數電課件：3_門電路

1、Digital Electronics Technology2022-2-8第三章第三章 門電路門電路Digital Electronics Technology2022-2-81 1、重點掌握、重點掌握CMOSCMOS門和門和TTLTTL門電路的外部特性門電路的外部特性2 2、外部特性包括兩個方面：、外部特性包括兩個方面： 邏輯功能邏輯功能和和外部電氣特性外部電氣特性Digital Electronics Technology2022-2-8 數字電路中的晶體二極管、三極管和數字電路中的晶體二極管、三極管和MOSMOS管工管工作在開關狀態(tài)。作在開關狀態(tài)。導通狀態(tài)：相當于開關閉合導通狀態(tài)：相當

2、于開關閉合截止狀態(tài)：相當于開關斷開。截止狀態(tài)：相當于開關斷開。邏輯變量邏輯變量兩狀態(tài)開關：兩狀態(tài)開關： 在邏輯代數中邏輯變量有兩種取值：在邏輯代數中邏輯變量有兩種取值：0 0和和1 1；電子開關有兩種狀態(tài)：閉合、斷開。電子開關有兩種狀態(tài)：閉合、斷開。半導體二極管、三極管和半導體二極管、三極管和MOSMOS管，則是構成這管，則是構成這種電子開關的基本開關元件。種電子開關的基本開關元件。Digital Electronics Technology2022-2-8 (1) (1) 靜態(tài)特性：靜態(tài)特性： 斷開時，開關兩端的電壓不管多大，等效電阻斷開時，開關兩端的電壓不管多大，等效電阻R ROFFOFF

3、 = = 無窮，電流無窮，電流I IOFFOFF = 0 = 0。 閉合時，流過其中的電流不管多大，等效電阻閉合時，流過其中的電流不管多大，等效電阻R RONON = 0= 0，電壓，電壓U UAKAK = 0 = 0。 (2) (2) 動態(tài)特性：動態(tài)特性： 開通時間開通時間 t tonon = 0 = 0 關斷時間關斷時間 t toff off = 0 = 0 理想開關的開關特性：理想開關的開關特性： Digital Electronics Technology2022-2-8客觀世界中，沒有理想開關?？陀^世界中，沒有理想開關。乒乓開關、繼電器、接觸器等的靜態(tài)特性十分乒乓開關、繼電器、接觸器

4、等的靜態(tài)特性十分接近理想開關，但動態(tài)特性很差，無法滿足數字電接近理想開關，但動態(tài)特性很差，無法滿足數字電路一秒鐘開關幾百萬次乃至數千萬次的需要。路一秒鐘開關幾百萬次乃至數千萬次的需要。半導體二極管、三極管和半導體二極管、三極管和MOSMOS管做為開關使用管做為開關使用時，其靜態(tài)特性不如機械開關，但動態(tài)特性很好。時，其靜態(tài)特性不如機械開關，但動態(tài)特性很好。Digital Electronics Technology2022-2-81. 門電路門電路 是用以實現邏輯關系的電子電路，與基本邏輯關系是用以實現邏輯關系的電子電路，與基本邏輯關系相對應。門電路主要有：與門、或門、與非門、或非門、相對應。門

5、電路主要有：與門、或門、與非門、或非門、異或門等異或門等。3.1 概述概述3. 正負邏輯正負邏輯n 正邏輯：正邏輯：用高電平代表用高電平代表1、低電平代表、低電平代表0。在數字電路。在數字電路中，一般采用正邏輯系統(tǒng)。中，一般采用正邏輯系統(tǒng)。n 負邏輯：負邏輯：用高電平代表用高電平代表0、低電平代表、低電平代表1。2. 高低電平高低電平n 高電平：高電平：數字電路中較高電平代表電壓數值的范圍。數字電路中較高電平代表電壓數值的范圍。n 低電平：低電平：數字電路中較低電平代表電壓數值的范圍。數字電路中較低電平代表電壓數值的范圍。Digital Electronics Technology2022-2

6、-84. 集成電路集成電路n IC（Integrated Circuits）：）：將元、器件制作在同一硅片上，將元、器件制作在同一硅片上，以實現電路的某些功能。以實現電路的某些功能。n SSI（Small-Scale Integration）：）： 10個門電路。個門電路。n MSI（Medium-Scale Integration）：）：10100個門電路。個門電路。n LSI（Large-Scale Integration）：）：100010000個門電路。個門電路。n VLSI（Very Large-Scale Integration）：）： 10000個門電路。個門電路。tvVHVLP

