1、上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)3 集成邏輯門電路集成邏輯門電路3.1 二、三極管開關(guān)特性二、三極管開關(guān)特性3.2 TTL集成邏輯門集成邏輯門3.3 CMOS集成門電路集成門電路3.4 邏輯門電路使用中的幾個實際問題邏輯門電路使用中的幾個實際問題上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)3.1 二、三極管開關(guān)特性二、三極管開關(guān)特性3.1.1 二極管的開關(guān)特性二極管的開關(guān)特性1. 二極管的開關(guān)特性二極管的開關(guān)特性 二極管最重要的特性是單向?qū)щ娦?，即正向?qū)ФO管最重要的特性是單向?qū)щ娦裕凑驅(qū)?，反向截止。通，反向截止。二極管相當(dāng)于一個受電壓控制的開關(guān)。二極

2、管相當(dāng)于一個受電壓控制的開關(guān)。 上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) iD uD +_ UO iD O uD UOka iD uD + iD Oka忽略導(dǎo)通電壓忽略導(dǎo)通電壓二極管的模型二極管的模型恒壓模型恒壓模型理想模型理想模型上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) iD uD + iD Oka理想模型理想模型理想二極管的開關(guān)特性理想二極管的開關(guān)特性: :開關(guān)接通時，電阻為零；開關(guān)接通時，電阻為零；斷開時，電阻為無窮大。斷開時，電阻為無窮大。上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)FURU 1ttOFIRI tiOSt tR1 . 0 Iu

3、 uR D it tt t渡越時間，反向恢復(fù)時間。渡越時間，反向恢復(fù)時間。t ts s存儲時間存儲時間tre=ts+tt 反向恢復(fù)時間反向恢復(fù)時間上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)二極管的實際開關(guān)特性二極管的實際開關(guān)特性: :開關(guān)時間開關(guān)時間: : 一般為幾十一般為幾十到幾百納秒。到幾百納秒。FURU 1ttOFIRI tiOSt tR1 . 0 Iu上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(1) 二極管與門二極管與門 uIA R uIB +Vcc DA DB uO低低低低低低高高低低高高低低高高低低低低高高高高uOuIBuIA輸出輸出輸入輸入二極管與門電

4、平表二極管與門電平表 2. 二極管邏輯電路二極管邏輯電路上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(2) 二極管或門二極管或門 uIA uIBR uO DA DB 低低高高高高高高低低高高低低高高低低低低高高高高uOuIBuIA輸出輸出輸入輸入二極管或門電平表二極管或門電平表 上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)3.1.2 三極管的開關(guān)特性三極管的開關(guān)特性1. 動態(tài)開關(guān)特性動態(tài)開關(guān)特性 三極管這種在外加電壓作用下，截止和飽和后三極管這種在外加電壓作用下，截止和飽和后的穩(wěn)態(tài)模型，它反映了三極管的靜態(tài)開關(guān)特性。的穩(wěn)態(tài)模型，它反映了三極管的靜態(tài)開關(guān)特性。 如果三極管

5、只工作在截止?fàn)顟B(tài)，管子截止相當(dāng)如果三極管只工作在截止?fàn)顟B(tài)，管子截止相當(dāng)于開關(guān)斷開。于開關(guān)斷開。 如果三極管只工作在飽和狀態(tài)，管子飽和相如果三極管只工作在飽和狀態(tài)，管子飽和相當(dāng)于開關(guān)接通。當(dāng)于開關(guān)接通。(1) 靜態(tài)開關(guān)靜態(tài)開關(guān)特性特性上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(2) 動態(tài)開關(guān)特性動態(tài)開關(guān)特性a. 三極管開關(guān)電路圖三極管開關(guān)電路圖 Rc Vcc RB V11V V22V uO10k +1k uI+S5V上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)b. 三極管開關(guān)電路波形圖三極管開關(guān)電路波形圖ooouoiC ICS 0.9ICS 0.1ICSVCCtonto

6、ff V2 V1ttt uIa) 開關(guān)時間開關(guān)時間延遲時間延遲時間td 從從uI上跳開始上跳開始到到iC上升到上升到0.1ICS所需要的時間。所需要的時間。上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)上升時間上升時間tr iC從從0.1ICS上升上升到到0.9ICS的時間。的時間。接通時間接通時間ton td與與tr之和。之和。ooouoiC ICS 0.9ICS 0.1ICSVCCtontoff V2 V1ttt uI上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)存儲時間存儲時間tSiC從從ICS下降到下降到0.9ICS的時間。的時間。關(guān)斷時間關(guān)斷時間toff ts與與

