门电路续2

二、门  电  路

181．与逻辑及其作用是什么?

答：与的功能是指只有决定一件事情的条件全部具备之后，这件事情才会发生。如有一个电池G通过串联的开关A及B向一个灯泡L供电，要使灯亮两个开关都要闭合，如图2-1a所示。一个基本与逻辑的符号如图2-1b所示，两个输入A及B和一个输出L，两个输入必须同时都是1时输出才是1，逻辑布尔表达式A·B=L的意思是A和B相与等于L。在布尔代数中的乘法算术符号(·)表示与运算。

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182．或逻辑及其作用是什么?

答：或的功能是指一件事情的几个条件中的任何一个满足时，这件事情就会发生。如有一个电池G通过并联的开关A及B向一个灯泡L供电。只要开关A或B闭合或者两者均闭合就使灯亮，如图2-2a所示。一个基本或逻辑的符号如图2-2b所示，A和B是两个输入，L是输出，要使输出为1，只要两个输入中有一个为1就可以。逻辑布尔表达式A+B=L的意思是A和B相或等于L，在布尔代数中的加法算术符号(+)表示或运算。

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  183．二极管与门电路的构成和工作原理是怎样的?

     答：二极管与门电路如图2-3所示。

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(1)当输人端A、B、C均为低电平即ViL=OV时，VD1、VD2、VD3均正向导通，如二极管正向压降为O.7V，则输出端L为低电平，VL=0.7V。

(2)当输入端A、B、C中任何一个或两个为低电平即ViL=0V时，接低电平输入的二极管导通，使输出仍为VL=0.7V，且输出的低电平又使其余接高电平输入的二极管因反向偏置而截止。

(3)当输入端A、B、C均接高电平即ViH=+5V时，VDl、VD2、VD3均截止，输出端L的电位VD与VOC相等，即VL=+5V。

综合上述，只有所有输入端都是高电位时，输出才是高电位，否则输出就是低电位，所以此电路为二极管与门电路。

184．二极管或门电路的构成和工作原理是怎样的?

答：二极管或门电路如图2-4所示。

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(1)当输入端A、B、C均为低电平即ViL=0V时，VD1、VD2、VD3均导通，则输出端L为低电平即VL=OV。

(2)当输入端A、B、C中任何一个或两个为高电平即ViL=+5V时，接高电平输入的二极管导通，使输出仍为VL=+5V-0.7V=4.3V，且输出的高电平又使其余接低电平输入的二极管因反向偏置而截止。

(3)当输入端A、B、C均接高电平即ViH=+5V时，VD1、VD2、VD3均正向导通，输出端L的电平VL≈+5V。

综合上述，只要输人端有一个或一个以上为高电位时，输出就是高电位，否则输出就是低电位，所以此电路为二极管或门电路。

185．非门的作用和工作原理是怎样的?

答：非门又称反相器，它只有一个输入端和一个输出端，输入信号和输出信号正好反相。

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非门电路如图2-5a所示，它是由晶体管构成的。它的工作原理是：当输入端A为低电平时，通过R1、R2的分压．使晶体管发射结反偏而截止，输出为高电半；反之，当输入端A为高电平时，使IB≥IBS，晶体管饱和，输出为低电平。总之，Vo与Vi之间具有反相的关系，具有逻辑非的功能，称为非门。它的逻辑符号如图2-5b所示。

186．什么是与非门?

答：与门电路后面加反相器构成与非门电路。逻辑符号是除掉反向器，在与门逻辑符号的输出只加一个小圆圈，如图2-6所示。与非门电路的逻辑表达式是665){this.resized=true;this.style.width=665;}"> 其布尔表达式读作A与B的非等于Lo总之，当与非门任何一个输人变为低电平时，它的输出一定变为高电平。

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187．什么是或非门?

答：或门电路后面跟随反相器逻辑符号是反相器被取消只是在或非门逻辑符号的输出有一个小圆圈，如图2-7所示。或非门电路的逻辑表达式是665){this.resized=true;this.style.width=665;}">读作A或B的非等于L。

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 189．什么是同或门?

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190．什么是TTL集成电路?