7、ositive Logic10tvVHVLNegative Logic103.1 概述概述Digital Electronics Technology2022-2-83.2 半導體二極管門電路半導體二極管門電路1. 半導體二極管的開關特性半導體二極管的開關特性 用來接通或斷開電路的開關器件應具有兩種工作狀態(tài)：用來接通或斷開電路的開關器件應具有兩種工作狀態(tài)：一種是接通（要求其阻抗很小，相當于短路），另一種是一種是接通（要求其阻抗很小，相當于短路），另一種是斷開（要求其阻抗很大，相當于開路）。斷開（要求其阻抗很大，相當于開路）。 二極管具有單向導電性：正向導通，反向截止，相當二極管具有單向導電性：

8、正向導通，反向截止，相當于一個受電壓控制的電子開關。于一個受電壓控制的電子開關。 二極管加正向電壓時導通，伏安特性很陡、壓降很小二極管加正向電壓時導通，伏安特性很陡、壓降很?。ü韫転椋ü韫転?.7V，鍺管為，鍺管為0.3V），可以近似看作是一個閉合），可以近似看作是一個閉合的開關。二極管加反向電壓時截止，反向電流很?。ǖ拈_關。二極管加反向電壓時截止，反向電流很?。╪A級），可以近似看作是一個斷開的開關。把級），可以近似看作是一個斷開的開關。把uDUT=0.5V看看成是硅二極管的截止條件。成是硅二極管的截止條件。 Digital Electronics Technology2022-2-83.2

9、 半導體二極管門電路半導體二極管門電路Digital Electronics Technology2022-2-83.2 半導體二極管門電路半導體二極管門電路 在低速脈沖電路中，二極管開關在低速脈沖電路中，二極管開關由接通到斷開，或由斷開到接通所需由接通到斷開，或由斷開到接通所需要的轉換時間通常是可以忽略的。然要的轉換時間通常是可以忽略的。然而在數字電路中，二極管開關經常工而在數字電路中，二極管開關經常工作在高速通斷狀態(tài)。由于作在高速通斷狀態(tài)。由于PN結中存儲結中存儲電荷的存在，二極管開關狀態(tài)的轉換電荷的存在，二極管開關狀態(tài)的轉換不能瞬間完成，需經歷一個過程。不能瞬間完成，需經歷一個過程。 t

10、re=ts+tf 叫做反向恢復時間。該現象叫做反向恢復時間。該現象說明，二極管在輸入負跳變電壓作用說明，二極管在輸入負跳變電壓作用下，開始仍然是導通的，只有經過一下，開始仍然是導通的，只有經過一段反向恢復時間段反向恢復時間tre之后，才能進入截之后，才能進入截止狀態(tài)。由于止狀態(tài)。由于tre的存在，限制了二極的存在，限制了二極管的開關速度管的開關速度 。Digital Electronics Technology2022-2-82. 2. 動態(tài)特性：動態(tài)特性：若輸入信號頻率過高，二極管會雙向導通，失去若輸入信號頻率過高，二極管會雙向導通，失去單向導電作用。因此單向導電作用。因此高頻應用時高頻應用

11、時需考慮此參數。需考慮此參數。二極管從截止變?yōu)閷ê蛷膶ㄗ優(yōu)榻刂苟夹瓒O管從截止變?yōu)閷ê蛷膶ㄗ優(yōu)榻刂苟夹枰欢ǖ臅r間。通常后者所需的時間長得多。要一定的時間。通常后者所需的時間長得多。 反向恢復時間反向恢復時間t tre re ：二極管從導通到截止所需的時間。：二極管從導通到截止所需的時間。一般為納秒數量級（通常一般為納秒數量級（通常t tre re 5ns 5ns ）。）。Digital Electronics Technology2022-2-83.2 半導體二極管門電路半導體二極管門電路2. 二極管與門二極管與門3. 二極管或門二極管或門ABYDigital Electronics

12、 Technology2022-2-83.2.2 二極管與門設設VCC = 5V加到加到A,B的的 VIH=3V VIL=0V二極管導通時二極管導通時 VDF=0.7VABY0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7VABY000010100111規(guī)定規(guī)定3V以上為以上為10.7V以下為以下為0Digital Electronics Technology2022-2-83.2.3 二極管二極管或或門門加到加到A,B的的 VIH=3V VIL=0V二極管導通時二極管導通時 VDF=0.7VABY0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3VABY00001110

13、1111規(guī)定規(guī)定2.3V以上為以上為10V以下為以下為0Digital Electronics Technology2022-2-8二極管構成的門電路的缺點二極管構成的門電路的缺點電平有偏移帶負載能力差只用于IC內部電路Digital Electronics Technology2022-2-83.3 CMOS門電路門電路 MOS門電路：以門電路：以MOS管作為開關元件構成的門電路。管作為開關元件構成的門電路。 MOS門電路，尤其是門電路，尤其是CMOS門電路具有制造工藝簡單、門電路具有制造工藝簡單、集成度高、抗干擾能力強、功耗低、價格便宜等優(yōu)點，得集成度高、抗干擾能力強、功耗低、價格便宜等優(yōu)

