第 3 章 逻辑门电路总结

EXIT
逻辑门电路
一、三极管的开关作用及其条件
iC 临界饱和线 M T IC(sat) S
放大区
IB(sat)
uI=UIL
三极管为什么能用作开关？ 饱 Q + 怎样控制它的开和关？ uBE 和 区
O UCE(sat) B uBE < Uth
负载线
A N C
截止区
uCE
三极管关断的条件和等效电路
当输入 uI 为低电平，使 uBE < Uth时，三极管截止。
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第3章
逻辑门电路
概 述 三极管的开关特性
TTL 集成逻辑门 CMOS 集成逻辑门 集成逻辑门的应用
本章小结
EXIT
逻辑门电路
3.1
主要要求：
概 述
了解逻辑门电路的作用和常用类型。 理解高电平信号和低电平信号的含义。
EXIT
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一、门电路的作用和常用类型
按逻辑功能不同分 指用以实现基本逻辑关系和 门电路 (Gate Circuit) 常用复合逻辑关系的电子电路。 与门 或门 非门 异或门 与非门 或非门 与或非门 按电路结构不同分
上例中三极管反相 器的工作波形是理想波 形，实际波形为 ：
t
UCE(sat) O
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二、三极管的动态开关特性
uI
UIH
UIL O iC 0.9IC(sat) IC(sat) 0.1IC(sat) O uO VCC ton toff t
uI 正跳变到 iC 上升到 0.9IC(sat) 所需的时间 ton 称 为三极管开通时间。
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(2) 对应输入波形画出输出波形 三极管截止时， iC 0，uO +5 V 三极管饱和时， uO UCE(sat) 0.3 V
uI UIH
O uO/V 5
UIL
t
可见，该电路在输入低 电平时输出高电平，输入高 电平时输出低电平，因此构 成三极管非门。由于输出信 号与输入信号反相，故又称 三极管反相器。
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(三) TTL 与非门的外特性及主要参数
1. 电压传输特性和噪声容限 截止区：与非门 u u /V /V 输出电压随输入电压变化的特性 O O 处于关门状态。 U U
3.6 3.6 3.0 3.0 A A B B OH OH
uI 较小时工作于AB 段， 2.0 2.0 这时uV 、V5 截止，VBC 、 段， 较大时工作于 u 2很大时工作于 3CD II 1.0 1.0 U U OL OL D C C D V 段，这时 V V 工作于 这时 V2、 V 饱和，输出恒为 4 导通，输出恒为高电平， 2、 5 5 0.3 0.3 U ，称与非门工 放大区， u 的微小增大 低电平， U 0.3V，称与非 00 OH 3.6V I OL uIu /V 1.0 1.0 2.0 2.0 I/V 引起 uO 急剧下降，称与 作在截止区或处于关门状 门工作在饱和区或处于开门状 STTL STTL 与非门电压传输特性曲线 与非门电压传输特性曲线 电压传输特性测试电路 态。 非门工作在转折区。 态。 饱和区：与非门 处于开门状态。 EXIT
2 5

