課題五-分立元件門電路及TTL集成門電路.對(duì)你的期望：了解門電路的電路結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)熟練掌握各種門的功能。一半導(dǎo)體二極管、三極管的開關(guān)特性1.1器件的開關(guān)作用開關(guān)特性體現(xiàn)開關(guān)作用→靜態(tài)特性轉(zhuǎn)換過程→動(dòng)態(tài)特性理想開關(guān)特性Z＝0→短路、相當(dāng)開關(guān)閉合Z＝∞→斷路、相當(dāng)開關(guān)斷開1.2半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性EWB仿真實(shí)驗(yàn)：⒈靜態(tài)特性(開關(guān)作用)D正偏→D導(dǎo)通→UD很小→電路導(dǎo)通

UD≈0.7V,硅管

UD≈0.3V,鍺管D反偏→D截止→UD很大→電路斷開注:講課如不特殊說明,均以硅管為例.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析：⒉動(dòng)態(tài)特性(轉(zhuǎn)換過程)D正偏時(shí)，PN結(jié)電阻較小。加上反壓后，形成較大的I2；爾后，隨著結(jié)電阻的增加，反向電流逐漸減小，直至漏電流Is。DR+－ttIs反向恢復(fù)過程:反向恢復(fù)時(shí)間tre說明:

⑴轉(zhuǎn)換時(shí)間：截止→導(dǎo)通較小導(dǎo)通→截止較大故D的開關(guān)時(shí)間以tre來衡量。⑵Vi的最高頻率以10tre來取值。R導(dǎo)通截止相當(dāng)于開關(guān)斷開相當(dāng)于開關(guān)閉合S3V0VSRRD3V0V二極管的開關(guān)特性1.3半導(dǎo)體三極管的開關(guān)特性EWB仿真實(shí)驗(yàn)：1.3半導(dǎo)體三極管的開關(guān)特性實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析：10KVcc=5V1k

Voβ=30T截止飽和Vbe Vbc反偏（或<Vth)

反偏，ib＝ic

＝0，開關(guān)斷開。正偏

正偏(或零偏），ib>Ibs，開關(guān)閉合。⒈靜態(tài)特性(開關(guān)作用)⒉動(dòng)態(tài)特性T從：截止→導(dǎo)通，建立電荷需要時(shí)間→ton導(dǎo)通→截止存儲(chǔ)電荷消散需要時(shí)間→toff

開關(guān)時(shí)間:說明:

⑴轉(zhuǎn)換時(shí)間：截止→導(dǎo)通時(shí)間ton較小導(dǎo)通→截止時(shí)間toff較大⑵toff中ts占主要部分。tt開啟延時(shí)上升關(guān)閉存儲(chǔ)下降三極管的開關(guān)特性飽和截止3V0VuO0相當(dāng)于開關(guān)斷開相當(dāng)于開關(guān)閉合uOUCC+UCCuiRBRCuOTuO+UCCRCECuO+UCCRCEC3V0V二分立元件門電路對(duì)應(yīng)三種基本邏輯運(yùn)算，有三種基本門電路2.1二極管與門（D與門）⑴電路5VA0VBFRD1D2Vcc（5V）⑵原理VAVBVFD1D20V0V0.7V通通0V5V0.7V通止5V0V0.7V止通5V5V5V止止電路分析要求出輸入的各種組合與輸出的關(guān)系電位表：2.1二極管與門(續(xù))VAVBVFD1D20V0V0.7V通通0V5V0.7V通止5V0V0.7V止通5V5V5V止止0→低電位1→高電位真值表:

ABF000010100111實(shí)現(xiàn)了與邏輯功能實(shí)現(xiàn)了與邏輯功能⑶符號(hào)ABF&國標(biāo)慣用國外ABFABF⒉2二極管或門（D或門）⑴電路5VA0VBFRD1D2⑵原理VAVBVFD1D20V0V0V止止0V5V4.3V止通5V0V4.3V通止5V5V4.3V通通電位表：0→低電位1→高電位真值表:

ABF000011101111實(shí)現(xiàn)了或邏輯功能實(shí)現(xiàn)了或邏輯功能⑶符號(hào)國標(biāo)慣用國外FAB≥1ABF＋ABF2.3晶體管非門(反相器)⑶符號(hào)⑴電路⑵原理VAVFT0V5V

止5V0.3V通電位表：真值表:

AF0110實(shí)現(xiàn)了非邏輯功能實(shí)現(xiàn)了非邏輯功能ARbRcVcc(

5V)FT國標(biāo)慣用國外FA1AFFA2.4復(fù)合門把單級(jí)門電路級(jí)聯(lián)起來,構(gòu)成復(fù)合門,如:與非門、或非門等等。異或門YY與非門YABY或非門同或門YYYY國標(biāo)慣用國外ABABABABABABABY&Y1Y=1Y=ABABABABVAVBVFD1D20V0V0.7V通通0V5V0.7V通止5V0V0.7V止通5V5V5V止止高電平（1）低電平（0）5VA0VBFRD1D2Vcc（5V）電位表：ABF000010100111高電平（0）低電平（1）ABF111101011000真值表真值表正與邏輯負(fù)或邏輯F＝ABF＝A＋B等價(jià)2.5正負(fù)邏輯約定正邏輯負(fù)邏輯⒈正邏輯

門電路的輸入、輸出電壓定義為：⒉

負(fù)邏輯說明：⑴前面所述基本門電路均以正邏輯定義。⑵同一個(gè)邏輯門電路，在不同邏輯定義下，實(shí)現(xiàn)的邏輯功能不同。

⑶數(shù)字系統(tǒng)中，不是采用正邏輯就是采用負(fù)邏輯，而不能混合使用。

本書中采用正邏輯系統(tǒng)。低電位→0高電位→1

門電路的輸入、輸出電壓定義為：低電位→1高電位→02.5正負(fù)邏輯約定⒊正負(fù)邏輯轉(zhuǎn)換（只需了解）⑴依據(jù):一個(gè)門的輸入和輸出同時(shí)取反，則：正邏輯←→負(fù)邏輯⑵目的：⑶方法：從后往前的奇數(shù)級(jí)上，輸入、輸出都取反，且與門→或門，或門→與門，即可化簡電路?；喓娃D(zhuǎn)換電路。Y&AB&&&&CDEH正負(fù)邏輯轉(zhuǎn)換舉例Y&AB&&&&CDEH正負(fù)邏輯轉(zhuǎn)換舉例Y&AB&&&&CDEH1.奇數(shù)級(jí)，前后取反2.相互抵消3.與門→或門≥1≥1Y&AB&&CDEH11三TTL集成門電路(與非門)

二極管----晶體三極管邏輯門（DTL）集晶體三極管----晶體三極管邏輯門（TTL）成雙極型射極耦合邏輯門（ECL）邏集成注入邏輯門電路（）輯

N溝道MOS門(NMOS)門單極型(MOS型)P溝道MOS門(PMOS)

互補(bǔ)MOS門(CMOS)集成門電路按開關(guān)元件分類集成：把晶體管、電阻、和導(dǎo)線等封裝在一個(gè)芯片上。3.1電路+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC多發(fā)射極輸入級(jí)中間倒相級(jí)推挽輸出級(jí)輸入級(jí)由多發(fā)射極晶體管T1和基極電組R1組成，它實(shí)現(xiàn)了輸入變量A、B、C的與運(yùn)算。BFRD1D3Vcc（5V）D2ACD4中間級(jí)是放大級(jí)，由T2、R2和R3組成，T2的集電極C2和發(fā)射極E2可以分提供兩個(gè)相位相反的電壓信號(hào)C2E2輸出級(jí)：由T3、T4、T5和R4、R5組成，其中T3、T4構(gòu)成復(fù)合管，與T5組成推拉式輸出結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的負(fù)載能力?！?”1VVb1=0.3+0.7=1V三個(gè)PN結(jié)導(dǎo)通需2.1V+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1VVV3.63.60.33.2工作原理T1深飽和T2截止T5截止1.輸入有低電平（0.3V）時(shí)不足以讓T2、T5導(dǎo)通+5VFR4R2R13kR5T3T4T1b1c1ABC“0”1Vuouo=5-uR2-ube3-ube43.6V高電平！1.輸入有低電平（0.3V）時(shí)(續(xù))T1深飽和T2截止T5截止T3微飽和T4放大結(jié)論1:輸入有低時(shí),輸出為高T1:倒置全飽和導(dǎo)通Vb1=2.1VVc1=1.4V全反偏1V截止+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC2.輸入全為高電平（3.6V）時(shí)2.1V1.4VT1管:Ve1=3.6VVb1=2.1VVc1=1.4VT1管在倒置工作狀態(tài)3.6VT2,T5管飽和導(dǎo)通,Vce2=0.3V所以:Vc2=1V→T3:放大

