數(shù)電第三章邏輯門電路

1、教教 學(xué)學(xué) 基基 本本 要要 求求1、了解半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性。、了解半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性。2、掌握基本邏輯門、三態(tài)門、集電極開路門的邏、掌握基本邏輯門、三態(tài)門、集電極開路門的邏輯功能。輯功能。3、掌握邏輯門的主要參數(shù)及在應(yīng)用中的接口問題。、掌握邏輯門的主要參數(shù)及在應(yīng)用中的接口問題。0 概述概述1.邏輯門電路：用以實(shí)現(xiàn)基本和常用邏輯運(yùn)算的電子電路。邏輯門電路：用以實(shí)現(xiàn)基本和常用邏輯運(yùn)算的電子電路?；竞统Ｓ瞄T電路有與門、或門、非門（反相器）、與非門、或基本和常用門電路有與門、或門、非門（反相器）、與非門、或非門、與或非門和異或門等。非門、與或非門和異或門等。 本章重點(diǎn)介紹邏輯運(yùn)算的物理實(shí)現(xiàn)電路

2、。本章重點(diǎn)介紹邏輯運(yùn)算的物理實(shí)現(xiàn)電路。2.邏輯邏輯0和邏輯和邏輯1：0和和1在邏輯代數(shù)中代表的兩種不同的狀態(tài)。在邏輯代數(shù)中代表的兩種不同的狀態(tài)。在電子電路中用高、低電平來表示。在電子電路中用高、低電平來表示。 正邏輯：正邏輯：1 1表示高電平，表示高電平， 0 0表示低電平表示低電平 負(fù)邏輯：負(fù)邏輯：0 0表示高電平，表示高電平， 1 1表示低電平表示低電平高高/低電平都允許有一定的變化范圍低電平都允許有一定的變化范圍3.3.獲得高、低電平的基本方法：利用半導(dǎo)體開關(guān)元件的導(dǎo)通、獲得高、低電平的基本方法：利用半導(dǎo)體開關(guān)元件的導(dǎo)通、截止（即開、關(guān)）兩種工作狀態(tài)。截止（即開、關(guān)）兩種工作狀態(tài)。1 二

3、極管邏輯門電路二極管邏輯門電路1.1 二極管的開關(guān)特性二極管的開關(guān)特性1.2 二極管與門二極管與門1.3 二極管或門二極管或門1.4 二極管門電路的優(yōu)、缺點(diǎn)二極管門電路的優(yōu)、缺點(diǎn)1.1 二極管的開關(guān)特性二極管的開關(guān)特性1.二極管符號：二極管符號：2.二極管的伏安特性：二極管的伏安特性：當(dāng)電壓當(dāng)電壓ui0.7V 二極管導(dǎo)通后，二極管導(dǎo)通后，uD= 0.7V iD=（ui-0.7）/R當(dāng)電壓當(dāng)電壓ui0.7V 二極管截止，處于斷開狀態(tài)二極管截止，處于斷開狀態(tài) iD=0V正極負(fù)極 uD D iD iD + ui + uD R D 開關(guān)電路 限流電阻限流電阻 + ui RL +uo D開關(guān)電路3.二極

4、管的開關(guān)電路的等效電路二極管的開關(guān)電路的等效電路 RL + ui=0V + uo D ui=0V 時(shí)的等效電路 ui0V時(shí)，二極管截止，如時(shí)，二極管截止，如同開關(guān)斷開，同開關(guān)斷開，uo0V。ui5V時(shí)，二極管導(dǎo)通，如同時(shí)，二極管導(dǎo)通，如同0.7V的電壓源，的電壓源，uo5-0.7=4.3V。 + RL + ui=5V + uo D 0.7V ui=5V 時(shí)的等效電路 v當(dāng)當(dāng)ui為低電平時(shí)為低電平時(shí) D截止，截止，uo為低電平為低電平v當(dāng)當(dāng)ui為高電平時(shí)為高電平時(shí) D導(dǎo)通，導(dǎo)通，uo為高電平為高電平1.2 二極管與門二極管與門 +VCC(+5V) R 3k Y D1 A D2 B 5V 0V 思

5、考：思考：Y如何和如何和A、B構(gòu)成與邏輯構(gòu)成與邏輯關(guān)系？關(guān)系？ABY0V0V + 5V 3k Y D1 A D2 B 0V 0V 5V0.7V0.7V +VCC(+5V) R 3k Y D1 A D2 B 5V 0V ABY0V0V0.7V5V0V + 5V 3k Y D1 A D2 B 5V 0V 5V0.7V0.7V0V5V0.7V +VCC(+5V) R 3k Y D1 A D2 B 5V 0V ABY0V0V0.7V5V0V0.7V0V5V0.7V5V5V + 5V 3k Y D1 A D2 B 5V 5V 5V5V +VCC(+5V) R 3k Y D1 A D2 B 5V 0V A

