1、第2章 集成邏輯門電路,2.1 分立元件門電路 2.2 TTL集成邏輯門電路 2.3 CMOS集成邏輯門電路 2.4 集成邏輯門電路的應(yīng)用,2.1 分立元件門電路,下一頁(yè),返回,用以實(shí)現(xiàn)各種基本邏輯關(guān)系的電子電路稱為門電路； 門電路的主要類型：門電路的主要類型有與門、或門、非門、與非門、或非門、與或非門、異或門等。,1、門電路的概念,2、邏輯變量與兩狀態(tài)開(kāi)關(guān),在二值邏輯中，邏輯變量的取值不是0就是1，是一種二值量。在數(shù)字電路中，與之對(duì)應(yīng)的是電子開(kāi)關(guān)的兩種狀態(tài)。半導(dǎo)體二極管、三極管和MOS管是構(gòu)成這種電子開(kāi)關(guān)的基本開(kāi)關(guān)元件。,3、分立元件門電路和集成門電路,1）用分立的元器件和導(dǎo)線連接起來(lái)構(gòu)成的

2、門電路，稱為分立元件門電路。 2）把構(gòu)成門電路的元器件和連線都制作在一塊半導(dǎo)體芯片上，再封裝起來(lái)，便構(gòu)成了集成門電路。,2.1.1二極管門電路 1.半導(dǎo)體的開(kāi)關(guān)特性,1）靜態(tài)特性 斷開(kāi)時(shí)，其等效電阻ROFF，通過(guò)其中的電流IOFF0。 閉合時(shí)，其等效電阻RON0，其兩端電壓UAK0。,2）動(dòng)態(tài)特性 開(kāi)通時(shí)間ton0，即開(kāi)關(guān)由斷開(kāi)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到閉合狀態(tài)不需要時(shí)間，可以瞬間完成。 關(guān)斷時(shí)間toff0，即開(kāi)關(guān)由閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)換到斷開(kāi)狀態(tài)不需要時(shí)間，可以瞬間完成。,半導(dǎo)體二極管最顯著的特點(diǎn)是具有單向?qū)щ娦阅堋?2、半導(dǎo)體二極管的開(kāi)關(guān)特性,相當(dāng)于 開(kāi)關(guān)斷開(kāi),相當(dāng)于 開(kāi)關(guān)閉合,3V,0V,3V,0V,（一）靜態(tài)特

3、性 1、半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)示意圖、符號(hào)和伏安特性 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)示意圖、符號(hào)和伏安特性如下圖所示。,2、半導(dǎo)體二極管的開(kāi)關(guān)作用 開(kāi)關(guān)應(yīng)用舉例 下圖是最簡(jiǎn)單硅半導(dǎo)體二極管開(kāi)關(guān)電路。輸入電壓為uI,其低電平UIL2V,高電平為UIH3V。 uI UIL時(shí)，半導(dǎo)體二極管反偏，D處于反向截止區(qū)，如同一個(gè)斷開(kāi)了的開(kāi)關(guān)，直流等效電路如圖(b)。 uI UIH時(shí)，半導(dǎo)體二極管正偏，D工作在正向?qū)▍^(qū)，如同一個(gè)具有0.7V壓降、閉合了的開(kāi)關(guān)，直流等效電路如圖(c)。,、靜態(tài)開(kāi)關(guān)特性 硅半導(dǎo)體二極管具有下列靜態(tài)開(kāi)關(guān)特性： 導(dǎo)通條件及導(dǎo)通時(shí)的特點(diǎn)： 當(dāng)外加正向電壓UD0.7V時(shí)，二極管導(dǎo)通，硅半導(dǎo)體二極管如同

4、一個(gè)具有0.7V壓降、閉合了的開(kāi)關(guān)。 截止條件及截止時(shí)的特點(diǎn)： 當(dāng)外加正向電壓UD0.5V時(shí)，二極管截止，硅半導(dǎo)體二極管如同一個(gè)斷開(kāi)了的開(kāi)關(guān)。,（二）動(dòng)態(tài)特性 1、二極管的電容效應(yīng) 二極管存在結(jié)電容Cj和擴(kuò)散電容CD， Cj和CD的存在極大地影響了二極管的動(dòng)態(tài)特性，無(wú)論是開(kāi)通還是關(guān)斷，伴隨著Cj、CD的充、放電過(guò)程，都要經(jīng)過(guò)一段延遲時(shí)間才能完成。,2、二極管的開(kāi)關(guān)時(shí)間 下圖所示是一個(gè)簡(jiǎn)單的二極管開(kāi)關(guān)電路及相應(yīng)的uI和iD的波形。, 開(kāi)通時(shí)間 當(dāng)輸入電壓uI由UIL跳變到UIH時(shí)，二極管D要經(jīng)過(guò)延遲時(shí)間td、上升時(shí)間tr之后，才能由截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通狀態(tài)。半導(dǎo)體二極管的開(kāi)通時(shí)間為：ton=tdt

