邏輯門電路tangPPT課件

1、2.1.1 二極管的開關(guān)特性1二極管的開關(guān)作用當(dāng) ，二極管截止，等效為開關(guān)斷開0iVvVthBR時(shí)，當(dāng) ，二極管導(dǎo)通，等效為開關(guān)閉合0iVvth時(shí)，第2頁/共58頁第1頁/共58頁2 二極管的開關(guān)時(shí)間 由于二極管的PN結(jié)具有等效電容，二極管的通斷就伴隨著電容的充放電，所以，二極管的通斷轉(zhuǎn)換需要一定時(shí)間。二極管通斷轉(zhuǎn)換的時(shí)間既是二極管的開關(guān)時(shí)間。1 1）開通時(shí)間t tonon：二極管從截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通所需的時(shí)間。2 2）反向恢復(fù)時(shí)間t trere：二極管從導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止所需的時(shí)間，它由2 2段時(shí)間組成，即存儲(chǔ)時(shí)間t ts s和渡越時(shí)間t tt t，t trere=t=ts s+t+tt t。第3頁/共

2、58頁第2頁/共58頁3PN結(jié)的存儲(chǔ)電荷 PNPN結(jié)的正向?qū)ㄟ^程：正向電壓削弱PNPN結(jié)的勢壘電場，N N區(qū)的電子向P P區(qū)擴(kuò)散并建立電子濃度分布，P P區(qū)的空穴向N N區(qū)擴(kuò)散并建立空穴濃度分布。由于濃度不同，穿越PN結(jié)的電荷繼續(xù)擴(kuò)散，形成連續(xù)的正向電流。 從截止形成穩(wěn)定的正向電流的過程就是二極管的導(dǎo)通時(shí)間ton 。存儲(chǔ)電荷：距PN結(jié)越遠(yuǎn)，電荷濃度越低；正向電流越大，電荷的濃度梯度越大，存儲(chǔ)電荷越多。 PN 結(jié)的存儲(chǔ)電荷 + - IF P區(qū) N區(qū) n-存儲(chǔ)電荷濃度 nN電子濃度 nP空穴濃度 x距離 o LN LP 第4頁/共58頁第3頁/共58頁 + - iR P 區(qū) N區(qū) PN結(jié)存儲(chǔ)電荷

3、的驅(qū)散 PN結(jié)截止過程：在反向電壓的作用下，N區(qū)的空穴存儲(chǔ)電荷被電場趕回到P區(qū)，P區(qū)的電子存儲(chǔ)電荷被電場趕回到N區(qū)，形成反向電流，驅(qū)散存儲(chǔ)電荷。驅(qū)散存儲(chǔ)電荷的時(shí)間就是存儲(chǔ)時(shí)間ts 。在存儲(chǔ)電荷驅(qū)散后，PN結(jié)的空間電荷區(qū)變寬，逐漸恢復(fù)到PN結(jié)通過反向飽和電流IS，這段時(shí)間就是渡越時(shí)間tt。 通常，開通時(shí)間ton和反向恢復(fù)時(shí)間tre為納秒級，tre= ts+ttton , tstt。二極管的開關(guān)時(shí)間主要取決于PN存儲(chǔ)電荷的驅(qū)散時(shí)間ts。end第5頁/共58頁第4頁/共58頁2.1.2 三極管的開關(guān)作用特性 1. 三極管的開關(guān)作用電路輸入特性輸出特性( a ) ( b ) ( c )Vth BEv

4、Bi O VCES CEv Ci O VCC cCCRV 0= =Bi IB4 IB3=IBS IB2 IB1 A B Iv CEv Ci Bi CCV BEv Rb RcC 當(dāng)輸入電壓為低電平，使 三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，ce之間等效為開關(guān)斷開。時(shí)，thBEVv 當(dāng)輸入電壓為高電平，使 ，使三極管工作在輸出特性的B點(diǎn)，處于臨界飽和狀態(tài)。ce之間等效為開關(guān)閉合。時(shí)BSBIi =第6頁/共58頁第5頁/共58頁 在數(shù)字電路中，邏輯輸入信號(hào)通常使三極管工作在截止或飽和狀態(tài)，稱為開關(guān)狀態(tài)。CSBSBBIIii=飽和條件：截止條件：0cCCcCESCCCSRVRVVI= Iv CEv Ci Bi CCV

