第二章門電路-2014

1、21 晶體管的開關(guān)特性及簡(jiǎn)單門電路晶體管的開關(guān)特性及簡(jiǎn)單門電路22 TTL集成門電路集成門電路23 其他類型雙極型數(shù)字集成電路其他類型雙極型數(shù)字集成電路24 CMOS集成門電路集成門電路在數(shù)字電路中，一般用高電平代表在數(shù)字電路中，一般用高電平代表1 1、低電平代表、低電平代表0 0，即所謂的即所謂的正邏輯系統(tǒng)正邏輯系統(tǒng)。正邏輯正邏輯00VVcc1只要能判斷高只要能判斷高低電平即可低電平即可第二章第二章 晶體管開關(guān)及門電路晶體管開關(guān)及門電路1 1、實(shí)際電路中，、實(shí)際電路中，0 0和和1 1的表示的表示2 2、各種邏輯的實(shí)際電路實(shí)現(xiàn)、各種邏輯的實(shí)際電路實(shí)現(xiàn)負(fù)邏輯系統(tǒng)負(fù)邏輯系統(tǒng), 一般用高電平代表一

2、般用高電平代表0、低電平代表、低電平代表1，分下面兩種情況。分下面兩種情況。負(fù)邏輯負(fù)邏輯10VVCC000VVCC1 數(shù)字集成電路絕大多數(shù)都是由數(shù)字集成電路絕大多數(shù)都是由雙極型的雙極型的二極管、三極管或二極管、三極管或單單極型的極型的場(chǎng)效應(yīng)管組成。這些晶體管大部分工作在導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)，場(chǎng)效應(yīng)管組成。這些晶體管大部分工作在導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于開關(guān)的相當(dāng)于開關(guān)的“接通接通”和和“斷開斷開”, 因此被稱為因此被稱為電子開關(guān)電子開關(guān) 。2.1 2.1 晶體管的開關(guān)特性及簡(jiǎn)單門電路晶體管的開關(guān)特性及簡(jiǎn)單門電路電子開關(guān)電子開關(guān)較機(jī)械開關(guān)具有速度高、可靠程度高、無抖動(dòng)、功耗低、較機(jī)械開關(guān)具有速度高、可靠程

3、度高、無抖動(dòng)、功耗低、 體積小等諸多優(yōu)點(diǎn)體積小等諸多優(yōu)點(diǎn) 理想開關(guān)：理想開關(guān)：（1）接通時(shí)，開關(guān)的電阻為零，開關(guān)兩端的電壓降為零；）接通時(shí)，開關(guān)的電阻為零，開關(guān)兩端的電壓降為零；（2）斷開時(shí)，開關(guān)的電阻為無窮大，通過開關(guān)的電流為零；）斷開時(shí)，開關(guān)的電阻為無窮大，通過開關(guān)的電流為零；（3）接通與斷開狀態(tài)互相轉(zhuǎn)換的過程所需時(shí)間為零；）接通與斷開狀態(tài)互相轉(zhuǎn)換的過程所需時(shí)間為零；（4）以上特性不受環(huán)境條件（如溫度、氣壓、化學(xué)氣體、光輻射等）的影響。）以上特性不受環(huán)境條件（如溫度、氣壓、化學(xué)氣體、光輻射等）的影響。開開關(guān)關(guān)特特性性 靜態(tài)開關(guān)特性靜態(tài)開關(guān)特性 ：什么條件下導(dǎo)通，什么條件下截止什么條件下導(dǎo)通

4、，什么條件下截止 動(dòng)態(tài)開關(guān)特性動(dòng)態(tài)開關(guān)特性 ：導(dǎo)通與截止兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換過程的特性導(dǎo)通與截止兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換過程的特性 功能功能 二極管二極管三極管三極管雙極型雙極型單極型單極型工藝結(jié)構(gòu)工藝結(jié)構(gòu) 2.1 2.1 晶體管的開關(guān)特性及簡(jiǎn)單門電路晶體管的開關(guān)特性及簡(jiǎn)單門電路2.1.1 2.1.1 二極管的開關(guān)特性二極管的開關(guān)特性 PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)：當(dāng)：當(dāng)PNPN結(jié)外加電壓變化時(shí)，使位壘變窄或結(jié)外加電壓變化時(shí)，使位壘變窄或變寬，類似電容的累積和釋放電荷的過程。變寬，類似電容的累積和釋放電荷的過程。 （1 1）二極管正向?qū)〞r(shí)的特點(diǎn)及導(dǎo)通條件）二極管正向?qū)〞r(shí)的特點(diǎn)及導(dǎo)通條件 VDth :

