邏輯門(mén)電路知識(shí)

第3章邏輯門(mén)電路本章講述分立元件門(mén)電路，TTL集成與非門(mén)電路，其它雙極型門(mén)電路和MOS門(mén)電路

3.1分立元件門(mén)電路3.1.1二極管開(kāi)關(guān)特性○理想開(kāi)關(guān)特性開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，通過(guò)開(kāi)關(guān)的電流為零，其間的電阻為無(wú)窮大開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，其間的電阻為無(wú)窮大開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉動(dòng)作瞬時(shí)完成○二極管開(kāi)關(guān)特性導(dǎo)通時(shí)，硅管正向壓降為0.7V,鍺管正向壓降為0.2V載止時(shí)，其飽和電流極小，相當(dāng)于一個(gè)大電阻導(dǎo)通和載止并非瞬間完成1ES+V-RiES+V-Ri(a)(b)D+VD-R(a)i0.7VVDi0(b)二極管的伏安特性tV0D+VD-RiV1V2ti0IfIrVti0IfIrRD=0·二極管開(kāi)關(guān)特性·理想開(kāi)關(guān)特性·二極管的一個(gè)重要參數(shù)－反向恢復(fù)時(shí)間(a)(b)(c)(d)2

iEVORCECVIRB000VIiCiCVOttttontoffVCEICStd1trtftd290%10%晶體三極管開(kāi)關(guān)特性·晶體三極管的三種工作狀態(tài)截止?fàn)顟B(tài)放大狀態(tài)飽和狀態(tài)·晶體三極管的開(kāi)關(guān)參數(shù)3VA(V)VbABREC(+12V)FVB(V)VF(V)0.70.70.73.703030033ABF000101010011&ABFVa3.1.3簡(jiǎn)單門(mén)電路電位關(guān)系真值表邏輯符號(hào)二極管與門(mén)電路4VA(V)(a)VbABRFVB(V)VF(V)0.72.32.32.303030033ABF011101010011ABFVa>電位關(guān)系真值表邏輯符號(hào)二極管或門(mén)電路5iEVORC1KEC+12VVIR1

1.5KEB

-12VEQ+2.5VR2

18Kβ=303.2V0.3VIEVORC1KEC+12VVIR1

1.5KEB

-12VEQ+2.5VR2

18KRL1RL2ECECIRCILIEVORC1KEC+12VVIR1

1.5KEB

-12VEQ+2.5VR2

18KIRCILEB-12VRL3.1.3簡(jiǎn)單門(mén)電路反相器電路灌電流負(fù)載方式拉電流負(fù)載方式6iEFRCEC+12VR1EB

-12VEQ+2.5VR2VbABVaEC+12VPCRC1ABP000101010011F1110&ABF3.1.3復(fù)合門(mén)電路與非門(mén)電路的實(shí)現(xiàn)7iEFRCEC+12VR1EB

-12VEQ+2.5VR2VbABVaPCC1ABP011101010011F1000>ABFR或非門(mén)電路的實(shí)現(xiàn)83.2TTL集成與非門(mén)電路----3.2.1TTL電路結(jié)構(gòu)(Transistor–Transistor-Logic)IE2R2750ECVIAIR2VOBCR13kIB1IB2R5100IE3R3360R43kQ1Q2Q3Q5Q4圖3.2.1TTL與非門(mén)電路Q1:多發(fā)射極三極管

A

BC相當(dāng)于多個(gè)二極管

電路構(gòu)成分析

·多發(fā)射極輸入

(Q1與R1為輸入級(jí)，完成與功能)·Q2,R2,R3為中間級(jí)，完成對(duì)輸出級(jí)的驅(qū)動(dòng)

(Q2截止時(shí)；Q3,Q4導(dǎo)通，Q5截止

Q2導(dǎo)通時(shí)；Q3,Q4截止，Q5

導(dǎo)通)·

Q3,Q4,Q5,R4,R5為輸出級(jí)