5、BEv Rb RcC 第7頁/共58頁第6頁/共58頁第8頁/共58頁第7頁/共58頁2 三極管的開關(guān)時(shí)間 三極管的開關(guān)過程與二極管相似，也要經(jīng)歷一個(gè)電荷的建立與驅(qū)散過程，表現(xiàn)為三極管的飽和與截止兩種狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間。三極管飽和與截止兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)間既是三極管的開關(guān)時(shí)間。Iv CEvCi Bi CCV BEv Rb RcO Iv VIH VIL ICS 0.9ICS t t ts tf td O tr 0.1ICS Ci 設(shè)輸入電壓的高電平VIH和低電平VIL滿足下述條件：截止飽和thILBEbBSIHVVVRIV第9頁/共58頁第8頁/共58頁O Iv VIH VIL ICS 0

6、.9ICS t t ts tf td O r 0.1ICS Ci 根據(jù)集電極電流波形，三極管的開關(guān)時(shí)間用下述參數(shù)描述：1)1)延遲時(shí)間t td d：從正跳變開始到從 0 0上升至0.1I0.1ICSCS所需的時(shí)間；2)2)上升時(shí)間t tr r：從0.1I0.1ICSCS上升至 0.9I0.9ICSCS所需的時(shí)間；3)3)存儲(chǔ)時(shí)間t ts s：從負(fù)跳變開始到從 I ICSCS下降至0.9I0.9ICSCS所需的時(shí)間； 三極管的開關(guān)時(shí)間一般為ns數(shù)量級，并且toffton、tstf?；鶇^(qū)存儲(chǔ)電荷是影響三極管開關(guān)速度的主要因素。4）下降時(shí)間t tf f：從0.9I0.9ICSCS下降至0.1I0.1

7、ICSCS所需的時(shí)間；5）開通時(shí)間t tonon：從截止轉(zhuǎn)換到飽和所需的時(shí)間，t tonon=t=td d+t+tr r；6）關(guān)閉時(shí)間toff：從飽和轉(zhuǎn)換為截止所需的時(shí)間，toff=ts+tf。t第10頁/共58頁第9頁/共58頁 三極管的開關(guān)時(shí)間一般為ns數(shù)量級，并且toffton、tstf?；鶇^(qū)存儲(chǔ)電荷是影響三極管開關(guān)速度的主要因素。 提高開關(guān)速度的方法是：開通時(shí)加大基極驅(qū)動(dòng)電流，關(guān)斷時(shí)快速泄放存儲(chǔ)電荷。end第11頁/共58頁第10頁/共58頁2.2 TTL門電路2.2.1 TTL非門的工作原理2.2.2 TTL非門的特性2.2.3 TTL與非門/或非門/與或非門2.2.4 TTL 集電

8、極開路門和三態(tài)門TTL-Transistor Transistor LogicTTLTTL有與、或、非、與非、或非、異或、同或、與或非等邏輯門，它們的工作原理相似。 第12頁/共58頁第11頁/共58頁2.2.1 TTL非門的工作原理 TTL非門 A VVCC5= = R1 3k R4 100 Y R2 750 R3 360 R5 3k T1 T2 T3 T4 T5 N N P Iv Ii Oi Ov 1.電路組成 TTL門一般由3級組成：輸入級輸入級：信號(hào)緩沖輸入中間級：輸出兩個(gè)相位相反的倒相信號(hào) 中間級輸出級輸出級：推拉式輸出電路，無論輸出高電平或低電平，輸出級的輸出電阻都很低，帶負(fù)載能力

9、強(qiáng)。第13頁/共58頁第12頁/共58頁2.2.1 TTL非門的工作原理 A VVCC5= = R1 3k R4 100 Y R2 750 R3 360 R5 3k T1T2 T3 T4 T5 N N P Iv Ii Oi Ov 1 1）輸入低電平（V VILIL=0.3 V=0.3 V）輸入低電平時(shí)，輸出為高電平。2.工作原理=0110YAYAAYVIL=0.3 V1 V0.4V5 V4.3 3.6VT T1 1深飽和，T T2 2、T T5 5截止T T3 3 臨界飽和，T T4 4放大，形成射極輸出器，輸出電阻小。第14頁/共58頁第13頁/共58頁A VVCC5= = R1 3k R4