5、:門限電壓門限電壓, ,閾值電壓閾值電壓, ,開啟電壓開啟電壓. . 等于等于導(dǎo)導(dǎo)通壓降通壓降 VDth = 0.7V 視為硅二極管導(dǎo)通的條件視為硅二極管導(dǎo)通的條件1 1、晶體二極管的靜態(tài)開關(guān)特性、晶體二極管的靜態(tài)開關(guān)特性（2 2）二極管反向截止時(shí)的特點(diǎn)及截止條件）二極管反向截止時(shí)的特點(diǎn)及截止條件 截止條件：截止條件：VZ vD 0實(shí)際：實(shí)際： vD 00VZ ：二極管的反向擊穿電壓：二極管的反向擊穿電壓 IS ：二極管的反向漏電流（：二極管的反向漏電流（uA）1 1、晶體二極管的靜態(tài)開關(guān)特性、晶體二極管的靜態(tài)開關(guān)特性動(dòng)態(tài)過程（過渡過程）：二極管導(dǎo)通和截止之間轉(zhuǎn)換過程動(dòng)態(tài)過程（過渡過程）：二極

6、管導(dǎo)通和截止之間轉(zhuǎn)換過程。t re 反向恢復(fù)時(shí)間：二極管反向恢復(fù)時(shí)間：二極管從導(dǎo)通到截止所需時(shí)間。從導(dǎo)通到截止所需時(shí)間。 理想過渡過程理想過渡過程實(shí)際過渡過程實(shí)際過渡過程2 2、二極管動(dòng)態(tài)開關(guān)特性、二極管動(dòng)態(tài)開關(guān)特性二極管兩端輸入電壓的頻二極管兩端輸入電壓的頻率過高，以至輸入負(fù)電壓率過高，以至輸入負(fù)電壓的持續(xù)時(shí)間小于它的反向的持續(xù)時(shí)間小于它的反向恢復(fù)時(shí)間時(shí)，二極管將失恢復(fù)時(shí)間時(shí)，二極管將失去其單向?qū)щ娦浴Ｈテ鋯蜗驅(qū)щ娦浴?PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)4、二極管開關(guān)的應(yīng)用舉例、二極管開關(guān)的應(yīng)用舉例vI 的極性使二極管正偏導(dǎo)通，則的極性使二極管正偏導(dǎo)通，則vI被傳到輸出端被傳到輸出端vO ；vI的

7、極性使二極管反偏截止，則的極性使二極管反偏截止，則vI傳不到輸出端傳不到輸出端vO，輸出為，輸出為0。（1）脈沖極性選擇電路）脈沖極性選擇電路（2）限幅電路）限幅電路4、二極管開關(guān)的應(yīng)用舉例、二極管開關(guān)的應(yīng)用舉例VvO7 . 0鉗制在鉗制在 0.7+ 0.7+ 以下以下（上限鉗位（上限鉗位 ）Ov1VVvO7 . 0 = 0.7VDV將將 電平上限鉗制在電平上限鉗制在0.7VOv（下限鉗位（下限鉗位 -0.7V-0.7V）二極管的鉗位作用二極管的鉗位作用（3）鉗位電路）鉗位電路4、二極管開關(guān)的應(yīng)用舉例、二極管開關(guān)的應(yīng)用舉例（3）鉗位電路）鉗位電路4、二極管開關(guān)的應(yīng)用舉例、二極管開關(guān)的應(yīng)用舉例1

8、 1、晶體三極管（、晶體三極管（NPNNPN型、型、PNPPNP型）型）NPNNPN型硅三極管型硅三極管2.1.2 2.1.2 雙極型晶體雙極型晶體三極管三極管的開關(guān)特性的開關(guān)特性1三個(gè)管腳三個(gè)管腳 （3 3個(gè)極：個(gè)極：B B- -基極，基極，C C- -集電極，集電極，E E- -發(fā)射極）發(fā)射極）2兩個(gè)兩個(gè)PN結(jié)（結(jié)（BC，BE）BC之間、之間、BE之間形成兩個(gè)之間形成兩個(gè)PN結(jié)結(jié)（在結(jié)構(gòu)上并不完全對(duì)稱，一個(gè)為集電極（在結(jié)構(gòu)上并不完全對(duì)稱，一個(gè)為集電極C，一個(gè)為發(fā)射極，一個(gè)為發(fā)射極E） BaseBaseCollectorCollectorEmitterEmitterPNP型硅三極管型硅三極管

9、2、三極管有、三極管有飽和飽和、截止截止和和放大放大三種工作狀態(tài)三種工作狀態(tài)三種工作狀態(tài)在三種工作狀態(tài)在PNPN結(jié)上的反映：結(jié)上的反映：截止截止：雙結(jié)反偏雙結(jié)反偏 飽和飽和：雙結(jié)正偏雙結(jié)正偏 放大放大：BEBE結(jié)正偏（結(jié)正偏（ ）BCBC結(jié)反偏結(jié)反偏( )( )0BEV0BCV0BEV0BCV0BCV0BEV由由 ， 控制晶體管截止，放大，飽和控制晶體管截止，放大，飽和BVBi當(dāng)當(dāng)v vI I很小，如很小，如v vI I0.5V0.5V時(shí)時(shí)：A A.V.VBEBE小于開啟電壓，小于開啟電壓，B BE E 間，間，C CE E間都截止間都截止 B B. . ， ，NPNNPN硅三極管截止的條件為

