第3章基本門電路PPT課件

1、 華東理工大學(xué)電子與通信工程系華東理工大學(xué)電子與通信工程系第第3 3章章 基本門電路基本門電路內(nèi)容v概述概述v半導(dǎo)體二極管和半導(dǎo)體二極管和 三極管的開關(guān)特性三極管的開關(guān)特性v分立元件門電路分立元件門電路vTTL門電路門電路v CMOS門電路門電路數(shù)字電路與邏輯設(shè)計華東理工大學(xué)電子與通信工程系3.1 3.1 概述概述門電路門電路是用以實現(xiàn)邏輯關(guān)系的電子電路。是用以實現(xiàn)邏輯關(guān)系的電子電路。門電路門電路分立元件門電路分立元件門電路集成門電路集成門電路雙極型集成門（雙極型集成門（DTL、TTL）MOS集成門集成門 NMOSPMOSCMOS正邏輯：用高電平表示邏輯正邏輯：用高電平表示邏輯1，用低電平表示

2、邏輯，用低電平表示邏輯0負(fù)邏輯：用低電平表示邏輯負(fù)邏輯：用低電平表示邏輯1，用高電平表示邏輯，用高電平表示邏輯0 在數(shù)字系統(tǒng)的邏輯設(shè)計中，若采用在數(shù)字系統(tǒng)的邏輯設(shè)計中，若采用NPN晶體管晶體管和和NMOS管，電源電壓是正值，一般采用正邏輯。管，電源電壓是正值，一般采用正邏輯。若采用的是若采用的是PNP管和管和PMOS管，電源電壓為負(fù)值，管，電源電壓為負(fù)值，則采用負(fù)邏輯比較方便。則采用負(fù)邏輯比較方便。今后除非特別說明，一律采用正邏輯。今后除非特別說明，一律采用正邏輯。3.1 3.1 概述概述一、正邏輯與負(fù)邏輯一、正邏輯與負(fù)邏輯VI控制開關(guān)控制開關(guān)S的斷、通情況。的斷、通情況。S斷開，斷開，VO為

3、高電平；為高電平；S接通，接通，VO為低電平。為低電平。 VISVccVo3.1 3.1 概述概述二、邏輯電平二、邏輯電平1 10 05V0V0.8V2V高電平下限高電平下限低電平上限低電平上限實際開關(guān)為晶體二極實際開關(guān)為晶體二極管、三極管以及場效管、三極管以及場效應(yīng)管等電子器件應(yīng)管等電子器件邏輯電平v 高電平高電平UH：輸入高電平輸入高電平UIH輸出高電平輸出高電平UOHv 低電平低電平UL：輸入低電平輸入低電平UIL輸出低電平輸出低電平UOLv 邏輯邏輯“0”和邏輯和邏輯“1”對應(yīng)的電壓范圍寬對應(yīng)的電壓范圍寬，因此在數(shù)字電路中，對，因此在數(shù)字電路中，對電子元件、器電子元件、器件參數(shù)精度的要

4、求及其電源的穩(wěn)定度的件參數(shù)精度的要求及其電源的穩(wěn)定度的要求比模擬電路要低。要求比模擬電路要低。3.1 3.1 概述概述一、二極管伏安特性一、二極管伏安特性 0.5 0.7 iD(mA) uD(V) 硅硅 PN結(jié)伏安特性結(jié)伏安特性 UBR 0 3.2 3.2 半導(dǎo)體二極管和三極管的開關(guān)特性半導(dǎo)體二極管和三極管的開關(guān)特性門坎電壓Uth反向擊穿電壓二極管的單向?qū)щ娦裕憾O管的單向?qū)щ娦裕和饧诱螂妷海ㄍ饧诱螂妷海║Uthth），二極），二極管導(dǎo)通，導(dǎo)通壓降約為管導(dǎo)通，導(dǎo)通壓降約為0.7V0.7V；外加反向電壓，二極管截止。外加反向電壓，二極管截止。uD(V) iD(mA) 0.7V0.7V3.2.