10、 100 Y R2 750 R3 360 R5 3k T1 T2 T3 T4 T5 N N P Iv Ii Oi Ov 輸入高電平（VIH=3.6 V）mARVVIBCC131 . 25111=輸入高電平，輸出為低電平。 VIH=3.6 V2.1V1.4V0.7V0.3V1V0.3T T2 2、T T5 5飽和，T T1 1處于倒置狀態(tài)T T3 3放大狀態(tài)，T T4 4截止 綜上所述，輸入低電平時(shí)，輸出為高電平；輸入高電平時(shí)，輸出為低電平。實(shí)現(xiàn)了邏輯非AY = 無論輸出低電平或是高電平，TTL非門的推拉輸出級輸出電阻均很小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。而且T4和T5總是一個(gè)導(dǎo)通、另一個(gè)就截止。 第15頁/共

11、58頁第14頁/共58頁 A VVCC5= =R1 3k R4 100 Y R2 750 R3 360 R5 3k T1 T2 T3 T4 T5 N N P Iv Ii Oi Ov 3工作速度的提高輸入輸入T1T2、T5T3T4輸出低電平低電平深飽和深飽和截止截止臨界飽和臨界飽和放大(射極)高電平高電平倒置放大飽和放大截止低電平VIH=3.6 V2.1V1.4V0.7V0.3V1V0.31） vI: VIHVIL ， T1放大 T1吸取T2管飽和時(shí)的超量存儲(chǔ)電荷，使T2管快速脫離飽和，轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顟B(tài)。 2） TTL門具有推拉輸出級，其輸出電阻很小，與分布電容形成的時(shí)間常數(shù)小，故輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換快。

12、 end第16頁/共58頁第15頁/共58頁2.2.2 TTL非門的特性1.電壓傳輸特性截止區(qū)ab段：vI0.5 V。T1飽和，VC1=+VCES10.6V ,T2、T5截止，T3和T4組成復(fù)合管射極輸出器，vo=3.6V。A VVCC5= = R1 3k R4 100 YR2 750 R3 360 R5 3k T1 T2 T3 T4 T5 N N P Iv Ii OiOv第17頁/共58頁第16頁/共58頁線性區(qū)bc段:0.5 V vI 1.1 V。T1飽和，0.6VVC1=+VCES11.2V , T2處于放大狀態(tài)，T5仍然截止，T3和T4仍然是射極輸出器，vo隨vI線性減少，斜率為T2級

13、的放大倍數(shù)： 1 . 232=RRdvdvIOA VVCC5= = R1 3k R4 100 YR2 750 R3 360 R5 3k T1 T2 T3 T4 T5 N N P Iv Ii OiOv第18頁/共58頁第17頁/共58頁轉(zhuǎn)折區(qū)cdcd段：1.2 V1.2 VvI1.3 V1.3 V。T T1 1飽和，1.3VV1.3VVC1C1= = vI +V+VCES1CES11.4V, T1.4V, T5 5由截止進(jìn)入放大狀態(tài),T,T2 2、T T3 3和T T4 4的狀態(tài)同前。由于T T5 5集電極的等效電阻減小快，vo急劇減少。轉(zhuǎn)折區(qū)中點(diǎn)輸入電壓定義為門坎電壓V Vthth，約為1.3

14、V1.3V。飽和區(qū)dede段： vI 1.4 V1.4 V。T T1 1處于倒置狀態(tài)，T T2 2、T T5 5飽和，T T3 3放大狀態(tài)，T T4 4截止。vo=0.3V=0.3V。A VVCC5= = R1 3k R4 100 YR2 750 R3 360 R5 3k T1 T2 T3 T4 T5 N N P Iv Ii OiOv第19頁/共58頁第18頁/共58頁設(shè) 輸出高電平值域：VVOHminOHmin，3.6V3.6V，V VOHminOHmin2V2V 輸出低電平值域：0.1V0.1V，V VOLmaxOLmax ，V VOLmaxOLmax 0.4V 0.4V 則由傳輸特性確定

15、輸入高、低電平的值域?yàn)椋?輸入低電平值域：0,V0,VILmaxILmax 輸入高電平值域：【V VIHminIHmin,5V,5V】 VILmax是對應(yīng)于輸出電平為VOHmin的輸入電平，亦稱為關(guān)門電平（T5截止）。 VIHmin是對應(yīng)于輸出電平為VOLmax的輸入電平，亦稱為開門電平（T5飽和）。第20頁/共58頁第19頁/共58頁2.輸入噪聲容限定義:對于TTLTTL反相器， 在保證輸出高電平在其值域內(nèi)的條件下，輸入低電平允許的干擾脈沖最大幅度稱為低電平噪聲容限VNL 。 同樣，在保證輸出低電平在其值域內(nèi)的條件下，輸入高電平允許的干擾脈沖最大幅度稱為高電平噪聲容限，記為VNH。G G2