10、硅三極管截止的條件為V VBEBE0.5V0.5V，可靠截止的條件為，可靠截止的條件為V VBEBE0V0V。 0CBOBIi0CiCCCCCCCEOOVRiVvv（1 1）截止?fàn)顟B(tài)：）截止?fàn)顟B(tài)：NPNNPN10)(BIiv由由 ， 控制晶體管截止，放大，飽和控制晶體管截止，放大，飽和BVBi當(dāng)輸入電壓當(dāng)輸入電壓v vI I0.7V0.7V時(shí)時(shí)：A A. V. VBEBE大于開啟電壓，大于開啟電壓，B BE E 間導(dǎo)通間導(dǎo)通 B B. . ，V VBEBE被鉗在約被鉗在約0.7V0.7V， （2 2）放大狀態(tài)：）放大狀態(tài)：BCiiBBEIBRVvi/）（CCCCCEORiVVvNPNNPN)(

11、BIiv由由 ， 控制晶體管截止，放大，飽和控制晶體管截止，放大，飽和BVBi（3 3）飽和狀態(tài)：）飽和狀態(tài)：A A. . 根據(jù)電路，根據(jù)電路， 有上限值有上限值CiCCCCCECCCSRVRVVICBii /CSBSII三極管的可靠飽和條件：三極管的可靠飽和條件：iBIBSC C. . ( (臨界飽和臨界飽和 ) ) ( (可靠飽和可靠飽和 ) )CSIB B. .VVCES3 . 0VVCES7 . 0NPNNPN01)(BIiv作為作為放大器放大器應(yīng)用時(shí)，使之工作在應(yīng)用時(shí)，使之工作在放大放大狀態(tài)狀態(tài)作為作為開關(guān)開關(guān)應(yīng)用時(shí)，使之工作在應(yīng)用時(shí)，使之工作在飽和飽和、截止截止?fàn)顟B(tài)狀態(tài)三極管截止，

12、相當(dāng)于三極管截止，相當(dāng)于C-EC-E間間斷開斷開；三極管飽和；三極管飽和, , 相當(dāng)于相當(dāng)于C-EC-E間間接通接通輸入信號(hào)為高電壓時(shí)，應(yīng)使三極管可靠地飽和；輸入信號(hào)為高電壓時(shí)，應(yīng)使三極管可靠地飽和；輸入信號(hào)為低電壓時(shí)，應(yīng)使三極管可靠地截止。輸入信號(hào)為低電壓時(shí)，應(yīng)使三極管可靠地截止。 ton = td +tr ton開通時(shí)間開通時(shí)間 toff = ts +tf toff關(guān)斷時(shí)間關(guān)斷時(shí)間 3 3、三極管開關(guān)的過渡過程、三極管開關(guān)的過渡過程1）當(dāng)輸入低時(shí)）當(dāng)輸入低時(shí), 三極管截止三極管截止?4 4、三極管反向器（非門）、三極管反向器（非門） 書例書例2-12-1VVVRRRVv6 . 0)(BBI

13、LB2B1B1ILBE2）輸入高時(shí)）輸入高時(shí), 三極管飽和三極管飽和?mARVVII12. 0CCESCCCSBSvI0.3VvI3.6VmA35. 0B2BBBESB1BESIHBRVVRVViBSBIi 已知已知=50,計(jì)算在輸入計(jì)算在輸入低和高電平時(shí)低和高電平時(shí),能否可能否可靠截止和飽和靠截止和飽和?2.1.4 2.1.4 分立元件構(gòu)成的邏輯門電路分立元件構(gòu)成的邏輯門電路 晶體管分立元件門電路晶體管分立元件門電路集成電路集成電路 (TTL和和MOS)可編程邏輯器件可編程邏輯器件(CPLD、FPGA)數(shù)字?jǐn)?shù)字電路電路1 1、與門、與門 ABY BAY2 2、或門、或門 下限鉗位下限鉗位 三

14、極管非門三極管非門VA VF 3V 0.3 0V 3.7 R1DR2AF+12V +3V鉗位二極管鉗位二極管AF 3 3、非門、非門 R1DR2F+12V +3V三極管非門三極管非門與非門與非門D1D2AB+12V二極管與門二極管與門晶體管分立元件門電路晶體管分立元件門電路集成電路集成電路 (TTL(TTL和和MOS)MOS)可編程邏輯器件可編程邏輯器件(CPLD、FPGA)數(shù)字?jǐn)?shù)字電路電路集成電路優(yōu)點(diǎn)集成電路優(yōu)點(diǎn): :體積小、耗電少、重量輕、可靠性高等。體積小、耗電少、重量輕、可靠性高等。 2.2 TTL 2.2 TTL門電路門電路( (三極管三極管- -三極管邏輯三極管邏輯) )RTL（R

