1、3 集成邏輯門集成邏輯門門電路：門電路：實現(xiàn)基本邏輯運算和復合邏輯運算的單元電路。實現(xiàn)基本邏輯運算和復合邏輯運算的單元電路。高、低電平用高、低電平用0、1兩種邏輯狀態(tài)表示。兩種邏輯狀態(tài)表示。正邏輯正邏輯 - 高電平表示為：高電平表示為：“1”，低電平表示為：，低電平表示為：“0”負邏輯負邏輯 - 高電平表示為：高電平表示為：“0”，低電平表示為：，低電平表示為：“1”邏輯門分類邏輯門分類:利用晶體二極管利用晶體二極管,三極管三極管,MOS管的開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)表示邏輯狀態(tài)表示邏輯”1”和和”0: 3.1 3.1 二極管與三極管的開關(guān)特性二極管與三極管的開關(guān)特性3.1.1 3.1.1 二極管的開關(guān)

2、特性二極管的開關(guān)特性 理想開關(guān)如右圖所示。理想開關(guān)如右圖所示。 晶體二極管是由PN結(jié)構(gòu)成，具有單向?qū)щ姷奶匦浴Ｔ陂_關(guān)電路近似的分析中，二極管可以當作一個理想開關(guān)來分析。 1. 1.二極管穩(wěn)態(tài)開關(guān)特性二極管穩(wěn)態(tài)開關(guān)特性 (1) (1)二極管的伏安特性曲線二極管的伏安特性曲線 (2) (2)二極管開關(guān)等效電路二極管開關(guān)等效電路開關(guān)閉合當UaUb時，D導通當UaUb時,D截止開關(guān)斷開 + ui=0V RL +uo Dui=0V時的等效電路 + + ui=5V RL +uo D 0.7Vui=5V 時的等效電路uououi0V時，二極管截止，如同開關(guān)斷開，uo0V。ui5V時，二極管導通，如同0.7V

3、的電壓源，uo4.3V。 (3) (3)與理想開關(guān)差異與理想開關(guān)差異 (1) (1)開關(guān)應用電路開關(guān)應用電路/ /理想特性理想特性 2. 2.二極管瞬態(tài)開關(guān)特性二極管瞬態(tài)開關(guān)特性 二極管在電路中表現(xiàn)為一個二極管在電路中表現(xiàn)為一個受外加電壓受外加電壓vi控制的開關(guān)控制的開關(guān)。當外。當外加電壓加電壓vi為一脈沖信號時，二極為一脈沖信號時，二極管將隨著脈沖電壓的變化在管將隨著脈沖電壓的變化在“開開”態(tài)與態(tài)與“關(guān)關(guān)”態(tài)之間轉(zhuǎn)換。這個轉(zhuǎn)態(tài)之間轉(zhuǎn)換。這個轉(zhuǎn)換過程就是二極管開關(guān)的換過程就是二極管開關(guān)的動態(tài)特動態(tài)特性性。 (2) (2)實際波形特性實際波形特性 過程及時間過程及時間 （結(jié)電容充放電、存儲電荷結(jié)

4、電容充放電、存儲電荷） (3) (3)提高速度措施提高速度措施(1) (1) 二極管與門二極管與門 2. 工作原理工作原理Da DbDa DbU UY YU UA U UB B0 0 0 0 0 3v 0 3v 3v 03v 03v 3v3v 3v3. 真值表真值表（狀態(tài)表）（狀態(tài)表）4. 輸出函數(shù)式輸出函數(shù)式Y(jié)=AB 5. 5. 邏輯符號邏輯符號&Y YA BA B0 O0 O0 10 11 01 01 11 1Y Y0 00 00 01 1導通導通 導通導通導通導通導通導通導通導通 導通導通截止截止截止截止0.7V0.7V0.7V0.7V0.7V0.7V3.7v3.7vAB1. 電

5、路組成電路組成（以二輸入為例）（以二輸入為例）+V+VCCCCR RA AB BDaDaDbDb設：設：VCCCC= =5V5V，U UIHIH= =3v3v,U,UILIL= =0v0v二極管正向壓降二極管正向壓降0.7V0.7V。 3.3.二極管開關(guān)應用電路二極管開關(guān)應用電路 Y1. 1. 電路組成電路組成( (以二輸入為例以二輸入為例) ) 2. 2. 工作原理工作原理U UA A U UB B0 00 00 3v0 3v3v 03v 03v 3v3v 3v3.3.真值表真值表A BA B0 00 00 10 11 01 01 11 1Y Y0 01 11 11 1 4. 4.輸出函數(shù)式

6、輸出函數(shù)式Y(jié)=A+BY=A+B5.5.邏輯符號邏輯符號截止截止 截止截止截止截止截止截止導通導通導通導通導通導通 導通導通Da DbDa DbU UY Y2.3v2.3v2.3v2.3v2.3v2.3vY YAB1 10 0(2)(2) 二極管或門二極管或門二極管與門和或門電路的缺點二極管與門和或門電路的缺點（1 1）在多個門串接使用時，會出現(xiàn)低電平偏離標準數(shù)）在多個門串接使用時，會出現(xiàn)低電平偏離標準數(shù)值的情況。值的情況。（2 2）負載能力差）負載能力差 3.1.2 三極管三極管的開關(guān)特性的開關(guān)特性1 1三極管的三種工作狀態(tài)三極管的三種工作狀態(tài) （1 1）截止狀態(tài)：）截止狀態(tài)：當當V VI I

