數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用.ppt

書名：數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用作者：劉淑英ISBN：978-7-111-21488-5出版社：機(jī)械工業(yè)出版社本書配有電子課件,教材詳情：請(qǐng)點(diǎn)擊查閱機(jī)械工業(yè)出版社教材服務(wù)網(wǎng),數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件,第二章邏輯門電路,數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件,目標(biāo)在這一章里，你將學(xué)習(xí)：2.1概述2.2半導(dǎo)體分立器件的開關(guān)特性2.3邏輯門電路2.4TTL集成邏輯門電路2.5CMOS集成邏輯門電路2.6不同類型門電路的接口問題2.7邏輯門電路的應(yīng)用,數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件,第二章邏輯門電路,內(nèi)容提要本章主要介紹邏輯電路的基本邏輯關(guān)系和邏輯門電路；TTL與非門的典型電路結(jié)構(gòu)、工作原理、傳輸特性和主要參數(shù)；CMOS集成邏輯門電路。,數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件,21概述,1正邏輯和負(fù)邏輯在邏輯電路中，輸入輸出電位的高低用電平表示，高電平是一種狀態(tài)，低電平是另一種狀態(tài)；若高電平表示有信號(hào)，用1表示，低電平表示沒有信號(hào)，用0表示，則稱為正邏輯；反之若低電平表示有信號(hào)，用1表示，高電平表示沒有信號(hào)，用0表示，則稱為負(fù)邏輯。2標(biāo)準(zhǔn)高電平和標(biāo)準(zhǔn)低電平在數(shù)字電路中，高電平或低電平都是表示一定的電壓范圍，而不是一個(gè)固定不變的數(shù)值。將高電平的下限值稱為標(biāo)準(zhǔn)高電平，用USH表示，低電平的上限值稱為標(biāo)準(zhǔn)低電平，用USL表示；在實(shí)際電路中應(yīng)滿足高電平UHUSH，低電平ULUSL。,數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件,22半導(dǎo)體分立器件的開關(guān)特性,2.2.1二極管的開關(guān)特性2.2.2晶體管的開關(guān)特性2.2.3管的開關(guān)特性,在數(shù)字電路中，二極管大多工作在開關(guān)狀態(tài)。由于二極管具有單向?qū)щ娞匦?，因此，在?shù)字電路中它可以作為一個(gè)電子開關(guān)使用。,數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件,2.2.1二極管的開關(guān)特性,1二極管的靜態(tài)開關(guān)特性二極管的靜態(tài)開關(guān)特性是指二極管在正向直流電壓或反向直流電壓作用下穩(wěn)定導(dǎo)通或截止時(shí)呈現(xiàn)特性。,圖2-1二極管的開關(guān)電路,數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件,2.二極管的動(dòng)態(tài)開關(guān)特性二極管的動(dòng)態(tài)開關(guān)特性是指信號(hào)電壓突然變化時(shí)，二極管從一種工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一工作狀態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)換特性。轉(zhuǎn)換過程有兩種，即從導(dǎo)通到截止和從截止到導(dǎo)通，圖2-2所示為二極管的動(dòng)態(tài)開關(guān)特性。,數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件,圖2-2二極管的動(dòng)態(tài)開關(guān)特性,由此可見，反向恢復(fù)時(shí)間是影響二極管開關(guān)速度的主要原因，反向恢復(fù)時(shí)間越長，開關(guān)速度越低。,數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件,2.2.2晶體管的開關(guān)特性,1晶體管的靜態(tài)開關(guān)特性晶體管的輸出特性曲線有三個(gè)區(qū)域放大區(qū)、截止區(qū)、飽和區(qū)。在數(shù)字電路中，晶體管主要工作在飽和區(qū)和截止區(qū)，并在截至區(qū)和飽和區(qū)之間通過放大區(qū)進(jìn)行快速轉(zhuǎn)換，晶體管的這種工作狀態(tài)稱為開關(guān)工作狀態(tài)。