14、點，得到了十分迅速的發(fā)展。到了十分迅速的發(fā)展。 MOS管有管有NMOS管和管和PMOS管兩種。當管兩種。當NMOS管和管和PMOS管成對出現在電路中，且二者在工作中互補，稱為管成對出現在電路中，且二者在工作中互補，稱為CMOS管管(意為互補意為互補Complementary-Symmetry)。MOS管有管有增強型和耗盡型兩種。在數字電路中，多采用增強型。增強型和耗盡型兩種。在數字電路中，多采用增強型。Complementary Metal Oxide Semiconductor FETDigital Electronics Technology2022-2-8N溝道溝道P溝道溝道增強型增強型

15、耗盡型耗盡型N溝道溝道P溝道溝道N溝道溝道P溝道溝道（耗盡型）（耗盡型）FET場效應管場效應管JFET結型結型MOSFET絕緣柵型絕緣柵型(IGFET)場效應管場效應管分類：分類：復習模電復習模電Digital Electronics Technology2022-2-81.4.2絕緣柵型場效應管絕緣柵型場效應管 MOSFET MOSFET Metal-Oxide Semiconductor Field Effect TransistorMetal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor 由金屬氧化物和半導體制成。稱為由金屬氧化物和半導體制成。稱

16、為金屬氧化物金屬氧化物-半導半導體場效應管體場效應管，或簡稱，或簡稱 MOS 場效應管場效應管。特點：輸入電阻可達特點：輸入電阻可達 1010 以上。以上。類型類型N 溝道溝道P 溝道溝道增強型增強型耗盡型耗盡型增強型增強型耗盡型耗盡型UGS = 0 時漏源間存在導電溝道稱時漏源間存在導電溝道稱耗盡型場效應管；耗盡型場效應管；UGS = 0 時漏源間不存在導電溝道稱時漏源間不存在導電溝道稱增強型場效應管。增強型場效應管。復習模電復習模電Digital Electronics Technology2022-2-8一、一、N 溝道增強型溝道增強型 MOS 場效應管場效應管 結構結構P 型襯底型襯底

17、N+N+BGSDSiO2源極源極 S漏極漏極 D襯底引線襯底引線 B柵極柵極 G圖圖 1.4.7N 溝道增強型溝道增強型MOS 場效應管的結構示意圖場效應管的結構示意圖SGDB復習模電復習模電Digital Electronics Technology2022-2-81. 工作原理工作原理 絕緣柵場效應管利用絕緣柵場效應管利用 UGS 來控制來控制“感應電荷感應電荷”的多的多少，改變由這些少，改變由這些“感應電荷感應電荷”形成的導電溝道的狀況，形成的導電溝道的狀況，以控制漏極電流以控制漏極電流 ID。2.工作原理分析工作原理分析( (1) )UGS = 0 漏源之間相當于兩個背靠漏源之間相當于

18、兩個背靠背的背的 PN 結，無論漏源之間加何結，無論漏源之間加何種極性電壓，種極性電壓，總是不導電總是不導電。SBD復習模電復習模電Digital Electronics Technology2022-2-8( (2) ) UDS = 0，0 UGS UT) )導電溝道呈現一個楔形。導電溝道呈現一個楔形。漏極形成電流漏極形成電流 ID 。b. UDS= UGS UT， UGD = UT靠近漏極溝道達到臨界開靠近漏極溝道達到臨界開啟程度，出現預夾斷。啟程度，出現預夾斷。c. UDS UGS UT， UGD UT一方面、一方面、UDS增大時、夾斷區(qū)變寬，溝道電阻變大；增大時、夾斷區(qū)變寬，溝道電阻變

19、大；另一方面、另一方面、DS兩端電壓增大。這樣，電流兩端電壓增大。這樣，電流ID可以基本不變可以基本不變a. UDS UTP 型襯底型襯底N+N+BGSDVGGVDDP 型襯底型襯底N+N+BGSDVGGVDDP 型襯底型襯底N+N+BGSDVGSVDD夾斷區(qū)夾斷區(qū)復習模電復習模電Digital Electronics Technology2022-2-8DP型襯底型襯底N+N+BGSVGSVDDP型襯底型襯底N+N+BGSDVGSVDDP型襯底型襯底N+N+BGSDVGSVDD夾斷區(qū)夾斷區(qū)圖圖 1.4.9UDS 對導電溝道的影響對導電溝道的影響( (a) ) UGD UT( (b) ) UG