6、BY &Y=AB根據(jù)真值表，可以根據(jù)真值表，可以判斷該電路為與門判斷該電路為與門A D1B D2 5V 0V YR3kABY 1A BY0 00 11 01 10111Y=A+B1.3 二極管或門二極管或門ABD1D2Y0V0V0V5V5V0V5V5V截止截止截止截止0V導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止4.3V截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通4.3V導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通4.3V1.4 二極管門電路的缺點(diǎn)二極管門電路的缺點(diǎn)v電平有偏移，帶負(fù)載能力差電平有偏移，帶負(fù)載能力差因此，二極管門電路通常只用于因此，二極管門電路通常只用于集成電路集成電路內(nèi)部電路內(nèi)部電路2 TTL邏輯門電路邏輯門電路2.1 三極管的開關(guān)特性三極管的開關(guān)特性2.

7、2 三極管非門三極管非門2.3 TTL反相器、與非門、或非門反相器、與非門、或非門2.4 其他類型其他類型的的TTL邏輯門邏輯門 （三態(tài)門、集電極開路門）（三態(tài)門、集電極開路門）2.5 TTL電路常識電路常識2.6 小結(jié)小結(jié)由三極管和若干電阻由三極管和若干電阻構(gòu)成的邏輯門構(gòu)成的邏輯門它有兩種類型它有兩種類型:NPN型和型和PNP型。型。在半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，可形成在半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，可形成 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等形成在半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等形成P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 NPN型和型和PNP型三極管型三極管e-b間的

8、間的PN結(jié)稱為結(jié)稱為發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)(Je) c-b間的間的PN結(jié)稱為結(jié)稱為集電結(jié)集電結(jié)(Jc) 中間部分稱為基區(qū)，連上電極稱為中間部分稱為基區(qū)，連上電極稱為基極基極，用用B或或b表示（表示（Base）；）； 一側(cè)稱為發(fā)射區(qū)，電極稱為一側(cè)稱為發(fā)射區(qū)，電極稱為發(fā)射極發(fā)射極，用用E或或e表示（表示（Emitter）；）； 另一側(cè)稱為集電區(qū)和另一側(cè)稱為集電區(qū)和集電極集電極，用用C或或c表示（表示（Collector）。）。1.三極管的結(jié)構(gòu)三極管的結(jié)構(gòu)2.1三極管的開關(guān)特性三極管的開關(guān)特性2.以以NPN三極管為例，說明三極管的的工作原理及特性曲線三極管為例，說明三極管的的工作原理及特性曲線ui iB e

9、Rb b+VCCiC u Rc co發(fā)射結(jié)可以發(fā)射結(jié)可以看成二極管看成二極管RbRc+VCCbce截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài)ui=UIL0.7VuoRbRc+VCCbce0.7ViB飽和區(qū)飽和區(qū)條件：條件：ui大于大于0.7V發(fā)射結(jié)導(dǎo)通發(fā)射結(jié)導(dǎo)通此時(shí)集電極和發(fā)射極可以看成短路此時(shí)集電極和發(fā)射極可以看成短路ic=Ics=(VCC-UCES)/RC uo=UCES=0.2-0.3Vui iB e Rb b+VCCiC u Rc co飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)iBUi0.7Vuo=0.3VRbRc+VCCbce0.7V0.3V如何判斷工作在飽和區(qū)還是放大區(qū)？如何判斷工作在飽和區(qū)還是放大區(qū)？可以通過可以通過UCES計(jì)算出

10、臨界集電極飽和電流計(jì)算出臨界集電極飽和電流ICS=(VCC-UCES)/RC 則臨界基極飽和電流則臨界基極飽和電流IBS=(VCC-UCES)/RC 當(dāng)當(dāng)iB IBS 工作在飽和區(qū)，否則工作在放大區(qū)。工作在飽和區(qū)，否則工作在放大區(qū)。biBRui/ ) 7 . 0( 10k ui iB e Rb b +VCC=+5V iC uo Rc 1k c =100 ui=0.3V時(shí)，因?yàn)闀r(shí)，因?yàn)閡BE0.7V，iB=0，三極管工作在三極管工作在截止截止?fàn)顟B(tài)，狀態(tài)，ic=0。因?yàn)?。因?yàn)閕c=0，所以輸出電壓：，所以輸出電壓： ui=1V時(shí)，三極管導(dǎo)通，基極電流：時(shí)，三極管導(dǎo)通，基極電流：因?yàn)橐驗(yàn)?iBIBS