7、小于三極管發(fā)射結(jié)死區(qū)電壓時，小于三極管發(fā)射結(jié)死區(qū)電壓時，I IB BI ICBOCBO00，I IC CI ICEOCEO00，V VCECEV VCCCC，三極管工作在截止，三極管工作在截止區(qū)，對應圖區(qū)，對應圖1.4.51.4.5（b b）中的）中的A A點。點。 三極管工作在截止狀態(tài)的條件為：發(fā)射結(jié)反偏或小三極管工作在截止狀態(tài)的條件為：發(fā)射結(jié)反偏或小于死區(qū)電壓。于死區(qū)電壓。 此時，若調(diào)節(jié)此時，若調(diào)節(jié)R Rb b，則，則I IB B，I IC C，V VCECE，工作點沿著，工作點沿著負載線由負載線由A A點點BB點點CC點點DD點向上移動。在此期間，三點向上移動。在此期間，三極管工作在放大

8、區(qū)，極管工作在放大區(qū)， 其特點為其特點為I IC CIIB B。 三極管三極管工作在放大狀態(tài)的條件為：工作在放大狀態(tài)的條件為：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏反偏 （2 2）放大狀態(tài)：）放大狀態(tài)：當當V VI I為正值且大于死區(qū)電壓時，為正值且大于死區(qū)電壓時，三極管三極管導通。有導通。有 bIbBEIBRVRVVI 若再減小若再減小R Rb b，I IB B會繼續(xù)增加，但會繼續(xù)增加，但I IC C已接近于最大值已接近于最大值 V VCCCC/ /R RC C，不會，不會再增加，再增加，三極管三極管進入飽和狀態(tài)。飽和時的進入飽和狀態(tài)。飽和時的V VCECE電壓稱為飽和壓降電壓稱為飽和壓降

9、V VCESCES，其典型值為：其典型值為：V VCESCES0.30.3V V。 三極管三極管工作在飽和狀態(tài)的電流條件為：工作在飽和狀態(tài)的電流條件為：I IB B I IBSBS 電壓條件為：電壓條件為：集電結(jié)和發(fā)射結(jié)均正偏集電結(jié)和發(fā)射結(jié)均正偏。 （3 3）飽和狀態(tài)：）飽和狀態(tài)：保持保持V VI I不變，繼續(xù)減小不變，繼續(xù)減小R Rb b，當，當V VCECE 0.70.7V V時，集電結(jié)變?yōu)榱闫Q為臨界飽和狀態(tài)，對應時，集電結(jié)變?yōu)榱闫?，稱為臨界飽和狀態(tài)，對應圖（圖（b b）中的）中的E E點。此時的集電極電流稱為集電極飽和點。此時的集電極電流稱為集電極飽和電流，用電流，用I ICSCS表

10、示表示，基極電流稱為基極臨界飽和電流，基極電流稱為基極臨界飽和電流，用用I IBSBS表示表示，有，有: :CCCC0.7V-RVRVICCCSCCCCSBSRVII NPN型三極管截止、放大、飽和3 種工作狀態(tài)的特點工作狀態(tài)截 止放 大飽 和條 件iB00iBIBSiBIBS偏置情況發(fā)射結(jié)反偏集電結(jié)反偏uBE0，uBC0，uBC0，uBC0集電極電流iC0iCiBiCICSce間電壓uCEVCCuCEVCCiCRcuCEUCES0.3V工作特點ce間等效電阻很大，相當開關(guān)斷開可變很小，相當開關(guān)閉合當Ub為高電平UIH時，T飽和當Ub為低電平UIL時，T截止開關(guān)閉合開關(guān)斷開三極管開關(guān)等效電路三

11、極管開關(guān)等效電路（理想情況下）（理想情況下）2.三極管穩(wěn)態(tài)開關(guān)特性三極管穩(wěn)態(tài)開關(guān)特性RbRc+VCCbce截止狀態(tài)飽和狀態(tài)iBIBSui=UIL0.5Vuo=+VCCui=UIHuo=0.3VRbRc+VCCbce0.7V0.3V等效電路等效電路3.三極管瞬態(tài)開關(guān)特性三極管瞬態(tài)開關(guān)特性offontt,開關(guān)特性圖開關(guān)特性圖3-1-13，開關(guān)時間；，開關(guān)時間；影響因素：三極管結(jié)構(gòu)（結(jié)電容）；飽和、截止深度等。影響因素：三極管結(jié)構(gòu)（結(jié)電容）；飽和、截止深度等。-V-VEEEEVccVcc3.3. 真值表真值表A A0 01 1Y Y1 10 04.4.輸出函數(shù)式輸出函數(shù)式 Y = AY = A 5.

12、5.邏輯符號邏輯符號1 1A AY Y2.工作原理工作原理注：注：為了保證在輸入低電平時三極為了保證在輸入低電平時三極 管可靠截止，常將電路接管可靠截止，常將電路接成上圖形式。由于接入了負電源成上圖形式。由于接入了負電源VEEEE，即使輸入低電平信號稍，即使輸入低電平信號稍大于零，也能使三極管的基大于零，也能使三極管的基 極為負電位，使三極管可靠截止，極為負電位，使三極管可靠截止，輸出為高電平。輸出為高電平。1 1、電路原理圖電路原理圖UaUa0 03v3vT T截止截止飽和飽和U UY Y0 04. 4. 三極管非門三極管非門CBAL3.2 TTL集成邏輯門集成邏輯門1.DTL與非門工作原理

13、：與非門工作原理：該電路滿足與非邏輯關(guān)系，即：該電路滿足與非邏輯關(guān)系，即：ABCL+VDDD123DD1R23CC（+5V）R1RcT45P3k1k4.7k2 TTL集成邏輯門類型集成邏輯門類型,系列系列1 17474系列系列為為TTLTTL集成電路的早期產(chǎn)品，屬中速集成電路的早期產(chǎn)品，屬中速TTLTTL器件。器件。2 274H74H系列系列為高速為高速TTLTTL系列。系列。3 374S74S系列系列為肖特基為肖特基TTLTTL系列，進一步提高了速度。如圖系列，進一步提高了速度。如圖示。示。474LS系列系列為低功耗肖特基系列。為低功耗肖特基系列。574AS系列系列為先進肖特基系列，為先進肖