5、r, 關(guān)斷時(shí)間 當(dāng)輸入電壓uI由UIH 跳變到UIL時(shí)，二極管D要經(jīng)過(guò)存儲(chǔ)時(shí)間ts、下降時(shí)間（也稱為渡越時(shí)間）tf之后，才能由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顟B(tài)。半導(dǎo)體二極管的關(guān)斷時(shí)間為：toff=tstf,3、二極管與門 1）電路組成及邏輯符號(hào), 電壓關(guān)系表 uA=uB=0時(shí)，D1、D2均導(dǎo)通 uY=uA+uD1=uB+uD2=0+0.7V=0.7V uA=0、uB=3V時(shí)，由于uA、uB電平不同，當(dāng)D1導(dǎo)通后，使 uY=uA+uD1=0+0.7V=0.7V 導(dǎo)致 uD2=uYuB=0.732.3V，故D2截止。D1導(dǎo)通后，uY被鉗位在0.7V。 uA=3V、uB=0V時(shí)，與類似， D2導(dǎo)通，D1截止，

6、 D2導(dǎo)通后，uY被鉗位在0.7V。 uA=3V、uB=3V時(shí)，D1、D2都導(dǎo)通。uY被鉗位在3.7V。,2）工作原理,電壓關(guān)系表,整理上述估算結(jié)果，可得右表所示電壓關(guān)系表。,返回,真值表, 設(shè)定變量、狀態(tài)賦值、列真值表 設(shè)定變量：用A、B、Y分別表示uA、uB、uY。 狀態(tài)賦值：用0表示低電平，用1表示高電平。 列真值表：根據(jù)設(shè)定的變量和狀態(tài)賦值情況，由電壓關(guān)系表可列出右下表所示的與門的邏輯真值表。 綜上所述，該電路確實(shí)實(shí)現(xiàn)了與的邏輯功能Y=AB，所以是一個(gè)二極管與門。,4、 二極管或門,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,1）電路組成及邏輯符號(hào),2）工作原理, 電壓關(guān)系表 uA=uB=0時(shí)，D1、D2均

7、截止 uY=0V。 uA=0V、uB=3V時(shí)，D2導(dǎo)通，D1截止，uY=30.7V=2.3V。 uA=3V、uB=0V時(shí)，D1導(dǎo)通，D2截止， uY=30.7V=2.3V 。 uA=3V、uB=3V時(shí)，D1、D2均導(dǎo)通。uY=30.7V=2.3V 。 整理分析估算結(jié)果，即可得到電壓關(guān)系表如右表所示。,電壓關(guān)系表,返回,真值表, 設(shè)定變量、狀態(tài)賦值、列真值表 設(shè)定變量：用A、B、Y分別表示uA、uB、uY。 狀態(tài)賦值：用0表示低電平，用1表示高電平。 列真值表：根據(jù)設(shè)定的變量和狀態(tài)賦值情況，由電壓關(guān)系表可列出右下表所示的與門的邏輯真值表。 綜上所述，該電路確實(shí)實(shí)現(xiàn)了或的邏輯功能Y=A+B，所以是

8、一個(gè)二極管或門。,2.1.2 晶體管門電路,1、半導(dǎo)體晶體管的開(kāi)關(guān)特性,3V,0V,uO 0,相當(dāng)于 開(kāi)關(guān)斷開(kāi),相當(dāng)于 開(kāi)關(guān)閉合,uO UCC,3V,0V,一、靜態(tài)特性 1、結(jié)構(gòu)示意圖、符號(hào)和輸入、輸出特性 半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖、符號(hào)如下圖所示。,半導(dǎo)體三極管的輸入、輸出特性如下圖所示。,輸入特性指的是基極電流iB和基極-發(fā)射極間電壓uBE之間的關(guān)系曲線。 輸出特性指的是基極電流iC和集電極-發(fā)射極間電壓uCE之間的關(guān)系曲線。在數(shù)字電路中，半導(dǎo)體三極管不是工作在截止區(qū)，就是工作在飽和區(qū)，而放大區(qū)僅僅是一種瞬間即逝的工作狀態(tài)。,2、半導(dǎo)體三極管的靜態(tài)開(kāi)關(guān)特性 飽和導(dǎo)通條件及飽和時(shí)的特點(diǎn) 飽和