7、tf之和。之和。 下降時間下降時間tfiC從從0.9ICS下降到下降到0.1ICS的時間。的時間。ooouoiC ICS 0.9ICS 0.1ICSVCCtontoff V2 V1ttt uI上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)開關(guān)時間開關(guān)時間三極管的接通時間三極管的接通時間ton、關(guān)斷時間、關(guān)斷時間toff，統(tǒng)稱為開關(guān)時間。統(tǒng)稱為開關(guān)時間。開關(guān)時間越短，開關(guān)速度也就越高。開關(guān)時間越短，開關(guān)速度也就越高。管子的結(jié)構(gòu)工藝，外加輸入電壓的極性及大小管子的結(jié)構(gòu)工藝，外加輸入電壓的極性及大小 。b) 影響開關(guān)時間的因素影響開關(guān)時間的因素c) 提高開關(guān)速度的途徑提高開關(guān)速度的途徑 制

8、造開關(guān)時間較小的管子；設(shè)計合理的外電路。制造開關(guān)時間較小的管子；設(shè)計合理的外電路。上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 通常通常toff ton、ts tf。因此控制三極管的飽和深度，減小。因此控制三極管的飽和深度，減小ts是縮短開關(guān)時間、提高開關(guān)速度的一個主要途徑。是縮短開關(guān)時間、提高開關(guān)速度的一個主要途徑。 給三極管的集電結(jié)并聯(lián)給三極管的集電結(jié)并聯(lián)一個肖特基二極管一個肖特基二極管(高速、高速、低壓降低壓降)，可以限制三極管，可以限制三極管的飽和深度，從而使開斷的飽和深度，從而使開斷時間大大縮短。時間大大縮短。 將三極管和肖特基二極管制將三極管和肖特基二極管制作在一起，構(gòu)

9、成肖特基晶體管，作在一起，構(gòu)成肖特基晶體管，可以提高電路的開關(guān)速度。可以提高電路的開關(guān)速度。(a) 電路圖；電路圖； (b) 電路符號電路符號上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)2. 晶體管邏輯電路晶體管邏輯電路 RB1 uo6.8k +(A)(L) uI+ RC330 RB222k VBB5V +VCC(+5V)反相器電路圖反相器電路圖 (1) 反相器反相器(非門非門)工作原理：工作原理： a. 當(dāng)當(dāng)uI高電平時，高電平時，晶體管飽和導(dǎo)通，晶體管飽和導(dǎo)通，輸出輸出uO 0b. 當(dāng)當(dāng)uI低電平時低電平時晶體管截止，晶體管截止，輸出輸出uO VCC上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字

10、電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)BJT工作狀態(tài)工作狀態(tài) uI uO 低低 截止截止 高高 高高 飽和飽和 低低非門非門電平表電平表 RB1 uo6.8k +(A)(L) uI+ RC330 RB222k VBB5V +VCC(+5V)反相器電路圖反相器電路圖 反相器的輸出與反相器的輸出與輸入關(guān)系可表示為輸入關(guān)系可表示為AL 上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) (2) 與非門與非門 將二極管與門和晶體管非門復(fù)合在一將二極管與門和晶體管非門復(fù)合在一起可構(gòu)成與非門。起可構(gòu)成與非門。&ABL1&ABABL 與非門邏輯圖與非門邏輯圖上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基

11、礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) RB1 uo6.8k +(A)(L) uI+ RC330 RB222k VBB5V +VCC(+5V)反相器電路圖反相器電路圖 uIA R uIB +Vcc DA DB 上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 同理，可將二極管或門和非門復(fù)合在一起同理，可將二極管或門和非門復(fù)合在一起可構(gòu)成或非門?？蓸?gòu)成或非門。 (3) 或非門或非門 1ABL1 1ABABL 或非門邏輯圖或非門邏輯圖上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)3.1.3 場效應(yīng)管的開關(guān)特性場效應(yīng)管的開關(guān)特性1. MOS場效應(yīng)管場效應(yīng)管(MOSFET)的開關(guān)特性的開關(guān)特性數(shù)字電路中