14、特基系列，它是它是74S系列的后繼產(chǎn)品。系列的后繼產(chǎn)品。674ALS系列系列為先進低為先進低功耗肖特基系列，功耗肖特基系列，是是74LS系列的后繼產(chǎn)品。系列的后繼產(chǎn)品。3.2.1 TTL與非門的基本結(jié)構(gòu)及工作原理與非門的基本結(jié)構(gòu)及工作原理1TTL與非門的基本結(jié)構(gòu)與非門的基本結(jié)構(gòu)+V13（ +5V）CCABCTb1R1輸入級輸入級倒相級倒相級 輸出級輸出級T T1 1T T2 2T T3 3T T4 4Y2 2工作原理工作原理（1 1）輸入全為高電平）輸入全為高電平3.63.6V時。時。 T2 2、T3 3導通，導通，VB1 1=0.7=0.73=2.13=2.1（V ），），由于由于T3 3飽

15、和導通，輸出電壓為：飽和導通，輸出電壓為：VO O= =VCES3CES30.30.3V這時這時T2 2也飽和導通，也飽和導通，故有故有VC2C2= =VE2E2+ + VCE2CE2=1=1V。使使T4 4和二極管和二極管D都截止。都截止。實現(xiàn)了與非門的邏輯實現(xiàn)了與非門的邏輯功能之一：功能之一：輸入全為高電平時，輸入全為高電平時，輸出為低電平輸出為低電平。+VV3.6（ +5V）CCRACBTTTRT1KRb11243c2c4e2Ro2.1V1.4V0.7V1V0.3V倒置狀態(tài)飽和飽和截止截止4k1.6k130（2）輸入有低電平）輸入有低電平0.3V 時：時：v 該

16、發(fā)射結(jié)導通，該發(fā)射結(jié)導通，V VB1=1VB1=1V。所以所以T2T2、T3T3都截止都截止。由于由于T2T2截止截止，流流過RC2RC2的電流較小的電流較小，可以忽略，所以可以忽略，所以V VB4B4V VCC=5VCC=5V ，使T4T4和和D D導通，導通，則有：則有：vV VOOV VC CC C- -V VBE4-BE4-V VD=5-0.7-D=5-0.7-0.7=3.60.7=3.6（V V）v實現(xiàn)了與非門的邏輯功能的實現(xiàn)了與非門的邏輯功能的另一方面：另一方面：v 輸入有低電平時，輸入有低電平時，v 輸出為高電平。輸出為高電平。v（3）結(jié)論）結(jié)論 該電路滿足與非的該電路滿足與非的

17、邏輯功能，即：邏輯功能，即：CBAL+VV0.3V3.6Ro1301c2c43BACCT2RCRRT4b1TT4ke21V5V3.6V飽和截止截止導通導通4.3V1.6k1k3 3電路特點電路特點3.2.2 TTL與非門的主要外部特性及參數(shù)與非門的主要外部特性及參數(shù)外部特性外部特性: : 傳輸特性傳輸特性 輸入特性輸入特性 輸出特性輸出特性（1 1）采用多發(fā)射極三極管加快了存儲電荷的消散過程。）采用多發(fā)射極三極管加快了存儲電荷的消散過程。（提高速度提高速度）1、TTL與非門的電壓傳輸特性與非門的電壓傳輸特性 Vo=f（Vi）l(1)傳輸曲線傳輸曲線:（1 1）輸出高電

18、平電壓輸出高電平電壓V VOHOH在正邏輯體制中代表邏輯在正邏輯體制中代表邏輯“1”1”的輸出電壓。的輸出電壓。VOH的理論值為的理論值為3.63.6V，產(chǎn)品規(guī)定輸出高電壓值，產(chǎn)品規(guī)定輸出高電壓值VOH=3=3V（額定值額定值）。）。（2 2）輸出低電平電壓輸出低電平電壓V VOLOL在正邏輯體制中代表邏輯在正邏輯體制中代表邏輯“0”0”的輸出電壓。的輸出電壓。VOL的理論值為的理論值為0.30.3V，產(chǎn)品規(guī)定輸出低電壓值，產(chǎn)品規(guī)定輸出低電壓值VOL=0.35=0.35V（額定值）（額定值）。（3 3）關(guān)門電平電壓關(guān)門電平電壓V VOFFOFF是指輸出電壓下降到是指輸出電壓下降到額定高電平額定

19、高電平的的90%時對應的輸入電壓。時對應的輸入電壓。即即輸入低電壓的最大值。在產(chǎn)品輸入低電壓的最大值。在產(chǎn)品手冊中常稱為手冊中常稱為輸入低電平電壓輸入低電平電壓，用，用VIL（max）表示。產(chǎn)品規(guī)定表示。產(chǎn)品規(guī)定VIL（max）=0.8=0.8V。l(2)主要參數(shù)主要參數(shù):（4 4）開門電平電壓開門電平電壓V VONON是指輸出電壓下降到是指輸出電壓下降到VOL（max）時對應時對應的輸入電壓。的輸入電壓。即即輸入高電壓的最小值。在產(chǎn)品手冊中常稱為輸入高電壓的最小值。在產(chǎn)品手冊中常稱為輸輸入高電平電壓入高電平電壓，用，用VIH（min）表示。產(chǎn)品規(guī)定：表示。產(chǎn)品規(guī)定：VIH（min）=1.8=