9、導(dǎo)通條件：三極管基極電流iB大于其臨界飽和時(shí)的數(shù)值IBS時(shí)，飽和導(dǎo)通。 飽和導(dǎo)通時(shí)的特點(diǎn)：對(duì)于硅三極管，飽和導(dǎo)通后 uBE0.7V，uCEUCES0.3V 如同閉合的開(kāi)關(guān)。, 截止條件及截止時(shí)的特點(diǎn) 截止條件： uBEUo0.5V 式中，Uo是硅三極管發(fā)射結(jié)的死區(qū)電壓。 截止時(shí)的特點(diǎn)：iB0，iC0 如同斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)。,二、動(dòng)態(tài)特性 半導(dǎo)體三極管和二極管一樣，在開(kāi)關(guān)過(guò)程中也存在電容效應(yīng)，都伴隨著相應(yīng)電荷的建立和消散過(guò)程，因此都需要一定時(shí)間。,右圖所示是三極管開(kāi)關(guān)電路中uI為矩形脈沖時(shí)，相應(yīng)iC和uO的波形。, 開(kāi)通時(shí)間 當(dāng)輸入電壓uI由UIL2V跳變到UIH3V時(shí)，三極管需要經(jīng)過(guò)延遲時(shí)間td和上

10、升時(shí)間tr之后，才能由截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換到飽和導(dǎo)通狀態(tài)。開(kāi)通時(shí)間為 ton=tdtr, 關(guān)斷時(shí)間 當(dāng)輸入電壓uI由UIH3V 跳變到UIL2V時(shí)，三極管需要經(jīng)過(guò)存儲(chǔ)時(shí)間ts、下降時(shí)間tf之后，才能由飽和導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顟B(tài)。半導(dǎo)體三極管的關(guān)斷時(shí)間為 toff=tstf,半導(dǎo)體三極管開(kāi)關(guān)時(shí)間的存在，影響了開(kāi)關(guān)電路的工作速度。由于toffton，所以減少飽和時(shí)基區(qū)存儲(chǔ)電荷的數(shù)量，盡可能地加速其消散過(guò)程，即縮短存儲(chǔ)時(shí)間 tS，是提高半導(dǎo)體三極管開(kāi)關(guān)速度的關(guān)鍵。,2、 三極管非門,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,1.電路組成及邏輯符號(hào),設(shè)輸人信號(hào)為+5 V或0V: (1) A=0V時(shí)，三極管截止，Y=5 V。 (2

11、) A=5 V時(shí)，三極管工作于飽和狀態(tài)，Y=0.3 0 V。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.工作原理,若用A、Y分別表示uI、uO，用0表示低電平，用1表示高電平。則可由左下表所示的電壓關(guān)系表得到右下表所示的真值表。由右下表可知，下圖所示電路實(shí)現(xiàn)了非邏輯功能 ，是一個(gè)三極管組成的非門。,半導(dǎo)體三極管飽和導(dǎo)通以后也有鉗位作用。如果發(fā)射極電位是不變的，那么它的集電極電位就被固定在比發(fā)射極高0.3V的電位上；反之，若其集電極電位是不變的，那么它的發(fā)射極電位就被固定在比集電極低0.3V的電位上。,1）高電平和低電平：高電平和低電平是兩種狀態(tài)，是兩個(gè)不同的可以截然區(qū)別開(kāi)來(lái)的電壓范圍。 右圖2.45V范圍內(nèi)的

12、電壓，都稱為高電平，用UH表示。 00.8V范圍內(nèi)的電壓，都稱為低電平，用UL表示。 2）正邏輯和負(fù)邏輯：用1表示高電平，用0表示低電平，稱為正邏輯賦值，簡(jiǎn)稱正邏輯。用1表示低電平，用0表示高電平，稱為負(fù)邏輯賦值，簡(jiǎn)稱負(fù)邏輯。,2.1.3 高、低電平與正、負(fù)邏輯,2. 2 TTL集成邏輯門電路,下一頁(yè),返回,晶體管一晶體管邏輯(Transistor-Transistor Logic)門電路，簡(jiǎn)稱TTL電路,2.2.1 TTL反相器,1、電路組成,一、電路組成及其工作原理,2、工作原理 、當(dāng)電路輸入端A接高電平（3.6V）時(shí),3.6V,3.6V,4.3V,0.7V2,1.4V,UBE12.13.

