数电孙津平第2章.ppt

第 2 章　集成门电路 2.1 概 述　　逻辑门电路是指能够实现各种基本逻辑关系的电路， 简称“门电路”或逻辑元件。 各种逻辑门均可用半导体器件(如二极管、 三极管和场效应管等)来实现。 最基本的门电路是与门、 或门和非门。 利用与、 或、 非门就可以构成各种逻辑门。 　　在逻辑电路中, 逻辑事件的是与否用电路电平的高、 低来表示。 高电平是一种状态， 而低电平是另一种状态， 分别用“0”和“1”表示。 若用1代表高电平、 0代表低电平， 称为正逻辑; 若用1代表低电平、 0代表高电平， 则称为负逻辑。 　　　　　　2.2 TTL集成门电路　　TTL门电路由双极型晶体三极管构成， 它的特点是速度快， 抗静电能力强， 集成度低， 功耗大， 目前广泛应用于中、 小规模集成电路。 图2.1是一个由与非门构成的多数表决器。 A、 B、 C为输入端， Y为输出端。 当A、 B、 C中两个或两个以上变量为1时， Y为1， 其余情况Y=0。 电路输入、 输出间的逻辑关系如表2.1所示。 图 2.1 多数表决器逻辑图 2.2.1 TTL与非门的工作原理　　1. 电路组成　　如图2.2所示是TTL与非门电路图及逻辑符号。 此电路也称五管五阻电路。 它是由输入级、 中间级和输出级三部分组成的。 图 2.2 TTL集成与非门电路图及逻辑符号 (a) 电路； (b) 符号 　　(1) 输入级。输入级由多发射极管V1和电阻R1组成。 其作用是对输入变量A、 B、 C实现逻辑与， 所以它相当于一个与门。 V1的发射极为“与”门的输入端， 集电极为“与”门的输出端。 从逻辑功能上看， 图2.3（a）所示的多发射极三极管可以等效为图2.3（b）所示的形式。 图 2.3 多发射极晶体管及其等效形式 (a) 多发射极晶体管； (b) 等效形式 　　(2) 中间级。 中间级由V2、 R2和R3组成。 V2的集电极和发射极输出两个相位相反的信号， 作为V3和V5的驱动信号。 　(3) 输出级。输出级由V3、 V4、 V5和R4、 R5组成， 这种电路形式称为推拉式电路。 其中， R4为分流电阻， 可以减小复合管的穿透电流； R5为限流电阻， 防止负载电流过大烧毁器件。 　　2. 工作原理　　(1) 输入全部为高电平。当输入A、 B、 C均为高电平， 即UIH = 3.6 V时， V1基极电位升高， 从图2.3（b）中可知， V1的基极电位足以使V1的集电结和V2、 V5的发射结导通。 而V2的集电极压降可以使V3导通，但它不能使V4导通。 V5由V2提供足够的基极电流而处于饱和状态。 　　因此输出为低电平: 　　　　　　　　　UO=UOL=UCE5≈0.3 V 　　(2) 输入至少有一个为低电平。 当输入至少有一个（A端）为低电平， 即UIL = 0.3 V时， V1与A端连接的发射结正向导通， 从图2.3(b)中可知， V1集电极电位UC1使V2、 V5均截止， 而V2的集电极电压足以使V3， V4导通。 因此输出为高电平： 　　　　　　 UO=UOH≈UCC－UBE3－UBE4　　　　　　　　　　　=5－0.7－0.7=3.6 V 2.2.2 TTL与非门的外特性与参数　　1. 电压传输特性　　TTL与非门电压传输特性是表示输出电压UO随输入电压UI变化的一条曲线， 其测试电路及电压传输特性曲线如图2.4所示。 图 2.4 TTL与非门电压传输特性 （a） 测试电路示意图; （b） 曲线 　　（1） AB段。 输入电压UI≤0.6 V时， V1工作在深度饱和状态，UCES1＜0.1 V, UB2＜0.7 V, 故V2、 V5截止， V3、 V4导通， UO≈3.6 V为高电平。 与非门处于截止状态， 所以把AB段称截止区。 　　（2） BC段。 输入电压 0.6 V＜UI＜1.3 V时， 0.7 V≤UB2＜1.4 V ， V2开始导通， V5仍未导通，V3、 V4处于射极输出状态。 随UI的增加， UB2增加， UC2下降， 并通过V3、 V4使UO也下降。 因为UO基本上随UI的增加而线性减小， 故把BC段称线性区。 　　（3） CD段。 输入电压1.3 V＜UI＜1.4 V时， V5开始导通，并随UI的增加趋于饱和。 使输出UO为低电平。 所以把CD段称转折区或过渡区。 　　(4) DE段。 当UI≥1.4 V时, V2、 V5饱和， V4截止， 输出为低电平。 与非门处于饱和状态。 所以把DE段称饱和区。 　　2. 主要参数　　（1） 输出高电平UOH和输出低电