Vb4=0.3V→T4:截止0.3VT2:飽和T5:飽和T3:放大T4:截止放大+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC飽和uF=0.3V2.輸入全為高電平（3.6V）時(shí)(續(xù))飽和3.6VT1:倒置T2:飽和T5:飽和T3:放大T4:截止結(jié)論2:輸入全高時(shí),輸出為低T5飽和,Vce5=0.3V工作原理小結(jié):輸入有低電平（0.3V）時(shí)

VF=3.6V2.輸入全為高電平（3.6V）時(shí)

VF=0.3VT1:倒置T2:飽和T3:放大T4:截止T5:飽和T1深飽和T2截止T3微飽和T4放大T5截止3.邏輯功能3.3輸入多發(fā)射極的作用

TTL集成門在輸入級(jí)采用晶體管多發(fā)射極，其作用是:1.參數(shù)一致性好;2.縮小體積;3.縮短T2從飽和向截止的轉(zhuǎn)換時(shí)間→加速轉(zhuǎn)換過程。

(即加速輸入由全“1”→→輸入有“0”的轉(zhuǎn)換過程)3.4推挽輸出電路的作用輸出級(jí)采用推挽電路提供比較大的帶負(fù)載能力.3.5TTL集成電路的外特性電壓傳輸特性

VO=f(Vi)輸入/輸出特性VOH輸出高電平，VOL輸出低電平，VOFF關(guān)門電平，VON開門電平：VT門坎電平，噪聲容限：VNH，VNL。⒈輸入伏安特性

ii=f（Vi）⒉輸入負(fù)載特性

Vi

=f（Ri）開門電阻RON，關(guān)門電阻ROFF⒊輸出特性

Vo

=f（io）⑴輸出低電平，⑵輸出高電平⑴輸入短路電流IIS⑵輸入漏電流IIH⑶灌電流⑷拉電流⑶扇出系數(shù)3.5.1電壓傳輸特性ViVo&VVVCC輸出電壓VO隨輸入電壓Vi變化的關(guān)系曲線，即VO=f(Vi)。測試電路傳輸特性曲線V0(V)Vi(V)1233.6VBCDE0.6V1.4V0A1.電壓傳輸特性曲線電壓傳輸特性分析V0(V)Vi(V)1233.6VBCDE0.6V1.4V0ABC段：線性區(qū)，當(dāng)0.6V≤Vi≤1.3V，0.7V≤Vb2＜1.4V時(shí)，T2開始導(dǎo)通，T5仍截止，VC2隨Vb2升高而下降，經(jīng)T3、T4兩級(jí)射隨器使VO下降。AB段：截止區(qū),當(dāng)VI≤0.6V，Vb1≤1.3V時(shí)，T2、T5截止，輸出高電平VOH=3.6VCD段：轉(zhuǎn)折,Vi=1.4V,T2、T5飽和。DE段：飽和區(qū),Vi>1.4VVO＝0.3V2.幾個(gè)參數(shù)VOH輸出高電平：VOL輸出低電平：與非門輸入有低時(shí)，Vo＝VOH

產(chǎn)品規(guī)范值:VOH≥2.4V典型值:VOH＝3.5V標(biāo)準(zhǔn)高電平:VOH=VSH=2.4V與非門輸入全高時(shí)，Vo＝VOL

產(chǎn)品規(guī)范值:VOL≤0.4V典型值:VOL＝0.3V標(biāo)準(zhǔn)高低平:VOL=VSL=0.4V1.VOH和VOL都是對(duì)具體門輸出高、低電平電壓值的要求。2.高電平表示一種狀態(tài)，低電平表示另一種狀態(tài)，一種狀態(tài)對(duì)應(yīng)一定的電壓范圍，而不是一個(gè)固定值。說明：0V5V2.4VVSLVSH0.4V幾個(gè)參數(shù)（續(xù)）VOFF關(guān)門電平：VON開門電平：VT門坎電平：與非門在保證輸出為標(biāo)準(zhǔn)高電平時(shí)，允許的最大輸入低電平值。VOFF＝0.8V與非門在保證輸出為標(biāo)準(zhǔn)低電平時(shí)，允許的最小輸入高電平值。VON＝2V此時(shí)輸入有低此時(shí)輸入全高3.噪聲容限VSHVONVOFFVSLVNHVNL1100定義：高電平噪聲容限VNH＝

