第15课 逻辑门电路与组合逻辑电路（二）公开课教案教学设计课件资料

逻辑门电路与组合逻辑电路二——认识逻辑门电路课题课时2课时（90min）知识技能目标1掌握分立元件门电路和TTL集成门电路的电路结构和特性2掌握直流电路常用的分析方法教学目标3能够正确测试TTL集成门电路的逻辑功能素质目标1培养逻辑严谨、辩证统一的科学思维2树立科技成才、技能报国的人生理想教学重点分立元件门电路和TTL集成门电路的电路结构和特性，直流电路常用的分析方法教学难点正教学重难点确测试TTL集成门电路的逻辑功能教学方法案例分析法、问答法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学过程主要教学内容及步骤【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，组织学生下载〃任务工单——测试TTL集成门电路的逻辑功能〃，并根据任务工单进行组内分工，同时提醒同学通过文旌课堂APP或其他学习软件，了解逻辑门课前任务电路的相关知识【学生】完成课前任务【教师】使用文旌课堂APP进行签到考勤【学生】班干部报请假人员及原因【教师】提出以下问题什么是逻辑门电路？其作用是什么？任务导入【地思考.^5^【教师】通过学生的回答引入要讲的知识，介绍分立元件门电路、TTL集成门电路等内容分立元件门电路

1.分立元件的开关特性1二极管的开关特性在逻辑代数中，逻辑函数各个逻辑变量的取值只能是或，这里的和表小的是两种不同的逻辑状态,如真和假、开和关、导通和截止、置电平和低电平等输入电压G可以控制开关s的断开与闭合当开关s断开时,输出电压°为高电平,表示一种逻辑状态；传授新知当开关s闭合时，输出电压°为低电平，表示另外一种逻辑状态计【教师】通过多媒体展示〃获得高、低电平的电路结构”图片详见教材，帮助学生对这些内容有更直观地认识利用一极管的单向导通性，可用_极管代替开关S一般情况下，当加在_极管两端的正向电压大于等于

0.7V时，一极管处于导通状态，此时的_极管相当于一个具有

0.7V电压降的闭合开关；当加在二极管两端的正向电压小于

0.7V,或者加在_极管两端的是反向电压时,_极管处于截止状态,此时的一极管相当于处于断开状态的开关2三极管的开关特性_________________________________________________________________________在数字电路中，三极管的偏置电路应尽量使三极管处于非放大状态，即要求三极管工作在饱和导通状态或截止状态一般情况下，当三极管发射结电压大于等于

0.7V时，三极管处于饱和导通状态，此时的发射结相当于具有

0.7V电压降的闭合开关，而集电结相当于具有

0.3V电压降的闭合开关当三极管发射结电压小于

0.7V时，三极管处于截止状态，此时三极管各极之间是断开的【场效应管的开关特性】绝大多数大规模及超大规模数字集成电路是由场效应管集成的CMOS集成电路CMOS集成电路主要由N沟道增强型MOS管（简称NMOS管）和P沟道增强型MOS管（简称PMOS管）组成对于NMOS管,当栅极电压为较大的正向电压时，NMOS管饱和导通，此时源极S和漏极D导通,它们之间有导通电阻存在；当栅极电压较小或为反向电压时，NMOS管截止，此时源极S与漏极D之间不导通对于PMOS管，当栅极电压为较大的反向电压时，PMOS管饱和导通，此时源极S和漏极D导通，它们之间仍然有导通电阻存在；当栅极电压为较小的反向电压或为正向电压时，PMOS管截止，此时源极S与漏极D之间不导通

2.与门电路＞【教师】通过多媒体展示〃二极管与门电路”图片（详见教材），帮助学生对这些内容有更直观地认识其中，A、B为输入变量，Y为输出变量设“cc=5V,人、的高、低电平分别为3V和0V,二极管在正B向导通时的电压降为

0.7Vo当“A二°V、Us=°V时，二极管VD,和VD2均导通由于二极管在正向导通时具有钳位作用,因此力=7V当“A二°V、03=3V时，二极管VQ导通，L/y=0,7V，此时二极管VD2因承受反向电压而截止当0八=3V、08=°V时，二极管VD导通，y二0・7V,此时二极管V»因承受反向电压而截止2当U/3V、％=3V时二极管VD和VD2均导通，力=

3.7V上述分析结果可以以表格的形式列出，如表

6.20所示其中，若规定3V及以上为高电平，用逻辑1表示；

0.7V及以下为低电平,用逻辑0表示，则由表6-20可得二极管与门电路的真值表，如表6-21所不A/V B/V Y/V AB Y

000000.