答：TTL集成电路是一种单片集成电路。在这种集成电路中，一个逻辑电路的所有元器件和连线都制作在同一块半导体基片上。

由于这种数字集成电路的输人端和输出端的电路结构形式采用了晶体管，所以一般称为晶体管一晶体管(Transistor-tranSiS-tor Logic)逻辑电路，简称TTL电路。

根据在一个一定面积的半导体基片上包含元件数量的多少(又称集成度)，集成电路常有小规模(SSI)、中规模(MSI)、大规模(LSI)和超大规模(VLSI)之分。

在小规模集成电路中，可包含十几个门电路的全部元器件和连线；在大规模集成电路中，可包含几百至几千个门电路的全部元器件和连线；而在超大规模集成电路中，则包含了一万个以上门电路的全部器件和连线。

目前，TTL电路广泛应用于中、小规模集成电路中，由于这种形式的电路功率比较大，用它作大规模集成电路尚有一定困难。

几种常用的74系列TTL门电路的型号及功能见表2-5。

在实际应用中，可根据电路的需要选用不同型号的芯片。现以74LS00为例，画出其管脚排列图，如图2-10所示。

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191．TTL与非门电路是怎样组成的?工作原理是怎样的?

答：TTL与非门的电路组成及工作原理如下：

 (1)电路组成

图2-11为TTL与非门的典型电路。

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TTL与非门电路分三部分：

1)输入级  由VT1、R1组成。VT1叫做多发射极晶体管，在功能上，相当于三个晶体管，它们的基极、集电极分别连在一起，它们的发射极作逻辑输入端，实现逻辑与。

2)中间级  由VT2、R2、R3组成。它的主要作用是从VT2的集电极和发射极同时输出两个相位相反的信号，作为VT3和VT5的驱动信号，以保证VT4和VT5中一个导通时另一个就截止，中间级又叫做倒相级。

3)输出级  由VT3、VT4、VT5和R4、R5组成。其中VT3、VT4两级射级输出组成的复合管既作VT5的有源负载，又与VT5构成推拉式电路。使输出无论高电平或低电平，输出电阻都很低，既有效地降低了静态功耗，又提高了带负载的能力，这一级完成逻辑非。

(2)工作原理

当输入全为高电平(ViH=3.6V)时，电源Vcc通过Rl、VTl的集电结使VT2、V，lr5饱和，输出电压

V。=VCE掰=0．3V=VOL

此时，VT，的基极电压为

VBl=VBcl+VB磁+VBE5=0．7V×3=2．1V

使VT．的发射结反向偏置而集电结正向偏置，处于发射结、集电结倒置使用的放大状态。V]r3的基极电压为

VB3=V(2=V旺＆+VB磷=0．3V+0．7V=1V

VT3导通，于是VT4的基极电压为

VB4=V E=；=V(=2一VBFj=0．3V

所以，vL必然截止。

当输入有一个或几个为低电平(V-L=0．3V)时，则对应低电平的发射结导通，使

VBl=ViL+V雎l=lV

由于VBl加在VTl的集电结和VT2、VT5的发射结上，故使VT2、VT5截止。由于VT2截止，Vcc通过R2向VT3提供基极电流使VT3导通。于是

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192．什么是集电极开路与非门(OC门)?

答：OC门和普通的TTL与非门所不同的是，它用一个外接电阻RL来代替由VT3、VT4组成的有源负载，实现与非门逻辑功能，如图2-20所示。OC门逻辑功能灵活，应用广泛。

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193．OC门有什么用途?

答：(1)OC门便于实现线与逻辑，如图2-13所示。

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将几个OC门的输出端连在一起，公共负载电阻RL及电源Voc外接。当所有OC门的输出都是高电平时，电路的总输出L才为高电平，而当任一个OC门的输出为低电平时，总输出就是低电平。其逻辑表达式为

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从表达式看，相当于在输入端增加了与功能，但这种与功能并不是由与门来实现的，而是通过输出线连接来获得的，故称为线与。普通的TTL与非门不能实现线与。

(2)OC门用于电平转移，可作为接口电路，驱动多种形式的负载，如图2-14所示。

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194．什么是三态与非门(TSL)?