,圖2-3晶體管的開關(guān)工作狀態(tài),數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件,2晶體管的動(dòng)態(tài)開關(guān)特性與二極管相似，晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)部電荷的存儲(chǔ)與消散都需要一定的時(shí)間，因此集電極電流的變化總是滯后于輸入電壓ui的變化，所以晶體管由截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)或由飽和狀態(tài)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)都需要一定的時(shí)間。如圖2-4所示。,圖2-4晶體管的開關(guān)時(shí)間,2.2.3管的開關(guān)特性,1管的開關(guān)作用管金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的簡(jiǎn)稱，和晶體管一樣可以當(dāng)作開關(guān)使用。,圖2-5MOS管開關(guān)電路,2管的開關(guān)時(shí)間雙極型晶體管由于飽和時(shí)有存儲(chǔ)電荷存在，所以其開關(guān)時(shí)間較長。而MOS管因?yàn)橹挥幸环N載流子參與導(dǎo)電，不存在存儲(chǔ)電荷，因此不存在存儲(chǔ)時(shí)間，因而它的開關(guān)時(shí)間較小。用PMOS管也可以構(gòu)成開關(guān)電路，不同的是PMOS管的開啟電壓為負(fù)值。,2.3邏輯門電路,2.3.1二極管門電路2.3.2晶體管門電路2.3.3組合邏輯門電路,在邏輯代數(shù)中最基本的邏輯關(guān)系有三種,即“與”、“或”、“非”，實(shí)現(xiàn)上述邏輯關(guān)系的電路叫邏輯門電路，簡(jiǎn)稱門電路.,2.3.1二極管門電路,1.二極管與門電路,圖2-6二極管與門電路,與門電路的輸入和輸出波形如圖2-7所示.,圖2-7與門電路工作波形,2.二極管或門電路,圖2-8二極管或門電路,或門電路的輸入和輸出波形如圖2-9所示.,圖2-9或門電路工作波形,2.3.2晶體管門電路,圖2-10晶體管非門電路,a）電路b）邏輯符號(hào),晶體管非門電路,2.3.3組合邏輯門電路,1.復(fù)合門(1)與非門與非門是與門和非門的組合，其邏輯符號(hào)如圖2-11a所示，邏輯表達(dá)式為(2)或非門或非門是或門和非門的組合，其邏輯符號(hào)如圖2-11b所示，邏輯表達(dá)式為,(3)與或非門與或非門是與門、或門、非門的組合，其邏輯符號(hào)如圖2-11c所示，其邏輯表達(dá)式為(4)異或門異或門電路的特點(diǎn)是兩個(gè)輸入信號(hào)相同時(shí)，輸出為0，相異時(shí)輸出為1，其邏輯符號(hào)如圖2-11d所示，邏輯關(guān)系表達(dá)式為,圖2-11復(fù)合門邏輯符號(hào),2.正邏輯和負(fù)邏輯的相互轉(zhuǎn)換對(duì)同一電路，可以采用正邏輯，也可以采用負(fù)邏輯，而邏輯電路本身輸出與輸入的邏輯關(guān)系，并不因?yàn)椴捎谜⒇?fù)邏輯的不同而改變。但是對(duì)同一種電路，用正、負(fù)邏輯去分析,它的邏輯功能截然不同，當(dāng)然邏輯真值表也不同。正負(fù)邏輯符號(hào)如表2-6所示。,表2-6正、負(fù)邏輯符號(hào),2.4TTL集成邏輯門電路,2.4.1TTL與非門的工作原理2.4.2TTL與非門的外特性及有關(guān)參數(shù)2.4.3其他類型的TTL邏輯門電路2.4.4TTL系列數(shù)字集成電路簡(jiǎn)介2.4.5TTL門電路使用中應(yīng)注意的問題,TTL邏輯門電路是晶體管晶體管邏輯門電路的簡(jiǎn)稱，它的輸入級(jí)和輸出級(jí)均采用晶體管。,2.4.1TTL與非門的工作原理,1.電路組成,圖2-16TTL集成與非門電路圖及邏輯符號(hào),2工作原理當(dāng)輸入全為高電平時(shí)，輸出為低電平；當(dāng)輸入端至少有一個(gè)為低電平時(shí)，輸出為高電平。由此可見，電路的輸出與輸入之間滿足與非邏輯關(guān)系，即,2.4.2TTL與非門的外特性及有關(guān)參數(shù),1電壓傳輸特性TTL與非門電壓傳輸特性是表示輸出電壓隨輸入電壓變化的一條曲線，電壓傳輸特性曲線大致分為四段，如圖2-18：,圖2-18TTL與非門的電壓傳輸特性,2主要參數(shù)輸出高電平和輸出低電平閾值電壓關(guān)門電平和開門電平噪聲容限、輸入短路電流輸入漏電流扇出系數(shù)平均延遲時(shí)間,2.4.3其他類型的TTL邏輯門電路,1集電極開路與非門（OC門）將普通TTL與非門的輸出級(jí)改為集電極開路的晶體管結(jié)構(gòu)，稱為集電極開路門電路，簡(jiǎn)稱OC門(OpenCollector)。