12、普遍采用增強型的數(shù)字電路中普遍采用增強型的MOSFET。當(dāng)漏源電壓當(dāng)漏源電壓uDS較高時：較高時： 當(dāng)當(dāng)uGS大于大于UT，MOSFET工作在變阻狀態(tài)，工作在變阻狀態(tài)，相當(dāng)于開關(guān)接通。相當(dāng)于開關(guān)接通。 柵源電壓柵源電壓uGS小于開啟電壓小于開啟電壓UT時，時，MOSFET處于截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于開關(guān)斷開；處于截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于開關(guān)斷開；上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)MOSFET的開關(guān)模型的開關(guān)模型 uGS UTgsdb截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài) uGS+_gdss uGS+_gdss變阻狀態(tài)變阻狀態(tài) MOS場效應(yīng)管的開關(guān)速度往往比雙極型管低，場效應(yīng)管的開關(guān)速度往往比雙極型管低，但隨著

13、工藝的改進，集成但隨著工藝的改進，集成CMOS電路的速度已和電路的速度已和TTL電路不差上下。電路不差上下。 上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)2. MOS管開關(guān)電路管開關(guān)電路電阻負載反相器電路電阻負載反相器電路a. 當(dāng)當(dāng)u1UT，T截止截止 uI+ RD3.3k +VCC(+5V) uo+TuO=VDD(為高電平為高電平)b. 當(dāng)當(dāng)u1為高電平時，為高電平時，T導(dǎo)通。導(dǎo)通。輸出為低電平輸出為低電平上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)3.2 TTL集成邏輯門集成邏輯門1. 集成電路集成電路(Integrated Circuit，簡稱，簡稱IC) 集成電

14、路就是把電路中的半導(dǎo)體器件、電阻、電容及集成電路就是把電路中的半導(dǎo)體器件、電阻、電容及導(dǎo)線制作在一塊半導(dǎo)體基片導(dǎo)線制作在一塊半導(dǎo)體基片( (芯片芯片) )上，并封裝在一個殼體上，并封裝在一個殼體內(nèi)所構(gòu)成的完整電路。內(nèi)所構(gòu)成的完整電路。數(shù)字集成電路就是用來處理數(shù)字信號的集成電路。數(shù)字集成電路就是用來處理數(shù)字信號的集成電路。 與分立元件電路相比，集成電路具有重量輕、體積小、與分立元件電路相比，集成電路具有重量輕、體積小、功耗低、成本低、可靠性高和工作速度高等優(yōu)點。功耗低、成本低、可靠性高和工作速度高等優(yōu)點。 2. 集成電路的特點集成電路的特點上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)

15、3. 數(shù)字集成電路的分類：數(shù)字集成電路的分類： (1) 按電路內(nèi)部有源器件的不同可分為按電路內(nèi)部有源器件的不同可分為a. 雙極型晶體管集成電路雙極型晶體管集成電路:(a) 晶體管晶體管晶體管邏輯晶體管邏輯(TTL-Transistor Transistor Logic)(b) 射極耦合邏輯射極耦合邏輯(ECL-Emitter Coupled Logic)(c) 集成注入邏輯集成注入邏輯(I2L-Integrated Injection Logic)主要有主要有:上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)b. MOS(Metal Oxide Semiconductor)集成電路集成

16、電路主要有：主要有：NMOS、 PMOS和和CMOS等幾種類型。等幾種類型。 目前已生產(chǎn)了目前已生產(chǎn)了BiCMOS器件，它由雙極型晶體管器件，它由雙極型晶體管電路和電路和MOS型集成電路構(gòu)成，能夠充分發(fā)揮兩種電型集成電路構(gòu)成，能夠充分發(fā)揮兩種電路的優(yōu)勢，路的優(yōu)勢， 缺點是制造工藝復(fù)雜。缺點是制造工藝復(fù)雜。 TTL和和CMOS集成電路的特點：集成電路的特點：(a) TTL集成電路工作速度高、集成電路工作速度高、 驅(qū)動能力強，但驅(qū)動能力強，但功耗大、集成度低；功耗大、集成度低；(b) MOS集成電路集成度高、功耗低，但工作速度略集成電路集成度高、功耗低，但工作速度略低，超大規(guī)模集成電路基本上都是低

17、，超大規(guī)模集成電路基本上都是MOS集成電路。集成電路。上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(2) 按集成度可分為按集成度可分為a. 小規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路(SSI-Small Scale Integration)， 每每片組件內(nèi)包含片組件內(nèi)包含10100個元件個元件(或或1020個等效門個等效門)。b. 中規(guī)模集成電路中規(guī)模集成電路(MSI-Medium Scale Integration)，每片組件內(nèi)含每片組件內(nèi)含1001000個元件個元件(或或20100個等效門個等效門)。邏輯門和觸發(fā)器是目前常用的邏輯門和觸發(fā)器是目前常用的SSI。 譯碼器、譯碼器、 數(shù)據(jù)選擇器、