15、esister-Transistor Logic）電阻晶體管邏輯；）電阻晶體管邏輯；DTL（Diode-Transistor Logic）二極管晶體管邏輯；）二極管晶體管邏輯；HTL（High-Threshold Logic）高閾值邏輯；）高閾值邏輯；TTL（Transistor -Transistor Logic）晶體管晶體管邏輯；）晶體管晶體管邏輯；ECL（Emitter Coupled Logic）發(fā)射極耦合邏輯；）發(fā)射極耦合邏輯； I2L（Integrated Injection Logic）集成注入邏輯）集成注入邏輯(IIL)。 常見的數(shù)字集成電路分為雙極型和單極型兩大工藝類常見的數(shù)

16、字集成電路分為雙極型和單極型兩大工藝類 雙雙極極型型PMOS型型;NMOS型型;CMOS型型 單單極極型型（1 1）輸入級(jí)）輸入級(jí) 1 1、TTLTTL與非門的電路結(jié)構(gòu)與工作原理與非門的電路結(jié)構(gòu)與工作原理 輸出級(jí)輸出級(jí)組成組成: T: T1 1和和R R1 1多發(fā)射極三多發(fā)射極三極管極管, ,實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)與邏輯與邏輯 D D1 1D D2 2保護(hù)保護(hù)（2 2）分相級(jí)）分相級(jí) 輸入級(jí)輸入級(jí)組成組成: : T T2 2和和R R2 2、R R3 3（3 3）輸出級(jí)）輸出級(jí) 分相級(jí)分相級(jí)組成組成 ：T T3 3、T T4 4和和R R4 4、D D3 3T T3 3和和T T4 4：推拉式電路。總是一個(gè)

17、導(dǎo)：推拉式電路?？偸且粋€(gè)導(dǎo)通而另一個(gè)截止，有效地降低了通而另一個(gè)截止，有效地降低了輸出級(jí)的靜態(tài)功耗，提高了與非輸出級(jí)的靜態(tài)功耗，提高了與非門的負(fù)載能力。門的負(fù)載能力。 2.2.1 TTL2.2.1 TTL與非門與非門 1 1、任一輸入為低電平（、任一輸入為低電平（0.3V0.3V）時(shí)）時(shí)0.3VVT1B=1VA4KBD1D2R11.6KR21KR3130R4VCCYT1D3T2T3T4VT1C=0.4V T1 T1深飽和深飽和 = 0.1V= 0.1V 1CESV111CBii21CBOCIiVC1=0.4V，T2 T2 截止截止V VCCCC經(jīng)經(jīng) R2 R2 驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)T3T3、D3D3，使其

18、導(dǎo)通。，使其導(dǎo)通。 0 01 13.6V43230DBEBCCVVRiVV 3.6V4340DCESRCCVVVVV 4V3.6V(2)(2)、輸入全為高電平（、輸入全為高電平（3.6V3.6V）時(shí)）時(shí)全導(dǎo)通全導(dǎo)通電位被箝電位被箝在在2.1V 1V截止截止T1倒置倒置飽和飽和VO=0.3V1 10 0ABY 推拉輸出推拉輸出: :電壓傳輸特性電壓傳輸特性輸入特性輸入特性輸出特性輸出特性動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性2.2.2 TTL2.2.2 TTL與非門的電氣特性及參數(shù)與非門的電氣特性及參數(shù)電壓傳輸特性電壓傳輸特性2.2.2 TTL2.2.2 TTL與非門的電氣特性及參數(shù)與非門的電氣特性及參數(shù)1 1、電壓

19、傳輸特性、電壓傳輸特性 TTL與非門的與非門的vO隨輸入電壓隨輸入電壓vI 變化的關(guān)系稱為電壓傳輸特性。變化的關(guān)系稱為電壓傳輸特性。 1.輸出高電平：輸出高電平：VOH 空載時(shí)空載時(shí)3.6V，標(biāo)準(zhǔn)值，標(biāo)準(zhǔn)值3.0V， 一般一般 2.4V即可稱之為高電平。即可稱之為高電平。2.輸出低電平：輸出低電平：VOL 空載時(shí)空載時(shí)0V，標(biāo)準(zhǔn)值，標(biāo)準(zhǔn)值0.3V， 一般一般0.5V即可稱之低電平。即可稱之低電平。F3. 閾值電壓：閾值電壓：Vth, 當(dāng)當(dāng)VI Vth時(shí)，時(shí)， TTL門關(guān)斷；門關(guān)斷； 當(dāng)當(dāng)VI Vth時(shí)，時(shí)， TTL門導(dǎo)通。門導(dǎo)通。 Vth 1.4V1、 TTLTTL與非門與非門電壓傳輸特性電壓

20、傳輸特性 4. 標(biāo)準(zhǔn)輸入低電平標(biāo)準(zhǔn)輸入低電平 VIL 0.3V 5. 標(biāo)準(zhǔn)輸入高電平標(biāo)準(zhǔn)輸入高電平 VIH 3V VthVILVIH1、 TTLTTL與非門的與非門的電壓傳輸特性電壓傳輸特性 0.5V6.關(guān)門電平：關(guān)門電平：VOFF 使使TTL門門T4關(guān)斷的輸入電平，即保證關(guān)斷的輸入電平，即保證輸出輸出2.7V的輸入電平的輸入電平 合格器件合格器件: VOFF(s)0.8V7.開門電平：開門電平：VON 使使TTL門門T4導(dǎo)通的輸入電平，即保證導(dǎo)通的輸入電平，即保證輸出輸出0.5V的輸入電平的輸入電平 合格合格器件器件: : VON(s) 1.8VVOFFVON開門開門: 輸入高輸入高關(guān)門關(guān)門