,圖2-20OC門電路,2三態(tài)輸出門（TSL門）三態(tài)門，是指邏輯門的輸出除有高、低電平兩種狀態(tài)外，還有第三種狀態(tài)高阻狀態(tài)（或稱禁止?fàn)顟B(tài)）的門電路，簡(jiǎn)稱TSL(TristateLogic)門。,圖2-23三態(tài)門,2.4.4TTL系列數(shù)字集成電路簡(jiǎn)介,在我國TTL數(shù)字集成電路分為CT54系列和CT74系列，兩個(gè)系列具有完全相同的電路結(jié)構(gòu)和電氣性能參數(shù)，所不同的是54系列工作溫度-55125，為軍用品；74系列工作溫度在070，為民用品。,2.4.5TTL門電路使用中應(yīng)注意的問題,在使用TTL集成門電路時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：1電源電壓應(yīng)滿足在標(biāo)準(zhǔn)值5（110%）V的范圍內(nèi)。2TTL電路的輸出端所接負(fù)載，不能超過規(guī)定的扇出系數(shù)。3具有推拉式輸出結(jié)構(gòu)的TTL門電路，不允許直接并聯(lián)使用，三態(tài)門的輸出端可以并聯(lián)使用，但同一時(shí)刻只能有一個(gè)門工作，其余處于高阻態(tài)；集電極開路門輸出端可并聯(lián)使用，但公共輸出端必須通過負(fù)載電阻RL與電源相接。4TTL門多余輸入端的處理方法,2.5CMOS集成邏輯門電路,2.5.1CMOS反相器2.5.2其他類型的CMOS邏輯門電路2.5.3CMOS系列數(shù)字集成電路簡(jiǎn)介2.5.4CMOS門電路特性及使用常識(shí),目前集成邏輯門電路有兩大類，一類是前面介紹的TTL門電路，另一類為CMOS集成邏輯門電路，它是由增強(qiáng)型PMOS管和增強(qiáng)型NMOS管組成的互補(bǔ)對(duì)稱MOS門電路。,2.5.1CMOS反相器,1電路結(jié)構(gòu)2.工作原理本電路具有反相器功能，故稱為非門，其邏輯表達(dá)式為,圖2-35CMOS反相器,2.5.2其他類型的CMOS邏輯門電路,1.與非門它是由兩個(gè)串聯(lián)的增強(qiáng)型NMOS管和兩個(gè)并聯(lián)的增強(qiáng)型PMOS管組成。電路的邏輯關(guān)系表達(dá)式為,圖2-36CMOS與非門,2.或非門它是由兩個(gè)并聯(lián)的增強(qiáng)型NMOS管和兩個(gè)串聯(lián)的增強(qiáng)型PMOS管組成。電路的邏輯關(guān)系表達(dá)式為,圖2-37CMOS或非門,3.CMOS傳輸門CMOS傳輸門是一種傳送信號(hào)的可控開關(guān)，它是由兩個(gè)參數(shù)對(duì)稱的NMOS管和PMOS管并聯(lián)而成。,圖2-38CMOS傳輸門,2.5.3COMS系列數(shù)字集成電路簡(jiǎn)介,CMOS集成電路系列主要有CC4000系列和CC54/74HC系列，4000系列由于具有功耗低，噪聲容限大等特點(diǎn)，已得到廣泛應(yīng)用，但工作速度較慢；CC54/74HC系列具有較高的工作速度和驅(qū)動(dòng)能力。,2.5.4CMOS門電路特性及使用常識(shí),TTL電路的使用注意事項(xiàng)，一般對(duì)CMOS電路也適用。但因CMOS電路容易產(chǎn)生柵極擊穿問題，所以要特別注意以下幾點(diǎn)：（1）避免靜電損壞（2）多余輸入端的處理方法（3）并聯(lián)使用,2.6不同類型門電路的接口問題,1.TTL電路驅(qū)動(dòng)CMOS電路,圖2-39TTL-CMOS電路的接口,2CMOS電路驅(qū)動(dòng)TTL電路,圖2-40CMOS-TTL電路的接口,2.7邏輯門電路的應(yīng)用,邏輯門電路是數(shù)字電路的基本單元電路，應(yīng)用單元電路可以組成較復(fù)雜的邏輯控制電路，在生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應(yīng)用。,本章小結(jié),1.在數(shù)字電路中，最基本的邏輯關(guān)系有與、或、非三種，對(duì)應(yīng)有與門、或門和非門三種基本邏輯門電路，利用二極管的開關(guān)特性可以構(gòu)成二極管與門和或門，利用晶體管的開關(guān)特性可構(gòu)成非門。常用的復(fù)合邏輯門電路有與非門、或非門、與或非門和異或門等。2.目前廣泛使用的集成邏輯門電路有TTL型和CMOS型兩類，重點(diǎn)應(yīng)放在它們的輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系和外部特性上，如電壓傳輸特性等。與TTL集成電路相比，CMOS集成電路的主要特點(diǎn)是功耗低，抗干擾能力強(qiáng)，電源電壓范圍寬等；主要缺點(diǎn)是工作速度慢，輸出驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力差