20、1.8V。（5 5）閾值電壓閾值電壓V Vthth電壓傳輸特性的過渡區(qū)所對應的輸入電壓，電壓傳輸特性的過渡區(qū)所對應的輸入電壓，即決定電路截止和導通的分界線，也是決定輸出高、低電壓的即決定電路截止和導通的分界線，也是決定輸出高、低電壓的分界線。分界線。 近似地：近似地：VthVOFFVON 即即ViVth，與非門關(guān)門，輸出高電平；，與非門關(guān)門，輸出高電平； ViVth，與非門開門，輸出低電平。，與非門開門，輸出低電平。 Vth又常被形象化地稱為又常被形象化地稱為門檻電壓門檻電壓。Vth的值為的值為1.31.3V1.1.V。(6) 輸入端的噪聲容限輸入端的噪聲容限低電平噪聲容限低電平噪聲容限 VN

21、LVOFF- -VIL0.80.8V-0.3-0.3V0.50.5V高電平噪聲容限高電平噪聲容限 VNHVIH- -VON3.63.6V-1.8-1.8V1.81.8VTTL門電路的輸出高低電平不是一個值，而是一個范門電路的輸出高低電平不是一個值，而是一個范圍。同樣，它的輸入高低電平也有一個范圍，即它的輸入圍。同樣，它的輸入高低電平也有一個范圍，即它的輸入信號允許一定的容差，稱為信號允許一定的容差，稱為噪聲容限噪聲容限。2 2TTLTTL與非門輸入特性與非門輸入特性l（1 1）曲線）曲線: :電流方向電流方向+V0.3V3.6VV12313123R1c23BACCT2RCRTb1Te21V1.

22、4V0.7ViB1iB1o4k1.6k1k等效簡化電路如圖等效簡化電路如圖：輸入簡化電路如圖：輸入簡化電路如圖：近似分析時，常用近似分析時，常用I IISIS來代替。來代替。 I IISIS 是是輸入短路輸入短路（UIL=0）時的）時的 電流。電流。7474系列門電路的每個輸入端的系列門電路的每個輸入端的I IIH IH 40A40A。+V+VCCCCR R1 1T T1 1U UILILI IILIL截止截止+V+VCCCCR R1 1T T1 1U UIHIHI IIHIH導通導通be2be2 be4be4l(2)(2)參數(shù)參數(shù)（1 1）輸入低電平電流輸入低電平電流I IILIL 是指當門

23、電路的輸入端接低電平，是指當門電路的輸入端接低電平，從門電路輸入端流出的電流。從門電路輸入端流出的電流。 （2 2）輸入高電平電流輸入高電平電流I IIHIH是指當門電是指當門電路的輸入端接高電平時，流入輸入端的路的輸入端接高電平時，流入輸入端的電流。電流。（3 3）輸入負載特性）輸入負載特性 (4)(4)多余輸入端處理多余輸入端處理（2）對于或非門及或門，多余輸）對于或非門及或門，多余輸入端應接低電平，比如直接接入端應接低電平，比如直接接地；也可以與有用的輸入端并地；也可以與有用的輸入端并聯(lián)使用。聯(lián)使用。（1 1）對于與非門及與門，多余輸入）對于與非門及與門，多余輸入端應接高電平，比如直接接

24、電源端應接高電平，比如直接接電源正端，或通過一個上拉電阻（正端，或通過一個上拉電阻（1 13 3kW W）接電源正端；在前級驅(qū)動）接電源正端；在前級驅(qū)動能力允許時，也可以與有用的輸能力允許時，也可以與有用的輸入端并聯(lián)使用。入端并聯(lián)使用。V&CCBA&AB（a）（b）1ABBA（a）（b）13. TTL3. TTL與非門輸出特性與非門輸出特性 +VV+VV123123D123123D（+5V）CCc4o截止T3T4導通導通R充電CLc4CC（+5V）o導通3T4T截止截止R放電CL（a）（b）(1)(1)輸出為低電平時輸出為低電平時（U U0 0 = = U U0L0L0.35V

25、)0.35V)由于由于T T4 4管的導通電阻為管的導通電阻為R RONON，所以，所以，U UOLOL= =I IOLOLR RONON。保證保證 U UOLOL0.35v0.35v，I IOLOL（maxmax）: :最大灌流最大灌流+V+VCCCCT T1 1截止截止導通導通U UOLOL+V+VCCCCT T3 3T T4 4+V+VCCCCT T1 1驅(qū)動門驅(qū)動門負載門負載門I IILILI IILILI IOLOL I IOLOL0.35/R RONON+V+VCCCCT T3 3T T4 4R RC3C3由于由于T T3 3管的導通電阻為管的導通電阻為R RON ON ，所以：，

26、所以： U UOH OH V VCC CC - -N N2 2I IIH IH ( (R RC3C3+ +R RONON)- )- 0.7v0.7v為了保證為了保證U UOHOH2.7v2.7v， IOH（max）: :最大拉流最大拉流(2)(2)輸出端為高電平時輸出端為高電平時 ( (U U0 0 = = U UOH OH 2.7v)2.7v)導通導通截止截止U UOHOH驅(qū)動門驅(qū)動門負載門負載門I IIHIHI IIHIHI IOHOH+V+VCCCCT T1 1+V+VCCCCT T1 14. TTL4. TTL與非門傳輸延遲時間與非門傳輸延遲時間t tpdpd導通延遲時間導通延遲時間t