答：三态与非门有三种状态：

(1)门导通，输出低电平。

(2)门截止，输出高电平。

(3)禁止状态或称高阻状态、悬浮状态，此为第三态。

一个简单的TSL门的电路如图2-15所示，它和普通与非门不同的地方是输入端多了一个控制端(又称使能端)E。

当E=1时，VD截止，与非门正常工作，输出状态完全取决于数据输入端A、B的状态，即665){this.resized=true;this.style.width=665;}">

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当E=0时，VD导通，Vc2=1V，VT4截止，又因E=0使VT2、VT5均截止。所以从输出端看进去电路处于高阻状态即禁止状态。这种电路是当E为高电平时实现与非功能，故称为高电平有效三态门。

还有一种三态输出与非门电路，将控制信号经一非门反相后再送到与非门的VT1的控制输入端。显然，当E=0时，电路实现与非功能，有两种状态；而当E=1时，电路处于高阻输出状态，即禁止状态。这种三态门称为低电平有效三态门，其逻辑符号如图2-16所示。

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195．三态门有什么用途?

答：三态门的一个重要用途，就是可向同一条导线(或称总线Y)上轮流传送几组不同的数据或控制信号，如图2-17所示。当E1、E2、E3轮流接低电平时，Al、Bl、A2、B2、A3、B3三组数据轮流按与非关系传送到总线Y上；而当各门控制端E1、E2、E3为高电平时，门为禁止状态，相当于与总线Y断开，数据A、B不被传送。

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三态门还可以实现数据的双向传输。如图2-18所示。图中，D1为高电平有效三态门，D2为低电平有效三态门；Do为数据信号；箭头表示数据传送方向，双箭头表示数据从三态门D，传输到总线上，总线也可以将数据送给三态门D2。
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当C=1时，D1工作，数据D0经D1反相Ll=Do送总线，此时D2为高阻态。

当C=0时，D1为高阻态，D2工作，总线上的数据Do经D2反相后从L2输出。

196．使用TTL门电路有哪些基本常识?

答：TTL门电路的基本常识如下：

    (1)对门电路中闲置输入端的处理

门电路中多余的输入端一般不要悬空，因为干扰信号易从这些悬空端引入，使电路工作不稳定。对与门、与非门多余端的处理方法如图2-19a所示，对于与或非门中整个不用的与门，可将此与门的输入端全部接地，也可部分接地，部分接高电平。若是某与门中有闲置输入端，应将其接高电平(+5V电源或3.6v)，如图2-19b所示。

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(2)安装、调试时注意事项

1)安装时要注意集成电路外引脚的排列顺序，不要从外引脚根部弯曲，以防折断。

2)焊接时用25w烙铁较合适，焊接时间不要超过3s，焊后用酒精擦干净，以防焊剂腐蚀引线。

3)在调试及使用时，要注意电源电压的大小和极性，以保证+Vcc在4.75～5.25V之间，尽量稳定在+5V，不要超过7V，以免损坏集成电路。

4)输人电压不要高于6V，否则VT1易发生击穿损坏。输入电压也不要低于-0.7V，否则VT1易发生过热损坏。

5)输出为高电平时，输出端绝对不允许碰地，否则VT4会过热损坏，输出为低电平时，输出端绝对不允许碰+Vcc，否则VT5会过热损坏。几个普通TTL与非门的输出端不能接在一起。

6)要注意防止外界电磁干扰的影响，引线要尽量短。若引线不能缩短，要考虑加屏蔽措施或用绞合线。

197．什么是MOS门电路?

答：由单极型MOS管构成的门电路称为Mos门电路。MOS电路具有制造工艺简单、功耗低、集成度高、电源电压使用范围宽、抗干扰能力强等优点，特别适用于大规模集成电路。

MOS门电路按所用MOS管的不同可分为三种类型：第一种是由PMOS管构成的PMOS门电路，其工作速度较低；第二种是由NMOS管构成的NMOS门电路，工作速度比PMOS电路要高，但比不上TTL电路；第三种是由PMOS管和NMOS管两种管子共同组成的互补型电路，称为CMOS电路，CMOS电路的优点突出，其静态功耗极低，抗干扰能力强，工作稳定可靠且开关速度也大大高于NMOS和PMos电路，故得到了广泛应用。

198．什么是CMOS非门?

