数字电子技术(第二章 组合逻辑电路)

第2章 组合逻辑电路

主要内容2.1 集成逻辑门 2.2 常用的组合逻辑模块 2.3 组合逻辑电路的分析与设计 2.4 组合逻辑电路中的竞争与冒险

本章重点 各种集成逻辑门的特点、特性和参数；

常用组合逻辑模块的特点、应用； 组合逻辑电路的分析和设计。

2.1 集成逻辑门一、门电路的作用和常用类型指用以实现基本逻辑关系和常用复合逻 门电路 (Gate Circuit) 辑关系的电子电路。是构成数字电路的基本 单元之一。

按逻辑功能不同分 集 成 与门 或门 非门 异或门 与非门 或非门 与或非门 逻 辑 SSI(100以下个等效门) 门 MSI(〈103个等效门) 按集成度分

LSI (〈104个等效门) VLSI(>104个以上等效门)

集 成 逻 辑 门

按制造工艺不同分

双极型 集成门电路由双极型三极管构成的逻 辑门电路。 按功能特点不同分 普通门 输出 (推拉式输出) 开路门

单极型集成门电路

由 MOS 管构成的逻辑 门电路。

三态门

CMOS 传输门

二、高电平和低电平的含义高电平和低电平为某规定范围的电位值，而非一固定值。 由门电路种类等决定 1 0 高电平 高电平 高电平信号是多大的信号？低 电平信号又是多大的信号？

低电平

0

低电平

1

正逻辑体制

负逻辑体制

三、获得高、低电平的基本原理

图中的开关S可用二极管、双极型三极管和MOS管实现。

2.1.1 双极型逻辑门电路TTL 电路(Transistor-Transistor Logic)。该类电路的输

入端与输出端均采用三极管结构，故得名三极管-三极管逻辑电路，简称TTL 电路。 ECL 电路(Emitter Coupled Logic),即射极耦合逻辑电路。 HTL 电路(High Threshold Logic),即高阈值逻辑电路。 I2L 电路(Integration Injection Logic),即集成注入逻辑电

路。

几种常用的TTL门电路—基础知识：三极管的开关特性1、双极型三极管的结构

NPN型

PNP型

几种常用的TTL门电路—基础知识：三极管的开关特性

基本开关电路

输入特性

输出特性

几种常用的TTL门电路—基础知识：三极管的开关特性 1) VI < VON 时，三极管截止，输出为高电平，即 VO VOH VCC

2) VI > VON 时，三极管导通，此时有：基极电流： 输出电压：

VI VON iB RB

(1) (2)

VO VCE VCC i C R C VCC i B R C VO VOL 0I BS VCC VCE (sat ) R C

3) 深度饱和状态，输出为低电平，此时有：输出电压： (3)(4)

饱和基极电流：

总之，三极管的 c-e 间相当于一个受 VI 控制的开关。

几种常用的TTL门电路---与非门---基本原理R1 3k b1A B C

+5VR2 T2 T3 R4 T4

c1

T1

R5T5

F

F A B C

T1:多发射极晶体管

R3

TTL与非门的内部结构

1. 任一输入为低电平(0.3V)时不足以让 T2、T5导通 1V R1 3

k b1

+5VR2 R4 T3 R5 T4

A B C

c1

T1三个PN结 导通需2.1V

T2

FT5

uo

“0‖

R3

T2、T5截止

uo=5-uR2-ube3-ube4 3.4V 高电平！

2. 输入全为高电平(3.4V)或全悬空时电位被钳 在2.1V 全反偏

R1 3k b1

+5VR2 1V R4 T3 T4 截止

“1‖ A B C

c1

T1全导通

T2R5

FT5uo =0.3V 输出低电平

T2、T5饱和 导通

R3

输入悬空，相当于输入“1‖!

R1 3k b1 A B C

+5VR2T2 R5 T5 R3 R4

c1

T3

T1

T4

F

输入、输出的逻辑关系式： F ABC

几种常用的TTL门电路---与非门---芯片 如：TTL门电路芯片(四2输入与非门，型号74LS00 )电源VCC(+5V)14 13 12 & 11 10 9 & & 4 5

外形8

&1 2 3

6

7

管脚

地GND

几种常用的TTL门电路---主要特性及参数1. 电压传输特性定义：输入电压VI与输出电压VO之间的关系曲线为电压传输特 性曲线，即 VO = f(VI)。截 止 区 当 VI≤0.6V , Vb1≤1.3V 线 性 区 ， 当 0.6V≤VI≤1.3V , 时，T2、T5截止，输出高电平VOH 0.7V≤V b2 <1.4V时，T2 导通， = 3.6V T5 仍截止，VC2 随Vb2 升高而下降， 经T3、T4使VO下降。

转折区 饱和区

几种常用的TTL门电路---主要特性及参数2. 输入特性输入电流与输入电压之间的关系曲线，即II = f(VI)

输入高电平VCC R1

4kΩvI iIT1 D1

D1导通

be2 be5

IIS 输入低电平

图3.5.12 TTL反相器输入端 的等效电路

TTL反相器的静态输入特性

几种常用的TTL门电路---主要特性及参数与输入特性相关的两个参数：(1)输入低电平电流IIL——是指当门电路的输入端接低电平时，从该输入 端流出的电流。(亦称输入短路电流) 前级驱动门导通时，IIL将灌入 前级门，称为灌电流负载。

+VCC i B1 1V1

R b1

3K 4K3

(VCC Vbe1 ) (5 0.7) I IL 1.4 mA R b1 3K输入均为高电平 输出为低电平 灌电流负载

I IL 0.3V

T1

负载电流流入驱动门

IOL