(Q3,Q4為Q5的有源負(fù)載)·

EC增大有助于可靠性的提高，但功耗也增大，通常TTL電路的工作電壓為5V

(EC增大，“1”電平的電壓范圍與“0”電平的電壓范圍的距離增大，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性提高)93.2TTL集成與非門(mén)電路----3.2.2TTL電路的工作原理__高電平輸入時(shí)的分析IE2R2750ECAIR2VOBCR13kIB1IB2R5100IE3R3360R43kQ1Q2βQ1>5Q3Q5Q4圖3.2.1TTL與非門(mén)電路VI

工作原理分析1.A,B,C輸入全為高電平(3.6V)時(shí)·Q1的各工作參數(shù)VA,VB,VC為3.6V(高電平)Q1工作于倒置狀態(tài),發(fā)射極做集電極用,集電極做發(fā)射極用。βQ1≈0.2B12.1VC1C21V·Q2的各工作參數(shù)所需最小βQ1為·Q5的各工作參數(shù)E2,B50.7V因此,Q5深度飽和,允許的灌電流可以很大·Q3,Q4的各工作參數(shù)B4E30.3V0.3V因VBE3+VBE4=1.0,Q3,Q4不可能同時(shí)導(dǎo)通,這里,因R4的存在,Q3導(dǎo)通,Q4截止·功率消耗1.4V104.3VC2,B33.2TTL集成與非門(mén)電路----3.2.2TTL電路的工作原理__低電平輸入時(shí)的分析IE2R2750ECAIR2VOBCR13kIB1IB2R5100IE3R3360R43kQ1Q2βQ1>5Q3Q5Q4圖3.2.1TTL與非門(mén)電路VI

工作原理分析1.A,B,C輸入有一個(gè)為低電平(0.3V)時(shí)·Q1的各工作參數(shù)VA為0.3V(低電平)VB,VC為3.6V(高電平)Q1深度飽和VCE1=0.1VVC1=0.4VQ2,Q5截止B11.0VC1·Q2,Q5的各工作參數(shù)·Q4的各工作參數(shù)·Q3的各工作參數(shù)B4E33.6V假定βQ3=20,IB3=1.4/20=70uA,則·功率消耗0.4VQ2,Q5截止但由于IE3*R3>>IB3*R24.95VQ3處于微飽和狀態(tài)(Q3集電結(jié)正偏)C3,C44.86V綜合上述情況,可知Q4處于微導(dǎo)通狀態(tài)(不帶負(fù)載和Q5截止)113.2TTL集成與非門(mén)電路----3.2.2TTL電路的工作原理__總結(jié)·TTL與非門(mén)電路各晶體管工作情況輸入全高有低輸出低高Q1Q2Q3Q4Q5倒置飽和微導(dǎo)通截止飽和截止微導(dǎo)通微飽和截止深飽和·輸出級(jí)的情況·主要特點(diǎn)

1.輸出無(wú)論是0或1,輸出電阻都較小,帶負(fù)載能力較強(qiáng),輸出脈沖的動(dòng)態(tài)特性好

2.靜態(tài)消耗相對(duì)較小,在動(dòng)態(tài)時(shí)可能存在Q1,Q2,Q3,Q4,Q5同時(shí)導(dǎo)通瞬間,出現(xiàn)尖峰電流01020304050600.51.01.52.0IL(mA)VOL(V)01020304050601.02.03.04.0IL(mA)VOH(V)圖3.2.2輸出低電平時(shí)的輸出特性圖3.2.3輸出高電平時(shí)的輸出特性輸出為低電平時(shí)的輸出電阻為Q5飽和下的集電極與發(fā)射機(jī)間的導(dǎo)通電阻.輸出為高電平時(shí)的輸出電阻為Q3,Q4組成的射極輸出器的輸出電阻.

特點(diǎn)·輸出電阻小,允許較大的灌電流·隨灌電流的增大,飽和深度減弱,輸出電壓上升

特點(diǎn)·射極輸出器的輸出電阻很小,允許較大的拉電流·隨拉電流的增大,Q3飽和加,IE4增大,復(fù)合管β下降,輸出電阻上升,輸出電壓下降123.2TTL集成與非門(mén)電路----3.2.3TTL與非門(mén)的傳輸特性·電壓傳輸特性的定義：輸入電壓由低逐漸變高時(shí)，輸出電壓隨之變化的曲線變化關(guān)系，它是反映門(mén)電路的抗干擾能力以及動(dòng)態(tài)特性的一個(gè)重要指標(biāo)?！じ鬏斎腚妷憾蔚妮敵鲭妷悍治?/p>

