第6章邏輯門(mén)電路_ST_2015

1、第第6 6章章 邏輯門(mén)電路邏輯門(mén)電路 內(nèi)部電路是什么樣的，如何實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的邏輯功能？?jī)?nèi)部電路是什么樣的，如何實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的邏輯功能？?jī)?nèi)部電路不同，邏輯功能相同，如何正確使用？?jī)?nèi)部電路不同，邏輯功能相同，如何正確使用？問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出與非門(mén)與非門(mén)的邏輯功能：的邏輯功能： 輸入有輸入有“0”，輸出為，輸出為“1” 輸入全為輸入全為“1”，輸出才為，輸出才為“0”F1=AB本章學(xué)習(xí)重點(diǎn)本章學(xué)習(xí)重點(diǎn) 半導(dǎo)體二極管和三極管（包括雙極型和半導(dǎo)體二極管和三極管（包括雙極型和MOS型）型）開(kāi)關(guān)狀開(kāi)關(guān)狀態(tài)下態(tài)下的等效電路的外特性；的等效電路的外特性； 理解理解TTL門(mén)電路結(jié)構(gòu)與工作原理，門(mén)電路結(jié)構(gòu)與工作原理， 掌

2、握掌握TTL門(mén)電路外特性，正確使用門(mén)電路外特性，正確使用TTL門(mén)電路；門(mén)電路； 理解理解CMOS門(mén)電路結(jié)構(gòu)與工作原理，門(mén)電路結(jié)構(gòu)與工作原理， 掌握掌握CMOS門(mén)電路外特性，正確使用門(mén)電路外特性，正確使用CMOS門(mén)電路。門(mén)電路。 門(mén)電路：實(shí)現(xiàn)基本運(yùn)算、復(fù)合邏輯運(yùn)算的單元電路。基本和常用門(mén)電路有：與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)、 與非門(mén)或非門(mén)、與或非門(mén)、異或門(mén)6.1概述概述 u 獲得高、低電平的基本方法：利用獲得高、低電平的基本方法：利用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的的 導(dǎo)通、截止導(dǎo)通、截止（即開(kāi)、關(guān)）兩種工作狀態(tài)。（即開(kāi)、關(guān)）兩種工作狀態(tài)。u 邏輯邏輯1 1和邏輯和邏輯0 0：電子電路中用：電子電路中用高、低

3、電平高、低電平來(lái)表示。來(lái)表示。u 高、低電平：指電壓的高、低電平：指電壓的范圍范圍。電路中高、低電平的實(shí)現(xiàn)電路中高、低電平的實(shí)現(xiàn)邏輯值的定義：1010正邏輯正邏輯負(fù)邏輯負(fù)邏輯01高高/低電平都允許有低電平都允許有一定的變化范圍一定的變化范圍一般采用一般采用正邏輯正邏輯Forward6.1概述概述電路中的高、低電平都有一定的范電路中的高、低電平都有一定的范圍，而不是固定的值！圍，而不是固定的值！10100VVcc V V門(mén)門(mén)(電子開(kāi)關(guān)電子開(kāi)關(guān))滿足一定條件時(shí)，電路允滿足一定條件時(shí)，電路允 許許信號(hào)通過(guò)信號(hào)通過(guò) 開(kāi)關(guān)接通開(kāi)關(guān)接通 。開(kāi)門(mén)狀態(tài)：開(kāi)門(mén)狀態(tài)：關(guān)門(mén)狀態(tài)：關(guān)門(mén)狀態(tài)：條件不滿足時(shí)，信號(hào)通不過(guò)條

4、件不滿足時(shí)，信號(hào)通不過(guò) 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)斷開(kāi) 。6.1概述概述門(mén)門(mén)（種類）（種類）半導(dǎo)體二極管門(mén)電路半導(dǎo)體二極管門(mén)電路TTLTTL門(mén)電路門(mén)電路CMOSCMOS門(mén)電路門(mén)電路PMOS和NMOS電路 (略)其他類型的雙極型數(shù)字集成電路 (略)開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)作用作用二極管二極管反向截止：反向截止：開(kāi)關(guān)接通開(kāi)關(guān)接通開(kāi)關(guān)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)三極管三極管(C,E)飽和區(qū)：飽和區(qū)： 截止區(qū)：截止區(qū)：開(kāi)關(guān)接通開(kāi)關(guān)接通CEB開(kāi)關(guān)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)斷開(kāi) 正向?qū)ǎ赫驅(qū)ǎ?CEB1. 晶體管的放大作用晶體管的放大作用附：附： 晶體管電流分配及放大原理晶體管電流分配及放大原理uiuoRB+UCCRCC1C2ibicie T工作在放大區(qū)時(shí)，工作