16、2門輸入低電平允許的干擾脈沖幅度為：VNL = VILmax - VOLmax G G2 2門輸入高電平允許的干擾脈沖幅度為：VNH = VOHmin - VIHmin 第21頁/共58頁第20頁/共58頁 根據(jù)傳輸特性，選擇適當(dāng)?shù)腣OLmax、VILmax、VIHmin 、VOHmin，獲得最佳的噪聲容限。 以74H系列的TTL門為例，標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)為：VOLmax=0.4VVILmax=0.8VVIHmin=2.0VVOHmin =2.4V 則VNL = VILmax - VOLmax=0.8-0.4=0.4VVNH = VOHmin - VIHmin=2.4-2.0=0.4V 雖然噪聲容限是以

17、非門為例說明的，但相同系列的TTL門的噪聲容限是一致的。第22頁/共58頁第21頁/共58頁3.輸入特性 輸入特性有輸入伏安特性和輸入負(fù)載特性。 1)輸入伏安特性:輸入電流與輸入電壓之間的關(guān)系曲線 。當(dāng) （即vI=VIL）時(shí)，T1發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，T2、T5截止， max0ILIVv ISILccIImARVVi=6 . 13051輸入短路電流Ii1 Ii 2 Iv(V) 4 IIH= 40 A -IIS 0 VIL max Iv -1.0mA-2.0mA VIH min A VVCC5= =R1 3k R4 100 YR2 750 R3 360 R5 3k T1 T2 T3 T4 T5 N N P

18、 Iv Ii OiOv第23頁/共58頁第22頁/共58頁VvVIIH5min當(dāng) （即vI=VIH）時(shí)， T T1 1發(fā)射結(jié)截止，T T2 2、T T5 5飽和，其反向電流即為高電平輸入電流I IIH IH , ,約為40A40A。當(dāng) 隨v vI I增加，即從-1.6mA-1.6mA增加至40A40A。IIHIILiVvV時(shí)，minmaxIi1 Ii 2 Iv(V) 4 IIH= 40 A -IIS 0 VIL max Iv -1.0mA-2.0mA VIH min A VVCC5= =R1 3k R4 100 YR2 750 R3 360 R5 3k T1 T2 T3 T4 T5 N N P

19、 Iv Ii OiOv第24頁/共58頁第23頁/共58頁2)輸入負(fù)載特性 TTL門的輸入端與參考電位之間接電阻R，輸入電壓與電阻之間的關(guān)系曲線稱為輸入負(fù)載特性。 當(dāng)電阻R很小，使 時(shí)，maxILIVv A VVCC5= =R1 3k R4 100 Y R2 750 R3 360 R5 3k T1 T2 T3 T4 T5 N N P Iv Ii Oi Ov RT1發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，T2、T5截止。kRRRRRVVvBECCI33 . 4)(11=1 R R() ) Iv(V) 0 Roff Ron 1.4 VILmax 對應(yīng)于vI=VIL=0.8V的電阻稱為關(guān)門（T5截止）電阻Roff。kRRoff

20、68. 03 . 4/8 . 013 . 4/8 . 01= 當(dāng) RRon=2.0k時(shí)T5飽和導(dǎo)通(0)，故稱Ron為開門電阻。 綜上所述，當(dāng)RRon時(shí)（包括R，即輸入端懸空），等效輸入為高電平1。A VVCC5= =R1 3k R4 100 Y R2 750 R3 360 R5 3k T1 T2 T3 T4 T5 N N P Iv Ii Oi Ov RI1 R R() ) Iv(V) 0 Roff Ron 1.4 VILmax 當(dāng)RRon=2.0k時(shí)，T1集電結(jié)導(dǎo)通，T2、T5飽和，限制VvI4 . 1VkRRvI72. 133 . 4=第26頁/共58頁第25頁/共58頁4.輸出特性：帶上

21、負(fù)載后，負(fù)載電流與輸出電壓的關(guān)系曲線 。有低電平輸出特性和高電平輸出特性 。1）低電平輸出特性A VVCC5= = R1 3k R4 100 Y R2 750 R3 360 R5 3k T1 T2 T3 T4 T5 N N P Iv Ii Oi Ov 當(dāng)輸入為高電平（即vI=VIH）時(shí)，輸出為低電平。此時(shí)，T4截止，T2、T5飽和導(dǎo)通，T5可以吸入負(fù)載電流，稱為灌電流。CCV R3 T5 RL Li VOL 非門 T5飽和時(shí)，其集射極之間的等效電阻?。ù蠹s20），且基本不變，故輸出電壓隨負(fù)載電流線性增加。第27頁/共58頁第26頁/共58頁2）高電平輸出特性A VVCC5= = R1 3k R

