【正文】 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 為便于實(shí)現(xiàn)各種不同的邏輯函數(shù)，在門電路的定型產(chǎn)品中除了反相器以外還有與門、或門、與非門、或非門、與或非門和異或門等幾種常用的類型。 BAY ?? 或邏輯是通過(guò)將 T2和 T’2兩個(gè)三極管的輸出端并聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn) 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 將或門電路中的每個(gè)輸入端三極管改用多發(fā)射極三極管，得到與或非門電路。若一個(gè)門的輸出高電平而另一個(gè)門輸出為低電平時(shí)，則當(dāng)輸出端并接以后，負(fù)載電流同時(shí)流過(guò)這兩個(gè)門的輸出級(jí)，數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常工作電流，損壞門電路。LIHOHOHCCL RmInIVVR ???? 如圖示，設(shè)有 n 個(gè) OC門的輸出端并聯(lián)使用，其輸出驅(qū)動(dòng)m 個(gè) TTL與非門的輸入端。 amp。圖上 G1~Gn均為三態(tài)與非門。 NthGSPthSGDD VVV )()( ??數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 當(dāng) 為低電平（ 0V）時(shí)， T1管導(dǎo)通，導(dǎo)通電阻很?。ㄐ∮?1kΩ）， T2管截止，其截止電阻很高（ ~ Ω），電路輸出為高電平 IvPthSGDDSG VVV )(??1 NthGSGS VV )(?? 02810 910DDoHO VVV ??vIvOVD DT1T2VS S 當(dāng) 為高電平（ VDD）時(shí)， T1管截止， T2管導(dǎo)通，電路輸出為低電平 IvPthSGSG VV )(?? 01NthGSDDGS VVV )(??20?? oLO VV輸出與輸入之間為邏輯非的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)非運(yùn)算。NL39。 因?yàn)?MOS管的導(dǎo)通內(nèi)阻與 大小有關(guān)。 Y與 A、 B為或非運(yùn)算。其輸出為漏極開(kāi)路的NMOS管， OD門工作時(shí)也外接負(fù)載 RL和電源 VDD2。 傳輸門經(jīng)常作 模擬開(kāi)關(guān) 使用，傳輸連續(xù)變化的模擬信號(hào)。 雖然邏輯電路越來(lái)越復(fù)雜，但如果是 TTL電路，它們的輸入端和輸出端的電路結(jié)構(gòu)就和這一章中所介紹的 TTL門電路相同，如果是 4000系列或 54H/74HC系列的 CMOS電路，它們的輸入端和輸出端電路結(jié)構(gòu)就和這一章中所講的 CMOS電路相同，門電路的外部電氣特性對(duì)這些門電路都適用。輸入信號(hào)的變化范圍不超過(guò) 0~VDD，則 T1和 T2同時(shí)截止，輸入輸出之間呈高阻態(tài)（ 109Ω），傳輸門截止。此外， CMOS反相器的輸入特性和輸出特性對(duì)這些門電路也適用。 Y為 A、 B的與非運(yùn)算結(jié)果。 2GS? 2GS?數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 高電平輸出特性 CMOS反相器的輸出為高電平， T1管導(dǎo)通， T2管截止，電路的近似電路圖示。 Iv數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 輸入端噪聲容限 COMS反相器電壓傳輸特性表明，電路輸入端噪聲容限比較大。 CMOS反相器工作原理 vIvOVD DT1T2VS ST1為 PMOS管， T2為 NMOS管。 三態(tài)門輸出端就有三種可能出現(xiàn)的狀態(tài)：高阻、高電平、低電平，故將這種門電路叫做三態(tài)輸出門。為了保證流入電流不超過(guò)最大允許值 。CDY1Y2VC CYRL整個(gè)電路實(shí)現(xiàn)與或非邏輯功能 OC門使用時(shí)，外接負(fù)載電阻的選取要根據(jù)具體使用要求計(jì)算求取。因此， Y和A、 B為異或關(guān)系。 VC CR1T5R3R4R2T2T1T4AYT239。G1和 G2均為 74系列反相器。用扇出系數(shù)表明門電路的帶負(fù)載能力。這時(shí) T4將失去射極跟隨功能，因而 隨 絕對(duì)值的增加幾乎線性下降。 VC CR1T5R3R4R2T2T1T4D1D2AY1 3 0k Ω411 . 6k ΩΩk Ω( vI)( vO)vB 1vC 2vE 2數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 VC Cb e2b e5D1vIiIT1R1k Ω4VVvVV ILICC ,5 ???mAR vvVI ILBECCIL 111 ??????當(dāng) 時(shí)，輸入低電平電流為 時(shí)的輸入電流叫做回路短路電流 。這一段稱為特性曲線的線性區(qū)。 TTL電路是目前雙極型數(shù)字集成電路中用得較多的一種。 DSG數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 +_+_vIvOVD DRDiDGSD MOS管開(kāi)關(guān)電路如圖示：只要電路參數(shù)合理，就可以做到，當(dāng)輸入電平 為低電平時(shí)， MOS管工作在截止?fàn)顟B(tài)，若負(fù)載電阻 小于 MOS管的截止內(nèi)阻 ，則認(rèn)為輸出 為高電平 ，這時(shí) MOS管的 D—S間相當(dāng)一個(gè)斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)。 EB VV ? CB VV ?CESVVVV EB 70 .?? CB VV ?（ 3）截止區(qū)。 測(cè)輸入特性曲線時(shí)，保持集電極電流 iC為某數(shù)值不變，改變 VBE的值，測(cè)量 IB和 VBE的關(guān)系，畫出曲線。根據(jù)半導(dǎo)體物理理論，半導(dǎo)體二極管的伏安特性方程近似描述為： iv半導(dǎo)體二極管的開(kāi)關(guān)特性 +_vi數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 伏安特性曲線表明二極管的可工作在兩個(gè)狀態(tài)，兩個(gè)區(qū)： （ 1）正向?qū)▍^(qū)。 