5、在放大區(qū)時(shí)， iC= iBOuCEiCIB=0IB3IB2IB1IB3 IB2 IB10截止截止飽和飽和放大放大NPNbce2. 晶體管的開(kāi)關(guān)作用晶體管的開(kāi)關(guān)作用附：附： 晶體管電流分配及放大原理晶體管電流分配及放大原理uiuoRB+UCCRCC1C2ibicie T工作在截止區(qū)時(shí)，工作在截止區(qū)時(shí)， 0ci T工作在飽和區(qū)時(shí)，工作在飽和區(qū)時(shí)， maxcciiOuCEiCIB=0IB3IB2IB1IB3 IB2 IB10截止截止飽和飽和放大放大NPNbce6.26.2半導(dǎo)體二極管門(mén)電路半導(dǎo)體二極管門(mén)電路u理想開(kāi)關(guān)特性的靜態(tài)特性：理想開(kāi)關(guān)特性的靜態(tài)特性：閉合時(shí)電阻為閉合時(shí)電阻為0 0 實(shí)際上開(kāi)關(guān)閉

6、合時(shí)總是有一個(gè)很小的電阻，斷開(kāi)時(shí)電實(shí)際上開(kāi)關(guān)閉合時(shí)總是有一個(gè)很小的電阻，斷開(kāi)時(shí)電阻不可能為阻不可能為，轉(zhuǎn)換過(guò)程總要花一定的時(shí)間。，轉(zhuǎn)換過(guò)程總要花一定的時(shí)間。開(kāi)關(guān)動(dòng)作在瞬間完成開(kāi)關(guān)動(dòng)作在瞬間完成斷開(kāi)時(shí)電阻為斷開(kāi)時(shí)電阻為二極管具有單向?qū)щ娦远O管具有單向?qū)щ娦远O管加正向電壓時(shí)導(dǎo)通，可以近似看作是一個(gè)閉合的開(kāi)關(guān)二極管加正向電壓時(shí)導(dǎo)通，可以近似看作是一個(gè)閉合的開(kāi)關(guān)二極管加反向電壓時(shí)截止，可以近似看作是一個(gè)斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)二極管加反向電壓時(shí)截止，可以近似看作是一個(gè)斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)的等效電路導(dǎo)通時(shí)的等效電路截止時(shí)的等效電路截止時(shí)的等效電路+-+u半導(dǎo)體二極管的開(kāi)關(guān)特性：u半導(dǎo)體二極管的開(kāi)關(guān)特性： VI=VIH

7、 D截止，VO=VOH=VCC VI=VIL D導(dǎo)通，VO=VOL=0.7V高電平：VIH=VCC低電平：VIL=0 可以用可以用VI的高、低電平的高、低電平控制二極管控制二極管D 的開(kāi)關(guān)狀的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并在輸出端態(tài)，并在輸出端Vo輸出輸出相應(yīng)的高、低電平信號(hào)相應(yīng)的高、低電平信號(hào)p 靜態(tài)特性靜態(tài)特性伏安特性伏安特性加正向電壓時(shí)導(dǎo)通，伏安特性很陡，壓降很小（硅管：加正向電壓時(shí)導(dǎo)通，伏安特性很陡，壓降很?。ü韫埽?.7V0.7V，鍺管，鍺管0.6V0.6V）加反向電壓時(shí)截止，截止后的伏安特性具有飽和特性（反向電流幾乎不加反向電壓時(shí)截止，截止后的伏安特性具有飽和特性（反向電流幾乎不隨反向電壓的增大而增

8、大）且反向電流很?。S反向電壓的增大而增大）且反向電流很?。╪AnA級(jí)），級(jí)）， IF 0.5 0.7iD(mA) uD(V)伏安特性UBR0UiVON時(shí)，二時(shí)，二極管導(dǎo)通。極管導(dǎo)通。6.2半導(dǎo)體二極管門(mén)電路從伏安特性可見(jiàn)，二極管的正向電阻不是從伏安特性可見(jiàn)，二極管的正向電阻不是0 0，反向電阻也不是無(wú)窮大。，反向電阻也不是無(wú)窮大。VON：開(kāi)啟電壓：開(kāi)啟電壓可見(jiàn)，二極管在電路中表現(xiàn)為一個(gè)可見(jiàn)，二極管在電路中表現(xiàn)為一個(gè)受外加電壓受外加電壓V Vi i控制的開(kāi)關(guān)控制的開(kāi)關(guān)。當(dāng)外。當(dāng)外加電壓加電壓V Vi i為一脈沖信號(hào)時(shí)，二極管將隨著脈沖電壓的變化在為一脈沖信號(hào)時(shí)，二極管將隨著脈沖電壓的變化在“開(kāi)

9、開(kāi)”態(tài)與態(tài)與“關(guān)關(guān)”態(tài)之間轉(zhuǎn)換。這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程就是二極管開(kāi)關(guān)的態(tài)之間轉(zhuǎn)換。這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程就是二極管開(kāi)關(guān)的動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)特性特性。 p 三種近似方法：三種近似方法：6.2半導(dǎo)體二極管門(mén)電路rD:正向電阻正向電阻存儲(chǔ)時(shí)間p 動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性( (略略) ) 當(dāng)當(dāng)uI 為一矩形電壓時(shí)為一矩形電壓時(shí)電流波形的不夠陡峭（不理想）電流波形的不夠陡峭（不理想）tt00漏電流iDuIuIiD上升時(shí)間二極管二極管VDVD的電流的變化過(guò)程的電流的變化過(guò)程上升時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間都很小，基本上由二極管的制作工藝決定；上升時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間都很小，基本上由二極管的制作工藝決定；存儲(chǔ)時(shí)間與正向電流，反向電壓有關(guān)。存儲(chǔ)時(shí)間與正向電流，反向電