22、4 100 Y R2 750 R3 360 R5 3k T1 T2 T3 T4 T5 N N P Iv Ii Oi Ov 輸入低電平（即vI=VIL）時(shí)，輸出高電平。此時(shí)，T2、T5截止，T3、T4組成射極輸出器。T4向負(fù)載輸出電流，稱為拉電流。CCV RL Li VOH 非門 T3 T4 R4 100 當(dāng)負(fù)載電流較?。ㄘ?fù)載電阻大）時(shí)，由于射極輸出器輸出電阻小，輸出電壓基本不變。 當(dāng)負(fù)載電流較大（負(fù)載電阻?。r(shí)，R4上的電壓較大，使T3、T4飽和，故輸出電壓基本上隨負(fù)載電流線性下降。R4是限流電阻。第28頁/共58頁第27頁/共58頁 5.扇出系數(shù)驅(qū)動(dòng)相同系列的TTL門的個(gè)數(shù)稱為扇出系數(shù),記為

23、N。 當(dāng)驅(qū)動(dòng)門G G1 1輸出低電平時(shí)，負(fù)載門的輸入電流近似等于輸入短路電流I IISIS。 1 Ii 2 Iv(V) 4 IIH= 40 A -IIS 0 VILmax Iv Ii -1.0mA -2.0mA 非門的輸入伏安特性VIHmin 低電平輸出特性VOL(V) Li(mA) 0 20 10 0.2 0.6 ILLmax VOLmax ISLLLIINmax= 如果G G1 1吸入的最大低電平電流為I ILLmaxLLmax，則驅(qū)動(dòng)負(fù)載門的最大個(gè)數(shù)為：第29頁/共58頁第28頁/共58頁 當(dāng)驅(qū)動(dòng)門G1輸出高電平時(shí)，負(fù)載門的輸入電流近似等于高電平輸入電流IIH。 如果G1輸出的最大高電平

24、電流為ILHmax，則驅(qū)動(dòng)負(fù)載門的最大個(gè)數(shù)為：IHLHHIINmax=1 Ii 2 Iv(V) 4 IIH= 40 A -IIS 0 VILmax Iv Ii -1.0mA -2.0mA 非門的輸入伏安特性VIHmin G1輸出的最大高電平電流為ILHmax，由輸出特性和允許的最大高電平功耗確定。第30頁/共58頁第29頁/共58頁扇出系數(shù)為： 例如，74H系列門電路的參數(shù)：IIS=1.6mA, IIH=0.04mA, ILLmax=16mA, ILHmax=0.4mA,則 =ISLLIHLHLHIIIINNNmaxmax,min,min106 . 116,04. 04 . 0min,minm

25、axmax=ISLLIHLHIIIIN第31頁/共58頁第30頁/共58頁6.傳輸延遲時(shí)間1 A Y A Y tPHL tPLH 50% 50% (1)輸出高電平轉(zhuǎn)換為低電平的傳輸延遲時(shí)間tPHL：從輸入上升沿幅值的50%對應(yīng)的時(shí)刻起，到輸出下降沿幅值的50% 對應(yīng)的時(shí)刻止所需的時(shí)間。在tPHL期間，T5管由截止轉(zhuǎn)換到飽和，主要對應(yīng)于T5管的開通時(shí)間。2PLHPHLpdttt=(2)輸出低電平轉(zhuǎn)換為高電平的傳輸延遲時(shí)間tPLH：從輸入下降沿幅值的50%對應(yīng)的時(shí)刻起，到輸出上升沿幅值的50% 對應(yīng)的時(shí)刻止所需的時(shí)間。在tPLH期間，T5管由飽和轉(zhuǎn)換到截止，主要對應(yīng)于T5管的關(guān)斷時(shí)間。所以，tPL

