第3章 逻辑门电路

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

大学 数字电路,第三章逻辑门电路详细讲解

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；

大学 数字电路,第三章逻辑门电路详细讲解

§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。

大学 数字电路,第三章逻辑门电路详细讲解

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)

大学 数字电路,第三章逻辑门电路详细讲解

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。

大学 数字电路,第三章逻辑门电路详细讲解

1

vO

vI

1

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)

大学 数字电路,第三章逻辑门电路详细讲解

三、扇入、扇出系数前后级之间电流的联系。

1

?

1

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

大学 数字电路,第三章逻辑门电路详细讲解

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)

T1

后级

大学 数字电路,第三章逻辑门电路详细讲解

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。

大学 数字电路,第三章逻辑门电路详细讲解

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

T1

后级

前级

大学 数字电路,第三章逻辑门电路详细讲解

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。

大学 数字电路,第三章逻辑门电路详细讲解

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。

大学 数字电路,第三章逻辑门电路详细讲解

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。

大学 数字电路,第三章逻辑门电路详细讲解

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。

大学 数字电路,第三章逻辑门电路详细讲解

§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)

大学 数字电路,第三章逻辑门电路详细讲解

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

电压控制

类

型

NPN和PNP

放大参数 输入电阻

输出电阻热稳定性 制造工艺

20 ~ 200 102 ~ 104 较低 rce很大差 较复杂 B—E—C

N沟道和P沟道 gm 1 ~ 5mA/V 7 14 10 ~ 10 较高

rds很大好 简单，成本低 G—S—D

对应电极