20、D = UT( (c) ) UGD UGS UT時，對應于不同的時，對應于不同的uGS就有一個確定的就有一個確定的iD 。此時，此時， 可以把可以把iD近似看成是近似看成是uGS控制的電流源。控制的電流源。復習模電復習模電Digital Electronics Technology2022-2-83. 特性曲線與電流方程特性曲線與電流方程( (a) )轉移特性轉移特性( (b) )輸出特性輸出特性UGS UT 時時) )三個區(qū)：可變電阻區(qū)、三個區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)恒流區(qū)( (或飽和區(qū)或飽和區(qū)) )、夾斷、夾斷區(qū)。區(qū)。UT 2UTIDOuGS /ViD /mAO圖圖 1.4.10 ( (a)

21、)圖圖 1.4.10 ( (b) )iD/mAuDS /VOTGSUU 預夾斷軌跡預夾斷軌跡恒流區(qū)恒流區(qū) 可變可變電阻區(qū)電阻區(qū)夾斷區(qū)。夾斷區(qū)。UGS增加增加復習模電復習模電Digital Electronics Technology2022-2-8二、二、N 溝道耗盡型溝道耗盡型 MOS 場效應管場效應管P型襯底型襯底N+N+BGSD+制造過程中預先在二氧化硅的絕緣層中摻入正離子，制造過程中預先在二氧化硅的絕緣層中摻入正離子，這些正離子電場在這些正離子電場在 P 型襯底中型襯底中“感應感應”負電荷，形成負電荷，形成“反反型層型層”。即使。即使 UGS = 0 也會形成也會形成 N 型導電溝道。

22、型導電溝道。+UGS = 0，UDS 0，產生，產生較大的漏極電流；較大的漏極電流；UGS 0；UGS 正、負、正、負、零均可。零均可。iD/mAuGS /VOUP( (a) )轉移特性轉移特性IDSS耗盡型耗盡型 MOS MOS 管的符號管的符號SGDB( (b) )輸出特性輸出特性iD/mAuDS /VO+1VUGS=0- -3 V- -1 V- -2 V432151015 20N 溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET復習模電復習模電Digital Electronics Technology2022-2-8三、三、P溝道溝道MOS管管1.P溝道增強型溝道增強型MOS管管的開啟電壓的開啟電壓U

23、GS(th) 0當當UGS Vgs(th) Rds 10 () - Vgs(th) Rds 106 () I 10-6 (A) 0Vgs - Vgs(th) Rds 10 () ton 。開關時間一般在納秒數量級。高頻應用時需考慮。開關時間一般在納秒數量級。高頻應用時需考慮。3.5 TTL門電路Digital Electronics Technology2022-2-83. TTL反相器反相器3.5 TTL門電路 當輸入高電平時，當輸入高電平時， u uI I=3.4V=3.4V，如果不考慮如果不考慮T T2 2的存在，應有：的存在，應有：u uB1B1=3.4V+0.7=4.1V=3.4V+

24、0.7=4.1V 顯然存在顯然存在T T2 2、T T5 5的情況下，的情況下， T T2 2、T T5 5的發(fā)射結必然同時導通。的發(fā)射結必然同時導通。而一旦而一旦T T2 2、T T5 5導通導通后，導通導通后，u uB1B1便便被鉗位在被鉗位在2.1V2.1V，所以，所以u uB1B1不可能不可能是是4.1V4.1V。 VTVT4 4截止。截止。VTVT5 5導通，輸出為低導通，輸出為低電平電平u uO O=00.3V=00.3V。2.1V0.3V3.4V（1）電路結構和工作原理）電路結構和工作原理Digital Electronics Technology2022-2-83.5 TTL門

25、電路 當 輸 入 低 電 平 時 ，當 輸 入 低 電 平 時 ， uI=0.3V，T1發(fā)射結導通，發(fā)射結導通， uB1=0.3V+0.7V=1VT2和和T5均截止，均截止，T4和和VD導導通。輸出高電平通。輸出高電平 uO =VCC UBE4-UD-IB4R2 5V-0.7V-0.7V=3.6V1V3.6V0.3VDigital Electronics Technology2022-2-83.5 TTL門電路（2）TTL反相器的電壓傳輸特性及參數反相器的電壓傳輸特性及參數 截止區(qū)截止區(qū)線性區(qū)線性區(qū)轉折區(qū)轉折區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)VT4導通導通VT4截止截止Digital Electronics Te