11、，三極管工作在，三極管工作在飽和飽和狀狀態(tài)。輸出電壓：態(tài)。輸出電壓：uoUCES0.3V3.以典型電路為例來分析開關(guān)特性以典型電路為例來分析開關(guān)特性通常在數(shù)電中，三極管主要工作在截止或飽和兩個(gè)區(qū)內(nèi)。通常在數(shù)電中，三極管主要工作在截止或飽和兩個(gè)區(qū)內(nèi)。截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài)cbe飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)Vb=0.7v, Vc=0.3vebc2.2 三極管非門三極管非門(反相器反相器)uA0V時(shí)，三極管截止，時(shí)，三極管截止，iB0，iC0，輸出電壓，輸出電壓uYVCC5VuA5V時(shí)，三極管飽和導(dǎo)通。時(shí)，三極管飽和導(dǎo)通。輸出電壓輸出電壓uYUCES0.3V。AY0110AY 真值表真值表A =100+5V Y電路圖

12、1邏輯符號AY1k10kRBRCbecuA性性 能能 分分 析析 vccRcTCL輸入輸入輸出輸出T狀態(tài)狀態(tài)電容電容高電平高電平(3.6v)低電平低電平(0.2V)飽和飽和導(dǎo)通導(dǎo)通少量電荷少量電荷(0.2V)低電平低電平(0.2v)高電平高電平(5V)截止截止?fàn)顟B(tài)狀態(tài)大量電荷大量電荷(5V)電容電容充電充電電容電容放電放電2.3 TTL反相器、與非門、或非門反相器、與非門、或非門2.3.1 TTL反相器反相器 Rb1 4k W Rc2 1.6k W Rc4 130 W T4 D T2 T1 + vI T3 + vO 負(fù)載 Re2 1K W VCC(5V) 輸入級輸入級 中間級中間級 輸出級輸出

13、級 采用輸入采用輸入級以提高級以提高工作速度工作速度采用推拉式輸采用推拉式輸出級以提高開出級以提高開關(guān)速度和帶負(fù)關(guān)速度和帶負(fù)載能力載能力2.2.電路功能分析電路功能分析 Rb1 4kW Rc2 1.6kW Rc4 130W T4 D T2 T1 + vI T3 + vO 負(fù)載 Re2 1KW VCC(5V) VB1 （1）當(dāng)輸入為低電平）當(dāng)輸入為低電平（ I = 0.2 V） 0.5V 0.2V OVCCVBE4VD 50.70.7 =3.6V I低電平低電平(0.2V)T1深飽和深飽和T2截止截止T3截止截止T4放大放大 O高電平高電平（3.6V）（2）當(dāng)輸入為高電平當(dāng)輸入為高電平 （ I

14、= 3.6 V） I全為高電平全為高電平(3.6V)T1倒置放大倒置放大T2飽和飽和T3飽和飽和T4截止截止 O低電平低電平(0.2V) Rb1 4kW Rc2 1.6kW Rc4 130W T4 D T2 T1 + vI T3 + vO 負(fù)載 Re2 1KW VCC(5V) VB1 3.6V 4.3V 2.1V 1.4V 0.2V 2vO/V 5 4 3 2 1 0 3.6V .48 V 0.2V 1 2 E D C B A 0.4V 1.1V 1.2V vI/V Rb1 4kW Rc2 1.6kW Rc4 130W T4 D T2 T1 + vI T3 + vO 負(fù)載 Re2 1KW VC

15、C(5V) VB1 AB段段： I很低，很低， T1深深度飽和度飽和，T2、T3截止，截止，同時(shí)同時(shí)T4和和D導(dǎo)通。導(dǎo)通。 O=3.6V。 CD段：當(dāng)段：當(dāng) I的值繼續(xù)增加的值繼續(xù)增加C點(diǎn)后，點(diǎn)后，使使T3飽和導(dǎo)通，飽和導(dǎo)通， O 0.2V I(D)= BE3+ BE2 CES1 = (0.7+0.70.2)V=1.2V DE段：當(dāng)段：當(dāng) I的值從的值從D點(diǎn)再繼續(xù)增點(diǎn)再繼續(xù)增加時(shí)，加時(shí)，T1將進(jìn)入倒置放大狀態(tài)，將進(jìn)入倒置放大狀態(tài)， T2、 T3飽和導(dǎo)通，保持飽和導(dǎo)通，保持 O= 0.2V BC段：段：T1仍保持為飽和仍保持為飽和狀態(tài)。在狀態(tài)。在BC段內(nèi)，段內(nèi)，T2處處于放大狀態(tài)，此時(shí)輸出于放大