27、PHL從輸入波形上升沿的中點到輸出波形下降沿的從輸入波形上升沿的中點到輸出波形下降沿的中點所經(jīng)歷的時間。中點所經(jīng)歷的時間。截止延遲時間截止延遲時間tPLH從輸入波形下降沿的中點到輸出波形上升沿的從輸入波形下降沿的中點到輸出波形上升沿的中點所經(jīng)歷的時間。中點所經(jīng)歷的時間。與非門的傳輸延遲時間與非門的傳輸延遲時間tpd是是tPHL和和tPLH的平均值。即的平均值。即 2PHLPLHpdttt一般一般TTL與非門傳輸延遲時間與非門傳輸延遲時間tpd的值為幾納秒十幾個納秒。的值為幾納秒十幾個納秒。 （1 1）灌電流負載）灌電流負載ILOLOLIIN5 5帶負載能力帶負載能力N NOLOL稱為輸出低電平

28、時的扇出系數(shù)。稱為輸出低電平時的扇出系數(shù)。+V+V13D12312313截止3飽和CC（+5V）TTR截止4c4RCC4Kb1b14KR輸出低電平IILIILIOLC3I= 當驅(qū)動門輸出低電平當驅(qū)動門輸出低電平時，電流時，電流（ II L ）從從負載門灌入驅(qū)動門。負載門灌入驅(qū)動門。 當負載門的個數(shù)增加，當負載門的個數(shù)增加，灌電流增大，會使灌電流增大，會使T T3 3脫離飽和，輸出低電脫離飽和，輸出低電平升高。平升高。 把允許灌入輸出端的把允許灌入輸出端的電流定義為電流定義為輸出低電輸出低電平電流平電流I IOLOL，產(chǎn)品規(guī)定產(chǎn)品規(guī)定I IOLOL=16mA=16mA。IHOHOHIIN（2 2

29、）拉電流負載。）拉電流負載。 NOH稱為稱為輸出高電平時的扇出系數(shù)輸出高電平時的扇出系數(shù)。產(chǎn)品規(guī)定產(chǎn)品規(guī)定IOH=0.4=0.4mA。 當驅(qū)動門輸出高電平時，電當驅(qū)動門輸出高電平時，電流從驅(qū)動門拉出流從驅(qū)動門拉出, ,流至負載流至負載門的輸入端（門的輸入端（I IIHIH）。）。 拉電流增大時，拉電流增大時，RC4C4上的壓上的壓降增大，會使輸出高電平降降增大，會使輸出高電平降低。低。把允許拉出輸出端的電流定義把允許拉出輸出端的電流定義為為輸出高電平電流輸出高電平電流I IOHOH。一般一般NOLNOH，常取兩者中的較小值作為門電路的，常取兩者中的較小值作為門電路的扇出系數(shù)，用扇出系數(shù)，用NO

30、表示。表示。+V+V1231312313DRCCR3導通b14K截止T（+5V）b1Tc4R4CC4K導通輸出高電平IIHIIHOHE4=II7 7、TTLTTL與非門與非門/ /應用舉例應用舉例74007400是一種典型的是一種典型的TTLTTL與非門器件，內(nèi)部含有與非門器件，內(nèi)部含有4 4個個2 2輸入端輸入端與非門，共有與非門，共有1414個引腳。引腳排列圖如圖所示。個引腳。引腳排列圖如圖所示。3.2.3 TTL3.2.3 TTL門電路的其他類型門電路的其他類型1 1非門非門L+V123123D12313ATTT123Re21AL=A(a)(b)Rc2RCCRTc4b142 2或非門或非

31、門 L+V123123D1312312313AL=A+B(a)(b)CC4TR3TT1AT2AT1BT2BR1BR1AR2R43ABB13 3與或非門與或非門+VL12312313D13 123123CC4TR3T1AT2AT1BT2BTR1BR1AR24R3AB11A2B24集電極開路門（集電極開路門（ OC門）門）(1)(1)線與問題線與問題 在數(shù)字系統(tǒng)中，有些場合需要將門電在數(shù)字系統(tǒng)中，有些場合需要將門電路的輸出端并聯(lián)使用，即路的輸出端并聯(lián)使用，即“線與線與”。Y=0Y=0(2)(2)OC OC 門門解決上述問題的辦法：解決上述問題的辦法： 需要線與時，用需要線與時，用OC OC 門門。

32、線與線與電流大電流大損壞損壞T T4 4T T3 3T T4 4G G1 1+V+VCCCC導通導通導通導通截止截止截止截止1 10 0T T3 3T T4 4G G2 2+V+VCCCCI IILIL1 1）結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)T T1 1T T2 2T T4 4Y Y+V+VCCCCA AB B但推拉式輸出的門電路不能并聯(lián)。但推拉式輸出的門電路不能并聯(lián)。 例如例如，如圖所示情形時，如圖所示情形時,門電路會損壞。門電路會損壞。2）邏輯符號）邏輯符號（以（以OCOC與非門為例）與非門為例）& &A AB BY Y (3) OC 門的使用門的使用使用使用OCOC門時，應外接上拉電阻門時，應外

33、接上拉電阻R RL L和電源和電源V VCCCC。(4) (4) 線與輸出函數(shù)式線與輸出函數(shù)式線與線與Y= ABY= ABCD CD 若電路如圖：若電路如圖：Y YR RL L+V+VCCCC則：則：( (與非與）與非與）（與或非）（與或非）= AB+CD= AB+CDR RL L的大小應根據(jù)公式計算，的大小應根據(jù)公式計算，通常在通常在1 1 2K2KW W之間。之間。V VCCCC的數(shù)值根據(jù)的數(shù)值根據(jù)U UOHOH的需要選定；的需要選定；& &C CD D& &A AB BOCOC門主要有以下幾方面的應用：門主要有以下幾方面的應用：v（1 1）實現(xiàn)線與。）實現(xiàn)