7010030.

7300.

7100333.7111表6-20二极管与门电路的输入、输出电平表6・21二极管与门电路的真值表Y=AB若在二极管与门电路中增加一个输入端和一个二极管，则该电路可变成三个输入端的与门电路按此方法可组成更多输入端的与门电路

3.或门电路由表6-21可列出与门电路的逻辑式，即★【教师】通过多媒体展示〃二极管或门电路”图片（详见教材），帮助学生对这些内容有更直观地认识二极管或门电路，其输入、输出电平如表6-22所示，其真值表如表6-23所示表

6.22二极管或门电路的输入、输出电平表6・23二极管或门电路的真值表A/V B/V Y/V AB Y

000000032.

3011302.

3101332.3111由表6-23可列出或门电路的逻辑式，即Y=A+B同样，或门电路也可通过增加输入端和二极管的方法，组成更多输入端的或门电路

4.非门电路A【教师】通过多媒体展示〃三极管非门电路〃图片（详见教材），帮助学生对这些内容有更直观地认识三极管非门电路，基于该电路制得的电子器件称为反相器设A端输入的高、低电平分别为5V和0V当“A二°V时，三极管VT的发射结电压小于开启电压，满足截止条件，此时三极管VT截止，有“丫2cc=5V当“A=5V时，三极管丫1的发射结正向偏置且导通,此时只要该电路的参数设计合理并满足饱和条件ZBZBS（临界饱和电流），则可使三极管VT工作在饱和状态，有丫2CES=0・3V由上述分析可得三极管非门电路的输入、输出电平以及真值表,分别如表6-24和表6-25所示表6-24三极管非门电路的输入、输出电平表6・25三极管非门电路的真值表A YA/V Y/V

01051050.3由表6-25可列出非门电路的逻辑式，即Y=A【经验传承】二极管与门电路和或门电路的优点是结构简单，其缺点是存在电平漂移，而且带负载能力和抗干扰能力都比较差三极管非门电路的优点则是没有电平漂移，带负载能力和抗干扰能力也比较强因此，常将两者连接在一起组成组合逻辑门电路

6.

2.2TTL集成门电路如果把分立元件门电路中的所有元件，如二极管、三极管、电阻及导线等都制作在一块半导体芯片上，再把它们封装在一个管壳内，则可制得集成门电路与分立元件门电路相比，集成门电路具有体积小、可靠性高等优点，应用非常广泛根据内部有源器件的类型不同，集成门电路可以分为双极型集成门电路和单极型集成门电路两大类其中,最为常见的双极型集成门电路为晶体管-晶体管逻辑（transistor-transistor logic）集成门电路，简称TTL集成门电路下面以TTL与非门电路为例，介绍TTL集成门电路的相关知识

1.电路结构计【教师】通过多媒体展示〃TTL与非门电路〃图片详见教材，帮助学生对这些内容有更直观地认识TTL与非门电路的电路结构中，输入级可是一个多发射极三极管，它的作用同二极管与门电路的作用相似；中间级VT的作用同三极管非门电路的作用相同；VT

3、VT VT5是输出级，它们的作用是提高输出端4的带负载能力和抗干扰能力

2.电压传输特性A【教师】通过多媒体展示“TTL与非门电路的测试电路及电压传输特性曲线〃图片详见教材，帮助学生对这些内容有更直观地认识在TTL集成门电路中，输出电压随输入电压变化的特性称为电压传输特性描述输出电压与输入电压关系的曲线称为电压传输特性曲线小【教师】组织学生扫码观看“TTL集成门电路的应用〃视频详见教材，让学生对相关知识有一个大致地了解TTL与非门电路的电压传输特性曲线可分为以下四段1在曲线的AB段，当输入电压U”06V时，可工作在深度饱和状态此时，“CEI V0・1V,“B2S7V,因此VT、VT5截止，而VT