16、狀態(tài)，此時(shí)輸出電壓隨輸入電壓的增加電壓隨輸入電壓的增加而減小，但處于線性關(guān)而減小，但處于線性關(guān)系。系。 I(D)= BE2 CES1 = (0.70.3)V=0.4V 3.3.電壓的傳輸特性電壓的傳輸特性 14 13 12 11 10 9 874LS04 1 2 3 4 5 6 7VCC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 1A 1Y 2 A 2Y 3 A 3Y GND6反相器74LS04的引腳排列圖4.4.常用常用TTL反相器芯片反相器芯片AY 邏輯函數(shù)表達(dá)式：邏輯函數(shù)表達(dá)式：2.3.2 TTL與非門與非門1. TTL與非門電路與非門電路多發(fā)射極多發(fā)射極BJT VCC(5V) Rc4 130

17、W Rc2 1.6kW Rb2 1.6kW T4 T2 T3 T1 A B Re2 1kW D A B & BAL T1 A B B A b b c c 只要只要A、B中有一個(gè)為低電中有一個(gè)為低電平，則顯示低電平的特性，平，則顯示低電平的特性，若全部為高電平，則顯示若全部為高電平，則顯示出高電平的特性；于是實(shí)出高電平的特性；于是實(shí)現(xiàn)與的邏輯功能?，F(xiàn)與的邏輯功能。2. TTL與非門電路的工作原理與非門電路的工作原理 VCC(5V) Rc 4 130 W W Rc2 1.6k W W Rb 2 1.6k W W T4 T2 T3 T1 A B Re 2 1k W W D IT1T2T3T4 O輸入

18、全為高輸入全為高電平電平 (3.6V)放大狀態(tài)放大狀態(tài)飽和飽和飽和飽和截止截止低電平低電平 (0.2V)輸入有低電輸入有低電平平 (0.2V)深飽和深飽和截止截止截止截止放大放大高電平高電平(3.6V) 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 8 74LS20 1 2 3 4 5 6 7 VCC 2A 2B NC 2C 2D 2Y 1A 1B NC 1C 1D 1Y GND 74LS20 的引腳排列圖 14 13 12 11 10 9 8 74LS00 1 2 3 4 5 6 7 74

19、LS00內(nèi)含內(nèi)含4個(gè)個(gè)2輸入與非門輸入與非門3.常用常用TTL與非門芯片與非門芯片74LS20內(nèi)含內(nèi)含2個(gè)個(gè)4輸入與非門輸入與非門2.3.3 TTL或非門或非門 A B 1 BAL R1A R1 R1B R4 VCC T1A T2A T2B B D T3 R3 T4 AT1BL R1A R1 R1B R4 VCC A T1A T2A T2B T1B B D L T3 R3 T4 TTL或非門的邏輯電路或非門的邏輯電路若二輸入端為低電平若二輸入端為低電平 0.5 v0.2 v0.2 v0.5 v3.6V 若若A、B兩輸入端都為高電平兩輸入端都為高電平 R1A R1 R1B R4 VCC A T1

20、A T2A T2B T1B B D L T3 R3 T4 2.1 v3.6 v3.6v2.1 v0.3V 問題：若問題：若A、B兩輸入端中有一個(gè)為高電平，輸出兩輸入端中有一個(gè)為高電平，輸出L = ? LABA B 14 13 12 11 10 9 874LS02 1 2 3 4 5 6 7VCC 3Y 3B 3A 4Y 4B 4A 1Y 1B 1 A 2Y 2 B 2A GND74LS02的引腳排列圖2.常用芯片常用芯片74LS02內(nèi)含內(nèi)含4個(gè)個(gè)2輸入或非門輸入或非門BAY邏輯表達(dá)式：邏輯表達(dá)式： vO/V 5 4 3 2 1 0 3.6V 2.48 V 0.2V 1 2 E D CB A 0

21、.4V 1.1V 1.2V vI/V 各種類型的各種類型的TTL門電路，門電路，其傳輸特性大同小異。其傳輸特性大同小異。VOHVO(A)3.6V VOLVCES 0.2VVIL VI (B)0.4VVIH VI(D)1.2V1、TTL與非門傳輸特性與非門傳輸特性2、輸入、輸出的高、低、輸入、輸出的高、低電壓電壓 2.3.4 TTL與非門的特征與參數(shù)與非門的特征與參數(shù)典型典型參數(shù)參數(shù)實(shí)際參數(shù)見附錄實(shí)際參數(shù)見附錄C P4633. TTL與非門噪聲容限與非門噪聲容限 噪聲容限噪聲容限:高電平的噪聲容限為高電平的噪聲容限為 VNH=VOH(min)VIH(min) 1 驅(qū)動(dòng)門驅(qū)動(dòng)門 vo 1 負(fù)載門負(fù)