18、數(shù)據(jù)選擇器、 加法器、加法器、 計數(shù)器、計數(shù)器、 移位寄存器等組件是常用的移位寄存器等組件是常用的MSI。上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)c. 大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路(LSI-Large Scale Integration)， 每片組件每片組件內(nèi)含內(nèi)含1000100 000個元件個元件(或或1001000個等效門個等效門)。d. 超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路(VLSI-Very Large Scale Integration)， 每片組件內(nèi)含每片組件內(nèi)含100 000個元件個元件(或或1000個以上等效門個以上等效門)。 常見的常見的LSI、 VLSI有只讀存

19、儲器、有只讀存儲器、 隨機存取存儲器、隨機存取存儲器、 微微處理器、處理器、 單片微處理機、單片微處理機、 位片式微處理器、位片式微處理器、 高速乘法累加器、高速乘法累加器、 通用和專用數(shù)字信號處理器等。通用和專用數(shù)字信號處理器等。 此外還有專用集成電路此外還有專用集成電路ASIC， 如可編程邏輯器件如可編程邏輯器件PLD。 PLD是近十幾年來迅速發(fā)展的新型是近十幾年來迅速發(fā)展的新型數(shù)字器件，數(shù)字器件， 目前應(yīng)用十分廣泛，目前應(yīng)用十分廣泛，上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)4. 集成邏輯門集成邏輯門 集成邏輯門集成邏輯門是最基本的數(shù)字集成電路，是組是最基本的數(shù)字集成電路，

20、是組成數(shù)字邏輯的基礎(chǔ)。成數(shù)字邏輯的基礎(chǔ)。 常用的集成門電路，大多采用雙列直插式封常用的集成門電路，大多采用雙列直插式封裝（裝（Dual-In-line Package ，縮寫成，縮寫成DIP）。）。集成門電路外形圖集成門電路外形圖上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)槽口槽口1 2 3 3 4 6 714 13 12 11 10 9 8管腳編號管腳編號 集成芯片表面有一個缺口（引腳編號的參考標(biāo)集成芯片表面有一個缺口（引腳編號的參考標(biāo)志），如果將芯片插在實驗板上且缺口朝左邊，則志），如果將芯片插在實驗板上且缺口朝左邊，則引腳的排列規(guī)律為：左下管腳為引腳的排列規(guī)律為：左下管腳為1

21、引腳，其余以逆引腳，其余以逆時針方向從小到大順序排列。時針方向從小到大順序排列。一般引腳數(shù)為：一般引腳數(shù)為：14、16、20等。等。上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)槽口槽口1 2 3 3 4 6 714 13 12 11 10 9 8管腳編號管腳編號 絕大多數(shù)情況下，電源從芯片左上角的引腳接絕大多數(shù)情況下，電源從芯片左上角的引腳接入，地接右下引腳。入，地接右下引腳。 一塊芯片中可集成若干個（一塊芯片中可集成若干個（1、2、4、6等）同等）同樣功能但又各自獨立的門電路，每個門電路則具有樣功能但又各自獨立的門電路，每個門電路則具有若干個（若干個（1、2、3等）輸入端。等）輸

22、入端。輸入端數(shù)有時稱為扇入（輸入端數(shù)有時稱為扇入（Fan-in）數(shù)。）數(shù)。上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(a) 7404(六反相器六反相器) (b) 7400(四四2輸入與非門輸入與非門) 上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)3.2.1 TTL與非門的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理與非門的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3輸入級輸入級輸出級輸出級中間級中間級1. TTL與非門與非門的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 輸入級由多發(fā)射極輸入級由多

23、發(fā)射極晶體管晶體管T1和基極電組和基極電組R1組成，它實現(xiàn)了輸入變組成，它實現(xiàn)了輸入變量量A、B的與運算。的與運算。(1) 輸入級輸入級 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3輸入級輸入級輸出級輸出級中間級中間級上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)多射極晶體管的等效電路多射極晶體管的等效電路 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3輸入級輸入級輸出級輸出級中間級中間級上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 中間級是放大級，中間級是放大級，由由T2、R2

