數(shù)字電子技術(shù)第二版.docx

數(shù)字電子技術(shù) 第二版第一節(jié) 基本知識(shí)、重點(diǎn)與難點(diǎn)一、基本知識(shí)（一） TTL與非門1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)TTL與非門電路結(jié)構(gòu)，由輸入極、中間極和輸出級(jí)三部分組成。 輸入級(jí)采用多發(fā)射極晶體管，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的與的邏輯功能。輸出級(jí)采用推拉式輸出結(jié)構(gòu)（也稱圖騰柱結(jié)構(gòu)），具有較強(qiáng)的負(fù)載能力。2TTL與非門的電路特性及主要參數(shù)（1）電壓傳輸特性與非門電壓傳輸特性是指TTL與非門輸出電壓UO與輸入電壓UI之間的關(guān)系曲線，即UO =f（UI）。 （2）輸入特性當(dāng)輸入端為低電平UIL時(shí)，與非門對(duì)信號(hào)源呈現(xiàn)灌電流負(fù)載，稱為輸入低電平電流，通常IIL-11.4mA。當(dāng)輸入端為高電平UIH時(shí)，與非門對(duì)信號(hào)源呈現(xiàn)拉電流負(fù)載，通常IIH50A稱為輸入高電平電流。（3）輸入負(fù)載特性實(shí)際應(yīng)用中，往往遇到在與非門輸入端與地或信號(hào)源之間接入電阻的情況。若UiUOFF，則電阻的接入相當(dāng)于該輸入端輸入低電平，此時(shí)的電阻稱為關(guān)門電阻，記為ROFF。若UiUON，則電阻的接入相當(dāng)于該輸入端輸入高電平，此時(shí)的電阻稱為開門電阻，記為RON。通常ROFF0.7KW，RON2KW。（4）輸出特性反映與非門帶載能力的一個(gè)重要參數(shù)-扇出系數(shù)NO是指在灌電流（輸出低電平）狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)同類門的個(gè)數(shù)其中為最大允許灌電流，IIL是一個(gè)負(fù)載門灌入本級(jí)的電流（1.4mA）。NO越大，說明門的負(fù)載能力越強(qiáng)。（5）傳輸延遲時(shí)間 傳輸延遲時(shí)間表明與非門開關(guān)速度的重要參數(shù)。平均傳輸延遲時(shí)間越小，電路的開關(guān)速度越高。3其它類型常用TTL門電路（2）三態(tài)門（TSL門）三態(tài)輸出門除具有一般與非門的兩種低阻輸出狀態(tài)（高電平和低電平狀態(tài)）外，還具有高阻輸出的第三種狀態(tài)，稱為高阻態(tài)，又稱禁止態(tài)或失效態(tài)。通過使能控制端控制電路的工作狀態(tài)，有低電平使能和高電平使能兩種情況。二、重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：1TTL與非門外特性（1）電壓傳輸特性及輸入噪聲容限：由電壓傳輸特性曲線可以得出與非門的輸出信號(hào)隨輸入信號(hào)的變化情況，同時(shí)還可以得出反映與非門抗干擾能力的參數(shù)Uon、Uoff、UNH和UNL。開門電平UON是保證輸出電平為最高低電平時(shí)輸入高電平的最小值。關(guān)門電平UOFF是保證輸出電平為最小高電平時(shí)，所允許的輸入低電平的最大值。（2）輸入特性：描述與非門對(duì)信號(hào)源的負(fù)載效應(yīng)。根據(jù)輸入端電平的高低，與非門呈現(xiàn)出不同的負(fù)載效應(yīng)，當(dāng)輸入端為低電平UIL時(shí)，與非門對(duì)信號(hào)源是灌電流負(fù)載，輸入低電平電流IIL通常為11.4mA。當(dāng)輸入端為高電平UIH時(shí)，與非門對(duì)信號(hào)源呈現(xiàn)拉電流負(fù)載，輸入高電平電流IIH通常小于50A。（3）輸入負(fù)載特性：實(shí)際應(yīng)用中，往往遇到在與非門輸入端與地或信號(hào)源之間接入電阻的情況，電阻的取值不同，將影響相應(yīng)輸入端的電平取值。當(dāng)R關(guān)門電阻ROFF時(shí)，相應(yīng)的輸入端相當(dāng)于輸入低電平；當(dāng)R開門電阻RON時(shí)，相應(yīng)的輸入端相當(dāng)于輸入高電平。