21、: 輸入低輸入低（1.4V ）（1.4V）1、 TTLTTL與非門的與非門的電壓傳輸特性電壓傳輸特性 VthVILVIH 輸入噪聲容限輸入噪聲容限8. 低電平噪聲容限低電平噪聲容限 VNL VOFFVIL VOFF0.3V9. 高電平噪聲容限高電平噪聲容限 VNH VIHVON 3.0V VON總 結(jié)輸入電流特性輸入電流特性：TTL門的輸入電流門的輸入電流iI隨輸入電壓隨輸入電壓vI變化的關(guān)系變化的關(guān)系輸入低電平時(shí)的情況輸入低電平時(shí)的情況輸入高電平情況輸入高電平情況2、 TTLTTL與非門與非門的輸入特性的輸入特性輸入短路電流輸入短路電流IIS是與非門的某一輸入端接地（輸入電壓是與非門的某一輸

22、入端接地（輸入電壓vI=0V）而）而其余輸入端懸空時(shí)，流出此輸入端的電流。其余輸入端懸空時(shí)，流出此輸入端的電流。 IIS1.07mA1.07mA 輸入漏電流輸入漏電流IIH是與非門某一輸入端接高電平而其余輸入端懸空時(shí)，是與非門某一輸入端接高電平而其余輸入端懸空時(shí)，流進(jìn)此輸入端的電流。流進(jìn)此輸入端的電流。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)TTL系列器件，規(guī)范值要求系列器件，規(guī)范值要求IIH40A。關(guān)門電阻：關(guān)門電阻：ROFF910 （使輸入電壓保持在標(biāo)準(zhǔn)（使輸入電壓保持在標(biāo)準(zhǔn)VOFF之下的輸入電阻為關(guān)門電阻）之下的輸入電阻為關(guān)門電阻）開門電阻：開門電阻：RON2.5k （使輸入電壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)（使輸入電壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)VO

23、N之上的輸入電阻為開門電阻）之上的輸入電阻為開門電阻）RI0時(shí)時(shí)： 相當(dāng)于相當(dāng)于 輸入輸入 低電平（低電平（0）；）； RI時(shí)時(shí)： 相當(dāng)于輸入端開路（懸空）相當(dāng)于輸入端開路（懸空） 相當(dāng)于相當(dāng)于輸入輸入= 高電平（高電平（1） 輸入負(fù)載特性：輸入負(fù)載特性：輸入電阻輸入電阻RI與與vI的關(guān)系的關(guān)系0.8V910 2. 5 k&？前級(jí)輸出為高電平時(shí)前級(jí)輸出為高電平時(shí)前級(jí)前級(jí)后級(jí)后級(jí)流出前級(jí)流出前級(jí)電流電流I IOHOH（拉電流）（拉電流）R1T1+5V3、 TTLTTL與非門與非門的輸出特性的輸出特性前級(jí)輸出為低電平時(shí)前級(jí)輸出為低電平時(shí)R1T1+5V前級(jí)前級(jí)后級(jí)后級(jí)流入前級(jí)的電流流入前級(jí)的

24、電流I IOL OL ( (灌電流灌電流) )3、 TTLTTL與非門與非門的輸出特性的輸出特性帶拉電流負(fù)載能力帶拉電流負(fù)載能力I OH（max）帶灌電流負(fù)載能力帶灌電流負(fù)載能力I OL（max） 扇出系數(shù)與門電路輸出驅(qū)動(dòng)同類門的個(gè)數(shù)扇出系數(shù)與門電路輸出驅(qū)動(dòng)同類門的個(gè)數(shù)+5VR4R2T3T1前前級(jí)級(jí)T1T1IiH1IiH3IiH2IOH前級(jí)輸出為前級(jí)輸出為 高電平時(shí)高電平時(shí)后級(jí)后級(jí)I IOHOH（maxmax）越大越大, ,帶拉電流負(fù)載能力越強(qiáng)。帶拉電流負(fù)載能力越強(qiáng)。 +5VR2R14kT2R3T1T4b1c1前前級(jí)級(jí)IOLIiL1IiL2IiL3前級(jí)輸出為前級(jí)輸出為 低電平時(shí)低電平時(shí)I IO