5、1 3.2.1 半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性 利用二極管的單向?qū)щ娎枚O管的單向?qū)щ娦?，相?dāng)于一個受外加電壓性，相當(dāng)于一個受外加電壓極性控制的開關(guān)。極性控制的開關(guān)。當(dāng)當(dāng)u uI I=U=UILIL時，時，D D導(dǎo)通，導(dǎo)通，u uO O=0.7=U=0.7=UOLOL 開關(guān)閉合開關(guān)閉合 uI 二極管開關(guān)電路二極管開關(guān)電路 Vcc uo D R 二、二極管開關(guān)特性二、二極管開關(guān)特性3.2 3.2 半導(dǎo)體二極管和三極管的開關(guān)特性半導(dǎo)體二極管和三極管的開關(guān)特性假定：假定：U UIHIH=V=VCC CC ，U UILIL=0=0當(dāng)當(dāng)u uI I=U=UIHIH時，時，D D截止，截止

6、，u uo o=V=VCCCC=U=UOHOH 開關(guān)斷開開關(guān)斷開 3.2 3.2 半導(dǎo)體二極管和三極管的開關(guān)特性半導(dǎo)體二極管和三極管的開關(guān)特性一、雙極型三極管結(jié)構(gòu)一、雙極型三極管結(jié)構(gòu)3.3.2 3.3.2 雙極型三極管的開關(guān)特性雙極型三極管的開關(guān)特性 因有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電過程，故因有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電過程，故稱為雙極型三極管。稱為雙極型三極管。NPNNPN型型PNPPNP型型3.2 3.2 半導(dǎo)體二極管和三極管的開關(guān)特性半導(dǎo)體二極管和三極管的開關(guān)特性二、雙極型三極管輸入特性二、雙極型三極管輸入特性 0 0.5 0.7 uBE(V) 輸入特性曲線輸入特性曲線 iB(A) b

7、 iC 硅料硅料 NPN型型三極管三極管 c e iB 雙極型三極管的應(yīng)用中，通常是通過雙極型三極管的應(yīng)用中，通常是通過b,eb,e間的電流間的電流i iB B控制控制c,ec,e間的電流間的電流i iC C實現(xiàn)其電路功能的。因此，以實現(xiàn)其電路功能的。因此，以b,eb,e間的回路作為間的回路作為輸入回路，輸入回路，c,ec,e間的回路作為輸出回路間的回路作為輸出回路。 輸入回路實質(zhì)是一個輸入回路實質(zhì)是一個PNPN結(jié)結(jié)，其輸入特性基本等同于，其輸入特性基本等同于二極管的伏安特性。二極管的伏安特性。3.2 3.2 半導(dǎo)體二極管和三極管的開關(guān)特性半導(dǎo)體二極管和三極管的開關(guān)特性三、雙極型三極管輸出特性

8、三、雙極型三極管輸出特性 b iC 硅料硅料 NPN型型三極管三極管 c e iB 截止區(qū)截止區(qū) iB=0mA A 放大區(qū)放大區(qū) ic(mA) 飽和區(qū)飽和區(qū) uce(V) uces 0 放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；u ubebeuuT T， u ubcbc00；起放大作用。；起放大作用。截止區(qū)：發(fā)射結(jié)、集電極均反偏，截止區(qū)：發(fā)射結(jié)、集電極均反偏，u ubcbc0V0V，u ubebe0V0V；一般地，一般地，u ubebe0.7VVVT T， u ubcbcVVT T；深度飽和狀態(tài)下，；深度飽和狀態(tài)下，飽和壓降飽和壓降U UCEs CEs 約為約為0.2V0

9、.2V。3.2 3.2 半導(dǎo)體二極管和三極管的開關(guān)特性半導(dǎo)體二極管和三極管的開關(guān)特性四、雙極型三極管開關(guān)特性四、雙極型三極管開關(guān)特性 ui iB e Rb b +VCC iC uo 三極管開關(guān)三極管開關(guān)電路電路 Rc c 利用三極管的飽和與截利用三極管的飽和與截止兩種狀態(tài)，合理選擇電路止兩種狀態(tài)，合理選擇電路參數(shù)，可產(chǎn)生類似于開關(guān)的參數(shù)，可產(chǎn)生類似于開關(guān)的閉合和斷開的效果，用于輸閉合和斷開的效果，用于輸出高、低電平，即開關(guān)工作出高、低電平，即開關(guān)工作狀態(tài)。狀態(tài)。當(dāng)當(dāng)u uI I=U=UILIL時，三極管截止，時，三極管截止，u uO O=V=Vcccc=U=UOHOH 開關(guān)斷開開關(guān)斷開假定：假

