一级基础科目（一）辅导---逻辑门电路

　　9.2 逻辑门电路

　　实现逻辑运算的电路称为逻辑门电路，简称门电路，前面介绍了三种基本运算，实现中基本运算的电路分别称为与门、或门和非门。

　　9.2.1 分立元件门电路

　　1.二极管与门：电路如图8-9-4(a)，A、B为输入端，Y为输出端(输入、输出和电源共用的地线未在图中画出)，按输入信号的不同，有四种不同的工作情况：

　　(1)UA=UB=0V，此时二极管D1、D2导通，UY≈0V。

　　(2) UA=0V，UB=3V，此时D1导通，由于钳位作用，UY≈0V，D2截止。

　　(3) UA=3V，UB=0V，此时D2导通，Dl截止，UY=0V。

　　(4) UA=3V，UB=3V。D1，D2都导通，UY≈3V。

　　上述输出电平与输入电平关系列于表8-9-4。若对电位赋值，高电平为“1”，低电平为“0”，可列出表8-9-5真值表。它和“与”关系真值表完全吻合。该电路实现了“与”运算称与门电路，逻辑符号如图8-9-4(b)所示。

　　应该说明的是上述赋值方法称正逻辑，若把低电平作为“1”。高电平为“0”，称负逻辑，在后面的分析中若不加说明均采用正逻辑。

　　2.二极管或门：电路及逻辑符号如图8-9-5所示。采用上述类似的分析方法，可得表8-9-6，表8-9-7。 

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　　3.非门电路：图8-9-6示出了非门的电路及逻辑符号，非门又称反相器。在下面的分析中设β=30。

　　(1)UA=0V。此时的基极电位UB<0，T截止。UY=UCC

　　(2)UA=3V，则T导通，UB=0.7 v，IB=0.82(mA)。晶体管饱和所需的最小基极电流IBS=0.09(mA)。T饱和，UY=0V。可列表说明输出与输入的关系实现非运算(表8-9-8、表8-9-9)。图8-9-6是非门电路。

　　与分立元件电路相比，集成电路具有体积小、重量轻、可靠性高、功耗低、工作速率高等优点。在数字电路领域内，集成电路几乎取代了所有分立元件电路。TTL门电路中最基本的电路是与非门，其他门电路都是在此基础上组合而成。

　　1.TTL与非门

　　图8-9-8是最基本的TTL与非门电路及其图形符号。T1是多发射极晶体管。把它的集电结看成一个二极管，把发射结看成与前者背靠背的几个二极管，如图8-9-9。这样T1的作用和二极管与门的作用完全相似。

　　当输入端不全为1时，则T1的基极与“0”态发射极间处正偏。这时电源通过R1为T1提供基极电流。T1的基极电位约0.7V左右，不足以使T2、T5导通。所以T2、T5截止。电源通过R2向T3、T4提供基极电流，使T3、T4导通。这时：

　　输出高电平，为逻辑“1”。

　　当输入全为“1”时，T1的所有发射结反偏。电源通过R1和T1集电结向T2、T5提供基极电流，合理选择电路参数，使T2、T5饱和，输出电位UF为T5的饱和压降UCES≈0V，为逻辑“0”。电路实现与非运算。

　　2.CMOS门电路

　　它是用金属一氧化物一半导体场效应管(MOSFET)构成的。内部结构与TTL虽完 全不同，但逻辑符号和功能却是完全相同的。学习中应掌握其使用特点，这里不作详细分 析，可参阅有关文献。

　　3.集成门电路的主要特性参数

　　(1)电源电压：要使集成电路正常工作，首先要正确连接电源和地。TTL的电源电压是：5V±5%，标准CMOS系列是3V--18V。

　　(2)工作温度：TTL74系列工作温度是0C一70℃;54系列是―55℃～125℃，标准CMOS系列是―40℃～85℃。

　　(3)直流(静态)参数：直流参数是指电路处于稳定的逻辑状态下测得的参数。这些参数见表8-9―10，表8-9-11。

　　(4)动态参数：动态参数是指电路在进行逻辑状态转换时的有关参数。常用的有平均传输时间tpd，最高工作频率等。

　　(5)负载能力：门电路的负载能力是指能驱动多少个同类型门的能力(称扇出系数)。TTL电路的扇出系数N=15左右，CMOS的N>50，而手册上一般给出CMOS的N=20，主要因负载门个数太多，使负载电容增大，可能造成电路延迟时间过大。