24、和和R3組成，組成，T2的集電極的集電極C2和發(fā)射極和發(fā)射極E2可以分提供兩個相位相可以分提供兩個相位相反的電壓信號，反的電壓信號，以滿足以滿足輸出級的需要。輸出級的需要。 (2) 中間級中間級 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3輸入級輸入級輸出級輸出級中間級中間級上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 輸出級由輸出級由T3、T4、D和和R4組成，其中其中組成，其中其中D、T4作為由作為由T3組成的反組成的反相器的有源負載。相器的有源負載。 T3與與T4組成推拉式輸出結(jié)構(gòu)組成推拉式輸出結(jié)構(gòu)，具有較強的負載能力，具有較強

25、的負載能力。(3) 輸出級輸出級 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3輸入級輸入級輸出級輸出級中間級中間級上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)2. TTL與非門的功能分析與非門的功能分析 (1) 輸入端至少有一輸入端至少有一個為低電平個為低電平(UIL=0.3V) 接低電平的發(fā)射結(jié)接低電平的發(fā)射結(jié)正向?qū)?。正向?qū)?。則則T1的基極電位的基極電位:UB1=UBE1+UIL =0.7+0.3 =1V +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3輸入級輸入級輸出級輸出級中間級中

26、間級上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)為使為使T1的集電結(jié)及的集電結(jié)及T2和和T3的發(fā)射結(jié)同時導(dǎo)通，的發(fā)射結(jié)同時導(dǎo)通，UB1至少應(yīng)當(dāng)?shù)扔谥辽賾?yīng)當(dāng)?shù)扔赨B1=UBC1+UBE2+UBE3 =2.1VT2和和T3必然截止。必然截止。因此有因此有V52CCC2 RUUU +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3輸入級輸入級輸出級輸出級中間級中間級上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)UC2 5V該電壓使該電壓使T4和和D處于良處于良好的導(dǎo)通狀態(tài)。好的導(dǎo)通狀態(tài)。輸出電壓輸出電壓UO= UOH= UC2-UBE4

27、-UD 5-0.7-0.7 =3.6V等于高電平等于高電平(3.6 V)當(dāng)當(dāng)UO=UOH時，稱與時，稱與非門處于關(guān)閉狀態(tài)。非門處于關(guān)閉狀態(tài)。 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3輸入級輸入級輸出級輸出級中間級中間級上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)UB1=UBC1+UBE2+UBE3 =2.1VT2和和T3 處于飽和狀態(tài)處于飽和狀態(tài)因此因此 (2) 輸入端全部接高電輸入端全部接高電平平(UIH=3.6V)T1的集電結(jié)及的集電結(jié)及T2和和T3的發(fā)射結(jié)會同時導(dǎo)通的發(fā)射結(jié)會同時導(dǎo)通T1的所有發(fā)射結(jié)均截止的所有發(fā)射結(jié)均截止

28、+VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3輸入級輸入級輸出級輸出級中間級中間級上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)T2的集電極電位為：的集電極電位為：UC2=UCES2+UBE3 0.3+0.7 =1VT4和和D截止。截止。 輸出電壓輸出電壓UO為：為：UO=UOL時，稱與非時，稱與非門處于開門狀態(tài)。門處于開門狀態(tài)。UO=UOL=UCES50.3V +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3輸入級輸入級輸出級輸出級中間級中間級上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技

29、術(shù)基礎(chǔ)由此可見，該電路的輸由此可見，該電路的輸出和輸入之間滿足出和輸入之間滿足“與與非非”邏輯關(guān)系邏輯關(guān)系 綜上所述綜上所述: 當(dāng)輸入端至少有一當(dāng)輸入端至少有一端接低電平端接低電平(0.3V)時，時， 輸出為高電平輸出為高電平(3.6V)； 當(dāng)輸入端全部接高當(dāng)輸入端全部接高電平電平(3.6V)時，時， 輸出為輸出為低電平低電平(0.3 V)。ABF +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3輸入級輸入級輸出級輸出級中間級中間級上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(3) 多發(fā)射極三極管的功能多發(fā)射極三極管的功能 a. 完成與的

30、邏輯功能。完成與的邏輯功能。b. 便于制造。便于制造。c. 提高電路的開關(guān)速度。提高電路的開關(guān)速度。(4) TTL與非門具有較高與非門具有較高的開關(guān)速度的主要原因：的開關(guān)速度的主要原因：a. 采用了多射極管采用了多射極管T1, 縮縮短了短了T2和和T3的開關(guān)時間。的開關(guān)時間。 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3輸入級輸入級輸出級輸出級中間級中間級上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 當(dāng)輸入端全部為當(dāng)輸入端全部為高電位時，高電位時，T1處于處于倒置工作狀態(tài)。此倒置工作狀態(tài)。此時時T1向向T2提供了較提供了較大的基極電流