10、定：U UIHIH=V=VCC CC ，U UILIL=0=0當(dāng)當(dāng)u uI I=U=UIHIH時，三極管深度飽和，時，三極管深度飽和，u uo o=U=USEsSEs=U=UOLOL 開關(guān)閉合開關(guān)閉合 MOS管是金屬管是金屬氧化物氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的簡稱。半導(dǎo)體場效應(yīng)管的簡稱。（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）由于只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，故也稱為由于只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，故也稱為單極型三極管單極型三極管。3.2 3.2 半導(dǎo)體二極管和三極管的開關(guān)特性半導(dǎo)體二極管和三極管的開關(guān)特性一、一、MOS管結(jié)構(gòu)管結(jié)構(gòu)3.2.3 MOS

11、3.2.3 MOS管的開關(guān)特性管的開關(guān)特性NMOSNMOS管電路符號管電路符號PMOSPMOS管電路符號管電路符號 b NPN型型三三極極管管 c e 3.2 3.2 半導(dǎo)體二極管和三極管的開關(guān)特性半導(dǎo)體二極管和三極管的開關(guān)特性二、二、MOS管開關(guān)特性管開關(guān)特性NMOSNMOS管的基本開關(guān)電路管的基本開關(guān)電路當(dāng)當(dāng)u uI I=U=UILIL時，時，MOSMOS管截止，管截止，u uO O=V=VDDDD=U=UOHOH 開關(guān)斷開開關(guān)斷開當(dāng)當(dāng)u uI I=U=UIHIH時，時，MOSMOS管導(dǎo)通，管導(dǎo)通，u uo o=0=U=0=UOLOL 開關(guān)閉合開關(guān)閉合 選擇合適的電路參數(shù)，則可以保證選擇合

12、適的電路參數(shù)，則可以保證3.3 3.3 分立元件門電路分立元件門電路一、二極管與門一、二極管與門 +VCC(+5V) R Y VD1 A VD2 B ABY &A BY0 00 11 01 10001Y=AB3.3 3.3 分立元件門電路分立元件門電路二、二極管或門二、二極管或門 A VD1 B VD2 Y R ABY 1A BY0 00 11 01 10111Y=A+B3.3 3.3 分立元件門電路分立元件門電路三、三極管非門三、三極管非門 ui iB e Rb b +VCC iC uo 三極管開關(guān)三極管開關(guān)電路電路 Rc c 1 A Y 輸入為低，輸出為高；輸入為低，輸出為高；輸入

13、為高，輸出為低。輸入為高，輸出為低。AY0110AY 利用二極管的壓降為利用二極管的壓降為0.7V0.7V，保證，保證輸入電壓在輸入電壓在1V1V以下時，開關(guān)電路以下時，開關(guān)電路可靠地截止?？煽康亟刂?。集成邏輯門電路的特點集成邏輯門電路的特點（1 1）u集成邏輯電路的發(fā)展集成邏輯電路的發(fā)展小規(guī)模集小規(guī)模集成電路成電路 SSI (Small Scale Integration)中規(guī)模集中規(guī)模集成電路成電路MSI (Middle Scale Integration)大規(guī)模集大規(guī)模集成電路成電路 LSI (Large Scale Integration)超大規(guī)模集超大規(guī)模集成電路成電路VLSI (V

14、ery Large Scale Integration)邏輯門電路邏輯門電路典型組合邏輯典型組合邏輯與時序邏輯電與時序邏輯電路路可編程器件可編程器件專用系統(tǒng)專用系統(tǒng)集成邏輯門電路的特點集成邏輯門電路的特點（2 2）u集成邏輯門電路的分類集成邏輯門電路的分類集成邏輯門集成邏輯門把晶體管、電阻及電路連線等制作在一塊半導(dǎo)把晶體管、電阻及電路連線等制作在一塊半導(dǎo)體的基片上，并封裝在一個殼體內(nèi)的邏輯門電路。體的基片上，并封裝在一個殼體內(nèi)的邏輯門電路。TTL (Transistor-Transistor Logic)：以以雙極型三極管雙極型三極管作為開關(guān)器件作為開關(guān)器件CMOS (Complementar