22、載門 vI 噪聲噪聲 1輸出輸出 1輸入輸入 0輸入輸入 0輸出輸出 vo vI +VDD 0 VNH VOH(min) VIH(min) VNL VOL(max) VIL(max) +VDD 0 低電平的噪聲容限為低電平的噪聲容限為 VNL=VIL(max)VOL(max) 當(dāng)電路受到干擾時(shí)，在保證輸出高、低電平基本不變當(dāng)電路受到干擾時(shí)，在保證輸出高、低電平基本不變的條件下，輸入電平的允許波動(dòng)范圍。的條件下，輸入電平的允許波動(dòng)范圍。 4. 扇入與扇出系數(shù)扇入與扇出系數(shù) 扇入數(shù)扇入數(shù): 取決于門的輸入端的個(gè)數(shù)取決于門的輸入端的個(gè)數(shù) 扇出數(shù)扇出數(shù): 帶同類門的個(gè)數(shù)。帶同類門的個(gè)數(shù)。 有帶灌電流負(fù)

23、載和拉電流負(fù)載有帶灌電流負(fù)載和拉電流負(fù)載兩種情況兩種情況:負(fù)載門負(fù)載門驅(qū)動(dòng)門驅(qū)動(dòng)門0 VCC(5V) Rb1 4kW T1 IIL T4 T3 Rc4 130W D 當(dāng)負(fù)載門的個(gè)數(shù)增加時(shí)，總的當(dāng)負(fù)載門的個(gè)數(shù)增加時(shí)，總的灌電流灌電流IIL將增加將增加,引起輸出低引起輸出低電壓電壓VOL的升高。的升高。 NIIOLOLIL()()驅(qū)動(dòng)門負(fù)載門灌電流負(fù)載：輸出低電平時(shí)。灌電流負(fù)載：輸出低電平時(shí)。IILIOL101&1& 4. 扇入與扇出系數(shù)扇入與扇出系數(shù) 扇入數(shù)扇入數(shù): 取決于門的輸入端的個(gè)數(shù)取決于門的輸入端的個(gè)數(shù) 扇出數(shù)扇出數(shù): 帶同類門的個(gè)數(shù)。帶同類門的個(gè)數(shù)。 有帶灌電流負(fù)載和拉電流負(fù)載有帶灌電

24、流負(fù)載和拉電流負(fù)載兩種情況兩種情況:負(fù)載門負(fù)載門驅(qū)動(dòng)門驅(qū)動(dòng)門1 VCC(5V) Rb1 4kW T1 IIL T4 T3 Rc4 130W D 01拉電流負(fù)載：門輸出高電平時(shí)拉電流負(fù)載：門輸出高電平時(shí)當(dāng)負(fù)載門的個(gè)數(shù)增多時(shí)，必將當(dāng)負(fù)載門的個(gè)數(shù)增多時(shí)，必將引起輸出高電壓的降低。引起輸出高電壓的降低。 OHOHIH()()INI驅(qū)動(dòng)門負(fù)載門IIHIOH例例 查得基本的查得基本的TTL與非門與非門7410的參數(shù)如下：的參數(shù)如下： IOL16mA，IIL1.6mA，IOH0.4mA，IIH0.04mA.試計(jì)算其帶同類門時(shí)的試計(jì)算其帶同類門時(shí)的扇出數(shù)。扇出數(shù)。解：解： (1)低電平輸出時(shí)的扇出數(shù)低電平輸出

25、時(shí)的扇出數(shù)OL16mA101.6mAN (2)高電平輸出時(shí)的扇出數(shù)高電平輸出時(shí)的扇出數(shù)OH0.4mA100.04mAN若若NOLNOH，則取較小的作為電路的扇出數(shù)。，則取較小的作為電路的扇出數(shù)。例題：例題： 扇出數(shù)計(jì)算舉例扇出數(shù)計(jì)算舉例 電路在輸入脈沖波形的作用下，其輸出波形相對于電路在輸入脈沖波形的作用下，其輸出波形相對于輸入波形延遲了多長的時(shí)間。輸入波形延遲了多長的時(shí)間。5. 傳輸延遲時(shí)間傳輸延遲時(shí)間 輸入輸入 同相同相 輸出輸出 反相反相 輸出輸出 50% tPLH 50% 90% 10% tr tPHL 90% 50% 10% tf 50% tPHL tPLH 90% 50% 10%

26、tf 90% 50% 10% tr VOL VOH VOL VOH 0V VCC 平均傳輸延遲時(shí)間平均傳輸延遲時(shí)間 tPdtPLH 為門電路輸出由低電平轉(zhuǎn)換到高電平所經(jīng)歷的時(shí)間為門電路輸出由低電平轉(zhuǎn)換到高電平所經(jīng)歷的時(shí)間; tPHL為由高電平轉(zhuǎn)換到低電平所經(jīng)歷的時(shí)間。為由高電平轉(zhuǎn)換到低電平所經(jīng)歷的時(shí)間。(tPLHtPHL)/2 表征門電路開關(guān)速度的參數(shù)表征門電路開關(guān)速度的參數(shù)6. 功耗與延時(shí)功耗與延時(shí) 功耗積功耗積1 1、功耗分為、功耗分為: :靜態(tài)功耗：靜態(tài)功耗：動(dòng)態(tài)功耗：動(dòng)態(tài)功耗：對于對于TTL門電路來說，靜態(tài)功耗是主要的。門電路來說，靜態(tài)功耗是主要的。2 2、延時(shí)、延時(shí) 功耗積功耗積DP