3、VT,导通输出电压0尸

3.6V，为高电平曲线的AB段称为截止区2在曲线的BC段，当.6Va L3V时，°.7VB2L4V,VT导通而VT5依然截止，VT

3、VT’处于发射极输出状态此时，VT工作在放大区，随着q的增大，力2增大,“C2减小，也随之减小由于0基本上随a的增大而线性减小，因此曲线的BC段称为线性区13V14V VTIJ3在曲线的CD段，当V“14V时，V1开始导通，并随着4的增大而趋于饱和，从而使VT4截止，°急剧减小为低电平曲线的CD段称为转折区或过渡区4在曲线的DE段，VT、VT5饱和导通，VT

3、VT’截止，Q继续增大，但°不再变化曲线的DE段称为饱和区

3.主要参数1输出高电平和输出低电平输出高电平OH是指电压传输特性曲线截止区的输出电压输出低电平%是指饱和区的输出电压一般情况下，TTL与非门电路要求/H屋

2.4V,UOL0,4V2阈值电压阈值电压0T又称门槛电压，是指电压传输特性曲线转折区中点所对应的输入电压一般情况下，在TTL与非门电路中，“T仁I V3开门电平和关门电平开门电平ON是指为保证输出电平为额定低电平

0.3V左右，输入高电平所允许的最小电压值一般情况下，在TTL与非门电路中，°无”L8V关门电平OFF是指为保证输出高电平为额o定高电平的90%

2.7V左右，输入低电平所允许的最大电压值一般情况下，在TTL与非门电路中，“四*V4噪声容限噪声容限是指在保持输出高、低电平基本不变，或者变化的大小不超过允许范围的前提下，输入电平所允许的波动范围噪声容限反映了TTL与非门电路的抗干扰能力5扇出系数扇出系数是指TTL与非门电路中与输出端连接同类门的最多个数，它反映了TTL与非门电路的带负载能力【学生】聆听.思考.理解、记录【教师】准备器材，带领学生到实验室进行试验操作1测试与非门电路的逻辑功能174LS00型芯片的引脚分布如图所示将该芯片插入芯片底座，并将其引脚14接5V直流稳压电源，引脚7接地《yB\Y7A1Y GNDc4B4A4Y3B3A3Y2按表6-17所示A、B的逻辑值，在74LS00型芯片中选取一组输入端，输入逻辑电平,测量相[141[Hl[HI[TTl[W][91[81应输出端的逻辑电平,将结果填入表6-17中，结果应符合逻辑式Y=ABOA BY2]

[3]14]

[5]

[6][70001课堂实践1011表6・17与非门逻辑功能测试真值表2测试或非门电路的逻辑功能74LS02型芯片的引脚分布如图所示该芯片逻辑功能的测试方法与74LS00型芯片的相同，但要注意它与74LS00型芯片输入端和输出端的引脚不同将结果填入表6-18中结果应符合逻辑式丫=4+3U4y4B4A3Y3B3Acc［H］网同［TT］同⑸⑻亍||2||3||4||5||6||iy14IE2y2A29GND详见教材【学生】以小组为单位进行试验，根据分工填写“任务工单——测试TTL集成门电路的逻辑功能〃【教师】巡堂辅导，及时解决学生遇到的问题，根据学生表现填写考核评价表【教师】组织学生以小组为单位完成以下任务请分析操作规范对企业生产经营的重要性，讨论一下如何才能保证员工正确执行操作规范探索活动【学生】分析、讨论，由小组代表上台发表讨论结果【教师】与学生一起评价各组的发言，并进行总结【教师】简要总结本节课的要点课堂小结分立元件门电路和TTL集成门电路的电路结构和特性直流电路常用的分析方法测试TTL集成门电路的逻辑功能【学生】总结回顾知识点【教师】布置课后作业请根据课堂知识，正确测试与非门、或非门电路的逻辑功能作业布置本课作业布置二维码老师扫描此码，即可进行线上作业布置【学生】完成课后任务教学反思。