26、chnology2022-2-83.5 TTL門電路 輸出高電平輸出高電平UOH 典型值為典型值為3.4V。 輸出低電平輸出低電平UOL 典型值為典型值為0.3V。Digital Electronics Technology2022-2-83.5 TTL門電路 開門電平開門電平UON一般要求一般要求UON 1.8V 關門電平關門電平UOFF一般要求一般要求UOFF 0.8V 在保證輸出為額在保證輸出為額定低電平的條件下，定低電平的條件下，允許的最小輸入高電允許的最小輸入高電平的數值，稱為開門平的數值，稱為開門電平電平UON。在保證輸出為額定高電平的條件在保證輸出為額定高電平的條件下，允許的最大

27、輸入低電平的數值，下，允許的最大輸入低電平的數值，稱為關門電平稱為關門電平UOFF。UOFFUON 電壓傳輸特性曲線轉折區(qū)中點所對應的電壓傳輸特性曲線轉折區(qū)中點所對應的uI值稱為閾值電壓值稱為閾值電壓UTH（又稱門檻電平）。通常（又稱門檻電平）。通常UTH 1.4V。 Digital Electronics Technology2022-2-83.5 TTL門電路 噪聲容限（噪聲容限（ UNL和和UNH ） 噪聲容限也稱噪聲容限也稱抗干擾能力，它反抗干擾能力，它反映門電路在多大的映門電路在多大的干擾電壓下仍能正干擾電壓下仍能正常工作。常工作。UNL和和UNH越大，電路的抗干越大，電路的抗干擾能

28、力越強。擾能力越強。VNH =VOHmin -VIHmin VNL = VILmax -VOLmax VOHmin =2.4VVOLmax =0.4VVIHmin =2.0VVILmax =0.8VDigital Electronics Technology2022-2-83.5 TTL門電路（3）TTL反相器的輸入特性和輸出特性反相器的輸入特性和輸出特性 輸入伏安特性輸入伏安特性Digital Electronics Technology2022-2-83.5 TTL門電路 兩個重要參數：兩個重要參數： (1) 輸入短路電流輸入短路電流IIS當當uI = 0V時，時，iI從輸入端流出。從輸入

29、端流出。 iI =(VCCUBE1)/R1 =(50.7)/4 1.1mA(2) 高電平輸入電流高電平輸入電流IIH 當輸入為高電平時，當輸入為高電平時，T1的發(fā)射結反偏，集電結正偏，的發(fā)射結反偏，集電結正偏，處于倒置工作狀態(tài)，倒置工作的三極管電流放大系數處于倒置工作狀態(tài)，倒置工作的三極管電流放大系數反反很很小小(約在約在0.01以下以下)，所以，所以IIH很小，約為很小，約為10A左右。左右。Digital Electronics Technology2022-2-83.5 TTL門電路 輸出特性輸出特性(a) 輸出高電平時的輸出特性輸出高電平時的輸出特性負載電流負載電流iL不可過大，否則輸

30、出高電平會降低。不可過大，否則輸出高電平會降低。拉電流負載拉電流負載Digital Electronics Technology2022-2-83.5 TTL門電路(b) 輸出低電平時的輸出特性輸出低電平時的輸出特性 負載電流負載電流iL不可過大，否則輸出低電平會升高。一般不可過大，否則輸出低電平會升高。一般灌電流在灌電流在20mA以下時，電路可以正常工作。典型以下時，電路可以正常工作。典型TTL門門電路的灌電流負載為電路的灌電流負載為12.8 mA。 灌電流負載灌電流負載Digital Electronics Technology2022-2-83.5 TTL門電路 （4 ）TTL反相器的動

31、態(tài)特性反相器的動態(tài)特性 傳輸延遲時間傳輸延遲時間tpd 平均傳輸延遲時平均傳輸延遲時間間tpd表征了門電路表征了門電路的開關速度。的開關速度。 tpd =（tpLH +tpHL）/2 74LS0474LS04反相器的典型值反相器的典型值tpHL =8nstpLH =12nsDigital Electronics Technology2022-2-83.5 TTL門電路（1） TTL與非門與非門4. 其他類型的其他類型的TTL門電路門電路全全1輸出輸出0有有0輸出輸出11V2.1VDigital Electronics Technology2022-2-83.5 TTL門電路 每一個發(fā)射極能各自

32、獨立形成正向偏置的發(fā)射結，并每一個發(fā)射極能各自獨立形成正向偏置的發(fā)射結，并可使三極管進入放大或飽和區(qū)?？墒谷龢O管進入放大或飽和區(qū)。多發(fā)射極三極管多發(fā)射極三極管 有有0.3V箝位于箝位于1.0V全為全為3.6V集電集電結導結導通通Digital Electronics Technology2022-2-8(2) (2) 或非門或非門OHO34OLO342201VVTTBAVVTTBATT 導通導通截止，截止，才有，才有同為同為、只有只有截止截止導通，導通，均使均使任何一個為任何一個為、所以所以的輸出并聯(lián)的輸出并聯(lián)和和因為因為路路兩個完全一樣的輸入電兩個完全一樣的輸入電Digital Electr