答：CMOS非门电路如图2-20所示，VF1采用NMOS管，其源极接地，VF2采用PMOS管，其源极接正电源+VDD。两管的栅极连接在一起作输入端A，漏极连接在一起作输出端Lo两管的衬底各与其源极相接。当输入信号为低电平时，VF1截止、VF2导通，输出端L为高电平；当输入信号为高电平时，VF1导通、VF2截止，输出端L为低电平，从而实现了非逻辑。

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199．什么是CMOS传输门?

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CMOS传输门的开启或关断取决于控制信号电平。当C=1、C=0时，只要加在A端的输入电压V。不超过VDD，则不论Vi是高电平或低电平，VF1和VF2中总有一个导通，甚至两个都导通。MOS管导通时漏源极问等效电阻极小，相当于开关的闭合，即传输门开启，信号可以通过。

反之，当C=0、C=1时，不论Vi是高电平或低电平，VF1和VR均处于截止状态，传输门关断，信号不能通过。

由于MOS管结构对称，源极和漏极可以互换使用，即具有双向性，因此，CMOS传输门是一个双向开关，可以传输模拟电压信号。传输门的逻辑符号如图2-21b所示。

200．使用MOS电路时有哪些注意事项?

答：MOS电路是一种高输入阻抗、微功耗电路，在实际应用中必须注意正确使用及正确存放，否则极易造成电路的损坏。

    (1)在储存和运输中，MOS集成引出脚应用金属纸包好，装入金属盒内屏蔽。切忌用非导电的容器，如塑料袋、塑料盒等。

(2)焊接时采用20～25W电烙铁，最好是内热式烙铁，应沣意烙铁的接地，先焊集成电路的接地脚。引脚不能从根部弯曲，以防止折断和造成漏气。

(3)集成电路安装时位置应远离发热元器件。

(4)安装、调试时所使用的工具及仪器均应接地良好。

(5)不允许在电源接通的情况下装拆线路板或元器件等。

(6)多余输入端应妥善处理。MOS电路的多余输入端绝对不许悬空，以防接收干扰而造成栅极击穿而损坏。应根据电路功能分别处理，如与非门和与门的多余输入端应接到高电平或电源VDD上；而或非门和或门的多余端则要接低电平或接地。在电路工作速度不高时也可以将多余输入端与使用端并联使用。

(7)当MOS电路的输入信号由开关转换时，为防止输入端栅极瞬间悬空造成栅穿，应加保护电路。MOS集成电路在制作时已加入保护电路。

(8)在输入线较长及输入端接有大电容的场合，保护输入端的方法是在输入端串接限流电阻。此外，输出端所接电容负载不能大于500pF，否则可能会因输出功耗过大而损坏电路。

201．TTL电路怎样驱动CMOS电路?

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202．CMOS电路怎样驱动TTL电路?

答：用CMOS电路去驱动TTL电路时，主要矛盾是CMOS电路不能提供足够大的驱动电流。采用图2-23所示接口电路可以解决电路驱动的问题。

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203．怎样正确理解正负逻辑问题?

答：在逻辑门电路中，输入和输出一般都用电平(电位)来表示，例如双端输入与非门电路的功能可用电平表(表2-6)来描述。但是这个门体现了什么逻辑关系尚不清楚，因为还未确切说明电平与逻辑状态之间的隶属关系。这种关系可由人们任意地加以规定。如令H=1，L=0，则称之为正逻辑体制，于是很容易由表2-6导出表2-7。显然，表2-7表示一正逻辑与非门的真值表。与此相反，若令H=O，L=l，则称之为负逻辑体制。据此，由本例得出负逻辑或非门的真值表，见表2-8。

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对于同一电路，可以采用正逻辑，也可以采用负逻辑。正逻辑和负逻辑两种体制不牵涉到逻辑电路本身好坏的问题，但根据所选正负逻辑的不同，即使同一电路也具有不同的逻辑功能。