2其它類型的TTL門電路（1）三態(tài)門TSL三態(tài)門即保持推拉式輸出級(jí)的優(yōu)點(diǎn)，又能實(shí)現(xiàn)線與功能。它的輸出除了具有一般與非門的兩種狀態(tài)外，還具有高輸出阻抗的第三個(gè)狀態(tài)，稱為高阻態(tài)，又稱禁止態(tài)。處于何種狀態(tài)由使能端控制。思考題題解題2.1 TTL標(biāo)準(zhǔn)與非門電路由哪幾部分組成？答：輸入級(jí)；中間級(jí)；輸出級(jí)。題2.2 TTL與非門的電壓傳輸特性說明什么問題？從特性曲線上可以得到UOH、UOL、UIH和UIL等參數(shù)，這些參數(shù)代表什么意義？答：與非門的電壓傳輸特性指的是與非門輸入電壓UI和輸出電壓UO之間的關(guān)系曲線。UOH是與非門電壓傳輸特性曲線截止區(qū)的輸出電壓，稱作輸出高電平。UOL是電壓傳輸特性曲線導(dǎo)通區(qū)的輸出電壓，稱作輸出低電平。UIH和UIL分別是輸入高電平和輸入低電平。 題2.3 TTL電路實(shí)現(xiàn)線與邏輯功能可以采用集電極開路門和三態(tài)門，試說明其原理。答：線與是指在實(shí)際應(yīng)用中，把輸出端直接并聯(lián)使用，實(shí)現(xiàn)與邏輯功能。為了實(shí)現(xiàn)線與功能，將集電極開路門或三態(tài)門的輸出端直接并聯(lián)，外接公共負(fù)載電阻和電源。每個(gè)門實(shí)現(xiàn)與非邏輯，兩個(gè)輸出只要有一個(gè)是低電平，總的輸出就是低電平，只有兩個(gè)輸出都是高電平，總的輸出才是高電平。因此實(shí)現(xiàn)了線與邏輯。題2.7 CMOS門電路與TTL門電路相比有哪些優(yōu)點(diǎn)？答：優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：1靜態(tài)功耗低2集成度高，溫度穩(wěn)定性好3抗輻射能力強(qiáng)4電源利用率高5扇出系數(shù)大6電源取值范圍寬題2.8 CMOS門電路不使用的輸入端不允許懸空，為什么？答：因?yàn)镃MOS電路輸入阻抗高，容易受靜電感應(yīng)出現(xiàn)擊穿，輸入端不能懸空。與非門多余的輸入端接電源正極，或非門接地，低速場(chǎng)合將多余的輸入端和有用的信號(hào)端并聯(lián)使用。題2.9 當(dāng)TTL門電路驅(qū)動(dòng)CMOS門電路時(shí)，是否需要增加接口電路？為什么？答：如果TTL和CMOS電路選擇適當(dāng)?shù)脑挘恍枰硗饧尤魏谓涌陔娐?。例如TTL采用74LS系列，CMOS采用74HCT系列。題2.10為什么說電壓、電流參數(shù)是門電路之間實(shí)現(xiàn)正確連接的主要參數(shù)？答：因?yàn)殡妷汉碗娏鲄?shù)是門電路實(shí)現(xiàn)正常功能的主要參數(shù)，所以它們是門電路之間建立正確連接的主要參數(shù)。習(xí)題題解習(xí)題2.1 燈控制電路如習(xí)題2.1圖所示。試寫出電路的功能表、真值表和邏輯表達(dá)式。解：當(dāng)開關(guān)A、B同時(shí)上扳或下扳時(shí)，燈F才亮。由此可寫出電路功能表如習(xí)題表2.1所示。開關(guān)A、B和燈F只有兩種相反的狀態(tài)，可選用邏輯0和邏輯1來代表相應(yīng)的狀態(tài)。然而選用的表示方式不同，所得到的真值表和邏輯表達(dá)式也不同。AABCD習(xí)題2.2圖UCR02UCR01TF1F2-UbR2R1F3FRCUCBCD（a）（b）習(xí)題2.1圖BAUF1324習(xí)題表2.1 A BF上扳 上扳上扳 下扳下扳 上扳下扳 下扳亮滅滅亮（1）如開關(guān)上扳用邏輯1表示，下扳則用邏輯0表示；燈亮用邏輯1表示，燈滅則用邏輯0表示。根據(jù)功能表可寫出電路的真值表如習(xí)題表2.2所示，由真值表寫出電路的邏輯表達(dá)式為：=AB（2）如開關(guān)上扳用邏輯0表示，下扳則用邏輯1表示；燈亮用邏輯1表示，燈滅則用邏輯0表示。根據(jù)功能表可寫出電路的真值表如習(xí)題表2.3所示，由真值表寫出電路的邏輯表達(dá)式為：=AB（3）如開關(guān)上扳用邏輯1表示，下扳則用邏輯0表示；燈亮用邏輯0表示，燈滅則用邏輯1表示。