15、y Metal-oxide-Semiconductor)：由由NMOS和和PMOS互補(bǔ)組合而成互補(bǔ)組合而成兩者性能比較：兩者性能比較：按按基本組成元件基本組成元件可分為：可分為：TTL：電路速度快，功耗較大電路速度快，功耗較大CMOS：電路速度慢電路速度慢，功耗很低功耗很低集成邏輯門電路的特點集成邏輯門電路的特點（3 3）DTLTTLH-TTLL-TTLLS-TTL被被CMOS取代取代（速度低）（速度低）（低功耗）（低功耗）（高速）（高速）（低功耗、高速）（低功耗、高速）74XX，74HXX，74SXX，74LSXX不同：不同：平均傳輸延遲時間和平均功耗有差異。平均傳輸延遲時間和平均功耗有差異

16、。相同：相同：其他參數(shù)和外引線彼此相容，結(jié)構(gòu)特點相其他參數(shù)和外引線彼此相容，結(jié)構(gòu)特點相同，電氣參數(shù)基本相同。同，電氣參數(shù)基本相同。uTTL集成電路的分類集成電路的分類uTTL產(chǎn)品系列：產(chǎn)品系列：集成邏輯門電路的特點集成邏輯門電路的特點（4 4）uTTL集成門電路的結(jié)構(gòu)與工作原理集成門電路的結(jié)構(gòu)與工作原理R1R4R3R21.6K 1.0K 130 4K +5VABFT1T2T5T4D3多發(fā)射極三極管多發(fā)射極三極管的特點：的特點：當(dāng)其中的一個發(fā)射極滿當(dāng)其中的一個發(fā)射極滿足三極管的導(dǎo)通條件時，足三極管的導(dǎo)通條件時，三極管就導(dǎo)通。三極管就導(dǎo)通。實現(xiàn)實現(xiàn)“與與”實現(xiàn)實現(xiàn)“非非”輸出級輸出級“與與”門輸入

17、門輸入級級實現(xiàn)實現(xiàn)“非非”功能功能輸出級輸出級增強(qiáng)驅(qū)增強(qiáng)驅(qū)動能力動能力 -以以7474系列的系列的2 2輸入輸入“與非與非”門為例門為例工作過程：工作過程：+5VDADBRABF集成邏輯門電路的特點集成邏輯門電路的特點（5 5）R1R4R3R21.6K 1.0K 130 4K +5VABFT1T2T5T4D3 A,B A,B有一個為低有一個為低電平時電平時: :導(dǎo)通1T截止2T導(dǎo)通4T截止5TF F為高電平為高電平 A,B A,B均為高電平均為高電平時時: :截止1T導(dǎo)通2T截止4T導(dǎo)通5TF F為低電平為低電平F F與與A A、B B間的邏輯間的邏輯關(guān)系為關(guān)系為：0 0A B F 10 11

18、1 0 11 10BAFuTTL“與非與非”門工作原理門工作原理endTTL門電路的主要參數(shù)門電路的主要參數(shù)（1 1）uTTL門電路的極限參數(shù)：門電路的極限參數(shù)：-用以保證芯片能夠用以保證芯片能夠安全安全的工作的工作名稱名稱符號符號最大變化范圍最大變化范圍單位單位電源電壓電源電壓輸入電壓輸入電壓輸入電流輸入電流環(huán)境溫度環(huán)境溫度4.55.5-0.55.5-3.0+5.0-55+125VVmAC0CCVINVIIAT一般取一般取5V5VTTL門電路的主要參數(shù)門電路的主要參數(shù)（2 2）uTTLTTL門電路的電氣參數(shù)：門電路的電氣參數(shù)：u 扇出系數(shù)扇出系數(shù)u 輸入特性輸入特性u 輸出特性輸出特性u 電

19、壓傳輸特性與靜態(tài)參數(shù)電壓傳輸特性與靜態(tài)參數(shù)u 平均傳輸延遲時間平均傳輸延遲時間&uiF+5VTTL門電路的主要參數(shù)門電路的主要參數(shù)（3 3）u電壓傳輸特性電壓傳輸特性:“與非與非”門處于門處于截止截止?fàn)顮顟B(tài)態(tài)2.0143200.51.5ui(V)uo(V)ABCDE1.01.4Vu0.6Vi0.6Vu0i“與非與非”門工作于門工作于線性轉(zhuǎn)折線性轉(zhuǎn)折區(qū)區(qū)1.4Vui“與非與非”門處于門處于飽和飽和導(dǎo)通狀導(dǎo)通狀態(tài)態(tài)+5VT1ABR1R4R3R21.6K1.0K1304KT2T5T4D3ouFiu輸出輸出高高電平電平T5截止截止T5放大放大T5飽和飽和輸出輸出低低電平電平輸出線性變化輸出線性