27、 = tpdPD指的是當(dāng)電路沒有狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)的功耗指的是當(dāng)電路沒有狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)的功耗是在門的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的瞬間的功耗。是在門的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的瞬間的功耗。是一綜合性的指標(biāo)，是一綜合性的指標(biāo)，用用DP表示，其單位為焦耳。表示，其單位為焦耳。DP的值愈小，表明它的特性愈接于理想情況。的值愈小，表明它的特性愈接于理想情況。2.4 其他類型的其他類型的TTL邏輯門邏輯門2.4.1 集電極開路門集電極開路門(Open Collector ，OC)？1.問題的提出問題的提出 工程中常常將兩個(gè)門電路并聯(lián)工程中常常將兩個(gè)門電路并聯(lián)起來實(shí)現(xiàn)與的邏輯功能，稱為起來實(shí)現(xiàn)與的邏輯功能，稱為線線與與。 ABY1+5VT1T2DT4T

28、3R1R2R3R44k1.6k130W1kABY2+5VT1T2DT4T3R1R2R3R44k1.6k130W1k這兩個(gè)邏輯門是否可以直接并聯(lián)？這兩個(gè)邏輯門是否可以直接并聯(lián)？2.問題的解決問題的解決AB& Y1OC門的邏輯符號去掉低阻通道，將集電極開路，去掉低阻通道，將集電極開路，稱為稱為集電極開路門集電極開路門出現(xiàn)問題：當(dāng)輸出為低電平時(shí)出現(xiàn)問題：當(dāng)輸出為低電平時(shí)正常，但是如果輸出應(yīng)為高電正常，但是如果輸出應(yīng)為高電平時(shí)，平時(shí)，此時(shí)此時(shí)T3截止截止，無法輸出，無法輸出高電平，因此在工作時(shí)，必須高電平，因此在工作時(shí)，必須接入外接電阻和電源。接入外接電阻和電源。 VCC(5V) Rc 4 130 W

29、 Rc2 1.6k W Rb2 1.6k W T4 T2 T3 T1 A B Re 2 1k W D OC與非門的電路結(jié)構(gòu)AB+VCCYR T1 T2 T3 uB1OC門實(shí)現(xiàn)的線與門實(shí)現(xiàn)的線與CDABCDABYYYYYYY 2121才為高才為高，即為低，只有兩者同高即為低，只有兩者同高有一個(gè)低有一個(gè)低、T3T3L寫出邏輯函數(shù)表達(dá)式：寫出邏輯函數(shù)表達(dá)式：EDBCABL線與：實(shí)現(xiàn)與的線與：實(shí)現(xiàn)與的邏輯功能邏輯功能DBCABL 集電極開路門上拉電阻集電極開路門上拉電阻Rp 的計(jì)算的計(jì)算 TTL 電路 TTL 電路 D C B A T 1 T 2 VCCL R P 在極限情況，上拉電阻在極限情況，上拉

30、電阻Rp具有限具有限制電流的作用。以保證制電流的作用。以保證IOL不超過額不超過額定值定值IOL(max)，故必須合理選用，故必須合理選用Rp的值。的值。 另一方面，另一方面，Rp的大小影響的大小影響OC門門的開關(guān)速度，的開關(guān)速度，Rp的值愈大，因而的值愈大，因而開關(guān)速度愈慢開關(guān)速度愈慢 ，故在滿足要求的前提，故在滿足要求的前提下，下，Rp越小越好。越小越好。Rp(min)OL(max)OL(max)IL(total)CCVVII CCIH(min)p(max)IH(total)VVRIRp(min)OL(max)OL(max)IL(total)CCVVIICCIH(min)p(max)IH(

31、total)VVRI例例2.4.2 設(shè)設(shè)TTL與非門與非門74LS01(OC)驅(qū)動(dòng)八個(gè)驅(qū)動(dòng)八個(gè)74LS04(反相器反相器)， 試確定一合適大小的上拉電阻試確定一合適大小的上拉電阻Rp，設(shè)，設(shè)VCC5V。解：從器件手冊查出得：解：從器件手冊查出得：VCC=5V，VOL(max)=0.4V，IOL(max)=8mA，IIL= 400 A，VIH(min) =2V，IIH=20 A。 IIL(total)=400 A8=3.2mA得得 p(min)5V0.4V9588mA3.2mARW VCC=5V，IIH(total) =20 A8= 0.16mA。 Rp的值可在的值可在985W W至至18.75