26、H大于tPHL。(3)平均傳輸延遲時(shí)間tpd：end第32頁/共58頁第31頁/共58頁2.2.3 TTL與非門/或非門/與或非門1TTL與非門 A B T1 b1 c1 c1 b1 A B VVCC5= =R1 3k R4 100 Y R2 750 R3 360 R5 3k T1 b1 T2 T3 T4 T5 c1 X A B c1 VVCC5= = R1 3k X 當(dāng)A A、B B都是高電平時(shí)，T T1 1的個(gè)發(fā)射結(jié)都截止，T T2 2、T T5 5飽和，輸出低電平； 當(dāng)A A、B B中任何一個(gè)為低電平時(shí)，T T1 1中與低電平相連的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，T T2 2、T T5 5截止，輸出高電平；

27、電路實(shí)現(xiàn)與非邏輯。ABY =X=AB 第33頁/共58頁第32頁/共58頁2TTL或非門A R1 3k R4 100 Y R2 750 R3 360 R5 3k T1 T2 T3 T4 T5 T1 B T2 R1 3k VVCC5= = (3)當(dāng)A為高電平時(shí)，T1的發(fā)射結(jié)截止，T2、T5飽和，輸出低電平；(1) 當(dāng)A、B都是低電平時(shí)，T1和T1的發(fā)射結(jié)都導(dǎo)通，T2 、T2和T5截止，輸出高電平；(2) 當(dāng)B為高電平時(shí)，T1的發(fā)射結(jié)截止，T2、T5飽和，輸出低電平；(4)當(dāng)A和B都為高電平時(shí)，T1和T1的發(fā)射結(jié)都截止，T2、T2、T5飽和，輸出低電平。電路實(shí)現(xiàn)或非邏輯BAY=第34頁/共58頁第

28、33頁/共58頁3TTL與或非門 TTL或非門 A R1 3k R4 100 Y R2 750 R3 360 R5 3k T1 T2 T3 T4 T5 T1 B T2 R1 3k VVCC5= = TTL 與或非門 A B R1 3k R4 100 Y R2 750 R3 360 R5 3k T1 T2 T3 T4 T5 T1 C D T2 R1 3k VVCC5= = X Z BAY=T1和T1改為多發(fā)射極三極管，分別實(shí)現(xiàn)X=AB、Z=CD。CDABZXY=end第35頁/共58頁第34頁/共58頁2.2.4 TTL 集電極開路門和三態(tài)門 TTL 與非門并聯(lián) - 電路燒壞！ A B VVCC

29、5= = R1 3k R4 100 Y R2 750 R3 360 R5 3k T1 T2 T3 T4 T5 C D VVCC5= = R1 3k R4 100 X R2 750 R3 360 R5 3k T1 T2 T3 T4 T5 G1 G2 AB=0CD=1普通TTL門輸出端不能并聯(lián)！ 實(shí)際中希望并聯(lián)。因?yàn)橥ㄟ^并聯(lián)可以擴(kuò)展或增強(qiáng)的路的功能。TTL 集電極開路門和三態(tài)門的輸出端可以并聯(lián)。第36頁/共58頁第35頁/共58頁 符號(hào)“”表示集電極開路, OC門正常使用時(shí)，必須外接電阻R，與T5形成反相器。 只有Y Y1 1和Y Y2 2同時(shí)為高電平時(shí)，Y Y才為高電平，即Y= YY= Y1 1

30、Y Y2 2，OCOC門的并聯(lián)線實(shí)現(xiàn)邏輯與，簡稱為線與。1.集電極開路門（OC門）CDABCDABYYY=21ABY =第37頁/共58頁第36頁/共58頁)(IoCCRCCOminiRVRiVv= (1)當(dāng)輸出高電平時(shí)，OC 門的輸出電流為IOH（等于T5管的穿透電流）,負(fù)載門輸入電流為IIH, min)(OHIHOHCCOVmInIRVv=maxminRmInIVVRIHOHOHCC=上拉電阻R的計(jì)算& & CCV A B C D 1Oi R G1 . . . 1 1 . . . Gn G1 Gm Oni 1Ii Imi Ri Ov minmaxmaxRmIIVVRISOL

31、OLCC= (2)當(dāng)輸出低電平時(shí)，灌入一個(gè)OC 門的電流不超過其最大允許值IOLmax。此時(shí)負(fù)載門的輸入電流近似為輸入短路電流-IIS,maxmax)(OLISOLCCOVmIIRVv=maxminRRR第38頁/共58頁第37頁/共58頁2.三態(tài)TTL門& EN & EN A B VVCC5= = R1 3k R4 100 Y R2 750 R3 360 R5 3k T1 T2 T3 T4 T5 EN R6 3k R7 T6 T7 T8 TSL鉗位電路 三態(tài)門,簡稱為TSL門（Tristate Logic）。它的輸出除了常規(guī)的高電平、低電平外，還有高阻抗?fàn)顟B(tài)。當(dāng)使能輸入端 E