10、壓有關(guān)。VDR這就限制了二極管的最高工作頻率6.2半導(dǎo)體二極管門(mén)電路反向恢復(fù)時(shí)間 內(nèi)部電路是什么樣的，如何實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的邏輯功能？?jī)?nèi)部電路是什么樣的，如何實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的邏輯功能？?jī)?nèi)部電路不同，邏輯功能相同，如何正確使用？?jī)?nèi)部電路不同，邏輯功能相同，如何正確使用？問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出與非門(mén)與非門(mén)的邏輯功能：的邏輯功能： 輸入有輸入有“0”，輸出為，輸出為“1” 輸入全為輸入全為“1”，輸出才為，輸出才為“0”F1=AB +VCC(+5V) R 3k Y D1 A D2 B 3V 0V ABY &A BY0 00 11 01 10001Y=AB6.1半導(dǎo)體二極管門(mén)電路u 二極管與門(mén)二極管與門(mén)&am

11、p;規(guī)定規(guī)定3V3V以上為以上為1 10V0V以下為以下為0 0 A D1 B D2 3V 0V Y R 3k ABY 1A BY0 00 11 01 10111Y=A+B6.1半導(dǎo)體二極管門(mén)電路u 二極管或門(mén)二極管或門(mén)1規(guī)定規(guī)定2.3V2.3V以上為以上為1 10V0V以下為以下為0 0 高低電平偏移高低電平偏移 0.7V1. 4Vu 分立元件門(mén)電路存在的問(wèn)題分立元件門(mén)電路存在的問(wèn)題2.1V既非高電平也非低電平VCC=5VVCC=5VVCC=5V3V3V3V0V3V0V3V3V00001116.1半導(dǎo)體二極管門(mén)電路只能用于只能用于ICIC內(nèi)部電路內(nèi)部電路 雙極型三極管的開(kāi)關(guān)特性雙極型三極管的

12、開(kāi)關(guān)特性( (掌握）掌握） TTLTTL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( (理解理解) ) TTLTTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性( (理解理解) ) TTLTTL反相器的動(dòng)態(tài)特性反相器的動(dòng)態(tài)特性( (理解理解) ) 其他類型的其他類型的TTLTTL門(mén)電路門(mén)電路( (了解了解) )TTLTTL門(mén)電路門(mén)電路u雙極型三極管的結(jié)構(gòu)雙極型三極管的結(jié)構(gòu)管芯管芯 + 三個(gè)引出電極三個(gè)引出電極 + 外殼外殼雙極型半導(dǎo)體三極管的開(kāi)關(guān)特性基區(qū)薄低摻雜發(fā)射區(qū)高摻雜集電區(qū)低摻雜u雙極型半導(dǎo)體三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)摻雜摻雜：在在本征半導(dǎo)本征半導(dǎo)體中摻入體中摻入少量的雜

13、少量的雜質(zhì)元素，質(zhì)元素，從而改善從而改善半導(dǎo)體的半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。導(dǎo)電性能。半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管(Transistor)的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)N型硅PNuNPN型三極管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)型三極管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)c集電極集電極Collector發(fā)射極發(fā)射極Emittereb基極基極Base集電區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)E結(jié)結(jié)集電結(jié)集電結(jié)C結(jié)結(jié)簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化cBeC結(jié)結(jié)E結(jié)結(jié)NPNecb 半導(dǎo)體三極管又稱雙極型晶體管半導(dǎo)體三極管又稱雙極型晶體管,它的基本組成部分是兩個(gè)靠得它的基本組成部分是兩個(gè)靠得很近且背對(duì)背排列的很近且背對(duì)背排列的PN結(jié)。根據(jù)排列方式不同，可分為結(jié)。根據(jù)排列方式不同，可分為NPN和和PN

14、P兩種類型。兩種類型。結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)特特點(diǎn)點(diǎn)發(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠(yuǎn)大于基發(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)的摻雜濃度區(qū)的摻雜濃度基區(qū)很薄基區(qū)很薄(m 數(shù)量級(jí)數(shù)量級(jí)),摻摻雜濃度最低；雜濃度最低；集電結(jié)面積大于發(fā)射結(jié)集電結(jié)面積大于發(fā)射結(jié)雙極型半導(dǎo)體三極管的摻雜 摻雜：摻雜：在本征半導(dǎo)體中摻入少量的雜質(zhì)元素，從而改變半在本征半導(dǎo)體中摻入少量的雜質(zhì)元素，從而改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。 N N型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：在純凈的硅（或鍺）晶體中摻入少量的在純凈的硅（或鍺）晶體中摻入少量的5 5價(jià)雜價(jià)雜質(zhì)元素（如質(zhì)元素（如磷磷P P、砷、砷AsAs、銻、銻SbSb等），形成等），形成N N型半導(dǎo)體；型半導(dǎo)體； P P