根據(jù)功能表可寫出電路的真值表如習(xí)題表2.4所示，由真值表寫出電路的邏輯表達(dá)式為：習(xí)題表2.2A BF1 11 00 10 01001習(xí)題表2.4A BF1 11 00 10 00110習(xí)題表2.5A BF0 00 11 01 10110習(xí)題表2.3A BF0 00 11 01 11001（4）如開關(guān)上扳用邏輯0表示，下扳則用邏輯1表示；燈亮用邏輯0表示，燈滅則用邏輯1表示。根據(jù)功能表可寫出電路的真值表如習(xí)題表2.5所示，由真值表寫出電路的邏輯表達(dá)式為：習(xí)題2.3圖R14kR31kR216kR4130UC+5VF（UO）A B CDT4T2T3T1習(xí)題2.3 試分析習(xí)題2.3圖所示TTL電路的工作原理和邏輯功能，并說明D的作用，計(jì)算UOL、UOH、UIL、UN等。解：從習(xí)題2.3圖可看出，電路是由輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)三部分組成。輸入級(jí)由多發(fā)射級(jí)三極管T1和R1組成。中間級(jí)由T2管、R2、R3構(gòu)成，起分相作用。T4、T5、R4和D構(gòu)成為圖騰柱式結(jié)構(gòu)，具有靜態(tài)功耗小、輸出電阻小、帶負(fù)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)A、B、C中有一個(gè)為低電平時(shí)，UIL=0.3V，此時(shí)，T1管的基極電位被鉗制在UB1=1.0V，T2和T4均截止，T2的集電極電位UC2為高電平，將使T3和D導(dǎo)通，輸出為高電平。由于IB4電流很小，故可近似認(rèn)為UC2=5V，UOH=5-UBE3-UD=5-0.7-0.7=3.6V。當(dāng)A、B、C全為高電平時(shí)，T1的集電極、T2的發(fā)射極和T4的發(fā)射極導(dǎo)通，使T1管的基極電位UB1被箝制在2.1V。此時(shí)T1管集電極正偏，發(fā)射極反偏，故電流IB1將流入T2的基極，使T2導(dǎo)通。IE2電流部分被R3分流外，其余部分將流入T4的基極，使T4管導(dǎo)通。若假設(shè)T2導(dǎo)通后進(jìn)入飽和狀態(tài)，則UC20.8V，此時(shí)電壓不足以使T3和D同時(shí)導(dǎo)通，故輸出極電路上半部分截止，下半部分導(dǎo)通，輸出呈低電平，UOL=UCE3 0.3V。由上面分析可知，電路實(shí)現(xiàn)的是與非的邏輯功能，邏輯表達(dá)式為：電路中的二極管D起到電平移位的作用。輸出的高低電平值：UOH=3.6V UOL=0.3V。輸入的高低電平值：UIH=3.6V UIL=0.3V.輸入端的短路電流：IIL=。習(xí)題2.4 用內(nèi)阻足夠大的萬用表測(cè)量習(xí)題2.4圖TTL與非門電路的一個(gè)懸空輸入端的電壓UI，在下列情況下，表的讀數(shù)各為多少？ 其余輸入端全部懸空時(shí)； 其余輸入端全部接UCC時(shí)； 其余輸入端全部接地時(shí)； 其余輸入端全部接0.3V時(shí)；D4T1D1R4120D2習(xí)題2.5圖RB1.5kUCCR28kR120kABD3T4T5FT3R44kR63kT2習(xí)題2.4圖R14kR31kR216kR4130UCC+5VF（UO）A B CDT4T2T3T1 其余輸入端有一個(gè)接地時(shí)。解：設(shè)Ube=0.7V，用內(nèi)阻足夠大的萬用表測(cè)量與非門的一個(gè)懸空輸入端的電壓UI。（1）其余輸入端全部懸空時(shí),相當(dāng)于在相應(yīng)的輸入端接高電平，此時(shí)T2、T5均導(dǎo)通，T1的基極電位值為2.1V,因此，用內(nèi)阻足夠大的萬用表測(cè)量與非門的一個(gè)懸空輸入端的電壓UI =2.1-Ube=2.1-0.7=1.4V。（2）其余輸入端全部接UCC時(shí), 此時(shí)T2、T5均導(dǎo)通，T1的基極電位值為2.1V,因此，用內(nèi)阻足夠大的萬用表測(cè)量與非門的一個(gè)懸空輸入端的電壓UI =2.1-Ube=2.1-0.7=1.4V 。（3）其余輸入端全部接地時(shí)，此時(shí)，T1的基極電位被鉗制在0.7V, 用內(nèi)阻足夠大的萬用表測(cè)量與非門的一個(gè)懸空輸入端的電壓UI =0.7-0.7=0V。（4）其余輸入端全部接0.3V時(shí)，此時(shí)，T1的基極電位被鉗制在1V, 用內(nèi)阻足夠大的萬用表測(cè)量與非門的一個(gè)懸空輸