32、N=1(EN=1(高電平) )時(shí)，T T7 7飽和，T T8 8截止：ABABENABY=1 當(dāng)EN=0(低電平)時(shí)，T7截止，T8飽和，導(dǎo)致T3、T4、T2和T5截止，輸出電阻大，即為高阻態(tài)，記為X?！啊北硎?態(tài)輸出第39頁/共58頁第38頁/共58頁TSL門的應(yīng)用 X1XnijXXjji=EN=0，G1工作，輸入EN=1， G2工作，輸出end第40頁/共58頁第39頁/共58頁2.3 CMOS門電路2.3.1 MOS管的開關(guān)特性2.3.2 CMOS反相器的工作原理2.3.3 CMOS反相器的特性2.3.4 CMOS與非門/或非門2.3.5 CMOS 傳輸門/三態(tài)門/異或門 同時(shí)包含NMO

33、S管和PMOS管的門電路稱為互補(bǔ)對稱MOS門電路，即CMOS門電路。第41頁/共58頁第40頁/共58頁2.3.1 MOS管的開關(guān)特性1NMOS管的開關(guān)特性 為了使P型襯底和源區(qū)及漏區(qū)間的PN結(jié)截止，P型襯底必須接電位最低的節(jié)點(diǎn)（通常是NMOS管的源極）。 在很多情況下，P型襯底直接接電位最低的節(jié)點(diǎn)，而不與源極相連，這時(shí)漏極與源極可以互換使用。 N+ P 型襯底 S G D -GSv+ N+ - DSv + Di B SiO2 D G S B Di D G S Di 標(biāo)準(zhǔn)符號(hào) 簡化符號(hào) VTN GSv Di(mA) O DSv Di(mA) O TNV3 TNV5 . 2 TNV2 TNV 1

34、 4 IDN 截止區(qū)可變電阻區(qū) 恒流區(qū)第42頁/共58頁第41頁/共58頁 當(dāng) 時(shí),無導(dǎo)電溝道，源漏之間2個(gè)背靠背的PN結(jié)總有一個(gè)截止 (nA級)，DS之間的截止電阻可達(dá)108量級，等效為開關(guān)斷開。 TNGSVvTNGSVvDSv0Di 當(dāng) 時(shí), P型襯底中的電子受柵極上正電荷的吸引在柵極下形成導(dǎo)電層，連接個(gè)2個(gè)N+島形成N型導(dǎo)電溝道，在 的作用下形成電流， (mA),工作在可變電阻區(qū)，等效為開關(guān)閉合。TNDSTNGSTNGSONVvVvVvKR=,)(21K是常數(shù)，與溝道的寬長比和半導(dǎo)體材料有關(guān)。Ron約為1k?？勺冸娮鑵^(qū)導(dǎo)通電阻與成反比N+ P 型襯底 S G D -GSv+ N+ - D

35、Sv + Di B SiO2 D G S B Di D G S Di 標(biāo)準(zhǔn)符號(hào) 簡化符號(hào) VTN GSv Di(mA) O DSv Di(mA) O TNV3 TNV5 . 2 TNV2 TNV 1 4 IDN 截止區(qū)可變電阻區(qū) 恒流區(qū)第43頁/共58頁第42頁/共58頁 D G S R Iv VDD=5V Ov CL 電容放電 電容充電 Iv Ov 因?yàn)镽on約為1k。為確保輸出電壓小于0.3V（低電平），電阻R必須大于20k，NMOS等效為開關(guān)閉合。 當(dāng) 時(shí)，NMOS管導(dǎo)通，電容放電，時(shí)間常數(shù)達(dá)nS級。TNIHIVVv= 當(dāng) 時(shí)，NMOS管截止，電容充電，充電時(shí)間常數(shù)大于放電時(shí)間常數(shù)，達(dá)1

36、00nS左右,故輸出的上升沿比下降沿慢。TNILIVVv=NMOS管的開關(guān)特性第44頁/共58頁第43頁/共58頁2PMOS管的開關(guān)特性 PMOSPMOS管的特性亦與NMOSNMOS管相似。區(qū)別是，開啟電壓V VTPTP為負(fù)值，即柵極電位低于源極電位|V|VTPTP|,PMOS|,PMOS管導(dǎo)通, ,否則截止。源極電位高于漏極電位，形成流出漏極的導(dǎo)通電流。N N型襯底必須接電位最高的節(jié)點(diǎn)（通常是PMOSPMOS管的源極）。 PMOS 管的電路符號(hào)、轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 D G B D G S |VTP| -GSv -Di(mA) O -DSv -Di(mA) O TPGSVv3= TPV5 .