15、型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：在純凈的硅（或鍺）晶體中摻入少量的在純凈的硅（或鍺）晶體中摻入少量的3 3價(jià)雜價(jià)雜質(zhì)元素（如硼質(zhì)元素（如硼B(yǎng) B、鋁、鋁AlAl、鎵、鎵GaGa等），形成等），形成P P型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。 載流子載流子：運(yùn)載電荷的粒子，包括帶負(fù)電的自由電子和帶正：運(yùn)載電荷的粒子，包括帶負(fù)電的自由電子和帶正電的空穴。電的空穴。 發(fā)射區(qū)高摻雜發(fā)射區(qū)高摻雜：以便于產(chǎn)生較多的載流子。：以便于產(chǎn)生較多的載流子。 基區(qū)薄低摻雜基區(qū)薄低摻雜，有利于發(fā)射區(qū)載流子穿過(guò)基區(qū)到達(dá)集電區(qū)；，有利于發(fā)射區(qū)載流子穿過(guò)基區(qū)到達(dá)集電區(qū)； 集電區(qū)低摻雜，但面積大集電區(qū)低摻雜，但面積大，以保證盡可能多地收集到從發(fā)，以保證盡

16、可能多地收集到從發(fā)射區(qū)發(fā)出的載流子。射區(qū)發(fā)出的載流子。圖圖2.2.5 2.2.5 雙極型三極管的兩種類型雙極型三極管的兩種類型 ( (a)NPNa)NPN型型 ( (b)b)PNPPNP型型u雙極型三極管的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)u1. 1. 雙極型三極管雙極型三極管T的放大特性的放大特性 uiuoRB+UCCRCC1C2ibicie T工作在放大區(qū)時(shí)，工作在放大區(qū)時(shí)， iC= iBOuCEiCIB=0IB3IB2IB1IB3 IB2 IB10截止截止飽和飽和放大放大NPNbce+ UBE - (a)輸入特性曲線輸入特性曲線 (b)輸出特性曲線輸出特性曲線返回返回雙極型三極管的特性曲線u輸入特性和輸出特性VO

17、N:開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓:硅三級(jí)管：硅三級(jí)管： VON =0.5V 0.7V 鍺三極管：鍺三極管： VON =0.2V0.3V T工作在放大區(qū)時(shí)，工作在放大區(qū)時(shí)， iC= iBuiuoRB+UCCRCC1C2ibicie T工作在截止區(qū)時(shí)，工作在截止區(qū)時(shí)， 0ci T工作在飽和區(qū)時(shí)，工作在飽和區(qū)時(shí)， maxcciiOuCEiCIB=0IB3IB2IB1IB3 IB2 IB10截止截止飽和飽和放大放大NPNbce2.雙極型三極管的開(kāi)關(guān)特性三極管三極管CECE之間相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)：在飽和區(qū)之間相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)：在飽和區(qū)“閉合閉合”，截止區(qū)，截止區(qū)“斷斷開(kāi)開(kāi)”三極管是電流控制的電流源，在模擬電路中，工作在三

18、極管是電流控制的電流源，在模擬電路中，工作在放大區(qū)放大區(qū)在數(shù)字電路中工作在飽和區(qū)或截止區(qū)在數(shù)字電路中工作在飽和區(qū)或截止區(qū)開(kāi)關(guān)狀態(tài)開(kāi)關(guān)狀態(tài)飽和區(qū)截止區(qū)放放大大區(qū)區(qū)雙極型三極管的開(kāi)關(guān)特性p 輸入特性和輸出特性vonl 三極管的三種工作狀態(tài)三極管的三種工作狀態(tài) （1 1）截止?fàn)顟B(tài)）截止?fàn)顟B(tài)：當(dāng)當(dāng)V VI I小于三極管發(fā)射結(jié)死區(qū)電壓小于三極管發(fā)射結(jié)死區(qū)電壓( (V VONON) )時(shí)，時(shí)，I IB B00，I IC C00，V VCECEV VCCCC，三極管工作在截止區(qū)，對(duì)應(yīng)圖中的，三極管工作在截止區(qū)，對(duì)應(yīng)圖中的A A點(diǎn)。點(diǎn)。 三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)的條件為：發(fā)射結(jié)反偏或小于死區(qū)電壓三極管工作在截止?fàn)?/p>

19、態(tài)的條件為：發(fā)射結(jié)反偏或小于死區(qū)電壓. . ( V( VBEBEV10 門(mén)電路u集成邏輯門(mén)電路的分類集成邏輯門(mén)電路的分類TTL (Transistor-Transistor Logic)： 以以雙極型三極管雙極型三極管作為開(kāi)關(guān)器件作為開(kāi)關(guān)器件CMOS (Complementary 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：電路速度較快，功耗較大電路速度較快，功耗較大CMOS：電路速度慢，功耗很低電路速度慢，功耗很低TTL集成門(mén)電路概述DTLTTLH-TT