31、，使大的基極電流，使T2、T3迅速導(dǎo)通飽迅速導(dǎo)通飽和；和； +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3輸入級輸入級輸出級輸出級中間級中間級上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 當(dāng)某一輸入端突然當(dāng)某一輸入端突然從高電位變到低電位時，從高電位變到低電位時，Ib1轉(zhuǎn)而流向轉(zhuǎn)而流向T1低電位輸?shù)碗娢惠斎攵?，該瞬間將產(chǎn)生很入端，該瞬間將產(chǎn)生很大的集電極電流大的集電極電流Ic1，為，為T2和和T3提供了很大的反提供了很大的反向基極電流，使向基極電流，使T2和和T3基區(qū)的存儲電荷迅速消基區(qū)的存儲電荷迅速消散，因而加快了散，因而加快了T2和

32、和T3的截止過程，提高了開的截止過程，提高了開關(guān)速度。關(guān)速度。 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3輸入級輸入級輸出級輸出級中間級中間級上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) (a) 當(dāng)當(dāng)T2由飽和轉(zhuǎn)由飽和轉(zhuǎn)為截止時，為截止時，T4和和D導(dǎo)通。導(dǎo)通。由于由于T4是射隨，是射隨，T3的集的集電極電阻很小，此時瞬電極電阻很小，此時瞬間電流很大，從而加速間電流很大，從而加速了了T3管脫離飽和的速度，管脫離飽和的速度，使使T3迅速截止。迅速截止。 b. 采用了推拉式輸出電采用了推拉式輸出電路，加速了路，加速了T3管存儲電管存儲電

33、荷的消散過程。荷的消散過程。 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3輸入級輸入級輸出級輸出級中間級中間級上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) (b) 與非門輸出低電平與非門輸出低電平時時T3處于深飽和狀態(tài)，處于深飽和狀態(tài)，輸出電阻很低；而輸出輸出電阻很低；而輸出高電平時高電平時T4、D導(dǎo)通，組導(dǎo)通，組成射極跟隨器，其輸出成射極跟隨器，其輸出電阻也很低，因此無論電阻也很低，因此無論哪種狀態(tài)輸出電阻都很哪種狀態(tài)輸出電阻都很低，都有很強的帶負載低，都有很強的帶負載能力，還能進一步加快能力，還能進一步加快開關(guān)速度。開關(guān)速度。 +

34、VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3輸入級輸入級輸出級輸出級中間級中間級上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3輸入級輸入級輸出級輸出級中間級中間級 當(dāng)輸出為邏輯時，當(dāng)輸出為邏輯時，T3深飽和，可以接受較深飽和，可以接受較大的灌電流，負載電容大的灌電流，負載電容上的電荷能以很快通過上的電荷能以很快通過它放電，從而使輸出電它放電，從而使輸出電壓下降沿很陡；壓下降沿很陡； 當(dāng)輸出為邏輯當(dāng)輸出為邏輯1時，時，T4導(dǎo)通，導(dǎo)通，T3截止，也截

35、止，也能夠向負載提供大的能夠向負載提供大的驅(qū)動電流。驅(qū)動電流。上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) T4管的低內(nèi)阻可以管的低內(nèi)阻可以使電源很快得向負載電使電源很快得向負載電容充電，從而獲得很好容充電，從而獲得很好的上升沿。的上升沿。 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3輸入級輸入級輸出級輸出級中間級中間級 推拉輸出結(jié)構(gòu)使推拉輸出結(jié)構(gòu)使TTL門電路能夠驅(qū)動較門電路能夠驅(qū)動較大的電容負載而不致嚴(yán)大的電容負載而不致嚴(yán)重影響其開關(guān)速度。重影響其開關(guān)速度。上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)3.2.2 TTL

36、與非門的外特性及有關(guān)參數(shù)與非門的外特性及有關(guān)參數(shù)1.電壓傳輸特性電壓傳輸特性 反映輸出電壓反映輸出電壓uo隨輸入隨輸入電壓電壓ui變化的規(guī)律。變化的規(guī)律。Q UIL UTH IIIIII Q1 Q2 UIH UOH UOL uO/V uI/VO Uoff Uon= UIL= UIH 以以Q1、Q2兩點為界，可將兩點為界，可將此圖分為三個區(qū)域。此圖分為三個區(qū)域。 圖中圖中Q1和和Q2點處的斜率點處的斜率 duO/duI = 1是傳輸特性的轉(zhuǎn)折點。是傳輸特性的轉(zhuǎn)折點。上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)Q UIL UTH IIIIII Q1 Q2 UIH UOH UOL uO/