32、kW W,之間選擇之間選擇,可選可選1kW W的電阻器為宜。的電阻器為宜。所以所以 WKmAVVRP75.1816. 025(max)三態(tài)鉗位電路三態(tài)鉗位電路 R1 R2 R4 VCC T4L T3 R3T1與非門A B CS T5 T6 T7 R5 R6 VCC D3.6V1.4V0.7V當(dāng)當(dāng)CS= 1時(shí)時(shí)CS數(shù)據(jù)輸入端數(shù)據(jù)輸入端輸出端輸出端LAB10010111011100三態(tài)與非門真值表三態(tài)與非門真值表 =AB2.4.2 三態(tài)門（三態(tài)門（Three state Output Gate ,TS） R1 R2 R4 VCC T4L T3 R3T1與非門A B CS T5 T6 T7 R5 R

33、6 VCC D當(dāng)當(dāng)CS= 0時(shí)時(shí)0.2V0.5V低電平低電平0.5V開路開路CS數(shù)據(jù)輸入端數(shù)據(jù)輸入端輸出端輸出端LAB10010111011100高阻三態(tài)與非門真值表三態(tài)與非門真值表 AB CS & L 高電平使能高電平使能高阻狀態(tài)高阻狀態(tài)與非功能與非功能 ZL ABLCS = 0_CS =1結(jié)論：電路的輸出有高阻態(tài)、高電平和低電平結(jié)論：電路的輸出有高阻態(tài)、高電平和低電平3種狀態(tài)。種狀態(tài)。 AB CS & L 區(qū)別？區(qū)別？CS數(shù)據(jù)輸入端數(shù)據(jù)輸入端輸出端輸出端LAB10010111011100高阻高阻CS數(shù)據(jù)輸入端數(shù)據(jù)輸入端輸出端輸出端LAB00010111011101高阻高阻高電平高電平有效有

34、效 AB CS & L 低電平低電平有效有效 G1 總線 A B E 1 EN Y 2 EN 1 A E 1 EN B 2 EN 1 1 EN E1 A1 2 EN E2 A2 n EN En An (a) 多路開關(guān) (b) 雙向傳輸 (c) 單向總線 G1 G2 G1 G2 G2 Gn 作多路開關(guān)作多路開關(guān)：E=0時(shí)，門時(shí)，門G1導(dǎo)通，導(dǎo)通，G2禁止，禁止，Y=A；E=1時(shí)，門時(shí)，門G2導(dǎo)通，導(dǎo)通，G1禁止，禁止，Y=B。信號雙向傳輸信號雙向傳輸：E=0時(shí)信號向右傳時(shí)信號向右傳送，送，B=A；E=1時(shí)時(shí)信號向左傳送，信號向左傳送，A=B 。構(gòu)成數(shù)據(jù)總線構(gòu)成數(shù)據(jù)總線：讓各門的控制：讓各門的控制

35、端輪流處于低電平，即任何時(shí)刻端輪流處于低電平，即任何時(shí)刻只讓一個(gè)只讓一個(gè)TS門處于工作狀態(tài)，而門處于工作狀態(tài)，而其余其余TS門均處于高阻狀態(tài)，這樣門均處于高阻狀態(tài)，這樣總線就會輪流接受各總線就會輪流接受各TS門的輸出門的輸出。2.5 TTL電路常識電路常識74：標(biāo)準(zhǔn)系列，其典型電路與非門的平均傳輸時(shí)間：標(biāo)準(zhǔn)系列，其典型電路與非門的平均傳輸時(shí)間tpd10ns，平均功耗平均功耗P10mW。74H：高速系列，是在：高速系列，是在74系列基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的，其典型電系列基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的，其典型電路與非門的平均傳輸時(shí)間路與非門的平均傳輸時(shí)間tpd6ns，平均功耗，平均功耗P22mW。74S：肖特基系列，是

36、在：肖特基系列，是在74H系列基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的，其典系列基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的，其典型電路與非門的平均傳輸時(shí)間型電路與非門的平均傳輸時(shí)間tpd3ns，平均功耗，平均功耗P19mW。74LS：低功耗肖特基系列，是在：低功耗肖特基系列，是在74S系列基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的，系列基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的，其典型電路與非門的平均傳輸時(shí)間其典型電路與非門的平均傳輸時(shí)間tpd9ns，平均功耗，平均功耗P2mW。74LS系列產(chǎn)品具有最佳的綜合性能，是系列產(chǎn)品具有最佳的綜合性能，是TTL集成電路集成電路的主流，是應(yīng)用最廣的系列。的主流，是應(yīng)用最廣的系列。74AS,74ALS （Advanced Low-Power Schottk

