BAP（b）逻辑符号图3.4.3 CMOS与非门A B P RO 0 0 1 RON/2 0 1 1 RON 1 0 1 RON 1 1 0 2RON 输出阻抗变化大；存在A的

16、缺点：输入端数目,UOL,UNL。编辑ppt89BA1P111图3.4.4 带缓冲级的CMOS与非门编辑ppt901BAP（b）逻辑符号图3.4.5 CMOS或非门输出阻抗变化大；存在的缺点：输入端数目,UOH,UNH。编辑ppt91BA1P&11图3.4.6 带缓冲级的CMOS或非门编辑ppt92例4 写出下图CMOS电路的逻辑表达式。1ABP2VDDENEN 1BA逻辑符号P2解：当B=0时，当B=1时，P2=A；P2 为高阻态。编辑ppt93TGCCOIuu/IOuu/CCOIuu/IOuu/(b)国标符号(c)曾用符号图3.4.7 CMOS双向传输门编辑ppt94c=1时传输，c=0时关断。c=1时N管导通P管导通TNDDIUVu0DDITPVuUTPUTNDDUV 0VDD图3.4.7-1 CMOS双向传输门工作原理编辑ppt95例5 写出下图CMOS电路的逻辑表达式。解：当B=0时，当B=1时，P4 为高阻态。1ABVDDTGP4P4=A；ENEN 1BA逻辑符号P4