25、LOL（maxmax）越大越大, ,帶灌電流負(fù)載能力越強(qiáng)帶灌電流負(fù)載能力越強(qiáng); ; 后級(jí)后級(jí)扇出系數(shù)：扇出系數(shù)：是門電路能夠驅(qū)動(dòng)同類負(fù)載門的最大個(gè)數(shù)，它是門電路能夠驅(qū)動(dòng)同類負(fù)載門的最大個(gè)數(shù)，它分低電平扇出系數(shù)分低電平扇出系數(shù)N NOLOL和高電平扇出系數(shù)和高電平扇出系數(shù)N NOHOH。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)TTLTTL系列器件，系列器件，規(guī)范值要求規(guī)范值要求N NO O8 8 。 傳輸延遲時(shí)間傳輸延遲時(shí)間)(21drdfpdttt輸出波形相對(duì)輸入波形的滯后時(shí)間稱為傳輸延遲時(shí)間輸出波形相對(duì)輸入波形的滯后時(shí)間稱為傳輸延遲時(shí)間 tpd 集成電路一般平集成電路一般平均傳輸延遲時(shí)間的單均傳輸延遲時(shí)間的單位是納

26、秒（位是納秒（nsns）。）。 4、 TTLTTL與非門與非門的傳輸延遲時(shí)間的傳輸延遲時(shí)間（6 6）空載功耗：）空載功耗：（5）工作電壓：）工作電壓：TTLTTL系列數(shù)字集成電路的工作電壓范圍為系列數(shù)字集成電路的工作電壓范圍為4.754.755.25V5.25V。1、懸空的輸入端相當(dāng)于接高電平。、懸空的輸入端相當(dāng)于接高電平。2、為了防止干擾，可將懸空的輸入、為了防止干擾，可將懸空的輸入端接高電平。端接高電平。例例2-4 已知二輸入與非門低電平輸入電流為已知二輸入與非門低電平輸入電流為IIS，高電平輸入電流為，高電平輸入電流為IIH，試求：圖（試求：圖（a）（）（e）五種情況下與非門的輸出電平及

27、向信號(hào)源的索取電）五種情況下與非門的輸出電平及向信號(hào)源的索取電流流iIL和和iIH。解答解答:輸出電平輸出電平: (a) (b) (c) (d)(e) 4k電阻大于電阻大于Ron ，所以輸出，所以輸出0例例2-4 已知二輸入與非門低電平輸入電流為已知二輸入與非門低電平輸入電流為IIS，高電平輸入電流為，高電平輸入電流為IIH，試求：圖（試求：圖（a）（）（e）五種情況下與非門的輸出電平及向信號(hào)源的索取電）五種情況下與非門的輸出電平及向信號(hào)源的索取電流流iIL和和iIH。電流電流: (a) vI為低電平時(shí)為低電平時(shí)iIIIS；vI為高電平時(shí)，為高電平時(shí)，iI= IIH。 (b) vI為低電平時(shí)，

28、為低電平時(shí)， i11/2IIS ，i21/2IIS ，iI =i1+i2=IIS ； vI為高電平時(shí)，為高電平時(shí)，i1IIH ，i2IIH ，iI =i1+i2=2IIH 。 例例2-4 已知二輸入與非門低電平輸入電流為已知二輸入與非門低電平輸入電流為IIS，高電平輸入電流為，高電平輸入電流為IIH，試求：圖（試求：圖（a）（）（e）五種情況下與非門的輸出電平及向信號(hào)源的索取電）五種情況下與非門的輸出電平及向信號(hào)源的索取電流流iIL和和iIH。電流電流: (c) vI為低電平時(shí)，為低電平時(shí)， i11/2IIS ，i21/2IIS ，iI =i2=1/2IIS ； vI為高電平時(shí)，為高電平時(shí)，i

29、1IIS ，i2IIH ，iI =i2=IIH 。(d) vI為低電平時(shí)，為低電平時(shí)， i1IIS ，i2IIH ，iI =i1=IIS ； vI為高電平時(shí)，為高電平時(shí)，i1IIH ，i2IIH ，iI =i1=IIH 。 例例2-4 已知二輸入與非門低電平輸入電流為已知二輸入與非門低電平輸入電流為IIS，高電平輸入電流為，高電平輸入電流為IIH，試求：圖（試求：圖（a）（）（e）五種情況下與非門的輸出電平及向信號(hào)源的索取電）五種情況下與非門的輸出電平及向信號(hào)源的索取電流流iIL和和iIH。電流電流: (e) vI為低電平時(shí)，為低電平時(shí)， iI=（vIvI）/4k=（1.4VvI）/ 4k V

30、TH， MOS管導(dǎo)通管導(dǎo)通 (例如例如 VGS = VDD )當(dāng)當(dāng)VGS VTH， MOS管關(guān)斷管關(guān)斷 (例如例如 VGS = 0 ) 閾值電壓閾值電壓（4 4） 截止區(qū)、恒流區(qū)、線性區(qū)截止區(qū)、恒流區(qū)、線性區(qū) 截止區(qū)截止區(qū)VGS VTH恒流區(qū)恒流區(qū)VTH VGS VDS+VTH當(dāng)當(dāng)VGS不變時(shí)，不變時(shí)， 隨著隨著VDS增大，增大， iDS增大，為增大，為線性區(qū)線性區(qū)； VDS增大到一定值后，再增大，增大到一定值后，再增大， iDS不再增大，為不再增大，為恒流區(qū)恒流區(qū)恒流區(qū)恒流區(qū): iDS =VGS G線線性性區(qū)區(qū) 恒流區(qū)恒流區(qū)V VGS GS = V= VTHTH2、耗盡型、耗盡型NMOS閾值

