第二章 逻辑门电路.doc

第二章逻辑门电路
[教学要求]
了解门电路的定义及分类方法,二极管、三极管的开关特性,及分立元件组成的与、或、非门的工作原理;
掌握TTL反相器的工作原理,静态输入、输出、电压传输特性及输入端负载特性,开关特性;了解其它TTL门(与非门、或非门、异或门、三态门,OC门)的工作原理及TTL门的改进系列;
掌握CMOS反相器的工作原理及静态特性。了解CMOS反向器的动特性。其他CMOS门(与非门、或非门等)的工作原理。掌握门电路应用注意事项。
[教学内容]
分立元件组成的与、或、非门的工作原理
TTL反相器
其它TTL门
CMOS反相器的工作原理及静态特性
其他CMOS门(与非门、或非门等)的工作原理
门电路应用注意事项
引言
在分析门电路时,将着重它们的逻辑功能和外特性,对其内部电路,只作一般介绍。
二极管的开关特性
一、二极管从正向导通到截止有一个反向恢复过程
通常把二极管从正向导通转为反向截止所经过的转换过程称为反向恢复过程。其中tS称为存储时间,tt称为渡越时间,tre=ts+tt称为反向恢复时间。
由于反向恢复时间的存在,使二极管的开关速度受到限制。
二、产生反向恢复过程的原因——电荷存储效应
二极管在开关转换过程中出现的反向恢复过程,实质上由于电荷存储效应引起的,反向恢复时间就是存储电荷消失所需要的时间。
三、二极管的开通时间
二极管从截止转为正向导通所需的时间称为开通时间。这个时间同反向恢复时间相比是很短的。它对开关速度的影响很小,可以忽略不计。
BJT的开关特性
NPN型BJT的结构如下图所示。
PNP型BJT的结构如下图中的上半部所示,下边为电路图中的符号。

一、BJT的开关作用
BJT的开关作用对应于有触点开关的“断开”和“闭合”。
上图所示电路用来说明BJT开关作用,图中BJT为NPN型硅管。
NPN型BJT截止、放大、饱和三种工作状态的特点列于下表中。
二、BJT的开关时间
BJT的开关过程和二极管一样,也是内部电荷“建立”和“消散”的过程。因此BJT饱和与截止两种状态的相互转换也是需要一定的时间才能完成的。
如上图所示电路的输入端加入一个幅度在-VB1和+VB2之间变化的理想方波,则输出电流Ic的波形如下图。



基本逻辑门电路
基本逻辑运算有与、或、非运算,对应的基本逻辑门有与、或、非门。本节介绍简单的二极管门电路和BJT反相器(非门),作为逻辑门电路的基础。
用电子电路来实现逻辑运算时,它的输入、输出量均为电压(以V为单位)或电平(用1或0表示)。通常将门电路的输入量作为条件,输出量作为结果。
一、二极管与门及或门电路
―――下图表示由半导体二极管组成的与门电路,右边为它的代表符号。
如果考虑输入端的各种取值情况,可以得到下表―――输入信号为+5V或0V。
输入(V)
输出(V)
VA
VB
VC
VL
0
0
0
0
+5
+5
+5
+5
0
0
+5
+5
0
0
+5
+5
0
+5
0
+5
0
+5
0
+5
0
0
0
0
0
0
0
+5
将表中的+5V用1代替,则可得到真值表:
A
B
C
L
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
由表中可见该门电路满足与逻辑关系,所以这是一种与门。输入变量A、B、C与输出变量L只间的关系满足逻辑表达式。


用真值表将所有情况罗列如下:
A
B
C
L
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
由表中可见A、B、C与L之间满足或逻辑关系,即有:。
二、非门电路——BJT反相器
上图表示一基本反相器电路及其逻辑符号。下图则是其传输特性,图中标出了BJT的三个工作区域。对于饱和型反相器来说,输入信号必须满足下列条件:逻辑0:Vi<V1 逻辑1:Vi>V2
采用二极管与三极管门的组合,组成与非门、或非门,也就是所谓的复合门电路。与非门和或非门在负载能力、工作速度和可靠性方面都大为提高,是逻辑电路中最常用的基本单元。下图给出了复合门电路的一个例子及其逻辑符号和逻辑表达式。
下面将要介绍的是一些切实可用的逻辑门电路。
TTL逻辑门电路
以双极型半导体管为