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 +_VC CR+_vIvOD0?? ILI vvonoLO Vvv ??時(shí)， Ｄ 導(dǎo)通 輸出為低電平。通常根據(jù)實(shí)際應(yīng)用， 滿足 ， ，即可認(rèn)為三極管工作在放大區(qū)。當(dāng)柵源電壓增大，導(dǎo)通電阻變小，漏極電流變大。 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 VC CRBRC VE EREAYVC CRD1BA Y將二極管與門和非門連接起來(lái)就構(gòu)成與非門 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 VC CRBRC VE EREAYRBA YD1D2將二極管或門和非門連接起來(lái)就構(gòu)成或非門 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 TTL門電路 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，給電子設(shè)備提出了新要求。 由于 T2集電極輸出的電壓信號(hào)和發(fā)射極輸出的電壓信號(hào)變化方向相反，所以把這一級(jí)也叫做倒相級(jí)。同樣，當(dāng)輸入信號(hào)偏離正常的高電平（ ）而降低時(shí)，輸出的低電平也不會(huì)改變。 ?IHI A?40數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 畫出 iI隨 VI變化的曲線 —輸入特性曲線。低電平輸出特性曲線如圖所示，可以看出 與 的關(guān)系在較大的范圍里基本是線性的 LioLvOLvLi數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 例 ： 下圖電路中，試計(jì)算門 G1最多可以驅(qū)動(dòng)多少個(gè)相門電路負(fù)載。討論輸入端電壓 隨 RP變化的關(guān)系曲線即為輸入端負(fù)載特性。只有當(dāng) A、 B同時(shí)為高電平時(shí)， T2和 T5才同時(shí)導(dǎo)通， T4和D2截止，輸出為低電平。同理， C、 D同時(shí)為高電平時(shí)， T‘ T5導(dǎo)通而 T4截止，也使 Y低電平。ABYVC CR1T5R3R2T2T1AYB OC門跟普通 TTL與非門不同的是， T5的集電極是開(kāi)路的。CD… … ……amp。1nmYLMLOLCCIL IRVVmI ???ILLMOLCCL mIIVVR???ILI綜合兩種情況， RL應(yīng)選取最大值與最小值之間。 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 T 1 0 0 0 典 型 T T L1 0 n s / 1 0 m WT 2 0 0 0 H 系 列 T T L6 n s / 2 2 m WT 3 0 0 0S 系 列 T T L3 n s / 2 0 m WA S 系 列 T T L1 . 5 n s / 2 2 m WL 系 列 T T L3 3 n s / 1 m WL S 系 列 T T L5 n s / 2 m WA L S 系 列 T T L4 n s / 1 m W提高速度降低功耗 為了滿足用戶在使用方面的要求， TTL門電路出現(xiàn)更多結(jié)構(gòu)的電路來(lái)改進(jìn)參數(shù)。 Iv電壓傳輸出特性和電流傳輸特性 Ov IvDi Iv數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 A BC DVD DvOVD DVD D0VD DvI2121VG S ( t h ) NVG S ( t h ) PABCDiDVD D0 VD DvI21VG S ( t h ) NVG S ( t h ) P則 T1導(dǎo)通，導(dǎo)通內(nèi)阻很小， T2管截止，截止電阻很大，經(jīng)過(guò)分壓后輸出電壓為高電平。當(dāng) 或 保護(hù)電路工作，柵極電流不為 O，柵極電壓被嵌位在VDD+ 。 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 CMOS電路的傳輸延遲時(shí)間 tPHL和 tPLH是以輸入、輸出波形對(duì)應(yīng)邊上等于最大幅度 50%的兩點(diǎn)間時(shí)間間隔來(lái)定義的。 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 。實(shí)現(xiàn)了電平的轉(zhuǎn)換。 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 CMOS門電路 CMOS三態(tài)門在邏輯功能和使用上，跟之前的 TTL三態(tài)門沒(méi)有區(qū)別，其電路結(jié)構(gòu)卻簡(jiǎn)單，常用的有三種。而當(dāng) 時(shí)，附加管同時(shí)導(dǎo)通，反相器正常工作， AY ?1?EN0?EN數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 控制信號(hào) 時(shí)，附加管截止，輸出呈高阻態(tài)。另外， OD的輸出端并聯(lián)可實(shí)現(xiàn)線與功能。而當(dāng)輸入全部為低電平時(shí)，并聯(lián)的負(fù)載管數(shù)目越多，輸出高電平 VOH也更高一些。 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 其它邏輯功能的 CMOS門電路 CMOS門電路的系列產(chǎn)品，除反相器外常用的還有或非門、與非門、或門、與門、與或非門、異或門等幾種。 DDI Vv ??0VVv DDI 70 .?? Vv I 70 .??數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 若通過(guò) D1和 D2的正向?qū)娏鬟^(guò)大或反向擊穿電流過(guò)大，會(huì)損壞保護(hù)電路，進(jìn)而使 MOS管柵極被擊穿。 PthSGDDI VVv )(??PthSGSG VV )(?1 NthGSGS VV )(?20?? oLO vv 0?Di數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 則 T T2管同時(shí)導(dǎo)通，如果 T1和 T2的參數(shù)理想對(duì)稱，則當(dāng) 時(shí)兩管的導(dǎo)通內(nèi)阻相等， ，此時(shí)漏極電流 最