13、61.5V0,T1管發(fā)射結(jié)處于反向偏置，而集電結(jié)處于正向偏置，所以，T1管處于發(fā)射結(jié)和集電結(jié)倒置使用的工作狀態(tài)。,1V,UC2UCES2Ube40.30.71V,UC21V，該值不足以使T3、D導(dǎo)通，故T3、D截止。,輸入為1輸出為0,uO0.3V,、當(dāng)電路輸入端接低電平(0V)時(shí),0V,Ub100.70.7V,Ub10.7V ，作用于T1 管的集電結(jié)和T2、T4管的發(fā)射結(jié)，不足以讓T2、T4導(dǎo)通。故T2、T4截止。,uOVCCUbe3UD50.70.73.6V,輸入為0輸出為1,由于T2截止，VCC通過(guò)R2、T3和D管使之工作在導(dǎo)通狀態(tài)，T3發(fā)射結(jié)和D的導(dǎo)通壓降均為0.7V 。,綜上所述可知

14、，上圖所示電路確實(shí)實(shí)現(xiàn)了非運(yùn)算，是非門，即反相器。,輸入特性是指輸入電流與輸入電壓之間的關(guān)系曲線，即II=f(uI)的函數(shù)關(guān)系。典型的輸入特性如圖所示。,二、靜態(tài)特性,1、輸入特性, 輸入端短路電流IIS 當(dāng)uI=UIL=0V時(shí)的輸入電流稱為輸入端短路電流IIS，是uI=0即輸入端對(duì)地短接時(shí)，由反相器輸入端流出來(lái)的電流。數(shù)值為：, 輸入漏電流IIH。 當(dāng)uI=UIH=3.6V時(shí)的輸入電流稱為輸入漏電流IIH，即T1倒置工作時(shí)的反向漏電流，其電流值很小，倒置時(shí)其電流放大系數(shù)i=0.010.02，若取i=0.02，則數(shù)值為： , 輸入端負(fù)載特性 反映接在反相器輸入端電阻Ri兩端的電壓uI和Ri阻值

15、之間關(guān)系的曲線稱為輸入端負(fù)載特性曲線，簡(jiǎn)稱輸入端負(fù)載特性如圖所示。,開(kāi)門電阻Ron 當(dāng)Ri=，即輸入端懸空時(shí)，iB1經(jīng)T1集電極流入T2基極，使T2飽和導(dǎo)通。進(jìn)而使T4也飽和導(dǎo)通并導(dǎo)致T3、D截止，反相器處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出電壓uO=UOL0.3V，而uB1由于bc1、be2、be4結(jié)的鉗位作用，被固定在2.1V，因此uI=uB1-uBE1=(2.1-0.7)V=1.4V。 實(shí)際上，要使反相器工作在導(dǎo)通狀態(tài)，uO0.3V，Ri只需大于2.5K就可以了，因此把2.5K稱為反相器電路的開(kāi)門電阻Ron。,關(guān)門電阻Roff 當(dāng)Ri=0，iB1全部流向T1發(fā)射極，T2、T4截止，T3、D導(dǎo)通，輸出電壓uO

16、=UOH=3.6V，反相器處于截止?fàn)顟B(tài)。而uI=iB1Ri=0V。 實(shí)際上，只要Ri0.7K，反相器就會(huì)截止，輸出為高電平，因此又把0.7K稱為反相器電路的關(guān)門電阻，用Roff表示。,綜上所述可知，當(dāng)RiRon時(shí)，其邏輯狀態(tài)相當(dāng)于1，反相器 導(dǎo)通，輸出端邏輯狀態(tài)為0；當(dāng)RiRoff時(shí)，其邏輯狀態(tài)相當(dāng)于0，反相器截止，輸出端邏輯狀態(tài)為1。如果RoffRiRon ，則反相器將處于不正常狀態(tài)，既不是1也不是0，這種情況是不允許的。,2、輸出特性,反映輸出電壓uO與輸出電流iO之間的關(guān)系曲線，稱為輸出特性曲線，簡(jiǎn)稱輸出特性，如圖所示。, uI=UIH、uO=UOL ，帶灌電流負(fù)載時(shí)的特性 當(dāng)uI=UI