34、線與。 v電路如右圖所示，邏輯關(guān)電路如右圖所示，邏輯關(guān)系為系為: : (2)實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。如圖示，可使輸出電如圖示，可使輸出電平提高平提高（3 3）用做驅(qū)動器。）用做驅(qū)動器。如圖是用來驅(qū)動發(fā)光二極管的如圖是用來驅(qū)動發(fā)光二極管的電路。電路。+10V&OV+5V&270+VBA&DC&PRCCLLL12（1）當輸出高電平時，當輸出高電平時， RP不能太大。不能太大。RP為最大值時要保證輸出電壓為為最大值時要保證輸出電壓為VOH（min），由由OC門進行線與時，外接上拉電阻門進行線與時，外接上拉電阻RP的選擇：的選擇：得：得：+V&RCCPVOH

35、IIHIIHIIHnm&（2）當輸出低電平時，當輸出低電平時，RP不能太小。不能太小。RP為最小值時要保證輸出電壓為為最小值時要保證輸出電壓為VOL（max），由由所以：所以： RP（min）RPRP（max）+V&RPCCOLVIILILIn&m&IOL（1 1）三態(tài)輸出門的結(jié)構(gòu)及工作原理。）三態(tài)輸出門的結(jié)構(gòu)及工作原理。當當EN=0=0時，時，G輸出為輸出為1 1，D1 1截止，相當于一個正常的二輸入端與非門，截止，相當于一個正常的二輸入端與非門，稱為正常工作狀態(tài)。稱為正常工作狀態(tài)。當當EN=1時，時，G輸出為輸出為0，T4、T3都截止。這時從輸出端都截止。這

36、時從輸出端L看進去，呈現(xiàn)看進去，呈現(xiàn)高阻，稱為高阻態(tài)，或禁止態(tài)。高阻，稱為高阻態(tài)，或禁止態(tài)。5 5三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門+VL123123D123D13ABT1b1R3TR4CCTTc2R2VRc2e2c4pEN11G&ENABL&ENABL三態(tài)門在計算機總線結(jié)構(gòu)中有著廣泛的應用。三態(tài)門在計算機總線結(jié)構(gòu)中有著廣泛的應用。 （a）組成單向總線，）組成單向總線，實現(xiàn)信號的分時單向傳送實現(xiàn)信號的分時單向傳送. .（b）組成雙向總線，）組成雙向總線，實現(xiàn)信號的分時雙向傳送。實現(xiàn)信號的分時雙向傳送。（2 2）三態(tài)門的應用）三態(tài)門的應用AEN&BAEN&BAEN&BE

37、NENEN111222333總線G1G2G3EN1總線DDIO1EN/IDDOGG12EN5 57474LS系列系列為低功耗肖特基系列。為低功耗肖特基系列。6 67474AS系列系列為先進肖特基系列，為先進肖特基系列，它是它是7474S系列的后繼產(chǎn)品。系列的后繼產(chǎn)品。7 77474ALS系列系列為先進低為先進低功耗肖特基系列，功耗肖特基系列，是是74LS系列的后繼產(chǎn)品。系列的后繼產(chǎn)品。七、七、TTL集成邏輯門電路系列簡介集成邏輯門電路系列簡介1 17474系列系列為為TTLTTL集成電路的早期產(chǎn)品，屬中速集成電路的早期產(chǎn)品，屬中速TTLTTL器件。器件。2 274L74L系列系列為低功耗為低功

38、耗TTLTTL系列，又稱系列，又稱LTTLLTTL系列。系列。3 374H74H系列系列為高速為高速TTLTTL系列。系列。4 474S74S系列系列為肖特基為肖特基TTLTTL系列，進一步提高了速度。如圖系列，進一步提高了速度。如圖示。示。3.4 3.4 MOS邏輯門電路邏輯門電路 3.4.1 3.4.1 M OSOS管開關(guān)等效電路管開關(guān)等效電路（理想情況下）（理想情況下）當當U UGSGS2v時，時，當當U UGS2vGS-2vGS-2v時時, ,（等效開關(guān)圖同上）（等效開關(guān)圖同上）T TN N 截止截止1 1、NM OS OS 管開關(guān)等效電路管開關(guān)等效電路T TN N導通：導通：T TP

39、 P導通：導通：T TP P截止：截止： iD(mA) 0uDS(V)0 UT uGS(V)iD(mA)uGS=10V8V6V4V2V工作原理電路轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線uiuiGDSRD+VDDGDSRD+VDDGDSRD+VDD截止狀態(tài)uiUTuo0所以輸出為低電平。所以輸出為低電平。3.4.2 NMOS門電路門電路1 1NMOS非門非門邏輯關(guān)系：（設兩管的開啟電壓為邏輯關(guān)系：（設兩管的開啟電壓為VT1T1= =VT2T2=4=4V，且，且gm1 1gm2 2 ）（1 1）當輸入）當輸入Vi為高電平為高電平8 8V時，時，T1 1導通，導通，T2 2也導通。因為也導通。因為gm1 1gm2

40、 2，所以兩管的導通電阻所以兩管的導通電阻RDS1DS1RDS2DS2，輸出電壓為：，輸出電壓為： VVVTTDD21(+12V)ioVVV1DD2T(+12V)TioVVDS2DS1R(100200k)DD(+12V)R(310k)o（2 2）當輸入）當輸入V Vi i為低電平為低電平0V0V時，時，T T1 1截止，截止，T T2 2導通。所以輸出導通。所以輸出電壓為電壓為V VOHOH= =V VDDDD- -V VT T=8V=8V，即輸出為高電平。，即輸出為高電平。所以電路實現(xiàn)了非邏輯。所以電路實現(xiàn)了非邏輯。2 2NMOS門電路門電路（1 1）與非門）與非門（2）或非門）或非門AL=