37、2 TPV2 TPV 1 4 S Di Di IDP 標(biāo)準(zhǔn)符號(hào) 簡化符號(hào) end第45頁/共58頁第44頁/共58頁2.3.2 CMOS反相器的工作原理 當(dāng) 時(shí)， ， NMOS管截止，PMOS導(dǎo)通（可變電阻區(qū)）。即 ， ，輸出高電平0=IvDDGSPGSNVvv= ，0810NR310PR 當(dāng) 時(shí)， ，NMOSNMOS管導(dǎo)通（可變電阻區(qū)），PMOSPMOS截止。即 ， ，輸出低電平DDIVv =0=GSPDDGSNvVv，310NR810PR綜上所述，電路實(shí)現(xiàn)邏輯非AY =DDDDPNNOVVRRRv=0=DDPNNOVRRRvTNTPTNDDVVVV2=IGSNvv=DDIGSPVvv=DD

38、PNNOVRRRv=電源電壓：由電路，得end第46頁/共58頁第45頁/共58頁1電壓傳輸特性 ab段： ,TNIVv TPGSPTNGSNVvVv，,TN截止,TP導(dǎo)通 , DDOVv de段： |,|TPDDIVVvTPGSPTNGSNVvVv，,TN導(dǎo)通,TP截止, 0Ovbcd段： TPGSPTNGSNVvVv，,TN和TP都導(dǎo)通,|,|TPDDITNVVvV=DDPNNOVRRRv2.3.3 CMOS反相器的特性=PDDIGSPNIGSNRVvvRvv)()(Iv第47頁/共58頁第46頁/共58頁當(dāng) DDIVv21=時(shí)，DDGSPGSNVvv21|=PNRR =DDOVv21=傳

39、輸特性的中點(diǎn)c ，閾值電壓為VDD/2。CMOS門的輸入噪聲容限大，近似為：DDNLNHVVV%30= 在中點(diǎn)，電源到地的等效電阻最小，電源電流最大，這正是產(chǎn)生動(dòng)態(tài)尖峰電流的原因。轉(zhuǎn)折區(qū)電壓變化率大，可以作為放大器。第48頁/共58頁第47頁/共58頁2輸入伏安特性 增加輸入保護(hù)電路，構(gòu)成實(shí)際的CMOS門電路。 當(dāng) 時(shí)，D1導(dǎo)通，輸入電流等于其導(dǎo)通電流，MOS管柵極電位近似等于VF+VDD； FDDIVVv 設(shè)VF是二極管的正向?qū)妷海瑒t當(dāng) 時(shí) ，F(xiàn)DDIFVVvV二極管截止，輸入電流近似等于零，MOS管柵極電位等于輸入電壓 當(dāng) 時(shí)，D2導(dǎo)通，輸入電流等于其導(dǎo)通電流，MOS管柵極電位近似等于

40、-VF。 FIVv因此，MOS管柵極電位被限制在-VF，VDD+VF第49頁/共58頁第48頁/共58頁3輸出特性（1）低電平輸出特性DSOLvV=DLii = 當(dāng)電源電壓改變時(shí)，TN的柵源電壓變化，所以，繪出了多只曲線。 輸入高電平（vI= VDD）時(shí)，輸出為低電平。此時(shí)，TP截止，TN導(dǎo)通。低電平輸出特性是TN的輸出特性旋轉(zhuǎn)第50頁/共58頁第49頁/共58頁（2）高電平輸出特性 輸入低電平（即vI= 0V）時(shí)，輸出為高電平。此時(shí)，TP導(dǎo)通，TN截止。DDDSOHVvV=DLii =高電平輸出特性是TP 的輸出特性 當(dāng)電源電壓改變時(shí)，輸出高電平向上平移，所以，繪出了多只曲線。CMOS門的其他特性與TTL門類似（只是參數(shù)不同），不再贅述。旋轉(zhuǎn)vDS取-，平移end第51頁/共58頁第50頁/共58頁2.3.4 CMOS與非門/或非門 CMOS邏輯同樣可以實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能的門(與門、或門、與非門