20、LL-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(shí)間和平均功耗有差異。平均傳輸延遲時(shí)間和平均功耗有差異。相同：相同：其他參數(shù)和外引線彼此相容，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相其他參數(shù)和外引線彼此相容，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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：TTL集成門(mén)電路概述6.5.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理所有的所有的TTLTTL電路工作電壓都是電路工作電壓都是5V5V。反相器是最簡(jiǎn)單的TT

21、L集成門(mén)電路。(1) (1) 輸入級(jí)：輸入級(jí)： 輸入級(jí)由三極管輸入級(jí)由三極管T T1 1、 D D1 1和電阻和電阻R R1 1 組成；組成；(2) (2) 中間級(jí)：中間級(jí)： 中間級(jí)由中間級(jí)由T T2 2、 R R2 2和和R R3 3組成。組成。T T2 2的集電極和發(fā)射極輸出兩的集電極和發(fā)射極輸出兩個(gè)相位相反的信號(hào)，作為個(gè)相位相反的信號(hào)，作為T(mén) T4 4和和T T5 5的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；(3) (3) 輸出級(jí)：輸出級(jí)： 輸出級(jí)由輸出級(jí)由D D2 2、T T4 4、T T5 5和和R R4 4組成，這種電路形式稱為組成，這種電路形式稱為推拉推拉式電路式電路。TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作

22、原理（1）輸入低電平輸入低電平0.2V 時(shí)時(shí)T1發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，VB1=0.9V，所以，所以T2、T5都截止。由于都截止。由于T2截止，流過(guò)截止，流過(guò)R2的的電流較小，可以忽略，所以電流較小，可以忽略，所以VB4VCC=5V ，使，使T4和和D2導(dǎo)通，則有：導(dǎo)通，則有： VOVCC-VBE4-VD=5-0.7-0.7=3.6（V） 。關(guān)態(tài)關(guān)態(tài)實(shí)現(xiàn)了非門(mén)的邏輯功能之一實(shí)現(xiàn)了非門(mén)的邏輯功能之一： 輸入為低電平時(shí)，輸入為低電平時(shí)， 輸出為高電平。輸出為高電平。TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理（2）輸入為高電平）輸入為高電平3.4V時(shí)時(shí) T2、T5導(dǎo)通，導(dǎo)通，VB1=0.73=2.1（V ），

23、），由于由于T5飽和導(dǎo)通，輸出電壓為：飽和導(dǎo)通，輸出電壓為：VO=VCES50.3V, 開(kāi)態(tài)開(kāi)態(tài)實(shí)現(xiàn)了非門(mén)的邏輯功能的另一方面：實(shí)現(xiàn)了非門(mén)的邏輯功能的另一方面：輸入為高電平時(shí)，輸出為低電平。輸入為高電平時(shí)，輸出為低電平。綜合上述兩種情況，該電路綜合上述兩種情況，該電路滿足非的邏輯功能，即：滿足非的邏輯功能，即：FA=TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理TTLTTL非門(mén)舉例非門(mén)舉例74LS0474LS0474LS0474LS04是一種典型的是一種典型的TTLTTL非門(mén)器件，內(nèi)部含有非門(mén)器件，內(nèi)部含有6 6個(gè)非門(mén)，共個(gè)非門(mén)，共有有1414個(gè)引腳。引腳排列圖如圖所示。個(gè)引腳。引腳排列圖如圖所示。 14

24、13 12 11 10 9 8 74LS04 1 2 3 4 5 6 7 VCC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND 6 反相器 74LS04 的引腳排列圖 1. 1.與非門(mén)與非門(mén)其他類型的TTL門(mén)電路u 其他邏輯功能門(mén)電路其他邏輯功能門(mén)電路（1 1）有一個(gè)輸入端輸入低電平）有一個(gè)輸入端輸入低電平TTL“與非門(mén)”集成電路（2 2） 兩個(gè)輸入高電平兩個(gè)輸入高電平2.1VVV3.4V3.4VT2飽和飽和T5深度飽和深度飽和0.7V1.0VD3，T4截止截止0.3VABY+5VT1T2D3T4T5R1R2R3R44k1.6k130W W1kTTL“與非門(mén)”

25、集成電路BAYA BY0 00 11 01 11110功能表功能表真值表真值表邏輯表達(dá)式邏輯表達(dá)式TTL“與非門(mén)”集成電路TTL“與非門(mén)”集成電路74LS00 的引腳排列圖VCC 3A 3B 3Y 4A 4B 4Y 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND 14 13 12 11 10 9 874LS20 1 2 3 4 5 6 7VCC 2A 2B NC 2C 2D 2Y 1A 1B NC 1C 1D 1Y GND74LS20 的引腳排列圖 14 13 12 11 10 9 874LS00 1 2 3 4 5 6 774LS00內(nèi)含4個(gè)2輸入與非門(mén)，74LS20內(nèi)含2個(gè)4輸入與非門(mén)。A A