41、ABVB1TDD3T(+12V)T2BVL= A+ BADD(+12V)3T2TT13.5 3.5 CMOS門電路門電路基本電路用基本電路用T TP P管和管和T TN N管構(gòu)成。管構(gòu)成。輸入脈沖幅度通常為輸入脈沖幅度通常為V VDDDD。V VA A0V0VT TP P T TN NU UY YV VDDDD真值表真值表A A0 01 1Y Y1 10 0表達式表達式Y(jié) Y= =A A0 0VDDV VDDDD截止截止截止截止導通導通導通導通0 03.5.1 3.5.1 CMOS反向器的工作原理反向器的工作原理一一. . 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)二二. .工作原理工作原理T TP P+V+VDDDD

42、A AT TN NY YG G S S D D 3.5.2 3.5.2 CMOSCMOS反向器的外部特性反向器的外部特性 當當U UI I V VDDDD/2 /2 時時, , = U U0L0L 0 0當當U UI I V VDDDD/2 /2 時時, , = U U0H0H V VDDDDU U0 0U U0 0其閾值電平其閾值電平V VTHTH = = V VDDDD/2/2V VDDDD/2/2V VDDDDV VDDDD/2/2V VDDDD0 0V VI IV VO O1. 1. 電壓傳輸特性電壓傳輸特性由于由于CMOSCMOS反向器的柵極和襯底之間有反向器的柵極和襯底之間有SiO

43、SiO2 2絕緣絕緣層，層，所以所以CMOSCMOS反向器正常工作時，有反向器正常工作時，有I II I= =I IG G=0=0成成立。立。但絕緣層非常薄，極易擊穿但絕緣層非常薄，極易擊穿 , 所以，制作所以，制作CMOSCMOS器件時，器件時， 集成了集成了“輸入保護電路輸入保護電路”, , 以保護絕緣層不被擊穿。以保護絕緣層不被擊穿。輸入保護措施是有限度的，輸入保護措施是有限度的，使用時還必須注意器件的使用時還必須注意器件的 正確使用方法。正確使用方法。2. 2. 輸入特性輸入特性由于由于U UGSGS越大，越大，T TN N管的導通電阻管的導通電阻R RONON就就越小，越小，(1)(

44、1)低電平輸出特性低電平輸出特性U U0 0= =U U0L0L時時: :在同樣的在同樣的I IOLOL值下，值下，V VDDDD越高，越高， 使使T TN N管導通時的管導通時的U UGSGS就越大，就越大，其其R RONON就越小，就越小，U UOLOL也就越低。也就越低。+V+VDDDDT TN NT TP PU UIHIHU UOLOLI IOLOLR RL LI IOLOL從負載電路注入從負載電路注入T TN N管。（管。（灌流灌流）T TN N管導通，管導通，T TP P管截止，管截止，V VDDDD=5V=5V10V10V15V15VU UOLOLO OI IOLOL3. 3.

45、輸出特性輸出特性在在VDD一定時，一定時， IOL UOL ，所以，所以IOL（max）(2)(2)高電平輸出特性高電平輸出特性由于由于U UGSGS越負，越負， T TP P管的導通電阻管的導通電阻R RONON就就越小，越小，U U0 0= =U U0H0H時：時：所以：在同樣的所以：在同樣的I IOHOH值下，值下， V VDDDD越高，越高， 使使T TP P管導通時的管導通時的U UGSGS就越負，其就越負，其R RONON就越就越小，小，V VOHOH也就越高。也就越高。T TN NT TP P+V+VDDDDU UILILU UOHOHI IOHOHR RL LI IOHOH從從

46、T TP P管流向負載電路。（管流向負載電路。（拉流拉流）T TP P管導通，管導通，T TN N管截止，管截止，U UOHOHO OI IOHOHV VDDDDV VDDDD=5V=5V10V10V15V15V在在VDD一定時，一定時， IOH UOH ，所，所以以IOH（max）3.5.4 3.5.4 CMOS邏輯門邏輯門一一. 與非門（以二輸入為例）與非門（以二輸入為例）1 1、 組成組成兩兩T TP P管在上，管在上，并聯(lián)并聯(lián)；兩兩T TN N管在下，管在下，串聯(lián)串聯(lián)；2 2、工作原理工作原理只有當只有當AB同為同為1、 使串聯(lián)的使串聯(lián)的T TN N管同時導通時管同時導通時 ，輸出才為

47、輸出才為0，其它情況輸出為其它情況輸出為1。A BA B0 00 00 10 11 01 01 11 1T T3 3P P T T1 1P P T T2 2N N T T4 4N NY YB BA A功能特點：功能特點： 3 3、輸出邏輯表達式輸出邏輯表達式1 11 11 10 0通通通通通通通通通通通通通通通通止止止止止止止止止止止止止止止止T1T1T3T3+V+VDDDDY YT2T2T4T4A AB BY=AY=AB BY=AY=AB B二、二、 CMOS或非門（以二輸入為例）或非門（以二輸入為例）3 3、輸出邏輯表達式：輸出邏輯表達式：Y=AY=AB B1 1、 組成組成兩兩T TP

48、P管在上，管在上，串聯(lián)串聯(lián)；兩兩T TN N管在下，管在下，并聯(lián)并聯(lián)；2 2、工作原理工作原理只有當只有當AB同為同為0、 使串聯(lián)的使串聯(lián)的T TP P管同時導通時管同時導通時 ，輸出才為輸出才為1，其它情況輸出為其它情況輸出為0。功能特點：功能特點：A BA B0 00 00 10 11 01 01 11 1T T3 3P P T T1 1P P T T2 2N N T T4 4N NY YB BA A通通止止通通止止通通通通止止止止止止止止通通通通止止通通止止通通1 10 00 00 0B BA AT3T3T1T1T2T2T4T4V VDDDDY Y=A+B=A+B為了克服上述缺點，可在門