37、V uI/VO Uoff Uon= UIL= UIH區(qū)域區(qū)域(uI0.6V)：輸出高電平輸出高電平UOH。uO基本不隨基本不隨uI而變，而變，UOL基本上亦與基本上亦與uI無關(guān)。無關(guān)。區(qū)域區(qū)域(uI1.4V):輸出低電平輸出低電平UOL；上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)Q UIL UTH IIIIII Q1 Q2 UIH UOH UOL uO/V uI/VO Uoff Uon= UIL= UIH區(qū)域區(qū)域(0.6VuI1.3V): :uO急劇地隨急劇地隨uI變化。變化。區(qū)域區(qū)域稱為過渡區(qū)。稱為過渡區(qū)。上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)幾個重要參數(shù)：幾

38、個重要參數(shù)：Q UIL UTH IIIIII Q1 Q2 UIH UOH UOL uO/V uI/VO Uoff Uon= UIL= UIH(1) 關(guān)門電平關(guān)門電平Uoff（輸入低電（輸入低電平最大值平最大值UILmax ） 注意：在使用時，輸入低電平注意：在使用時，輸入低電平絕不能大于絕不能大于Uoff，否則將引起邏，否則將引起邏輯混亂。輯混亂。 當(dāng)當(dāng)uIUon時，與非門的時，與非門的T3導(dǎo)通，輸出為低電平。導(dǎo)通，輸出為低電平。(2) 開門電平開門電平Uon（輸入高電平最小值（輸入高電平最小值UIHmin ）Uon的典型值為的典型值為2V。UOHmin等于等于Q1點在點在uO軸上的投軸上的投

39、影值。影值。(3) 輸出高電平下限值輸出高電平下限值UOHmin典型的典型的UOHmin為為2.4V。 上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)Q UIL UTH IIIIII Q1 Q2 UIH UOH UOL uO/V uI/VO Uoff Uon= UIL= UIHUOLmax為為Q2點在點在uO軸上的投影值。軸上的投影值。(4) 輸出低電平上限值輸出低電平上限值UOLmaxUOLmax的典型值為的典型值為0.4V。 集成門的噪聲容限集成門的噪聲容限UN分為高分為高電平噪聲容限電平噪聲容限UNH和低電平噪和低電平噪聲容限聲容限UNL。(5) 抗干擾度抗干擾度 抗干擾度也稱

40、噪聲容限，抗干擾度也稱噪聲容限，它反映電路在多大的干擾電壓它反映電路在多大的干擾電壓uN下仍能正常工作。下仍能正常工作。上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)噪聲容限簡單表示噪聲容限簡單表示 UNL=Uoff-UOLmax =UILmax-UOLmaxUNH=UOHmin-Uon = UOHmin-UIHminTTL與非門典型與非門典型的噪聲容限為的噪聲容限為:UNH=2.4V-2V=0.4V UNL=0.8V-0.4V=0.4VUoff與與Uon越接近，即越接近，即Uon越小，越小，Uoff越大，則越大，則UNH、UNL越大，越大，抗干擾能力就越強?？垢蓴_能力就越強。 上頁

41、上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)Q UIL UTH IIIIII Q1 Q2 UIH UOH UOL uO/V uI/VO Uoff Uon= UIL= UIH(6) 閾值電壓閾值電壓Uth典型值為典型值為1. 4V。Uoff =Uon =Uth 一定條件下，將與一定條件下，將與非門的電壓傳輸特性理非門的電壓傳輸特性理想化想化, ,認為認為: : Uth就是就是Q點在點在uI軸上的投影值。軸上的投影值。 上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)2.輸入特性輸入特性 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3

42、R1 T1 +VCC uI iIiI=f(uI)上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) R1 T1 +VCC uI iI IIS-1 IIH-2OiI/mA uI/VTTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 a.當(dāng)當(dāng)uIVth時時T1將工作在將工作在“倒置倒置”狀態(tài)，其輸入電流狀態(tài)，其輸入電流iI一般小于幾十微一般小于幾十微安。安。 上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) R1 T1 +VCC uI iI IIS-1 IIH-2OiI/mA uI/VTTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 與輸入特性有關(guān)的參數(shù)有與輸入特性有關(guān)的參數(shù)有: :(1) 輸入短路電流輸