31、電壓閾值電壓 VTH VTH MOS管導(dǎo)通管導(dǎo)通 (如如 VGS = 0 )當(dāng)當(dāng)VGS VTH MOS管關(guān)斷管關(guān)斷 (如如 VGS = -VDD ) VGS = 0時(shí)，時(shí)，D與與S就已經(jīng)導(dǎo)通就已經(jīng)導(dǎo)通 （即（即G不加電壓不加電壓, 就存在導(dǎo)電溝道）就存在導(dǎo)電溝道）VTH都是閾值電壓都是閾值電壓3、增強(qiáng)型、增強(qiáng)型PMOSPMOS工作時(shí)多子是空穴（正電荷）工作時(shí)多子是空穴（正電荷）PMOS閾值電壓閾值電壓 VTH VTH MOS管關(guān)斷管關(guān)斷 (如如 VGS = 0 )當(dāng)當(dāng)VGS 0 當(dāng)當(dāng)VGS VTH MOS管關(guān)斷管關(guān)斷 (如如 VGS = VDD )當(dāng)當(dāng)G不加電壓時(shí)，就導(dǎo)通；當(dāng)不加電壓時(shí)，就導(dǎo)通

32、；當(dāng)G加（加（+）時(shí)，才截止）時(shí)，才截止ENMOS EPMOS DNMOS DPMOS N溝道溝道 P溝道溝道 G、S近近虛線虛線為增強(qiáng)型：為增強(qiáng)型： G不加電壓沒有導(dǎo)電途徑不加電壓沒有導(dǎo)電途徑 實(shí)線實(shí)線為耗盡型：為耗盡型： G端不加電壓溝道就通端不加電壓溝道就通NMOSVGS VTH 導(dǎo)通導(dǎo)通VGS VTH 關(guān)斷關(guān)斷 VGS 0PMOS VTH 0耗盡型耗盡型NMOS VTH 02.1.3 2.1.3 MOS晶體晶體管及其開關(guān)特性管及其開關(guān)特性MOS管使用中的注意事項(xiàng)管使用中的注意事項(xiàng)（1）襯底）襯底B正確連接才能正常工作：正確連接才能正常工作：NMOS接電路的最接電路的最 低低電位；電位；

33、PMOS接最接最高高電位。電位。（2）輸入端不可懸空；按邏輯要求接高或低電平）輸入端不可懸空；按邏輯要求接高或低電平特性曲線特性曲線（1）當(dāng)）當(dāng)vIvGS VT時(shí)，截止區(qū)時(shí)，截止區(qū)iD0mA，vO VDDiD RDVDDRDS（off）極大，約為極大，約為109以上以上（2）當(dāng)）當(dāng)vIvGSVT時(shí)，恒流區(qū)時(shí)，恒流區(qū) RDS幾十千歐姆幾十千歐姆幾百千歐姆幾百千歐姆 （3）當(dāng)）當(dāng)vIvm時(shí)，線性區(qū)時(shí)，線性區(qū) vO0V，iD很大，很大，RDS（on）很小，約為幾百歐姆很小，約為幾百歐姆 DDDRV非門非門 AY 1 1 0 0 A=0A=15、增強(qiáng)型、增強(qiáng)型NMOS管開關(guān)電路管開關(guān)電路vIAY 工作

34、條件：工作條件：閾值電壓閾值電壓VTP 0VDD VTN + |VTP|2.4.1 CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理VI=VIL=0V時(shí)：時(shí)：TN截止，截止，ROFF109TP導(dǎo)通，導(dǎo)通，RON103 VO=VDDA=0Y=1A=1Y=0VI=VIH=VDD時(shí)：時(shí)：TP截止，截止，TN通；通； VO0V DDthVV211 = VDD 0 = 0V2.4.2 CMOS反相器的電壓傳輸特性、輸入特性和輸出特性反相器的電壓傳輸特性、輸入特性和輸出特性P76 P77（a）當(dāng)）當(dāng)A=B= ，T1N、T2N截止截止 T1P、T2P導(dǎo)通導(dǎo)通 Y=1 ABY 1、CMOS與非門與

35、非門 （P并，并，N串）串） （b）當(dāng)）當(dāng)A=1、B= ，T1N、 T2P截止截止 T2N 、T1P導(dǎo)通導(dǎo)通 Y=1 （c）當(dāng)）當(dāng)A=0、B=1 ， T2N 、T1P 截止截止 T1N、 T2P導(dǎo)通導(dǎo)通 Y=1 （d）當(dāng)）當(dāng)A=B= 1 ， T1N、T2N導(dǎo)通導(dǎo)通 T1P、T2P截止截止 Y=0 2.4.3 其他其他CMOS集成門電路集成門電路 2、CMOS或非門或非門 BAY（P串，串，N并）并） 3、CMOS傳輸門傳輸門雙向傳輸開關(guān)雙向傳輸開關(guān)當(dāng)當(dāng)C=1 ( VDD)， =0 時(shí)，時(shí)， 開關(guān)接通開關(guān)接通 A. 若若0VIVDDVTN，則，則TN導(dǎo)通；導(dǎo)通；B. 若若|VTP|VIVDD，