20、變化TTL門電路的主要參數(shù)門電路的主要參數(shù)（4 4）u靜態(tài)參數(shù)靜態(tài)參數(shù)（1 1）輸入、輸出電平：輸入、輸出電平：典型值：典型值：VVH4 . 3VVL2 . 0名稱名稱符號符號額定值額定值(V)最最大大輸入輸入低低電平電平最最小小輸入輸入高高電平電平最最大大輸出輸出低低電平電平0.82.00.42.4)IL(Vmax)IH(Vmin(max)OLV(min)OHV最最小小輸出輸出高高電平電平注意注意：在邏輯電路中，：在邏輯電路中，“高高”、“低低”電平是一個電平是一個離散離散的概念。的概念。TTL門電路的主要參數(shù)門電路的主要參數(shù)（5 5）（2 2）直流噪聲容限直流噪聲容限高電平噪聲容限：高電平

21、噪聲容限：(min)(min)IHOHNHVVV低電平噪聲容限：低電平噪聲容限：(max)(max)OLILNLVVV-表明電路表明電路抗干擾抗干擾能力的大小。能力的大小。&ABF電電壓壓V050.4“0”2.4“1”&ABF050.8“0”2.0“1”VOH(min)VIH(min)VNHVOL(max)VIL(max)VNL典型值：典型值：VVVNLNH4 . 0TTL門電路的主要參數(shù)門電路的主要參數(shù)（6 6）u輸入特性曲線輸入特性曲線 Ii=f(Ui)iIiU(mA)(V)0.51.01.52.0-1.0-2.0ISIIHIAI)IH(40maxmA.IIS61輸入輸入高

22、電平高電平電電流流&UiF+5VIi輸入輸入低電平低電平電電流流輸入輸入短路短路電流電流典型值：典型值：TTL門電路的主要參數(shù)門電路的主要參數(shù)（7 7）u輸入負(fù)載特性輸入負(fù)載特性&+5ViUiR)(VUi)( KRi1.02.03.01.01.42.00 保證門的輸入為邏輯保證門的輸入為邏輯“0 0”的最大電阻值的最大電阻值. .典型值典型值: :K8 . 0關(guān)門電阻關(guān)門電阻 offR開門電阻開門電阻 ONR 保證門的輸入為邏輯保證門的輸入為邏輯“1 1”的最小電阻值的最小電阻值. .典型值典型值: :K2TTL門電路的主要參數(shù)門電路的主要參數(shù)（8 8）101AFAAF11AA

23、F02例例:求下圖所示各電路的輸出求下圖所示各電路的輸出F&AF1R11AF2R解解: :(1)(1)若若R2K K“1”解解: :(1)(1)若若R2K K“1”若輸入端若輸入端”懸空懸空”, ,等效為什么等效為什么? ?TTL門電路的主要參數(shù)門電路的主要參數(shù)（9 9）u輸出特性輸出特性-輸出特性顯示電路驅(qū)動負(fù)載能力的大小輸出特性顯示電路驅(qū)動負(fù)載能力的大?。? 1）高電平輸出特性高電平輸出特性&+5VOUOHIOU123)(VUO)(mAIOH510150高電平輸出電流高電平輸出電流 典型值一般為典型值一般為OHIA400拉電流拉電流TTL門電路的主要參數(shù)門電路的主要參數(shù)（1

24、010）（2 2）低電平輸出特性低電平輸出特性&+5VOLIOLU灌電流)(VUOL)(mAIOL510150200.20.4 為保證輸出低電平為邏輯為保證輸出低電平為邏輯“0 0”, ,TTLTTL電路允許電路允許的低電平輸出電流的低電平輸出電流 最大值為最大值為1616mAmA. .OLITTL門電路的主要參數(shù)門電路的主要參數(shù)（1111） -表明數(shù)字集成電路表明數(shù)字集成電路驅(qū)動負(fù)載驅(qū)動負(fù)載能力的大小。能力的大小。u扇出系數(shù)扇出系數(shù) 通常以電路的通常以電路的一個輸出端一個輸出端能驅(qū)動同類門的能驅(qū)動同類門的入端數(shù)入端數(shù)來表示。來表示。(1)(1)輸出為輸出為高電平高電平時時1111“0

