与门电路和与非门电路原理.doc

什么是与门电路及与非门电路原理？　· 发短消息 · 加为好友 杏花村 目前 推广积分10  奉献值0  激情531  签到积分1２84  红花66　朵 红豆币８833  阅读权限10０ 时间353　小时 威望8０１7  精髓0 什么是与门电路ﻫ从小巧的电子手表，到复杂的电子计算机,它们的许多元件被制成集成电路的形式,即把几十、几百,甚至成干上万个电子元件制作在一块半导体片或绝缘片上每种集成电路均有它独特的作用有一种用得最多的集成电路叫门电路常用的门电路有与门、非门、与非门什么是门电路ﻫ“门”顾名思义起开关作用任何“门”的开放都是有条件的例如.一名学生去买书包，只买既好看又给买的,那么她的家门只对“好看”与“结实”这两个条件同步具有的书包才开放门电路是起开关作用的集成电路由于开放的条件不同,而分为与门、非门、与非门等等ﻫ与门我们先学习与门,在这之前请人们先看图１5-１６,懂得什么是高电位,什么是低电位ﻫ图１５-17甲是我们实验用的与用的与门,它有两个输入端A、Ｂ和一种输出端图15－1７乙是它连人电路中的情形，发光二极管是用来显示输出端的电位高下:输出端是高电位,二极管发光；输出端是低电位,二极管不发光。

ﻫﻫ实验ﻫ照图1５-18甲、乙、丙、丁的顺序做实验图中由Ａ、B引出的带箭头的弧线，表达把输入端接到高电位或低电位的导线每次实验根据二极管与否发光，鉴定输出端电位的高下ﻫ输入端着时，它的电位是高电位,照图15-１８戊那样，让两输人端都空着，则输出瑞的电位是高电位，二极管发光ﻫﻫ可见,与门只在输入端A与输入端B都是高电位时，输出端才是高电位;输入端A、Ｂ只要有一种是低电位,或者两个都是低电位时，输出端也是低电位输人端空着时，输出端是高电位与门的应用ﻫﻫ图15-19是应用与门的基本电路,只有两个输入端A、Ｂ同低电位间的开关同步断开,Ａ与B才同步是高电位，输出端也因而是高电位,用电器开始工作实验ﻫﻫ照图15-２0连接电路图中输入端与低电位间连接的是常闭按钮开关，按压时断开,不压时接通ﻫﻫ观测电动机在什么状况下转动ﻫﻫ如果图１5－20的两个常闭按钮开关分别装在汽车的前后门,图中的电动机是启动汽车内燃机的电动机，当车间关紧时常闭按钮开关才干被压开,那么这个电路可以保证只有两个车门都关紧时汽车才干开动与非门，与非门是什么意思ＤTL与非门电路: 常将二极管与门和或门与三极管非门组合起来构成与非门和或非门电路，以消除在串接时产生的电平偏离，并提高带负载能力。

图2.1.5所示就是由三输入端的二极管与门和三极管非门组合而成的与非门电路其中，作了两处必要的修正： （１）一将电阻Rb换成两个二极管D4、D5，作用是提高输入低电平的抗干扰能力，即当输入低电平有波动时，保证三极管可靠截止，以输出高电平　（2）二是增长了R１，目的是当三极管从饱和向截止转换时,给基区存储电荷提供一种泻放回路 该电路的逻辑关系为: （1）当三输入端都接高电平时(即VA=VB=VC＝5V),二极管D1~D3都截止，而D4、D５和T导通可以验证,此时三极管饱和,ＶL=ＶCES≈０.3V,即输出低电平 （2）在三输入端中只要有一种为低电平0．3Ｖ时，则阴极接低电平的二极管导通,由于二极管正向导通时的钳位作用,VＰ≈1V，从而使Ｄ４、Ｄ５和Ｔ都截止,VＬ＝VCC=5V,即输出高电平 可见该电路满足与非逻辑关系，即： 把一种电路中的所有元件，涉及二极管、三极管、电阻及导线等都制作在一片半导体芯片上，封装在一种管壳内,就是集成电路图2.1.5就是初期的简朴集成与非门电路,称为二极管—三极管逻辑门电路，简称DTL电路 TTL逻辑门电路: DTL电路虽然构造简朴,但因工作速度低而很少应用。

