三態(tài)邏輯與非門電路圖三種狀態(tài)分析

三態(tài)信號(hào)（Tri-State或T/S），它與一般門電路不同，它的輸出端除了出現(xiàn)高電平、低電平外，還可以出現(xiàn)第三個(gè)狀態(tài)，即高阻態(tài)，亦稱禁止態(tài)，但并不是3個(gè)邏輯值電路。具備這三種狀態(tài)的器件就叫做三態(tài)門。一般門與其它電路的連接，無非是兩種狀態(tài)，1或者0，在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，為了能在一條傳輸線上傳送不同部件的信號(hào)，研制了相應(yīng)的邏輯器件稱為三態(tài)門，三態(tài)門除了有這兩種狀態(tài)以外還有一個(gè)高阻態(tài)，就是高阻抗，相當(dāng)于該門和它連接的電路處于斷開的狀態(tài)。（因?yàn)閷?shí)際電路中你不可能去斷開它，所以設(shè)置這樣一個(gè)狀態(tài)使它處于斷開狀態(tài)）。三態(tài)門是一種擴(kuò)展邏輯功能的輸出級(jí)，也是一種控制開關(guān)，主要是用于總線的連接，因?yàn)榭偩€只允許同時(shí)只有一個(gè)使用者。通常在數(shù)據(jù)總線上接有多個(gè)器件，每個(gè)器件通過CS之類的信號(hào)選通，如器件沒有選通的話它就處于高阻態(tài)，相當(dāng)于沒有接在總線上，不影響其它器件的工作。只有被選通的設(shè)備獲得總線使用權(quán)的設(shè)備才能驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而沒有獲得總線使用權(quán)的設(shè)備則不能夠驅(qū)動(dòng)信號(hào)。為了防止總線上各個(gè)設(shè)備之間的沖突，那些接在總線上設(shè)備需要先將輸出信號(hào)置為三態(tài)，相當(dāng)于總線斷開，避免與總線上的其它設(shè)備發(fā)生沖突。這種輸出端口便是帶三態(tài)的輸出端口。

持續(xù)三態(tài)信號(hào)（Sustained Tri-State或s/t/s，或稱STS），是一個(gè)低電平有效的三態(tài)信號(hào)，在某一時(shí)刻有一個(gè)且只可能有一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)這個(gè)信號(hào)為低的設(shè)備在它釋放對(duì)這個(gè)信號(hào)控制之前（也即是使這個(gè)信號(hào)浮空）必須驅(qū)動(dòng)這個(gè)信號(hào)為高電平并至少維持這個(gè)高電平一個(gè)時(shí)鐘周期。新的設(shè)備只有在原先擁有這個(gè)信號(hào)的設(shè)備釋放對(duì)這個(gè)信號(hào)控制之后才可以驅(qū)動(dòng)這個(gè)信號(hào)。s/t/s的信號(hào)需要上拉電阻，以使沒有任何設(shè)備驅(qū)動(dòng)他時(shí)，保持一個(gè)無效電平，即高電平。這個(gè)上拉電阻由主控制設(shè)備提供。

　　三態(tài)邏輯與非門

三態(tài)邏輯與非門如下圖所示。這個(gè)電路實(shí)際上是由兩個(gè)與非門加上一個(gè)二極管D2組成。虛線右半部分是一個(gè)帶有源泄放電路的與非門，稱為數(shù)據(jù)傳輸部分，T5管的uI1、uI2稱為數(shù)據(jù)輸入端。而虛線左半部分是狀態(tài)控制部分，它是個(gè)非門，它的輸入端C稱為控制端，或稱許可輸入端、使能端。

當(dāng)C端接低電平時(shí)，T4輸出一個(gè)高電平給T5 ，使虛線右半部分處于工作狀態(tài)，這樣，電路將按與非關(guān)系把uI1，uI2接受到的信號(hào)傳送到輸出端， 使uo或?yàn)楦唠娖?，或?yàn)榈碗娖?。?dāng)C端接高電平時(shí)，T4輸出低電平給T5，使T6、T7、T10 截止。另一方面，通過D2把T8的基極電位鉗在1v左右，使T9截止。由于T9、T10均截止，從輸出端u0看進(jìn)去，電路處于高阻狀態(tài)。

三態(tài)邏輯與非門的邏輯符號(hào)如下左圖所示。其中（a）圖表示C端為高電平時(shí)為工作狀態(tài)，稱為高有效三態(tài)與非門。（b）圖表示C端為低電平時(shí)的工作狀態(tài)，稱為低有效三態(tài)與非門。在使用時(shí)應(yīng)注意區(qū)分。三態(tài)與非門的最重要的用途就是可向一條導(dǎo)線上輪流傳送幾組不同的數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，如下圖右所示，這種方式在計(jì)算機(jī)中被廣泛采用。但需要指出，為了保證接在同一條總線上的許多三態(tài)門能正常工作，一個(gè)必要條件是，任何時(shí)間里最多只有一個(gè)門處于工作狀態(tài)，否則就有可能發(fā)生幾個(gè)門同時(shí)處于工作狀態(tài)，而使輸出狀態(tài)不正常的現(xiàn)象。

三態(tài)輸出門電路（TS（Three-state output Gate）門）

上圖為三態(tài)門輸出門電路的原理圖。在圖中，如果將虛線方框內(nèi)的兩個(gè)反相器和一個(gè)二極管剪掉，剩下的部分就是典型的TTL與非門電路。

所謂三態(tài)是指輸出端而言。普通的TTL與非門其輸出極的兩個(gè)晶體管T4、T5始終保持一個(gè)導(dǎo)通，另一個(gè)截止的推拉狀態(tài)。T4導(dǎo)通，T5截止，輸出高電平Y(jié)=1；T4截止，T5導(dǎo)通，輸出低電平，Y=0。三態(tài)門除了上述兩種狀態(tài)外，又出現(xiàn)了T4、T5同時(shí)截止的第三種狀態(tài)。因?yàn)榫w管截止時(shí)c、e之間是無窮大阻抗，輸出端Y對(duì)地、對(duì)電源（vcc）阻抗無窮大。因此這第三種狀態(tài)也稱高阻狀態(tài)。

　　現(xiàn)對(duì)三種狀態(tài)進(jìn)行分析：

控制信號(hào)可在EN處加入，也可在處加入：

EN＝0， ＝1，則C=0，vB1=0.9V，vc2＝0.9V

vB4＝vc2＝0.9V，T4截止（T4導(dǎo)通的電位vB4》1.4V）

vB1=0.9V，T5截止，輸出端Y為高阻狀態(tài)。

EN＝1，＝0，C=1，對(duì)與非門另兩個(gè)A、B輸入端無影響，為正常的與非門電路。

當(dāng)A＝B＝1，則T2、T5導(dǎo)通，vc2＝1.0V（前已分析）。二極管D處于反相截止?fàn)顟B(tài)（因?yàn)槠潢枠O電壓vc2＝1.0V，小于陰極C點(diǎn)電位vIH=3.4V），在電路中不起作用。

若A、B中有一個(gè)為0，則T2、T5截止，由于vc2＝vIH＋0.7＝4.1V，足夠保證T4導(dǎo)通，當(dāng)EN＝1（ ＝0），二極管D在電路中不起作用，電路保持完整的與非門邏輯功能。