数字电子技术85339.doc

33 第二章 逻辑门电路 第一节 基本知识、重点与难点 一、基本知识 （一）TTL 与非门 1．结构特点 TTL 与非门电路结构，由输入极、中间极和输出级三部分组成 输入级采用多发射极 晶体管，实现对输入信号的与的逻辑功能输出级采用推拉式输出结构（也称图腾柱结构） ， 具有较强的负载能力 2．TTL 与非门的电路特性及主要参数 （1）电压传输特性 与非门电压传输特性是指 TTL 与非门输出电压 UO与输入电压 UI之间的关系曲线，即 UO =f（UI） （2）输入特性 当输入端为低电平 UIL时，与非门对信号源呈现灌电流负载， 称 1 ILbe1CC IL R UUU I   为输入低电平电流，通常 IIL＝-1～1.4mA 当输入端为高电平 UIH时，与非门对信号源呈现拉电流负载，通常 IIH≤50μA 称为输 入高电平电流 （3）输入负载特性 实际应用中，往往遇到在与非门输入端与地或信号源之间接入电阻的情况 若 Ui≤UOFF，则电阻的接入相当于该输入端输入低电平，此时的电阻称为关门电阻， 记为 ROFF若 Ui≥UON，则电阻的接入相当于该输入端输入高电平，此时的电阻称为开门 电阻，记为 RON。

通常 ROFF≤0.7K，RON≥2K （4）输出特性 反映与非门带载能力的一个重要参数--扇出系数 NO是指在灌电流（输出低电平）状态 下驱动同类门的个数 ILOLmaxO / IIN 其中为最大允许灌电流，IIL是一个负载门灌入本级的电流（≈1.4mA） NO越 OLmax I 大，说明门的负载能力越强 （5）传输延迟时间 传输延迟时间表明与非门开关速度的重要参数平均传输延迟时间越小，电路的开关 速度越高 3．其它类型常用 TTL 门电路 34 （2）三态门（TSL 门） 三态输出门除具有一般与非门的两种低阻输出状态（高电平和低电平状态）外，还具 有高阻输出的第三种状态，称为高阻态，又称禁止态或失效态通过使能控制端控制电路 的工作状态，有低电平使能和高电平使能两种情况 二、重点与难点 重点： 1．TTL 与非门外特性 （1）电压传输特性及输入噪声容限：由电压传输特性曲线可以得出与非门的输出信号 随输入信号的变化情况，同时还可以得出反映与非门抗干扰能力的参数 Uon、Uoff、UNH和 UNL开门电平 UON是保证输出电平为最高低电平时输入高电平的最小值关门电平 UOFF 是保证输出电平为最小高电平时，所允许的输入低电平的最大值。

（2）输入特性：描述与非门对信号源的负载效应根据输入端电平的高低，与非门 呈现出不同的负载效应，当输入端为低电平 UIL时，与非门对信号源是灌电流负载，输入 低电平电流 IIL通常为 1～1.4mA当输入端为高电平 UIH时，与非门对信号源呈现拉电流 负载，输入高电平电流 IIH通常小于 50μA （3）输入负载特性：实际应用中，往往遇到在与非门输入端与地或信号源之间接入 电阻的情况，电阻的取值不同，将影响相应输入端的电平取值当 R≤关门电阻 ROFF时， 相应的输入端相当于输入低电平；当 R≥开门电阻 RON时，相应的输入端相当于输入高 电平 2．其它类型的 TTL 门电路 （1）三态门 TSL 三态门即保持推拉式输出级的优点，又能实现线与功能它的输出除了具有一般与非 门的两种状态外，还具有高输出阻抗的第三个状态，称为高阻态，又称禁止态处于何种 状态由使能端控制 思考题题解 题 2.1 TTL 标准与非门电路由哪几部分组成？ 答：输入级；中间级；输出级 题 2.2 TTL 与非门的电压传输特性说明什么问题？从特性曲线上可以得到 UOH、UOL、UIH和 UIL等参数，这些参数代表什么意义？ 答：与非门的电压传输特性指的是与非门输入电压 UI和输出电压 UO之间的关系曲线。