33、onics Technology2022-2-8(4) (4) 異或門異或門A AB BY Y0 00 0T4T5T4T5截止截止T7T9T7T9導通導通0 00 01 1T1T1導通導通T6T6截截止止T4T4導通導通T7T7截止截止T8T8導通，導通，T9T9截止截止1 11 10 0T1T1導通導通T6T6截截止止T5T5導通導通T7T7截止截止T8T8導通，導通，T9T9截止截止1 11 11 1T6T9T6T9導通導通T8T8截止截止0 0Digital Electronics Technology2022-2-83.5 TTL門電路（5）集電極開路門（）集電極開路門（OC門）門）集

34、電極集電極開路開路Digital Electronics Technology2022-2-83.5 TTL門電路例：例：用用OC門實現電平轉換門實現電平轉換Digital Electronics Technology2022-2-83.5 TTL門電路（6）三態(tài)門）三態(tài)門(TS門）門）01截止截止YAB EN = 0時，電路為正常的與非工作狀態(tài)，所以稱時，電路為正常的與非工作狀態(tài)，所以稱控制端低電平有效?？刂贫说碗娖接行Аigital Electronics Technology2022-2-83.5 TTL門電路10導通導通1.0V1.0V截止截止截止截止高阻高阻當當EN = 1時，門電

35、路輸出端處于高阻狀態(tài)。時，門電路輸出端處于高阻狀態(tài)。Digital Electronics Technology2022-2-83.5 TTL門電路控制端高電平有效的三態(tài)門控制端高電平有效的三態(tài)門控制端低電平有效的三態(tài)門控制端低電平有效的三態(tài)門用用“”表示輸出表示輸出為三態(tài)。為三態(tài)。高電平有效高電平有效低電平有效低電平有效Digital Electronics Technology2022-2-8三態(tài)門電路的輸出有三種可能出現的狀態(tài)：三態(tài)門電路的輸出有三種可能出現的狀態(tài)：高電平、低電平、高阻。高電平、低電平、高阻。何為高阻狀態(tài)？何為高阻狀態(tài)？懸空、懸浮狀態(tài)，又稱為禁止狀態(tài)。懸空、懸浮狀態(tài)，又稱

36、為禁止狀態(tài)。測電阻為測電阻為，故稱為高阻狀態(tài)。，故稱為高阻狀態(tài)。測電壓為測電壓為0V0V，但不是接地。，但不是接地。因為懸空，所以測其電流為因為懸空，所以測其電流為0A0A。Digital Electronics Technology2022-2-8三態(tài)門的主要應用實現總線傳輸三態(tài)門的主要應用實現總線傳輸要求各門的控制要求各門的控制端端ENEN輪流為高電平，輪流為高電平，且在任何時刻只有一且在任何時刻只有一個門的控制端為高電個門的控制端為高電平。平。用三態(tài)門實現總線傳輸用三態(tài)門實現總線傳輸 如有如有8 8個門，則個門，則8 8個個ENEN端的波形應依次端的波形應依次為高電平，如下頁所為高電平，

37、如下頁所示。示。Digital Electronics Technology2022-2-8Digital Electronics Technology2022-2-83.5 TTL門電路肖特基三極管（肖特基三極管（Schottky Transistors）R2+VIN-+VCE=0.2V-VBE=0.6V+-VBC=0.4VbaseemittercollectorR2R1VINVOUTQ1VCC+VIN-+VCE=0.35V-VBE=0.6V+-VBC=0.25V+ 0.25V - 為什么用肖特基二極管可為什么用肖特基二極管可以減少傳輸延遲時間以減少傳輸延遲時間減少減少了三極管的飽和深度了三

38、極管的飽和深度（4）肖特基系列）肖特基系列TTL門電路門電路Digital Electronics Technology2022-2-83.5 TTL門電路5. TTL系列系列74 FAM nn前綴系列助記符功能數字 74S(Schottky TTL): 肖特基肖特基TTL系列，比普通系列，比普通74系列速系列速度高，但功耗大。度高，但功耗大。74LS(Low-power Schottky TTL):低功耗肖特基低功耗肖特基TTL系列，系列，比普通比普通74系列速度高，功耗只有其系列速度高，功耗只有其1/5。74AS(Advanced Schottky TTL):改進型肖特基改進型肖特基TTL