25、”“1”O(jiān)HIIHIIHIIHI(max)(max)IHOHOHIIN1040400AA(2)(2)輸出為輸出為低電平低電平時時1111“1”“0”O(jiān)LIILIILIILI(max)(max)ILOLOLIIN106 . 116mAmATTL門電路的主要參數(shù)門電路的主要參數(shù)（1212）u平均傳輸延遲時間平均傳輸延遲時間IMU5 . 0OMU5 . 0pdLtpdHtIU0U實際實際“與非與非”門輸入與輸出的響應(yīng)關(guān)系如圖：門輸入與輸出的響應(yīng)關(guān)系如圖：pdLt：導(dǎo)通延遲時間導(dǎo)通延遲時間pdHt：截止延遲時間截止延遲時間平均傳輸延遲時間平均傳輸延遲時間)(21pdHpdLpdttt -表明集成電路輸

26、出對輸入信號變化的表明集成電路輸出對輸入信號變化的響應(yīng)速度響應(yīng)速度。TTL門電路的主要參數(shù)門電路的主要參數(shù)（1313）1A1F111(A2)F2(A3)(F3)F3例例: :分析圖示電路的輸出波形分析圖示電路的輸出波形A1解解: :F1tpdF2tpdF3end環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器-利用門的延時實現(xiàn)利用門的延時實現(xiàn)脈沖輸出脈沖輸出集電極開路集電極開路“與非與非”門門（1 1）“與非與非”門的門的輸出端輸出端可以聯(lián)接在一起嗎可以聯(lián)接在一起嗎？&ABF1&ABF2F=？F1 F2 F0 00 11 01 10001F=F1F2“線與線與”注意注意：普通：普通“與非與非”門的輸出門的

27、輸出端卻端卻不可以聯(lián)接在一起不可以聯(lián)接在一起集電極開路集電極開路“與非與非”門門（2 2）R4+5VR1R3R21.6K1.0K1304KABFT1T2T5T4D3R4+5VR1R3R21.6K1.0K1304KABFT1T2T5T4D3“1”“0”（1）電流過大可能損壞電流過大可能損壞（2）輸出邏輯混亂輸出邏輯混亂集電極開路集電極開路“與非與非”門門（3 3）uOCOC門的結(jié)構(gòu)門的結(jié)構(gòu)( (Open Collector) )R4+5VR1R3R21.6K1.0K1304KABFT1T2T5T4D3+5VR1R3R21.6K1.0K4KABFT1T2T5LR OCOC門在使用時門在使用時需需外

28、接負(fù)載電阻外接負(fù)載電阻邏輯符號邏輯符號&ABF集電極開路集電極開路“與非與非”門門（4 4）endOCOC門的特點：門的特點：可以可以“線與線與”聯(lián)接聯(lián)接&AB&CDRCCVF1F2FCDABFFF21注意注意: :電阻需電阻需在一定范圍在一定范圍內(nèi)內(nèi). .OCOC門的應(yīng)用門的應(yīng)用實現(xiàn)線與。實現(xiàn)線與?？梢院喕娐?，節(jié)省器件?？梢院喕娐?，節(jié)省器件。實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。如圖所示，可使輸出高電平變?yōu)槿鐖D所示，可使輸出高電平變?yōu)?0V10V。用做驅(qū)動器。用做驅(qū)動器。如圖是用來驅(qū)動發(fā)光二極管的電路。如圖是用來驅(qū)動發(fā)光二極管的電路。+10V&OV+5V&2

29、70三態(tài)門三態(tài)門(1)(1)u三態(tài)門三態(tài)門( (Tristate Logic) )-輸出不但有輸出不但有”0 0”, ,”1 1”二個狀態(tài)二個狀態(tài); ;還具有還具有”高高阻態(tài)阻態(tài)”的的第三狀態(tài)第三狀態(tài). .&ABEFE E閉合閉合ABF E E斷開斷開高阻態(tài)高阻態(tài)三態(tài)門三態(tài)門(2)(2)u三態(tài)門的邏輯符號三態(tài)門的邏輯符號&ABEFFAB1E 高阻態(tài)0E FAB0E 高阻態(tài)1E &ABEF 高高電平有效電平有效 低低電平有效電平有效三態(tài)門三態(tài)門(3)(3)u三態(tài)門用于總線結(jié)構(gòu)三態(tài)門用于總線結(jié)構(gòu)1D1E11D2E21DnEn 用于實現(xiàn)數(shù)用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的總線傳輸據(jù)的總線傳輸en