UOH是与非门电压传输特性曲线截止区的输出电压，称作输出高电平UOL是电压传输特 性曲线导通区的输出电压，称作输出低电平UIH和 UIL分别是输入高电平和输入低电平 题 2.3 TTL 电路实现线与逻辑功能可以采用集电极开路门和三态门，试说明其原理 答：线与是指在实际应用中，把输出端直接并联使用，实现与逻辑功能为了实现线 与功能，将集电极开路门或三态门的输出端直接并联，外接公共负载电阻和电源每个门 实现与非逻辑，两个输出只要有一个是低电平，总的输出就是低电平，只有两个输出都是 高电平，总的输出才是高电平因此实现了线与逻辑 题 2.7 CMOS 门电路与 TTL 门电路相比有哪些优点？ 答：优点主要有以下几点： 1．静态功耗低 2．集成度高，温度稳定性好 35 3．抗辐射能力强 4．电源利用率高 5．扇出系数大 6．电源取值范围宽 题 2.8 CMOS 门电路不使用的输入端不允许悬空，为什么？ 答：因为 CMOS 电路输入阻抗高，容易受静电感应出现击穿，输入端不能悬空与非 门多余的输入端接电源正极，或非门接地，低速场合将多余的输入端和有用的信号端并联 使用 题 2.9 当 TTL 门电路驱动 CMOS 门电路时，是否需要增加接口电路？为什么？ 答：如果 TTL 和 CMOS 电路选择适当的话，不需要另外加任何接口电路。

例如 TTL 采用 74LS 系列，CMOS 采用 74HCT 系列 题 2.10 为什么说电压、电流参数是门电路之间实现正确连接的主要参数？ 答：因为电压和电流参数是门电路实现正常功能的主要参数，所以它们是门电路之间 建立正确连接的主要参数 习题题解 习题 2.1 灯控制电路如习题 2.1 图所示试写出电路的功能表、真值表和逻辑表达式 解：当开关 A、B 同时上扳或下扳时，灯 F 才亮由此可写出电路功能表如习题表 2.1 所示开关 A、B 和灯 F 只有两种相反的状态，可选用逻辑 0 和逻辑 1 来代表相应的状态 然而选用的表示方式不同，所得到的真值表和逻辑表达式也不同 （1）如开关上扳用逻辑 1 表示，下扳则用逻辑 0 表示；灯亮 用逻辑 1 表示，灯灭则用逻辑 0 表示根据功能表可写出电路的真 值表如习题表 2.2 所示，由真值表写出电路的逻辑表达式为： =A⊙BBAABF （2）如开关上扳用逻辑 0 表示，下扳则用逻辑 1 表示；灯亮 用逻辑 1 表示，灯灭则用逻辑 0 表示根据功能表可写出电路的真 值表如习题表 2.3 所示，由真值表写出电路的逻辑表达式为： =A⊙BBAABF （3）如开关上扳用逻辑 1 表示，下扳则用逻辑 0 表示；灯亮用逻辑 0 表示，灯灭则用 逻辑 1 表示。

根据功能表可写出电路的真值表如习题表 2.4 所示，由真值表写出电路的逻 辑表达式为： 习题表 2.1 A BF 上扳 上扳 上扳 下扳 下扳 上扳 下扳 下扳 亮 灭 灭 亮 A A B C D 习题 2.2 图 UC R02 UC R01 T F1 F2 -Ub R2 R1 F3 F RC UC B C D （a ） （b） 习题 2.1 图 BA U F 13 24 36 BAABFBA （4）如开关上扳用逻辑 0 表示，下扳则用逻辑 1 表示；灯亮用逻辑 0 表示，灯灭则用 逻辑 1 表示根据功能表可写出电路的真值表如习题表 2.5 所示，由真值表写出电路的逻 辑表达式为： BAABFBA 习题 2.3 试分析习题 2.3 图所示 TTL 电路的工作原理和逻辑功能，并说明 D 的作用， 计算 UOL、UOH、UIL、UN等 解：从习题 2.3 图可看出，电路是由输入级 、中间级和输出级三部分组成 输入级由多发射级三极管 T1和 R1组成中 间级由 T2管、R2、R3构成，起分相作用T4、 T5、R4和 D 构成为图腾柱式结构，具有静态功 耗小、输出电阻小、带负载能力强等优点。