39、系列，系列，比普通肖特基系列速度高一倍，功耗相同。比普通肖特基系列速度高一倍，功耗相同。Digital Electronics Technology2022-2-83.5 TTL門電路 74ALS(Advanced Low-power Schottky TTL):改進型低改進型低功耗肖特基功耗肖特基TTL系列，比系列，比74LS系列的功耗低、速度快。系列的功耗低、速度快。 74F(Fast TTL): 高速肖特基高速肖特基TTL系列，功耗、速度介于系列，功耗、速度介于 74AS 和和 74ALS 之間。之間。 TTL集成電路多余或暫時不用的輸入端的處理集成電路多余或暫時不用的輸入端的處理 （1

40、）多余或暫時不用的輸入端的一般不懸空，）多余或暫時不用的輸入端的一般不懸空，但可但可以懸空以懸空；懸空時相當于接高電平。；懸空時相當于接高電平。 （2）與其它輸入端并聯(lián)使用。）與其它輸入端并聯(lián)使用。 （3）將不用的輸入端按照電路功能要求接電源或接）將不用的輸入端按照電路功能要求接電源或接地。一般，接電源時需接上拉電阻；接地時需接下拉電地。一般，接電源時需接上拉電阻；接地時需接下拉電阻。典型值阻。典型值1-10k。Digital Electronics Technology2022-2-8TTLTTL門電路和門電路和CMOS CMOS 門電路的相互連接門電路的相互連接 TTLTTL和和CMOSC

41、MOS電路的電壓和電流參數各不相同，需電路的電壓和電流參數各不相同，需要采用接口電路。要采用接口電路。一般要考慮兩個問題：一般要考慮兩個問題：一是要求一是要求電平匹配電平匹配，即驅動門要為負載門提供符，即驅動門要為負載門提供符合標準的輸出高電平和低電平；合標準的輸出高電平和低電平；二是要求二是要求電流匹配電流匹配，即驅動門要為負載門提供足，即驅動門要為負載門提供足夠大的驅動電流。夠大的驅動電流。Digital Electronics Technology2022-2-81. TTL1. TTL門驅動門驅動CMOSCMOS門門 （1 1）電平不匹配）電平不匹配TTLTTL門作為驅動門，門作為驅動

42、門， 它的它的U UOHOH2.4V,U2.4V,UOLOL0.5V0.5V； CMOSCMOS門作為負載門，它的門作為負載門，它的U UIHIH3.5V3.5V，U UILIL1V1V。可見，可見，TTLTTL門的門的U UOHOH不符合要求。不符合要求。 （2 2）電流匹配）電流匹配CMOSCMOS電路輸入電流幾乎為零，所以不存在問題。電路輸入電流幾乎為零，所以不存在問題。Digital Electronics Technology2022-2-8 （3 3）解決電平匹配問題）解決電平匹配問題 圖2-33 TTL門驅動CMOS門 外接上拉電阻外接上拉電阻R RP P在在TTLTTL門電路的

43、輸出端外接一個上拉電阻門電路的輸出端外接一個上拉電阻R RP P，使使TTLTTL門電路的門電路的U UOHOH5V5V。（當電源電壓相同時）。（當電源電壓相同時） Digital Electronics Technology2022-2-8選用選用電平轉換電路電平轉換電路( (如如CC40109)CC40109)若電源電壓不一致時可選用電平轉換電路。若電源電壓不一致時可選用電平轉換電路。 CMOSCMOS電路的電源電壓可選電路的電源電壓可選3-18V3-18V； 而而TTLTTL電路的電源電壓一般為電路的電源電壓一般為5V5V。 采用采用TTLTTL的的OCOC門門實現電平轉換。實現電平轉換

44、。若電源電壓不一致時也可選用若電源電壓不一致時也可選用OCOC門實現電平轉換。門實現電平轉換。Digital Electronics Technology2022-2-82. CMOS2. CMOS門驅動門驅動TTLTTL門門（1 1）電平匹配）電平匹配 CMOSCMOS門電路作為驅動門，門電路作為驅動門，U UOHOH5V5V，U UOLOL0V0V； TTLTTL門電路作為負載門，門電路作為負載門，U UIHIH2.0V2.0V，U UILIL0.8V0.8V。 電平匹配是符合要求的。電平匹配是符合要求的。（2 2）電流不匹配）電流不匹配 CMOSCMOS門電路門電路40004000系列最

45、大允許灌電流為系列最大允許灌電流為0.4mA0.4mA， TTLTTL門電路的門電路的I IISIS1.4 mA1.4 mA，CMOS4000CMOS4000系列驅動電流不足。系列驅動電流不足。 CMOSCMOS門電路門電路74HC74HC系列最大允許灌電流為系列最大允許灌電流為4mA4mA， TTLTTL門電路的門電路的I IISIS1.4 mA1.4 mA，CMOS74CMOS74系列驅動電流滿足要求。系列驅動電流滿足要求。Digital Electronics Technology2022-2-8 （3 3）解決電流匹配問題）解決電流匹配問題 CMOSCMOS電路常用的是電路常用的是40