由此改善而成的TＴＬ电路,问世几十年来,通过电路构造的不断改善和集成工艺的逐渐完善,至今仍广泛应用,几乎占据着数字集成电路领域的半壁江山 ＴTL与非门的基本构造及工作原理　1.ＴＴL与非门的基本构造 我们以DTL与非门电路为基本,根据提高电路功能的需要,从如下几种方面加以改善,从而引出TTＬ与非门的电路构造 一方面考虑输入级，ＤTＬ是用二极管与门做输入级，速度较低仔细分析我们发现电路中的Ｄl、D2、D3、Ｄ４的P区是相连的我们可用集成工艺将它们做成—个多发射极三极管这样它既是四个PN结,不变化本来的逻辑关系，又具有三极管的特性一旦满足了放大的外部条件,它就具有放大作用,为迅速消散Ｔ2饱和时的超量存储电荷提供足够大的反向基极电流,从而大大提高了关闭速度具体状况背面再讲 第二，为提高输出管的开通速度，可将二极管Ｄ５改换成三极管T２，逻辑关系不变同步在电路的开通过程中运用Ｔ２的放大作用，为输出管T３提供较大的基极电流，加速了输出管的导通此外T2和电阻RＣ2、ＲＥ2构成的放大器有两个反相的输出端VＣ2和VE2,以产生两个互补的信号去驱动T3、T4构成的推拉式输出级 第三,再分析输出级输出级应有较强的负载能力，为此将三极管的集电极负载电阻RC换成由三极管Ｔ4、二极管D和RC4构成的有源负载。

由于T3和T4受两个互补信号Ve2和Vc2的驱动，因此在稳态时，它们总是一种导通,另一种截止这种构造，称为推拉式输出级 2.ＴTL与非门的逻辑关系 由于该电路的输出高下电平分别为3.6V和0.3Ｖ ，因此在下面的分析中假设输入高下电平也分别为3.６V和0.３Ｖ （1)输入全为高电平3．6Ｖ时Ｔ２　、T3导通,VB1=0.7×３=2.1(V),从而使T1的发射结因反偏而截止此时Ｔ1的发射结反偏，而集电结正偏,称为倒置放大工作状态　由于Ｔ3饱和导通,输出电压为:VO=VＣES３≈0.３V 这时VＥ2＝VB３=０．7V，而ＶＣE２=0.3V，故有VC2＝VE2+　VＣE2=1V1V的电压作用于Ｔ4的基极，使T４和二极管D都截止 可见实现了与非门的逻辑功能之一：输入全为高电平时,输出为低电平 (2）输入有低电平０.３V时　该发射结导通，T1的基极电位被钳位到ＶB1=1ＶT２、T3都截止由于T２截止,流过ＲC2的电流仅为T4的基极电流，这个电流较小,在RC2上产生的压降也较小,可以忽视，因此VＢ4≈VＣC＝5V ，使Ｔ4和D导通，则有: 　 　 VO≈ＶCC-VBE４-VD=5-0.7-０．７=３.6（V）可见实现了与非门的逻辑功能的另一方面：输入有低电平时,输出为高电平。

　综合上述两种状况,该电路满足与非的逻辑功能，是一种与非门　ＴTL与非门的开关速度: 1．TTL与非门提高工作速度的原理 (1）采用多发射极三极管加快了存储电荷的消散过程设电路本来输出低电平,当电路的某一输入端忽然由高电平变为低电平，T1的一种发射结导通,ＶＢ1变为1V由于Ｔ２、T3本来是饱和的，基区中的超量存贮电荷还来不及消散,ＶB2仍维持1．4V在这个瞬间,Ｔ1为发射结正偏，集电结反偏，工作于放大状态,其基极电流ｉB1＝(ＶCＣ-VB１）/Rb1 图2.2.5 多发射极三极管消散Ｔ2存储电荷的过程 集电极电流iC1=β1iB１这个ｉＣ1正好是T2的反向基极电流iB2，可将Ｔ2的存贮电荷迅速地拉走,促使T２管迅速截止T2管迅速截止又使T4管迅速导通，而使T３管的集电极电流加大,使T3的超量存贮电荷从集电极消散而达到截止 (2)采用了推拉式输出级，输出阻抗比较小，可迅速给负载电容充放电　2．TTL与非门传播延迟时间tｐd 当与非门输入一种脉冲波形时，其输出波形有一定的延迟,如图所示定义了如下两个延迟时间: 　导通延迟时间tPHＬ——从输入波形上升沿的中点到输出波形下降沿的中点所经历的时间。