17、H，為高電平時(shí)，T2、T4飽和導(dǎo)通，T3、D截止，輸出電壓uO低電平，帶灌電流負(fù)載，等效電路如圖2.4.5所示。特性如圖2.4.4(b)右邊部分所示。RL是負(fù)載電阻，由于深度飽和，輸出電阻很小，灌電流iO增加時(shí)，輸出電壓上升緩慢。反相器輸出為低電平時(shí)，帶灌電流負(fù)載的能力IOL可達(dá)16mA。,圖2.4.4,圖2.4.4,3、電壓傳輸特性 反映輸出電壓uO與輸人電壓uI關(guān)系的曲線稱為電壓傳輸特性曲線，簡(jiǎn)稱電壓傳輸特性，如圖2.4.7 所示。,AB段：uI0.6V，T1正向飽和導(dǎo)通，uces10.1V，uC1=0.7V，T2、T4截止，T3、D4導(dǎo)通，輸出電壓uO=UOH= 3.6V，為高電平。稱為

18、截止區(qū)，電路處于穩(wěn)定的關(guān)態(tài)。,CD段：對(duì)應(yīng)uI1.3V，T4開(kāi)始導(dǎo)通。當(dāng)uI增加時(shí)，輸出電壓急劇下降，T3和D4趨向截止，T4趨向飽和，電路狀態(tài)由關(guān)態(tài)轉(zhuǎn)換為開(kāi)態(tài)。這一段稱為轉(zhuǎn)折區(qū)。轉(zhuǎn)折區(qū)中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入電壓稱為反相器的閾值電壓，用Uth表示。Uth1.4V。,DE段：隨著uI增加，T1進(jìn)入倒置工作狀態(tài)，T2、T4均飽和導(dǎo)通，T3、D4均截止，輸出電壓uO=UOL= 0.3V,為低電平，電路進(jìn)入穩(wěn)定的開(kāi)態(tài)。這一段稱為飽和區(qū)。,由于閾值電壓Uth所對(duì)應(yīng)的 是電壓傳輸特性轉(zhuǎn)折區(qū)的中心 點(diǎn)，所以在簡(jiǎn)化定性分析中， 常常把Uth當(dāng)作決定反相器輸出 端狀態(tài)的關(guān)鍵值。認(rèn)為uIUth時(shí)反相器是關(guān)斷的，輸出端為

19、高電平，即uO=UOH；uIUth時(shí)反相器是開(kāi)通的，輸出端為低電平，即uO=UOL 。,(1)輸出邏輯高電平和輸出邏輯低電平 在電壓傳輸特性曲線截止區(qū)的輸出電壓為輸出邏輯高電平UOH，典型值是3.6V， UOHmin2.4V 。飽和區(qū)的輸出電壓為輸出邏輯低電平UOL，典型值是0.3V， UOHmax0.4V 。,(2)開(kāi)門電平(Uon)和關(guān)門電平(Uoff) 輸入低電平UIL的典型值是0.3V，允許的輸入低電平的最大值UILmax0.8V，稱為關(guān)門電平Uoff=0.8V，它是保證反相器處于截止?fàn)顟B(tài)所允許的uI的最大值。 輸入高電平UIH的典型值是3.6V，允許的輸入高電平的最小值UIHmin2

20、.0V，稱為開(kāi)門電平Uon=2.0V。,從電壓傳輸特性曲線可以反映出TTL反相器的幾個(gè)主要特性參數(shù)。,(3) 抗干擾能力 在集成電路中，經(jīng)常以輸入端噪聲容限的數(shù)值來(lái)定量地說(shuō)明門電路的抗干擾能力。 當(dāng)輸入為低電平時(shí)，為保證電路處于穩(wěn)定的關(guān)態(tài)，輸入低電平加上瞬態(tài)干擾信號(hào)不應(yīng)超過(guò)關(guān)門電平Uoff。因此允許的干擾容限為UNL=UILmaxUOLmax (0.80.4)V0.4V ，稱為低電平噪聲容限。 當(dāng)輸入為高電平時(shí)，為保證電路處于穩(wěn)定的開(kāi)態(tài)，輸入高電平加上瞬態(tài)干擾信號(hào)不應(yīng)低于開(kāi)門電平Uon。因此允許的干擾容限為UNH=UOHminUIHmin (2.42.0)V0.4V ，稱為高電平噪聲容限。,另