46、004000系列和系列和54HC/74HC54HC/74HC系列系列產品，后幾位的序號不同，邏輯功能也不同。產品，后幾位的序號不同，邏輯功能也不同。 選用選用CMOSCMOS緩沖器緩沖器 比如，比如，CC4009CC4009的驅動電流可達的驅動電流可達4 mA4 mA。 選用選用高速高速CMOSCMOS系列產品系列產品選用選用CMOSCMOS的的54HC/74HC54HC/74HC系列產品可以直接驅動系列產品可以直接驅動TTLTTL電路。電路。 Digital Electronics Technology2022-2-8常用集成門電路常用集成門電路(TTL(TTL系列）系列） 型型 號號名名

47、稱稱主主 要要 功功 能能74LS0074LS00四四2 2輸入與非門輸入與非門 74LS0274LS02四四2 2輸入或非門輸入或非門 74LS0474LS04六反相器六反相器 74LS0574LS05六反相器六反相器OCOC門門74LS0874LS08四四2 2輸入與門輸入與門 74LS1374LS13雙雙4 4輸入與非門輸入與非門施密特觸發(fā)施密特觸發(fā)74LS3074LS308 8輸入與非門輸入與非門 74LS3274LS32四四2 2輸入或門輸入或門 74LS6474LS644-2-3-24-2-3-2輸入與或非門輸入與或非門 74LS13374LS1331313輸入與非門輸入與非門 7

48、4LS13674LS136四異或門四異或門OCOC輸出輸出74LS36574LS365六總線驅動器六總線驅動器同相、三態(tài)、公共控制同相、三態(tài)、公共控制74LS36874LS368六總線驅動器六總線驅動器反相、三態(tài)、兩組控制反相、三態(tài)、兩組控制Digital Electronics Technology2022-2-8常用集成門電路常用集成門電路(CMOS(CMOS系列）系列） 型型 號號名名 稱稱主主 要要 功功 能能CC4001CC4001四四2 2輸入或非門輸入或非門 CC4011CC4011四四2 2輸入與非門輸入與非門 CC4030CC4030四異或門四異或門 CC4049CC4049

49、六反相器六反相器 CC4066CC4066四雙向開關四雙向開關 CC4071CC4071四四2 2輸入或門輸入或門 CC4073CC4073三三3 3輸入與門輸入與門 CC4077CC4077四異或非門四異或非門 CC4078CC40788 8輸入或輸入或 / / 或非門或非門 CC4086CC40862-2-2-22-2-2-2輸入與或非門輸入與或非門可擴展可擴展CC4097CC4097雙雙8 8選選1 1模擬開關模擬開關 CC4502CC4502六反相器六反相器 / / 緩沖器緩沖器三態(tài)、有選通端三態(tài)、有選通端Digital Electronics Technology2022-2-8器件

50、代號器件代號 器件名稱器件名稱 74 74LS 74HC74 74LS 74HC00 00 四四2 2輸入端與非門輸入端與非門 01 01 四四2 2輸入端與非門輸入端與非門(OC) (OC) 02 02 四四2 2輸入端或非門輸入端或非門 03 03 四四2 2輸入端與非門輸入端與非門(OC) (OC) 04 04 六反相器六反相器 05 05 六反相器六反相器(OC) (OC) 06 06 六高壓輸出反相器六高壓輸出反相器(OC,30V) (OC,30V) 07 07 六高壓輸出緩沖六高壓輸出緩沖, ,驅動器驅動器(OC,30V) (OC,30V) 08 08 四四2 2輸入端與門輸入端與

51、門 09 09 四四2 2輸入端與門輸入端與門(OC) (OC) 10 10 三三3 3輸入端與非門輸入端與非門 11 11 三三3 3輸入端與門輸入端與門 12 12 三三3 3輸入端與非門輸入端與非門(OC) (OC) 器件代號器件代號 器件名稱器件名稱 74 74LS 74HC74 74LS 74HC13 13 雙雙4 4輸入端與非門輸入端與非門 14 14 六反相器六反相器 15 15 三三3 3輸入端與門輸入端與門 (OC) (OC) 16 16 六高壓輸出反相器六高壓輸出反相器(OC,15V) (OC,15V) 17 17 六高壓輸出緩沖六高壓輸出緩沖, ,驅動器驅動器(OC,15V) (OC,15V) 20 20 雙雙4 4輸入端與非門輸入端與非門 21 21 雙雙4 4輸入端與門輸入端與門 22 22 雙雙4 4輸入端與非門輸入端與非門(OC) (OC) 25 25 雙雙4 4輸入端或非門