当 A、B、C 中有一个为低电平时，UIL=0.3V， 此时，T1管的基极电位被钳制在 UB1=1.0V，T2和 T4均截止，T2的集电极电位 UC2为高电平，将使 T3和 D 导通，输出为高电平由于 IB4电流很小，故可近似认为 UC2=5V，UOH=5-UBE3- UD=5-0.7-0.7=3.6V 当 A、B、C 全为高电平时，T1的集电极、T2的发射极和 T4的发射极导通，使 T1管的 基极电位 UB1被箝制在 2.1V此时 T1管集电极正偏，发射极反偏，故电流 IB1将流入 T2 的基极，使 T2导通IE2电流部分被 R3分流外，其余部分将流入 T4的基极，使 T4管导通 若假设 T2导通后进入饱和状态，则 UC2≈0.8V，此时电压不足以使 T3和 D 同时导通，故输 出极电路上半部分截止，下半部分导通，输出呈低电平，UOL=UCE3 ≈0.3V 由上面分析可知，电路实现的是与非的逻辑功能，逻辑表达式为： CBAF 电路中的二极管 D 起到电平移位的作用 输出的高低电平值：UOH=3.6V UOL=0.3V 输入的高低电平值：UIH=3.6V UIL=0.3V. 输入端的短路电流：IIL=。

1.075mA 4 0.75   习题 2.4 用内阻足够大的万用表测量习题 2.4 图 TTL 与非门电路的一个悬空输入端 的电压 UI，在下列情况下，表的读数各为多少？ ⑴ 其余输入端全部悬空时； ⑵ 其余输入端全部接 UCC时； ⑶ 其余输入端全部接地时； 习题表 2.2 A BF 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 习题表 2.3 A BF 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 习题表 2.5 A BF 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 习题表 2.4 A BF 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 习题 2.3 图 R1 4kΩ R3 1kΩ R2 16kΩ R4 130Ω UC +5V F （UO） A B C D T4 T2 T3 T1 37 ⑷ 其余输入端全部接 0.3V 时； ⑸ 其余输入端有一个接地时 解：设 Ube=0.7V，用内阻足够大的万用表测量与非门的一个悬空输入端的电压 UI （1）其余输入端全部悬空时,相当于在相应的输入端接高电平，此时 T2、T5均导通， T1的基极电位值为 2.1V,因此，用内阻足够大的万用表测量与非门的一个悬空输入端的电 压 UI =2.1-Ube=2.1-0.7=1.4V。

（2）其余输入端全部接 UCC时, 此时 T2、T5均导通，T1的基极电位值为 2.1V,因此， 用内阻足够大的万用表测量与非门的一个悬空输入端的电压 UI =2.1-Ube=2.1-0.7=1.4V （3）其余输入端全部接地时，此时，T1的基极电位被钳制在 0.7V, 用内阻足够大的 万用表测量与非门的一个悬空输入端的电压 UI =0.7-0.7=0V （4）其余输入端全部接 0.3V 时，此时，T1的基极电位被钳制在 1V, 用内阻足够大 的万用表测量与非门的一个悬空输入端的电压 UI =1-0.7=0.3V （5）其余输入端有一个接地时，对应的输入接地的二极管优先导通，T1的基极电位 被钳制在 0.7V，用内阻足够大的万用表测量与非门的一个悬空输入端的电压 UI =0.7- 0.7=0V 习题 2.27 如习题 2.27 图所示驱动电路，哪些驱动电路的连接是错误的？ 解：习题 2.27 图(a)，(c)驱动错误 D4T1 D1 R4 120Ω D2 习题 2.5 图 RB 1.5kΩ UCC R2 8kΩ R1 20kΩ A B D3 T4 T5 F T3 R4 4kΩ R6 3kΩ T2 习题 2.4 图 R1 4kΩ R3 1kΩ R2 16kΩ R4 130Ω UCC +5V F （UO） A B C D T4 T2 T3 T1 LED A R2 习题 2.27 图 & LED R (a) UCC R1 LED R & B A B (b) & R (c) C 。