21、外，隨著溫度的升高，輸出高電平和輸出低電平都會(huì)升高，閾值電壓卻降低。電源電壓的變化主要影響輸出高電平，對(duì)輸出低電平影響不大。,1、傳輸延遲時(shí)間,三、動(dòng)態(tài)特性,tPHL ：輸出電壓由高電平變?yōu)榈碗娖降膫鬏斞舆t時(shí)間。 tPLH ：輸出電壓由低電平變?yōu)楦唠娖降膫鬏斞舆t時(shí)間。 tpd ：平均傳輸延遲時(shí)間。,2、動(dòng)態(tài)尖峰電流,(1) 靜態(tài)電源電流 當(dāng)uI=UIL=0V時(shí)，uB1=0.7V，T2、T4截止，在輸出無(wú)負(fù)載情況下,當(dāng)uI=UIH=3.6V時(shí)，uB1=2.1V，T2、T4飽和導(dǎo)通，T3、D截止,(2) 動(dòng)態(tài)電源尖峰電流 在uI由UIL跳變到UIH過(guò)程中，會(huì)略有過(guò)沖。但是，當(dāng)uI由UIH跳變到UI

22、L時(shí)，電路在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間會(huì)出現(xiàn)很大的動(dòng)態(tài)電源尖峰電流。因?yàn)樵趗IUIH時(shí)，T2、T4飽和，尤其是T4，其飽和程度很深，當(dāng)uI由UIH跳變到UIL時(shí)， T2很快截止，使T3、D導(dǎo)通，而T4還來(lái)不及退出飽和狀態(tài)，于是從VCC經(jīng)R4、T3、D、T4形成了低阻通路，顯然在這種情況下，電源電流iCC要出現(xiàn)很大的尖峰，如圖所示。,3、交流噪聲容限,與CMOS電路相似在TTL電路中由于半導(dǎo)體三極管的開(kāi)關(guān)時(shí)間和分布電容的充、放電過(guò)程，輸入信號(hào)變化時(shí)，必須有足夠的變化幅度和作用時(shí)間，才能使輸出端狀態(tài)改變。當(dāng)uI為窄脈沖，而且其寬度接近于門電路的傳輸延遲時(shí)間時(shí)則其幅度只有遠(yuǎn)大于直流情況，輸出端才可能改變狀態(tài)。顯然

23、反相器對(duì)這類窄脈沖的噪聲容限比直流噪聲容限要大。TTL反相器的平均傳輸延遲時(shí)間tpd的典型值是10ns，而絕大多數(shù)的TTL門電路的傳輸延遲時(shí)間都在50ns以內(nèi)，因此，當(dāng)輸入脈沖的寬度達(dá)到微秒數(shù)量級(jí)時(shí)，應(yīng)將其當(dāng)做直流信號(hào)處理。,2. 2. 2 TTL與非門電路 1. TTL與非門的基本結(jié)構(gòu),左圖電路除了輸入級(jí)T1采用了多發(fā)射極三極管外，其余部分和圖2-10 所示反相器電路沒(méi)有什么區(qū)別。D1、D2 為輸入端保護(hù)二極管，是為抑制輸入電壓負(fù)向過(guò)沖而設(shè)置的,2、工作原理 、當(dāng)電路輸入端A、B、C全部接高電平（3.6V）時(shí),3.6V,3.6V,4.3V,0.7V2,1.4V,UBE12.13.61.5V0

24、,T1管發(fā)射結(jié)處于反向偏置，而集電結(jié)處于正向偏置，所以，T1管處于發(fā)射結(jié)和集電結(jié)倒置使用的工作狀態(tài)。,1V,UC2UCES2Ube40.30.71V,UC21V，該值不足以使T3、D導(dǎo)通，故T3、D截止。,輸入全1輸出為0,UY0.3V,、當(dāng)電路輸入端AC中至少有一個(gè)接低電平(0.3V)時(shí),0.3V 3.6V 3.6V,Ub10.30.71V,Ub11V ，作用于T1 管的集電結(jié)和T2、T4管的發(fā)射結(jié)，不足以讓T2、T4導(dǎo)通。故T2、T4截止。,UYVCCUbe3UD50.70.73.6V,輸入有0輸出為1,由于T2截止，VCC通過(guò)R2、T3和D管使之工作在導(dǎo)通狀態(tài)，T3發(fā)射結(jié)和D4的導(dǎo)通壓降

25、均為0.7V 。,+VCC +5V,4k,A,D2,T1,T2,T3,T4,D,1.6k,1k,130,Y,輸入級(jí),中間級(jí),輸出級(jí),D1,B,R1,R2,R3,R4,TTL 與非門,1,1,1,0,2. 工作原理,1、電路組成,二、TTL或非門,右圖所示電路是TTL或非門的電路圖。R1、T1、R1、T1構(gòu)成輸入級(jí)；并聯(lián)著的T2、T2和R2、R3構(gòu)成中間級(jí)；R4、T3、D、T4構(gòu)成輸出級(jí)。,2、工作原理,輸入A、B中只要有一個(gè)為1，即高電平，例如A=1，那么iB1就會(huì)經(jīng)過(guò)T1集電結(jié)流入T2基極，使T2、T4飽和導(dǎo)通，輸出為低電平，即Y=0。 只有當(dāng)A=B=0時(shí)，iB1、iB1均分別流入T1、T1