26、、B B中只要有一個(gè)為中只要有一個(gè)為1 1，即高電平，如A1，則iB1就會(huì)經(jīng)過(guò)T1集電結(jié)流入T2基極，使T2、T5飽和導(dǎo)通，輸出為低電平，即輸出為低電平，即Y Y0 0。A AB B0 0時(shí)時(shí)，iB1、iB1均分別流入T1、T1發(fā)射極，使T2、T2、T5均截止，D3、T4導(dǎo)通，輸出為高電平，即Y Y1 1。BAY 2. TTL或非門(mén)其他類型的TTL門(mén)電路 14 13 12 11 10 9 8 74LS51 1 2 3 4 5 6 7 VCC 2B 2C 2D 2E 2F 2Y 2A 1A 1B 1C 1D 1Y GND 74LS51 的引腳排列圖 T4 A B C D R1 T3 T2 T1

27、Y R4 +VCC T5 R2 R3 R5 T2 T1 R1 TTL 與或非門(mén)電路 A和B都為高電平（T2導(dǎo)通）、或C和D都為高電平（T2導(dǎo)通）時(shí)，T5飽和導(dǎo)通、T4截止，輸出Y=0。A和B不全為高電平、并且C和D也不全為高電平（T2和T2同時(shí)截止）時(shí)，T5截止、T4飽和導(dǎo)通，輸出Y=1。DCBAY3.TTL與或非門(mén)其他類型的TTL門(mén)電路A和B都為高電平時(shí)，T6、 T9導(dǎo)通， T8截止，輸出Y=0；反之，A和B都為低電平時(shí)， T4 、T5截止，使T7 、T9導(dǎo)通，輸出Y=0。A和B不同時(shí)、 T1飽和導(dǎo)通， T6截止，又A、B中必有一個(gè)高電平，使T4 、T5中有一個(gè)導(dǎo)通，使T7截止， T6、 T

28、7同時(shí)截止后，使T8導(dǎo)通， T9截止，輸出Y=1。YAB4.TTL異或門(mén)其他類型的TTL門(mén)電路 (略)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 &AF1 R11AF2 R解解: :“0” “1” 其他類型的TTL門(mén)電路u 輸入端負(fù)載特性輸入端負(fù)載特性 在具體使用門(mén)電路時(shí)，往往需要在輸入端與地之間或者輸入端與信號(hào)之間接入電阻，如圖所示。TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性 保證門(mén)的輸入為邏輯保證門(mén)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: :0.8KW（1）關(guān)門(mén)電阻）關(guān)門(mén)電阻 offR（2）開(kāi)門(mén)電阻）開(kāi)門(mén)電阻 ONR 保證門(mén)的輸入為邏輯保證門(mén)的輸入為邏

29、輯“1 1”的最小電阻值的最小電阻值. .典型值典型值: :2KW&F1 Rp（3）懸空相當(dāng)于接高電平；）懸空相當(dāng)于接高電平； 101AFAAF11AAF02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 &AF1 R11AF2 R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”懸懸空空”, ,等效為什么等效為什么? ?其他類型的TTL門(mén)電路例：在使用常用TTL門(mén)電路時(shí)，會(huì)遇到多余輸入端的問(wèn)題，處理方法是：&AABAB&YBUCCABYUCCYYABABBYABABY1ABABBY.1YABAB與門(mén)

30、、與非門(mén)的處理辦法是一樣的，并聯(lián)使用或接電源其他類型的TTL門(mén)電路例：在使用常用TTL門(mén)電路時(shí)，會(huì)遇到多余輸入端的問(wèn)題，處理方法是：BAAB11ABY111111YYBABABAY0BABBAYBABAY0或門(mén)、或非門(mén)的處理辦法是一樣的，并聯(lián)使用或接地其他類型的TTL門(mén)電路YABBAB 在工程實(shí)踐中，有時(shí)需要將幾個(gè)門(mén)的輸出端并聯(lián)使用，以實(shí)現(xiàn)與邏輯，稱為線與。普通的TTL門(mén)電路不能進(jìn)行線與。 TTL與非門(mén)直接線與的情況其他類型的TTL門(mén)電路u 集電極開(kāi)路的門(mén)電路（集電極開(kāi)路的門(mén)電路（OCOC門(mén)）門(mén)） 與非門(mén)的線與連接圖與非門(mén)的線與連接圖 為此，專門(mén)生產(chǎn)了一種可以進(jìn)行線與的門(mén)為此，專門(mén)生產(chǎn)了一種可

31、以進(jìn)行線與的門(mén)電路電路集電極開(kāi)路門(mén)集電極開(kāi)路門(mén)。1、推拉式輸出電路結(jié)構(gòu)的局限性 輸出電平不可調(diào) 負(fù)載能力不強(qiáng)，尤其是高電平輸出 輸出端不能并聯(lián)使用 OC門(mén)其他類型的TTL門(mén)電路此時(shí)負(fù)載電流此時(shí)負(fù)載電流可能很大可能很大OC(Open Collector)門(mén)， 其電路及符號(hào)如圖所示。其他類型的TTL門(mén)電路以集電極開(kāi)路的與非門(mén)為例，就是原與非門(mén)去掉T4 、D2的集電極內(nèi)部開(kāi)路。（這樣就可以驅(qū)動(dòng)一些小型的繼電器）實(shí)際上這種電路必須接上拉電阻才能工作，實(shí)際上這種電路必須接上拉電阻才能工作，負(fù)載的電源負(fù)載的電源U UCC2CC2一般可工作在一般可工作在1230V1230V。557407:40/30OCTT