30、d三態(tài)輸出門電路（三態(tài)輸出門電路（TSTS門）門） 國標(biāo)符號 T4 A R1 3k T3 T2 T1 Y R4 100 +VCC(+5V) T5 R2 750 R3 360 R5 3k A EN 1 EN Y EN D 三三態(tài)態(tài)輸輸出出非非門門（高高電電平平有有效效）電電路路結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) 1.1.三態(tài)門的電路結(jié)構(gòu)和邏輯符號三態(tài)門的電路結(jié)構(gòu)和邏輯符號功能表功能表EN=0EN=0EN=1EN=1AY Y高阻態(tài)輸出有三種狀態(tài)：輸出有三種狀態(tài)： 高電平、低電平、高阻態(tài)。高電平、低電平、高阻態(tài)?？刂贫嘶蚩刂贫嘶蚴鼓芏耸鼓芏烁唠娖接行Ц唠娖接行У碗娖接行У碗娖接行煞N控制模式：兩種控制模式：. .三態(tài)門的應(yīng)用

31、三態(tài)門的應(yīng)用數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu) 只要控制各個門的只要控制各個門的ENEN端輪端輪流為流為1 1，且任何時刻僅有一個，且任何時刻僅有一個為為1 1，就可以實現(xiàn)各個門，就可以實現(xiàn)各個門分時分時地向總線傳輸。地向總線傳輸。實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸 EN=1EN=1，G1G1工作，工作，G2G2高阻，高阻，A A經(jīng)經(jīng)G1G1反相送至總線；反相送至總線； EN=0EN=0，G1G1高阻，高阻，G2G2工作，總工作，總線數(shù)據(jù)經(jīng)線數(shù)據(jù)經(jīng)G2G2反相從反相從Y Y端送出。端送出。TTLTTL門電路多余輸入端的處理門電路多余輸入端的處理1.1.與非門的處理與非門的處理“1”“1”懸空懸空3.3.或

32、非門、與或非門的處理或非門、與或非門的處理“0”“0”BAY ABY uCMOS集成門電路的結(jié)構(gòu)與工作原理集成門電路的結(jié)構(gòu)與工作原理 -以以CMOS反相器為例反相器為例VDDuouiPMOSNMOSu工作原理工作原理ui=“0”VDDuo=“1”ui=“1”VDDuo=“0”CMOS門電路門電路（1 1）CMOS門電路門電路（2 2）u以以CMOS反相器為例，說明參數(shù)特點。反相器為例，說明參數(shù)特點。（1 1）工作電壓：工作電壓：-CMOS工作電源電壓工作電源電壓VDD為為3V3V18V18V（2 2）電壓傳輸特性：電壓傳輸特性：0uiuoVDD0.5VDD特點特點l轉(zhuǎn)折區(qū)變化率很大，轉(zhuǎn)折區(qū)變化

33、率很大，VTH=1/2VDD轉(zhuǎn)折區(qū)轉(zhuǎn)折區(qū)l具有對稱性具有對稱性VDD10.5VDD1（3 3）輸入、輸出電壓：輸入、輸出電壓：VOL(max) = + 0.05VVOH(min) = VDD - 0.05VVIL(max) = 0.3VDD VIH(min) = 0.7VDD CMOS門電路門電路（3 3）（4 4）輸入噪聲容限：輸入噪聲容限：l高電平噪聲容限高電平噪聲容限VNH：VNH = = VOH(min) VIH(min)= = 0.30.3VDDl低電平噪聲容限低電平噪聲容限VNL：VNL = = VIL(max) VOL(max)= = 0.30.3VDD可通過可通過提高電源電壓提

34、高電源電壓來提高抗干擾能力來提高抗干擾能力（5 5）扇出系數(shù)：扇出系數(shù)：在一定頻率范圍內(nèi)，幾乎為在一定頻率范圍內(nèi)，幾乎為。（6 6）傳輸延遲時間傳輸延遲時間t tpdpd：典型值為典型值為60nS60nS。CMOSCMOS門的特點門的特點電壓工作范圍大電壓工作范圍大功耗低、集成度高功耗低、集成度高抗干擾能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng)扇出系數(shù)大扇出系數(shù)大工作頻率較低工作頻率較低CMOS門電路門電路（4 4）&AFRuCOMSCOMS門輸入端接電阻時如何等效？門輸入端接電阻時如何等效？CMOS 入端不取電流入端不取電流&AFR=0=1結(jié)論結(jié)論：CMOS CMOS 門的輸入端接電阻時相當(dāng)于輸入門