　 截止延迟时间tPLH——从输入波形下降沿的中点到输出波形上升沿的中点所经历的时间与非门的传播延迟时间tpd是tＰＨＬ和tPLＨ的平均值即 一般TTL与非门传播延迟时间tｐｄ的值为几纳秒～十几种纳秒 TTＬ与非门的电压传播特性及抗干扰能力 １．电压传播特性曲线 与非门的电压传播特性曲线是指与非门的输出电压与输入电压之间的相应关系曲线，即V=f(Vi），它反映了电路的静态特性　　 　　(1）AB段（截止区) (２）BC段(线性区） （3)CＤ段（过渡区) (4)ＤＥ段（饱和区) 2．几种重要参数 从TTL与非门的电压传播特性曲线上，我们可以定义几种重要的电路指标 (１)输出高电平电压ＶOＨ——VＯH的理论值为３.6V,产品规定输出高电压的最小值VＯH(mｉn)=2.4V，即不小于2.4V的输出电压就可称为输出高电压VOH （2）输出低电平电压VOL——ＶOL的理论值为0．3V,产品规定输出低电压的最大值ＶOL(max)=0.４V,即不不小于0．4Ｖ的输出电压就可称为输出低电压VOL　由上述规定可以看出,TＴL门电路的输出高下电压都不是一种值,而是一种范畴 （３)关门电平电压VOＦF——是指输出电压下降到VOH(min）时相应的输入电压。

显然只要Vｉ＜ＶOｆf,Vｏ就是高电压，因此VＯFF就是输入低电压的最大值，在产品手册中常称为输入低电平电压,用VIL（max）表达从电压传播特性曲线上看VIL（ｍax）（VOFＦ)≈1.3V，产品规定VＩＬ（ｍaｘ）=0.8V （４)开门电平电压VON——是指输出电压下降到ＶOL（max）时相应的输入电压显然只要Vi＞VOＮ，Vo就是低电压,因此ＶON就是输入高电压的最小值,在产品手册中常称为输入高电平电压，用VＩH（min）表达从电压传播特性曲线上看VIH(miｎ)（VON)略不小于1.3V，产品规定ＶIＨ(ｍin)=2V （5)阈值电压Vth——决定电路截止和导通的分界线,也是决定输出高、低电压的分界线从电压传播特性曲线上看，Vth的值界于VOFF与VOＮ之间,而VOＦＦ与VＯN的实际值又差别不大,因此，近似为Vth≈VOFＦ≈VONVth是一种很重要的参数,在近似分析和估算时，常把它作为决定与非门工作状态的核心值，即Vi

同样,它的输入高下电平也有一种范畴,即它的输入信号容许一定的容差,称为噪声容限 在图2.2．11中若前一种门G１输出为低电压,则后一种门G2输入也为低电压如果由于某种干扰,使Ｇ２的输入低电压高于了输出低电压的最大值VOＬ（mａx)，从电压传播特性曲线上看,只要这个值不不小于VOＦF,G2的输出电压仍不小于VOＨ（min）,即逻辑关系仍是对的的因此在输入低电压时,把关门电压VＯＦＦ 与VOＬ（mａｘ)之差称为低电平噪声容限,用VNL来表达,即低电平噪声容限 VNL＝VOFF-VOL（maｘ)＝０.８Ｖ-0.4V＝0.4Ｖ 若前一种门Ｇ１输出为高电压,则后一种门G2输入也为高电压如果由于某种干扰,使Ｇ2的输入低电压低于了输出高电压的最小值VOH（ｍin），从电压传播特性曲线上看,只要这个值不不不小于ＶON,Ｇ２的输出电压仍不不小于VOL(mａx)，逻辑关系仍是对的的因此在输入高电压时，把VOH(miｎ)与开门电压VON与之差称为高电平噪声容限,用VNＨ来表达，即高电平噪声容限 VＮH=VＯH(mｉn)-VO。