32、SNmAV輸出端為三極管，可承受較大電壓、電流，如與”輸出端并聯(lián)可實(shí)現(xiàn)“線 T5的集電極是斷開(kāi)的，必須經(jīng)外接電阻RL接通電源后，電路才能實(shí)現(xiàn)與非邏輯及線與功能。 圖是實(shí)現(xiàn)線與邏輯的OC門(mén)， 其邏輯表達(dá)式為其他類型的TTL門(mén)電路12()YYYY、有一個(gè)低， 即為低，只有兩者同高， 才為高1 2YYYAB CDABCD（1 1）實(shí)現(xiàn)線與）實(shí)現(xiàn)線與電路如右圖所示，邏輯關(guān)系為電路如右圖所示，邏輯關(guān)系為: :p 0C0C門(mén)主要有以下幾方面的應(yīng)用：門(mén)主要有以下幾方面的應(yīng)用：（2 2）實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換）實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換如圖示，可使輸出高電平變?yōu)槿鐖D示，可使輸出高電平變?yōu)?0V10V。（3 3）用做驅(qū)動(dòng)器）用做驅(qū)動(dòng)器

33、如圖是用來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管的電路。如圖是用來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管的電路。其他類型的TTL門(mén)電路1 2YYYAB CD線與線與)(,ZVVOHOL，高阻輸出有三個(gè)狀態(tài)：u 三態(tài)門(mén)（三態(tài)門(mén)（TSTS門(mén)）門(mén)）0.7V0.9V截止截止截止截止(1)0,1,(2)1,0,( 45ENPDYABENPDTTYZ截止，為“工作狀態(tài)”導(dǎo)通，為“高阻狀態(tài)”、都截止）5V0.2V0V)(,ZVVOHOL，高阻輸出有三個(gè)狀態(tài)：u 三態(tài)門(mén)（三態(tài)門(mén)（TSTS門(mén)）門(mén)）0.7V2.1V？截止截止截止截止(1)0,1,(2)1,0,( 45ENPDYABENPDTTYZ截止，為“工作狀態(tài)”導(dǎo)通，為“高阻狀態(tài)”、都截止）5V3.4V3

34、.4V0V0.7Vp TSL門(mén)典型的應(yīng)用： 三態(tài)門(mén)在計(jì)算機(jī)總線結(jié)構(gòu)中有著廣泛的應(yīng)用。其他類型的TTL門(mén)電路（a）組成單向總線，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分時(shí)單向傳送.分時(shí)控制電路依次使三態(tài)門(mén)分時(shí)控制電路依次使三態(tài)門(mén)G G0 0、 G G1 1 G G7 7使能（且任意時(shí)刻使能使能（且任意時(shí)刻使能一個(gè)）一個(gè)） ，就將，就將D D0 0、 D D1 1 D D7 7（以反碼的形式）分時(shí)送到總線上（以反碼的形式）分時(shí)送到總線上 1EN 1EN 1EN分時(shí)控制電路D0D1D7G0G1G7在一些復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)中（如計(jì)算機(jī)）為了減少各單元電路之間的連線，使用了“總線” 0D1D7D0 1 11 0 11 1 0總線(b)

35、組成雙向總線，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分時(shí)雙向傳送其他類型的TTL門(mén)電路 (略)當(dāng)E=0時(shí)，門(mén)1工作，門(mén)2禁止，數(shù)據(jù)從A送到B；E=1時(shí)，門(mén)1禁止，門(mén)2工作，數(shù)據(jù)從B送到A。三態(tài)門(mén)的用途TTLTTL系列集成電路及主要參數(shù)系列集成電路及主要參數(shù)74 ：標(biāo)準(zhǔn)系列，前面介紹的TTL門(mén)電路都屬于74系列，其典型電路非門(mén)的平均傳輸時(shí)間tpd10ns，平均功耗P10mW。74H ：高速系列，是在74系列基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的，其典型電路非門(mén)的平均傳輸時(shí)間tpd6ns，平均功耗P22mW。74S ：肖特基系列，是在74H系列基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的，其典型電路非門(mén)的平均傳輸時(shí)間tpd4ns，平均功耗P20mW。74LS ：低功耗肖特基