49、電路的輸入、輸出端增設為了克服上述缺點，可在門電路的輸入、輸出端增設“緩沖器緩沖器”。 CMOS門電路的優(yōu)點門電路的優(yōu)點：電路結(jié)構(gòu)簡單：電路結(jié)構(gòu)簡單CMOS門電路的缺點門電路的缺點：1 1）輸出電阻）輸出電阻R RO O的大小，受輸入端狀態(tài)的影響的大小，受輸入端狀態(tài)的影響2 2）輸出電平）輸出電平U UOLOL、U UOHOH，受輸入端數(shù)目的影響，受輸入端數(shù)目的影響緩沖器可由緩沖器可由CMOS非門非門組成。組成。增加緩沖器后，電路的邏輯功能將改變：增加緩沖器后，電路的邏輯功能將改變：& &1 11 11 1A AB BY Y1 11 11 1A AB BY Y11Y=A+BY=

50、A+BY=AY=AB B=A=AB B=A+B=A+B三三. .帶緩沖級的帶緩沖級的CMOS門電路門電路1.1.CMOS傳輸門（傳輸門（TGTG）組成和邏輯符號組成和邏輯符號當當C C=0=0時，時，C C=1=1時，時，當當C C=1=1，時，時C C=0=0時，時，T T1 1、T T2 2總有一個導電，傳輸門導通。總有一個導電，傳輸門導通。如同如同TTLTTLOC門，門，CMOS OD門，門，可用來實現(xiàn)可用來實現(xiàn)“線與邏輯線與邏輯”。工作時，要求工作時，要求U UI I在在0 0 V VDDDD之間變化。之間變化。CMOSCMOS傳輸門是雙向輸入和輸出器件，兩端可以互易使用。傳輸門是雙向

51、輸入和輸出器件，兩端可以互易使用。C CT T2 2T T1 1V VDDDDV VI I/V/VO OV VO O/V/VI IC CTGTGC CV VI I/V/VO OV VO O/V/VI IC C四四. . OD門（漏極開路的門電路）門（漏極開路的門電路）3.5.33.5.3 CMOS傳輸門傳輸門T T1 1、T T2 2截止，傳輸門截止。截止，傳輸門截止。2.2. CMOS傳輸門應用舉例傳輸門應用舉例利用利用CMOS傳輸門傳輸門和和CMOS非門非門可可以組成各種復雜的邏輯電路。以組成各種復雜的邏輯電路。當當C C=0=0時，時，SW截止；截止；CMOS雙向模擬開關(guān)雙向模擬開關(guān)的組

52、成和符號：的組成和符號：CMOS 三態(tài)門電路結(jié)構(gòu)三態(tài)門電路結(jié)構(gòu)舉例舉例見下頁見下頁例如做例如做模擬開關(guān)，模擬開關(guān)，用來傳輸模擬信號，用來傳輸模擬信號，這是一般的邏輯門無法實現(xiàn)的。這是一般的邏輯門無法實現(xiàn)的。TGTGC CV VI I/V/VO OV VO O/V/VI I1 1SWSWC CV VI I/V/VO OV VO O/V/VI I六六. . CMOS三態(tài)輸出門（三態(tài)輸出門（TSTS門）門）當當C=1C=1時時，SW導通。導通。例例1 1、 電路結(jié)構(gòu)見圖工作原理輸出邏輯表達式和圖形符號：Y =A高阻 CMOS三態(tài)輸出門（三態(tài)輸出門（TSTS門）舉例門）舉例0 01 01 1T1P T

53、1P T2N T2N 1 0高阻高阻YENENAEN A通止通止止通止通通通止止通通止止（EN=0 時）（EN=1時）0 1例例2.2. 電路結(jié)構(gòu)見圖工作原理0 01 01 1B1110T1P T2N T2NY高阻高阻 0 1ENB 輸出邏輯表達式和圖形符號：Y =A高阻高阻EN A止止止通通通通止止止通通（EN=1時）（EN=0時）0 1例例3.3.電路結(jié)構(gòu)見圖電路結(jié)構(gòu)見圖工作原理TGY0 01 01 1輸出邏輯表達式和圖形符號：Y=A （EN=0時）高阻（EN=1時）EN A0 1導通截止截止導通高阻高阻011 1CMOS邏輯門電路的系列邏輯門電路的系列（1 1）基本的）基本的CMOS40

54、004000系列。系列。（2 2）高速的）高速的CMOSHC系列。系列。（3 3）與）與TTL兼容的高速兼容的高速CMOSHCT系列。系列。2 2CMOS邏輯門電路主要參數(shù)的特點邏輯門電路主要參數(shù)的特點（1 1）VOH（min）=0.9=0.9VDD； VOL（max）=0.01=0.01VDD。所以所以CMOS門電路的邏輯擺幅（即高低電平之差）較大。門電路的邏輯擺幅（即高低電平之差）較大。（2 2）閾值電壓）閾值電壓Vth約為約為VDD/2/2。（3 3）CMOS非門的關(guān)門電平非門的關(guān)門電平VOFF為為0.450.45VDD，開門電平，開門電平VON為為0.550.55VDD。因此，。因此，其高、低電平噪聲容限均達其高、低電平噪聲容限均達0.450.45VDD。（4 4）CMOS電路的功耗很小，一般小于電路的功耗很小，一般小于1 mW/門；門；（5 5）因）因CMOS電路有極高的輸入阻抗，故其扇出系數(shù)很大，可達電路有極高的輸入阻抗，故其扇出系數(shù)很大，可達5050。四、四、 CMOS邏輯門電路的系列及主要參數(shù)邏輯門電路的系列及主要參數(shù)（b）用）用TTL門電路驅(qū)動門電路驅(qū)