VSH－VON

＝2.4－2＝0.4V低電平噪聲容限VNL

＝VOFF－VSL

＝0.8－0.4V＝0.4V在保證輸出高、低電平性質(zhì)不變的條件下，輸入電平的允許波動(dòng)范圍稱為輸入端噪聲容限。3.5.2輸入/輸出特性⒈輸入伏安特性：輸入電壓與輸入電流之間的關(guān)系曲線，即ii=f（Vi）+5VR2R13kT2T1ViIR1Ii-1.4mA1.4V3.6VIISIIH=50μA測試電路特性曲線⑴

輸入短路電流IISVi=0V時(shí)由輸入端流出的電流。+5VR2R13kT2T1ViIR1IiIIS-1.4mAVi=0～1.4V時(shí),IC1變化很小,Ii的絕對(duì)值也只略有減少?！?.6V1.4V設(shè)定正方向輸入有低,T2截止。⑵輸入漏電流IIH（輸入高電平電流）+5VR2R13kT2T1ViIR1Ii-1.4mAIC1假定正方向Vi=3.6V時(shí),由輸入端流入的電流。IIH=50μA3.6VIIS1.4VIIHVi≥1.4V時(shí),T5始導(dǎo)通，IC1迅速增大→Ii迅速減小。=3.6V輸入全高，T1倒置，Ii流入T1條件：前級(jí)輸出為低電平。R1T1+5V前級(jí)后級(jí)對(duì)前級(jí)而言，電流灌入，稱灌電流，約1.4mA（＝IIS）+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1⑶灌電流R1T1+5V前級(jí)后級(jí)反偏+5VR4R2R5T3T4⑷拉電流條件：前級(jí)輸出為高電平。對(duì)前級(jí)而言，電流流出，稱拉電流，約50μA（＝IIH）3.6V即輸入端通過電阻R接地時(shí)的特性輸入端“1”,“0”？+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC⒉輸入負(fù)載特性ViRIVi<VT=1.4V

時(shí),相當(dāng)輸入低電平，所以輸出為高電平。R較小時(shí)R增大時(shí)RVi=VT時(shí)，輸入變高，輸出變低電平。此時(shí)Vi≡1.4V。1.4VR0+5VR13kT1ABCRiViVi=VT時(shí)，T2、T5導(dǎo)通，Vb1＝2.1V,使Vi鉗在1.4V。R單位:KΩ懸空的輸入端（Ri＝∞）相當(dāng)于接高電平。2.為了防止干擾，可將懸空的輸入端接高電平（如Vcc）。說明開門電阻RON關(guān)門電阻ROFF在保證與非門輸出為低時(shí)，允許輸入電阻R的最小值。在保證與非門輸出為高時(shí)，允許輸入電阻R的最大值。RON＝2KΩROFF＝0.8KΩ當(dāng)RI≥RON時(shí)，相當(dāng)輸入高電平。當(dāng)RI≤ROFF時(shí)，相當(dāng)輸入低電平。&ABYR&ABYV1V23.6VA&BYV1V2⒊輸出特性⑴輸出低電平說明:⑴輸出為低,灌電流負(fù)載。ILFT4T5RLVCCIL0VOL20mA0.4V⑵T5飽和,Rce5很小,故IL上升時(shí),VOL上升很慢,基本呈線性關(guān)系。⑶當(dāng)VOL＞VSL＝0.4V后，低電平輸出邏輯關(guān)系被破壞,故IL灌受限制。⑵輸出高電平+5VFR4R5T3T4T5RLIL說明:⑴輸出為高,拉電流負(fù)載。⑵IL較小時(shí),T3處在淺飽和區(qū)(VCE3

較大)，IL↑→IR4

↑→VR4

↑→VCE3

↓→VO基本不變。⑶當(dāng)IL＞5mA后,T3進(jìn)入飽和區(qū)，

VCE3＝VCES3保持不變，VO隨IL上升而下降。IL0VO3.6V2.4V20mA5mAIR4⑷當(dāng)VOH＜VSH＝2.4V后,高電平輸出邏輯關(guān)系被破壞,故IL拉受限制。門電路輸出驅(qū)動(dòng)同類門的個(gè)數(shù)+5VR4R2R5T3T4T1前