36、則則TP導(dǎo)通。導(dǎo)通。C1000ORvI / vOvO / vI當(dāng)當(dāng)C=0， =1時(shí)時(shí) 開關(guān)斷開開關(guān)斷開 高達(dá)高達(dá)109以上（高阻態(tài)）以上（高阻態(tài)）A. TN和和 TP同時(shí)截止。同時(shí)截止。B. 傳輸門高阻態(tài)（傳輸門高阻態(tài)（109）。）。CORvI在在0VDD范圍內(nèi)變化范圍內(nèi)變化3、CMOS傳輸門傳輸門1997年新國(guó)標(biāo)符號(hào)年新國(guó)標(biāo)符號(hào)國(guó)外常用國(guó)外常用曾用符號(hào)曾用符號(hào) 4、CMOS三態(tài)門三態(tài)門 （功能，邏輯符號(hào)同（功能，邏輯符號(hào)同TTL三態(tài)門）三態(tài)門） 時(shí)時(shí) 時(shí)時(shí) 高阻態(tài)高阻態(tài) 0CAY 1C5、CMOS漏極開路門漏極開路門（OD門）門）功能，邏輯符號(hào)同功能，邏輯符號(hào)同TTL OC門門 、靜態(tài)功耗小

37、。、靜態(tài)功耗小。、允許電源電壓范圍寬（、允許電源電壓范圍寬（3 18V）。）。3、扇出系數(shù)大，抗噪容限大。、扇出系數(shù)大，抗噪容限大。CMOS電路電路的特點(diǎn)（的特點(diǎn)（P93）2.4.4 TTL電路與電路與CMOS間的連接間的連接P992.4.5 邏輯電平轉(zhuǎn)換器邏輯電平轉(zhuǎn)換器P1012.4.6 CMOS集成電路系列產(chǎn)品集成電路系列產(chǎn)品P1031。4000/4500系列系列2。54/74HC系列系列3。仙童的。仙童的FACT系列系列2.4.7 CMOS電路電路使用注意事項(xiàng)使用注意事項(xiàng)P106 CMOS電路不用的輸入端，不允許懸空，電路不用的輸入端，不允許懸空，必須按邏輯要求接必須按邏輯要求接VDD

38、或或GND 。 第二章 作業(yè)2-6, 2-9, 2-16, 2-17, 2-19 說明：說明：題題2-9： 計(jì)算第（計(jì)算第（2）問時(shí)，管子剛進(jìn)入截止區(qū)?。﹩枙r(shí)，管子剛進(jìn)入截止區(qū)取題題2-17： 必須畫圖必須畫圖,不得只用文字?jǐn)⑹霾坏弥挥梦淖謹(jǐn)⑹? 管子的相對(duì)位置不許變。管子的相對(duì)位置不許變。 （1）為連接成三個(gè)反相器（即非門）為連接成三個(gè)反相器（即非門） （2） （3）為連成一個(gè)有三個(gè)輸入端的門為連成一個(gè)有三個(gè)輸入端的門 （4）（）（5）為多個(gè)非門并聯(lián)，以獲得大的電流）為多個(gè)非門并聯(lián)，以獲得大的電流 （6）為傳輸門）為傳輸門VVBE5 . 0CBAY)(1試題分析舉例試題分析舉例: 寫出寫出Y

39、1、Y2、Y3的邏輯式。的邏輯式。)(2CBACBACBACABCBACABY) 1,()0(3BZBAY高阻解答解答:試題分析舉例試題分析舉例: 指出下列標(biāo)準(zhǔn)指出下列標(biāo)準(zhǔn)TTL門的輸出門的輸出Y4、Y5的邏輯值。的邏輯值。04Y15Y解答解答:試題分析舉例試題分析舉例:1標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)TTL集成門的開門電平集成門的開門電平VON，關(guān)門電平，關(guān)門電平VOFF，開門電阻，開門電阻RON，關(guān)門，關(guān)門 電阻電阻ROFF，輸出空載高電平，輸出空載高電平VOH，輸出空載低電平，輸出空載低電平VOL各為何值？各為何值？2兩個(gè)兩個(gè)NMOS漏極開路非門如何漏極開路非門如何“線與線與”聯(lián)接？聯(lián)接？ 以符號(hào)形式畫出邏輯圖。以符號(hào)形式畫出邏輯圖。3兩個(gè)三態(tài)非門的輸出可以交替與一條數(shù)據(jù)總線接通，如何聯(lián)接？以符號(hào)兩個(gè)三態(tài)非門的輸出可以交替與一條數(shù)據(jù)總線接通，如何聯(lián)接？以符號(hào)形式畫出邏輯圖。形式畫出邏輯圖。解答解答:1： VON1.8V， VOFF0.8V， RON2.5k， ROFF910， VOH3.6V， VOL0.3V。2：3：以上任畫一個(gè)即可以上任畫一