35、的輸入端接電阻時相當(dāng)于輸入“0 0”=?CMOS門電路門電路（5 5）0, 1CC若uCMOSCMOS傳輸門傳輸門TGuiuoCC= =ui1, 0CC若高阻態(tài)高阻態(tài)等效等效uiuoCC0, 1CC若1, 0CC若則，開關(guān)則，開關(guān)閉合閉合則，開關(guān)則，開關(guān)斷開斷開CMOS門電路（門電路（6 6）例例1 1：寫出圖示：寫出圖示CMOSCMOS電路的輸出表達(dá)式電路的輸出表達(dá)式TG=1AFVDD解：解：傳輸門的傳輸門的 C=VDD=1，C=0傳輸門輸出為傳輸門輸出為AAAAAAF111（1 1）CMOSCMOS電路的工作速度比電路的工作速度比TTLTTL電路的低。電路的低。（2 2）CMOSCMOS帶

36、負(fù)載的能力比帶負(fù)載的能力比TTLTTL電路強(qiáng)。電路強(qiáng)。（3 3）CMOSCMOS電路的電源電壓允許范圍較大，約在電路的電源電壓允許范圍較大，約在3 318V18V，抗，抗干擾能力比干擾能力比TTLTTL電路強(qiáng)。電路強(qiáng)。（4 4）CMOSCMOS電路的功耗比電路的功耗比TTLTTL電路小得多。門電路的功耗只有電路小得多。門電路的功耗只有幾個幾個WW，中規(guī)模集成電路的功耗也不會超過，中規(guī)模集成電路的功耗也不會超過100W100W。（5 5）CMOSCMOS集成電路的集成度比集成電路的集成度比TTLTTL電路高。電路高。（6 6）CMOSCMOS電路容易受靜電感應(yīng)而擊穿，在使用和存放時應(yīng)電路容易受靜

37、電感應(yīng)而擊穿，在使用和存放時應(yīng)注意靜電屏蔽，焊接時電烙鐵應(yīng)接地良好，尤其是注意靜電屏蔽，焊接時電烙鐵應(yīng)接地良好，尤其是CMOSCMOS電路電路多余不用的輸入端不能懸空，應(yīng)根據(jù)需要接地或接高電平。多余不用的輸入端不能懸空，應(yīng)根據(jù)需要接地或接高電平。CMOSCMOS電路的特點：電路的特點：常用常用CMOS邏輯門器件系列：邏輯門器件系列： 4000系列；系列； 74HC系列高速系列高速CMOS系列。系列。 3.5 CMOS3.5 CMOS門電路門電路一、一、MOSMOS管的開關(guān)特性管的開關(guān)特性輸入低電平，輸入低電平，NMOSNMOS管截止；管截止；輸入高電平，輸入高電平，NMOSNMOS管導(dǎo)通。管導(dǎo)

38、通。輸入低電平，輸入低電平，PMOSPMOS管導(dǎo)通；管導(dǎo)通；輸入高電平，輸入高電平，PMOSPMOS管截止。管截止。 G G VDD S D D S A Y CMOSCMOS門電路門電路二、二、CMOSCMOS非門非門AY0110AY 3.5 CMOS3.5 CMOS門電路門電路CMOSCMOS非門電壓傳輸特性非門電壓傳輸特性CMOSCMOS非門電流傳輸特性非門電流傳輸特性 CMOS CMOS反相器的傳輸特性接近理想開關(guān)特性，反相器的傳輸特性接近理想開關(guān)特性， 因而因而其噪聲容限大，抗干擾能力強(qiáng)。其噪聲容限大，抗干擾能力強(qiáng)。ABYVDDT3T1T2T4CMOSCMOS門電路門電路三、三、CMOSCMOS與非門（與非門（P P并并N N串）串）ABY ABYVDDT4T3T1T23.5 CMOS3.5 CMOS門電路門電路四、四、CMOSCMOS或非門（或非門（P P串串N N并）并）BAY 特點：需外接上拉電阻。特點：需外接上拉電阻。應(yīng)用：與應(yīng)用：與OC門類似，門類似， 輸出端可以并接，實現(xiàn)輸出端可以并接，實現(xiàn)“線與線與”