36、系列，是在74S系列基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的，其典型電路與非門(mén)的平均傳輸時(shí)間tpd10ns，平均功耗P2mW。74LS系列產(chǎn)品具有最佳的綜合性能，是TTL集成電路的主流，是應(yīng)用最廣的系列。說(shuō)明：只要說(shuō)明：只要的數(shù)字相同邏輯功能就相同的數(shù)字相同邏輯功能就相同CMOSCMOS集成電路是集成電路家族中的后起之秀。集成電路是集成電路家族中的后起之秀。它以它以MOSMOS管作為開(kāi)關(guān)元件管作為開(kāi)關(guān)元件，由于，由于MOSMOS管的輸入電阻極高管的輸入電阻極高（可達(dá)（可達(dá)10101010以上），是一種以上），是一種電壓控制型電壓控制型器件，故器件，故MOSMOS電電路具有路具有功耗低功耗低的明顯特征。的明顯特征。在速

37、度要求不高的場(chǎng)合中，在速度要求不高的場(chǎng)合中，CMOSCMOS電路已基本取代電路已基本取代TTLTTL電路。電路。高速的高速的CMOSCMOS器件也被廣泛應(yīng)用，目前市面上的器件也被廣泛應(yīng)用，目前市面上的74HC74HC系列系列的的CMOSCMOS器件，其平均傳輸延遲時(shí)間約器件，其平均傳輸延遲時(shí)間約9ns9ns，與，與TTLTTL的的74LS74LS系列的傳輸延遲時(shí)間相當(dāng)，并且系列的傳輸延遲時(shí)間相當(dāng)，并且74HC74HC系列器件的管腳、系列器件的管腳、功能與功能與74LS74LS兼容，在應(yīng)用兼容，在應(yīng)用74LS74LS系列器件的場(chǎng)合都可用系列器件的場(chǎng)合都可用74HC74HC系列代替。系列代替。低功

38、耗器件不僅在便攜式設(shè)備或儀器中廣泛應(yīng)用，而且低功耗器件不僅在便攜式設(shè)備或儀器中廣泛應(yīng)用，而且低功耗器件的使用壽命也長(zhǎng)于高功耗器件，因此，低功耗器件的使用壽命也長(zhǎng)于高功耗器件，因此，在數(shù)在數(shù)字電子技術(shù)中字電子技術(shù)中CMOSCMOS器件是數(shù)字集成電路發(fā)展的主流。器件是數(shù)字集成電路發(fā)展的主流。 6.3 CMOS門(mén)電路 場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體三極管是僅由一種載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體三極管是僅由一種載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件，是一種用輸入電壓控制輸出電流的的半導(dǎo)體器件器件，是一種用輸入電壓控制輸出電流的的半導(dǎo)體器件。 （通過(guò)柵極所加電壓來(lái)控制（通過(guò)柵極所加電壓來(lái)控制MOSMOS管的導(dǎo)通和截止）管的導(dǎo)通和

39、截止） MOS MOS管是金屬氧化物半導(dǎo)體又稱為管是金屬氧化物半導(dǎo)體又稱為絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)三極管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)三極管（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transisteor, MOSFETMetal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transisteor, MOSFET） MOS MOS管分為管分為增強(qiáng)型增強(qiáng)型和和耗盡型耗盡型兩大類，從參與導(dǎo)電兩大類，從參與導(dǎo)電的載流子來(lái)劃分的載流子來(lái)劃分，每類又有每類又有N N溝道溝道和和P P溝道溝道之分；它們之分；它們的工作原理基本相同。的工作原理基本相同。6.3.1MOS管開(kāi)

40、關(guān)特性u(píng) MOS管概念一、MOS管的結(jié)構(gòu)S (Source)：源極G (Gate)：柵極D (Drain)：漏極B (Substrate):襯底金屬層氧化物層半導(dǎo)體層PN結(jié)6.3.1 MOS管開(kāi)關(guān)特性u(píng) MOSD管的結(jié)構(gòu)與工作原理通過(guò)通過(guò)柵極柵極所加電壓來(lái)控所加電壓來(lái)控制制MOS管的導(dǎo)通和截止管的導(dǎo)通和截止6.3.1 MOS管開(kāi)關(guān)特性u(píng)增強(qiáng)型增強(qiáng)型NMOSNMOS管基本開(kāi)關(guān)電路管基本開(kāi)關(guān)電路P型襯底BSiO2N+N+SDG 取一塊P型半導(dǎo)體作為襯底,用B表示。 用氧化工藝生成一層SiO2 薄膜絕緣層。 用光刻工藝腐蝕出兩個(gè)孔。擴(kuò)散兩個(gè)高摻雜的N型區(qū)。從而形成兩個(gè)PN結(jié)。（綠色部分）從N型區(qū)引出電極，一個(gè)是漏極D,一個(gè)是源極S。在源極和漏極之間的絕緣層上鍍一層金屬鋁作為柵極G。p N溝道增強(qiáng)型MOSFET的結(jié)構(gòu)和符號(hào)DGSBDGSBu漏極特性曲線（分三個(gè)區(qū)域）截止區(qū)恒流區(qū)可變電阻區(qū)MOS管的輸入特性和輸出特性MOS管的基本開(kāi)關(guān)電路()()0IILGSOOHDDIIHGSOOLIVVVthTVVVVVVthTVVMOSDSV 當(dāng)截止當(dāng)導(dǎo)通所以管間相當(dāng)于一