26、發(fā)射極， T2、T2均截止，T4也截止，T3、D導(dǎo)通，輸出才會(huì)為高電平，即Y=1。 歸納上述結(jié)果可列出教材P123頁(yè)的真值表，由表可得YA+B,TTL與非門的電壓傳輸特性及主要參數(shù),上一頁(yè),下一頁(yè),返回,電壓傳輸特性曲線： 輸出電壓與輸入電壓之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，即uo=f(uI),3. 電壓傳輸特性：,A,B,AB 段：,uI 0.5 V ，,uB1 1.3 V ，,T2 、T4 截止， T3 、D 導(dǎo)通。,截止區(qū),3.6V,BC 段：,T2 開(kāi)始導(dǎo)通(放大區(qū))，T4 仍截止。,C,線性區(qū),D,轉(zhuǎn)折區(qū),E,飽和區(qū),0.3V,CD 段：,反相器的 閾值電壓(或 門檻電壓),DE 段：,uI 1.

27、4 V ，,T2 、T4 飽和導(dǎo)通， T3 、D 截止。,uO = UOL 0.3 V,閾值電壓,TTL集成邏輯門電路的幾個(gè)重要參數(shù),輸出高電平UoH UoH的理論值為3. 6 V，最小值UoH(min)=2. 4 V 輸出低電平UoL。 UoL的理論值為0. 3 V，最大值UoL(max)=0. 4 V 關(guān)門電平UOFF保證輸出為額定高電平時(shí)所允許輸入低電平的最大值。 UOFF 0.8V。 開(kāi)門電平電壓UON 保證輸出為額定低電平時(shí)所允許的輸人高電平的最小值。 UON 1. 5 V。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,閾值電壓（門檻電壓）Uth。 電壓傳輸特性曲線上轉(zhuǎn)折區(qū)中點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值。 （輸出

28、電壓發(fā)生跳變所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值）。 Uth1. 4 V 噪聲容限。 輸入信號(hào)上允許疊加的噪聲電壓值，稱為噪聲容限。 它是反映門電路抗干擾能力強(qiáng)弱的參數(shù)。 輸入低電平噪聲容限UNL 輸入高電平噪聲容限UNH。 扇出系數(shù)價(jià)N0 。與非門正常工作時(shí)能驅(qū)動(dòng)的同類門的個(gè)數(shù)。對(duì)于典型電路,N0 8。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2. 2. 3 其他功能的TTL門電路,1.集電極開(kāi)路與非門(OC門),上一頁(yè),下一頁(yè),返回,下圖 給出的是集電極開(kāi)路與非門。電路輸出級(jí)三極管T4的集電極是開(kāi)路的，故名集電極開(kāi)路門(Open Collector Gate),簡(jiǎn)稱OC門。 OC門必須外接負(fù)載電阻RC和電源VCC才能正常工作

29、。,OC門的應(yīng)用,返回,實(shí)現(xiàn)線與,電平轉(zhuǎn)換,返回,驅(qū)動(dòng)電路,2. 三態(tài)輸出門(簡(jiǎn)稱TS門),上一頁(yè),下一頁(yè),返回,輸出三態(tài)：高電平、低電平、高阻狀態(tài),EN為控制端(又稱使能端),EN=0正常工作,EN=1正常工作,三態(tài)門的應(yīng)用,返回,單向總線,數(shù)據(jù)總線,注意：,任何時(shí)刻，只允許一個(gè)三態(tài)門使能， 其余為高阻態(tài)。,三態(tài)門的應(yīng)用,用做多路開(kāi)關(guān),用于信號(hào)雙向傳輸,2. 2. 3 TTL集成邏輯門電路系列,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,1. CT54系列和CT74系列,2. TTL集成邏輯門電路的子系列及比較, CT74標(biāo)準(zhǔn)系列 CT74H高速系列。 CT74L低功耗系列 CT74S肖特基系列 CT74LS低功

