第3章逻辑门电路

发布时间：2024-11-21

大学数字电路,第三章逻辑门电路详细讲解

第三章逻辑门电路§3.1 逻辑门电路的一般特性 §3.2 半导体器件的开关特性 §3.3 集成门电路 §3.4 逻辑门电路使用中的几个实际问题 §3.5 抗干扰措施

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内容要求– 了解逻辑电路的一般特性；– 了解MOS管和BJT管的开关特性；

– 掌握典型CMOS和TTL门的逻辑功能、外部特性、主要参数和使用方法；

– 了解一些特殊门电路的逻辑功能；– 了解实际应用中的若干问题和抗干扰措施；

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§3.1

逻辑门电路的一般特性

逻辑器件的数据手册一般提供门电路的电压传输特性、输入和输出高、低电压、噪声容限、传输延迟时间和功耗等技术参数。

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一、输入和输出的高、低电平不同系列的逻辑电路，输入和输出对应的电压范围也不同。 74HC系列CMOS门(工作电压为5V时): 输入电压：VIH:3.5~5.0 V VIH(min) VIL:0~1.5 V VIL(max) 输出电压(所带负载不同，对应电压值也不同): – CMOS负载：VOH:4.9~5.0 V VOL:0~0.1 V – TTL负载： VOH:3.84~5.0 V VOL:0~0.33 V VOH(min)、 VOL(max)

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二、噪声容限表示门电路的抗干扰能力。允许叠加在工作信号上的最大噪声幅度，称为噪声容限。噪声幅度不超过输入电平的最小值和最大值时，不会引起电路输出状态的变化。

噪声容限值越大，抗干扰能力越强。

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驱动门VDD VOH(min)

负载门

VNHVIH(min) VIL(max)

输入高电平噪声容限： VNH=VOH(min)-VIH(min)

VNLVOL(max)

输入低电平噪声容限： VNL=VIL(max)-VOL(max)

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三、扇入、扇出系数前后级之间电流的联系。

扇入系数Ni —输入端的个数扇出系数No —驱动同类门的个数有两种情况：拉电流和灌电流

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前级输出为高电平时+VCC

R2 1 .6 K

R4 130 T4D2

+VCC

R1 4K

前级流出前级电流IOH (拉电流)

后级

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拉电流负载拉电流负载：负载电流从“与非门”流向外电路。(驱动门) OH N OH I (负载门) IH I

拉电流情况：当驱动门的输出为高电平时，将有电流IOH从驱动门拉出而流至负载门，当负载门的个数增多时，必将引起输出高电压的降低，但不得低于标准高电压。

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前级输出为低电平时+VCC

+VCC

R1 4K

R2 1 .6 K

流入前级的电流 IOL (灌电流)T2

R1 4K

T1 T5 R3 1K

后级

前级

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灌电流负载灌电流负载：负载电流从外电路流入“与非门”I (驱动门) N OL OL I (负载门) IL

灌电流情况：当驱动门的输出端为逻辑0,负载门产生灌电流。负载门的个数增加会引起VOL升高，因此负载门的个数不得超过一定限度。

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特别提示：逻辑门电路的数据手册中不给出扇出系数，必须通过计算或实验得出。设计时留有余地，保证电路或系统正常运行。实际工程中，若

IOH和IOL不相等，则 NOL≠NOH 通常取二者中的最小值。对于CMOS门电路，所带负载类型不同时，扇出系数不同。当负载为CMOS门时，其输入电容不容忽视。

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例：计算下列情况的CMOS门电路的扇出系数。 1、负载为CMOS门。1)保证其输出高电平为4.9V。此时IOH=-20uA, IOL=20uA, IIH=1uA, IIL=-1uA; (负号表示从器件流出，正号表示流入器件) 2)允许其输出电平降至TTL门的3.84V。此时， IOH=-4mA, IOL=4mA, IIH=1uA, IIL=-1uA; 解：1)NOH=NOL=20/1=20 2)NOH=NOL=4000/1=4000 注：实际不可能，负载门的输入电容充放电会影响门电路的开关速度。

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2、负载为TTL门(74HCT系列与其兼容)。若为 74LS系列TTL门： IOH=IOL=4mA,而 IIH=0.02mA, IIL=0.4mA。

解：1)NOH=IOH/IIH=4/0.02=200 NOL=IOL/IIL=4/0.4=10 则，扇出系数为10。

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§3.2 半导体器件的开关特性对应于有触点开关的“断开”和“闭合”。 1、二极管正向导通，相当于开关闭合。反向截止，相当于开关断开。 2、三极管c cD G G S P增强型 S N增强型 D D G S P耗尽型 G S N耗尽型 D

b e PNP

b e NPN

3、MOS管(场效应管)

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场效应管与晶体管的比较双极型三极管载流子控制方式电子和空穴两种载流子同时参与导电

单极型场效应管电子或空穴中一种载流子参与导电

电流控制