5V 截止
微饱和 放大
2
3.6 V
截止
因此，输入有低电平时，输出为高电平。
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2.
TTL与非门的工作原理
输入均为高电平时，输出低电平 VCC 经 R1 使 V1 集电结和 V2、 V5 发射结导通，使uB1 = 1.8 V。 1.8 V 导通 因此，V1 发射结反偏而集电极 1V 截止 倒置放大 正偏，称处于倒置放大状态。 3.6 V 0.3 V 饱和 这时 V2、V5 饱和。 3.6 V 深 uC2 = UCE2(sat) + uBE5 3.6 V 饱 = 0.3 V + 0.7 V = 1 V 和 使 V3 导通，而 V4 截止。 V4 截止使 V5 的等效集电极 电阻很大，使 IB5 >> IB5(sat) ，因 此 V5 深度饱和。 TTL 电路输入端悬 uY = UCE5(sat) 0.3 V 注意 空时相当于输入高电平。 输出为低电平 综上所述 因此，输入均为高电平时，输出为低电平。 ,该电路实现了与非逻辑功能,即 Y ABC EXIT
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三、抗饱和三极管简介
SBD B C C
B
E 抗饱和三极管的开关速度高
E
① 没有电荷存储效应 在普通三极管的基极和集电极之间并 ② SBD 的导通电压只有 0.4 V 而非 0.7 V， 接一个肖特基势垒二极管 简称 SBD) 。 因此 UBC = 0.4 V 时，( SBD 便导通，使 UBC 钳在 0.4 V 上，降低了饱和深度。
iB 0，iC 0，C、极管 截止状态 等效电路
Uth为门限电压 EXIT
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一、三极管的开关作用及其条件
iC 临界饱和线 uI 增大使 iB 增大， S 为放大和饱和的交界点，这时的 放大区 从而工作点上移， iC 增 iB 称临界饱和基极电流，用 IB(sat) 表示； T M S 大，uCEI减小。 相应地，IC(sat) 为临界饱和集电极电流； IC(sat) B(sat) UBE(sat) 为饱和基极电压； 饱 Q UCE(sat) 为饱和集电极电压。对硅管， 和 截止区 UBE(sat) 0.7V， UCE(sat) 0.3V。在临 A 区 界饱和点三极管仍然具有放大作用。 O U N u
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3.3
TTL 集成逻辑门
主要要求：
了解 TTL 与非门的组成和工作原理。 掌握 TTL 基本门的逻辑功能和主要外特性。
了解集电极开路门和三态门的逻辑功能和应用。
了解 TTL 集成逻辑门的主要参数和使用常识。
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一、TTL 与非门的基本组成与外特性
(一)典型 TTL 与非门电路
是构成数字电路的基本单元之一
CMOS 集成门电路 用互补对称 MOS 管构成的逻辑门电路。
TTL 集成门电路 输入端和输出端都用 三极管的逻辑门电路。
CMOS Complementary Metal-Oxide-Semiconductor TTL 即即 Transistor-Transistor Logic 按功能特点不同分 普通门 输出 三态门 CMOS (推拉式输出) 开路门 传输门 EXIT
输入级主要由多发射极管 V1 输出级 和基 V 中间级起倒相放大作 CC 除V 外，采 由 V4 V 极电阻 R1 组成，用以实现输入变量 A 、 +5V R4 3、 4、 用， V2 集电极 C2抗 和发射极 R2 R1 50 用 了 饱和三极 R B900 、C 的与运算。 4、R5和V5 8.2 k E2 同时输出两个逻辑电平 管 ，组成。其中 用以提高门 C2 VD1 ~ VD3 B1 V3为输入钳位二极管，用以 相反的信号，分别驱动 V 3 。 电 路 工 作 速 度 V V3 和 V4 构 抑制输入端出现的负极性干扰。正常信 4 和 V 。 R5 5 V2 V4 不会工作于饱 V1 成复合管， 号输入时， V VD3不工作，当输入的 3.5 k C1 Y D1 ~ RB、RC 和 V 6 构成有 E 和 状 态 ， 因 此用 2 与 V 构成推 负极性干扰电压大于二极管导通电压时， 5 V5 源泄放电路，用以减小 V5 R 普通三极管。 C RB 二极管导通，输入端负电压被钳在 拉式输出结 -0.7 逻辑符号 250 管开关时间，从而提高门 500 VD1 VD2 VD3 构，提高了 V上，这不但抑制了输入端的负极性干 V6 电路工作速度。 扰，对 V1 还有保护作用。 负载能力。 输入级 中间倒相级 输出级 STTL系列与非门电路 EXIT
t
uI 负跳变到 iC 下降到 0.1IC(sat) 所需的时间 toff 称 为三极管关断时间。 通常 toff > ton
UCE(sat) O
开关时间主要由于电 通常工作频率不高时， 荷存储效应引起，要提高 可忽略开关时间，而工作 开关速度，必须降低三极 频率高时，必须考虑开关 管饱和深度，加速基区存 速度是否合适，否则导致 储电荷的消散。 不能正常工作。 EXIT t
I B(sat) I C(sat) VCC RC

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[例]下图电路中 = 50,UBE(on) = 0.7 V,UIH = 3.6 V,UIL = 0.3 V,为使 三极管开关工作,试选择 RB 值,并对应输入波形画出输出波形。
+5 V uI
1 k
UIL
UIH
O
t
解：(1)根据开关工作条件确定 RB 取值 uI = UIL = 0.3 V 时,三极管满足截止条件 uI = UIH = 3.6 V 时,为使三极管饱和,应满足 iB > IB(sat) U IH 0.7 V 3.6 0.7 V 2.9 V 因为 iB = RB RB RB V 5V I B(sat) CC 0.1 mA βRC 50 1 k 所以求得 RB < 29 k，可取标称值 27 k。 EXIT
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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。
1
高电平
0
高电平
高电平信号是多大的信号？低 由门电路种类等决定 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
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3.2 三极管的开关特性
主要要求：
理解三极管的开关特性。 掌握三极管开关工作的条件。
饱 和 区
截止区
O UCE(sat) B uBE < Uth A N C uCE