1.AB段___VI<0.6V,輸出為高電平

輸入低電平,Q1深度飽和,Q2,Q5截止,Q3微飽和,Q4

微導(dǎo)通.VOH=3.6V維持不變,處于關(guān)門(mén)狀態(tài).2.BC段___VI=0.6~1.4V,輸出電壓緩慢下降

輸入超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的低電平,VC1≈0.7-1.4V.因VB2>0.7V,Q2開(kāi)始導(dǎo)通,VC2隨VC1的上升而下降,導(dǎo)致Q3,Q4的導(dǎo)通狀態(tài)發(fā)生變化,因而VO下降.但在這個(gè)輸入電壓范圍,Q5仍然截止.把VO下降到90%(3.2V)所對(duì)應(yīng)的輸入電壓VI=0.8V,成為關(guān)門(mén)電平VIoff.3.CD段___VI

≈

1.4V,輸出電壓明顯下降在VI=1.4V附近,Q2的導(dǎo)通狀態(tài)讓VB5達(dá)到0.7V左右,Q5即從導(dǎo)通進(jìn)入飽和,VO明顯下降,出現(xiàn)電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折點(diǎn).4.DE段___VI>>

1.4V,輸出為低電平

VI>1.4V,Q5完全飽和導(dǎo)通,Q4截止.VO≈0.35V.與非門(mén)處于關(guān)門(mén)狀態(tài).對(duì)應(yīng)于VO=0.35V的輸入電平稱為開(kāi)門(mén)電平,其值VIon約為1.8V.00.511.522.531.02.03.04.0VI(V)VO(V)ABCDE圖3.2.2TTL與非門(mén)的電壓傳輸特性·由上述可見(jiàn),所謂輸入低電平,輸出就為高電平,此低電平有一定的范圍;同樣所謂輸入高電平,輸出就為低電平,此高電平也有一定的范圍.·有了一定的范圍,就意味著具有抗干擾的能力.·低電平噪聲容限制___在額定低電平(0.35V)的輸入山能疊加正向最大干擾電壓,而輸出高電平仍不低于額定值(3.6V)的90%.即VNL=VIoff-VIL=0.8-0.35=0.45V.·高電平噪聲容限制___額定高電平(3.6V)的輸入山能疊加負(fù)向最大干擾電壓,而輸出電平仍維持額定值.即

VNH=VIH-VIon=3.6-1.8=1.8V.133.2TTL集成與非門(mén)電路----3.2.4TTL與非門(mén)的性能指標(biāo)·主要特點(diǎn)1.輸出高,低電平(靜態(tài)值)

輸出高電平為3.6V.某輸入輸入端接地,其余輸入端開(kāi)路,輸出不接負(fù)載為條件.

輸出低電平為0.35V.某輸入輸入端接開(kāi)門(mén)電平(1.8V),其余輸入端開(kāi)路,輸出端接額定負(fù)載為條件.

假定電源電壓EC為5V,灌電流為12mA,則額定負(fù)載RL=(EC-VOL)/IL=(5-0.35)/12=380Ω

2.輸入短路電流IIS某一輸入端接地,其余輸入端開(kāi)路,流入接地輸入端的電流即為輸入短路電流IIS,通常其值小于2.2mA3.輸入漏電流某一輸入端接高電平,其余輸入端接地,流入接高電平輸入端的電流即為輸入漏電流IIH,通常其值小于70uA

4.開(kāi)門(mén)電平VON

在額定負(fù)載條件下,使輸出達(dá)到規(guī)定低電平VOL(0.35V)時(shí)輸入高電平的最低值,通常其值VIon<=1.8V

5.關(guān)門(mén)電平VOFF輸出電平為額定高電平VOH的90%時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸入電平,他表示與非門(mén)關(guān)斷時(shí)的最大允許輸入電平,通常其值VIoff>=0.8V

6.扇入扇出系數(shù)N扇入系數(shù)指一個(gè)門(mén)電路所能允許的輸入端個(gè)數(shù).扇出系數(shù)指與非門(mén)輸出端最多能接幾個(gè)同類與非門(mén)的個(gè)數(shù).7.