30、耗肖特基系列 CT74AS先進(jìn)肖特基 CT74ALS先進(jìn)低功耗肖特基系列。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2. 2. 4 TTL集成邏輯門電路的使用規(guī)則,1. 電源應(yīng)盡量消除干擾。 （1）電源電壓范圍為5V10%，有的要求5V5%。 （2）電源入口處應(yīng)接2050F的濾波電容以濾除紋波電壓。 （3）在芯片的電源引腳處接0.010.1F的濾波電容過(guò)濾高頻干擾。 （4）邏輯電路和其他強(qiáng)電回路應(yīng)分別接地。 2.輸出端的連接 TTL門電路的輸出端不允許直接并聯(lián)使用。輸出端不允許直接接電源VCC或直接接地。 3.閑置(多余)輸入端的處理 TTL集成門電路使用時(shí)，對(duì)于閑置(不用的)輸入端一般不懸空。 (1) 與門、

31、與非門的閑置輸入端，可直接接電源或通過(guò)1 10 k的電阻接電源VCC。 (2) 如果前級(jí)驅(qū)動(dòng)能力允許,可將閑置輸入端與有用端并聯(lián)使用。 (3) 或門、或非門不使用的閑置輸入端應(yīng)接地，或通過(guò)較小電阻(1k 以下)接地。 (4) 對(duì)與或非門中整個(gè)不用的與門，至少應(yīng)有一個(gè)輸入端接地。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2. 3 CMOS集成邏輯門電路,MOS集成邏輯門是采用單極型場(chǎng)效應(yīng)三極管(MOS管)作為開(kāi)關(guān)元件的數(shù)字集成電路。 MOS門電路有PMOS , NMOS和CMOS這3種類型。 優(yōu)點(diǎn)：是靜態(tài)功耗低 抗干擾能力強(qiáng) 工作穩(wěn)定性好,下一頁(yè),返回,2. 3. 1 CMOS反相器,1. MOS管的開(kāi)關(guān)特性 (

32、1 ) NMOS管的開(kāi)關(guān)特性。 開(kāi)啟電壓用UGS（th)表示，為正值。當(dāng)柵極和源極之間的電壓UGS UGS（th) 時(shí)，NMOS管導(dǎo)通，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)接通;當(dāng)uGSN UGSN時(shí)，NMOS管截止，相當(dāng)寸開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,開(kāi)啟電壓為負(fù)值。 當(dāng)柵源電壓IuGSI IUGS(th)I時(shí)，PMOS管導(dǎo)通，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)接通; 當(dāng)IuGSPI IUGS(th)I時(shí)，PMOS管截止，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,(2) PMOS管的開(kāi)關(guān)特性,(1)電路組成 (2)工作原理 輸入為低電平：uI=UIL=0，TN管截止、TP管導(dǎo)通； 輸出電壓uO=UOH VDD。 輸入為高電平：UI=UIH

33、= VDD, TN管導(dǎo)通，TP管截止， 輸出電壓uO=UOL 0V。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2. CMOS反相器,2. 3. 2其他功能的CMOS門電路,1. CMOS傳偷門(TG門) (1)電路結(jié)構(gòu),上一頁(yè),下一頁(yè),返回,控制電壓C接高電平VDD , 接低電平0 V時(shí)，,TN導(dǎo)通，TP導(dǎo)通，輸出uO =uI，,傳輸門開(kāi)通,(2)工作原理,CMOS模擬開(kāi)關(guān),返回,2. CMOS漏極開(kāi)路與非門(OD門),上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2. 3. 3 CMOS數(shù)字集成電路系列及特點(diǎn),1. CMOS數(shù)字集成電路系列 (1 ) CMOS4000系列。 工作電源電壓范圍為318 V, 具有功耗低、噪聲容限大、扇

34、出系數(shù)大等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是工作速度較低，且工作頻率低，因此CMOS4000系列的使用受到一定限制。 (2)高速CMOS電路(HCMOS)系列。該系列電路大大提高了工作速度，平均傳輸延遲時(shí)間小于10 ns，最高工作頻率可達(dá)50 MHz。 高速CMOS電路主要有54系列和74系列兩大類,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2. CMOS4000系列和HCMOS系列的比較,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,3. CMOS數(shù)字集成電路的特點(diǎn) (1)功耗低。 (2)電源電壓范圍寬。 (3)噪聲容限大。 (4)邏輯擺幅大 (5)輸入阻抗高。 (6)扇出系數(shù)大。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2. 3. 4 CMOS集成邏輯門電路的使用規(guī)則,1.電源電壓 電源電壓極性不可接反，不能超過(guò)極限值。 2.輸入電路的靜電保護(hù) 3.閑置輸入端的處理 (1)輸入端懸空極易產(chǎn)生感應(yīng)較高的靜電電壓，故閑置輸入端不能懸空。 (2) 與門和與非門，閑