43、入短路電流IIS當(dāng)當(dāng)UI=0時的輸入電流稱為輸入短路電流。時的輸入電流稱為輸入短路電流。典型值約為典型值約為-1.5mA。上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)IIS反映了反映了TTL與非門對前級驅(qū)動門灌電流的大小。與非門對前級驅(qū)動門灌電流的大小。 R1 T1 +VCC uI iI IIS-1 IIH-2OiI/mA uI/VTTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 可以近似認為輸入低電平電流可以近似認為輸入低電平電流IIL IIS。上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) R1 T1 +VCC uI iI IIS-1 IIH-2OiI/mA uI/VTTL與非

44、門的輸入特性與非門的輸入特性 (2) 高電平輸入電流高電平輸入電流IIHIIH通常約幾十微安。反映了對驅(qū)動它的門拉電流的多少。通常約幾十微安。反映了對驅(qū)動它的門拉電流的多少。 當(dāng)當(dāng)uIUth時的輸入電流稱為高電平輸入電流時的輸入電流稱為高電平輸入電流(也稱為輸入也稱為輸入漏電流漏電流)。上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 反映輸出電壓反映輸出電壓uO隨隨輸出負載電流輸出負載電流iL變化的變化的關(guān)系。關(guān)系。 3. 輸出特性輸出特性 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3uOiL 與非門輸出有高、與非門輸出有高、低電平兩種

45、狀態(tài)，下低電平兩種狀態(tài)，下面分兩種情況分析輸面分兩種情況分析輸出特性。出特性。上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(1) 輸出高電平時輸出高電平時 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3uOiL RLT3截止，截止，T4和和D導(dǎo)通，導(dǎo)通， iL為拉電流。為拉電流。 a. 若空載時（若空載時（iL=0）輸出為高電平輸出為高電平uOHVCC由于由于iB4較小，較小， uB4變化很小，變化很小，uO與空載時相比，略有下降。與空載時相比，略有下降。 b. 當(dāng)負載電流比較小時當(dāng)負載電流比較小時T4處于放大狀態(tài)處于放大狀態(tài)uE4 u

46、B4上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3uOiL RLc. 當(dāng)當(dāng)iL足夠大時足夠大時T4管進入飽和狀態(tài)管進入飽和狀態(tài)輸出電壓輸出電壓uO = VCC-UCES4-uD-iR4R4uO隨著隨著iL增加而線性下降。增加而線性下降。=VCC-（UCES4+uD）-iLR4上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) uO/VO1 2 3 45 3 1 iL/mA IOHmax高電平輸出特性高電平輸出特性 由高電平輸出特性曲線，由高電平輸出特性曲線，可以得到集成門所允許的最可以

47、得到集成門所允許的最大輸出電流大輸出電流IOHmax。UOHmin上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(2) 輸出低電平時輸出低電平時 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3uOiL RL輸出電流輸出電流iL從負載流從負載流進進T3 ，形成灌電流。，形成灌電流。T3飽和飽和a. 當(dāng)灌電流增加時當(dāng)灌電流增加時T3飽和程度減輕，飽和程度減輕，uO隨隨iL增加略有增加。增加略有增加。上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)b.當(dāng)當(dāng)iL足夠大時足夠大時( 70mA）T3將退出飽和進入放大狀態(tài)將退出飽和進入放大狀態(tài)

48、,uO隨隨iL的增加而很快上升。的增加而很快上升。 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3uOiL RL上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) uO/V iL/mAO20 40 60 80 UOLmax2.01.510.5 IOLmax低電平輸出特性低電平輸出特性由低電平輸出特性曲線可得：由低電平輸出特性曲線可得：低電平輸出時最大輸出端電流低電平輸出時最大輸出端電流IOLmaxIOLmax為為uOL=UOLmax所對應(yīng)的所對應(yīng)的iL。上頁上頁下頁下頁返回返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(3) 扇入系數(shù)和扇出系數(shù)扇入系數(shù)和扇出系數(shù)扇出系數(shù)反映了與非門的帶負載能力。扇出系數(shù)反映了與非門的帶負載能力。 a. 扇入系數(shù)扇入系數(shù) 扇入系數(shù)是指門的輸入端數(shù)。扇入系數(shù)是指門的輸入端數(shù)。b. 扇出系數(shù)扇出系數(shù)N扇出系數(shù)是指一個門能驅(qū)動同類型門的個數(shù)。扇出系數(shù)是指一個