37、y TTL）:性能進(jìn)一步提高。性能進(jìn)一步提高。2.6 小結(jié)小結(jié)2.1 三極管非門三極管非門： 分析了最簡單的三極管非門，并分析了其優(yōu)缺點(diǎn)。分析了最簡單的三極管非門，并分析了其優(yōu)缺點(diǎn)。2.2 TTL反相器、與非門、或非門反相器、與非門、或非門 2.2.1 TTL反相器：電路結(jié)構(gòu)、傳輸特性及常用芯片反相器：電路結(jié)構(gòu)、傳輸特性及常用芯片7404 2.2.2 TTL與非門：電路結(jié)構(gòu)及常用芯片與非門：電路結(jié)構(gòu)及常用芯片7400 7420 2.2.3 TTL或非門：電路結(jié)構(gòu)及常用芯片或非門：電路結(jié)構(gòu)及常用芯片7402 2.2.4 TTL邏輯門的參數(shù)及特性：傳輸特性；輸入輸出高低電壓及邏輯門的參數(shù)及特性：傳

38、輸特性；輸入輸出高低電壓及噪聲容限；輸入輸出高低電流及扇入扇出數(shù)；平均延遲時(shí)間；功耗噪聲容限；輸入輸出高低電流及扇入扇出數(shù)；平均延遲時(shí)間；功耗2.3 其他類型其他類型的的TTL邏輯門邏輯門 2.3.1 集電極開路門：線與的概念；外接電阻的計(jì)算集電極開路門：線與的概念；外接電阻的計(jì)算 2.3.2 三態(tài)門：三態(tài)門的功能分析；三態(tài)門的用途三態(tài)門：三態(tài)門的功能分析；三態(tài)門的用途2.4 TTL電路常識電路常識 大規(guī)模集成芯片集成度高，所以要求體積小，而大規(guī)模集成芯片集成度高，所以要求體積小，而TTL系列不可能做得很小，但系列不可能做得很小，但MOS管的結(jié)構(gòu)和制造管的結(jié)構(gòu)和制造工藝對高密度制作較之工藝對高

39、密度制作較之TTL相對容易，下面我們介紹相對容易，下面我們介紹MOS器件。器件。 與與TTL邏輯電路比較，邏輯電路比較，MOS管的優(yōu)點(diǎn)是功耗低，管的優(yōu)點(diǎn)是功耗低，可達(dá)可達(dá)0.01mw，缺點(diǎn)是開關(guān)速度稍低。在大規(guī)模的，缺點(diǎn)是開關(guān)速度稍低。在大規(guī)模的集成電路中，主要采用的集成電路中，主要采用的CMOS電路。電路。3 CMOS邏輯門電路邏輯門電路3.1 場效應(yīng)管的開關(guān)特性場效應(yīng)管的開關(guān)特性3.2 CMOS反相器及反相器及其他其他邏輯門邏輯門3.3 CMOS邏輯門的特點(diǎn)邏輯門的特點(diǎn)3.1 場效應(yīng)管的開關(guān)特性場效應(yīng)管的開關(guān)特性1.概述概述 場效應(yīng)管是一種用輸入電壓控制輸出電流的的半導(dǎo)體器件。場效應(yīng)管是一

40、種用輸入電壓控制輸出電流的的半導(dǎo)體器件。 從參與導(dǎo)電的從參與導(dǎo)電的載流子來劃分，它有電子作為載流子的載流子來劃分，它有電子作為載流子的N溝道場溝道場效應(yīng)管效應(yīng)管和空穴作為載流子的和空穴作為載流子的P溝道溝道場效應(yīng)管場效應(yīng)管。N溝道場效應(yīng)管溝道場效應(yīng)管P溝道溝道場效應(yīng)管場效應(yīng)管柵極柵極源極源極漏極漏極ui=VILuo=VDDGDSRD+VDD截止?fàn)顟B(tài)等效電路ui=VIHuo=0GDSRD+VDD導(dǎo)通狀態(tài)等效電路0)(當(dāng)導(dǎo)通 OLOTGSIHiVuthVVu2. N溝道場效應(yīng)溝道場效應(yīng)管的開關(guān)特性管的開關(guān)特性uiuoGDSRD+VDDDDOHOTGSILiVVuthVVu 截止)(當(dāng)MOS管的管的

41、D-S極可以看成是受極可以看成是受ui控制的開關(guān)控制的開關(guān)。VGS(th)通常通常左右左右3. P溝道場效應(yīng)溝道場效應(yīng)管的開關(guān)特性管的開關(guān)特性uiuoGSDRS+VDDDDOHOTGSGSGSIHiVVuthVUVUVu 截止)(0當(dāng)VVuthVUVUVuOLOTGSGSDDGSILi0)(當(dāng) 導(dǎo)通ui=VIHuo=VDDGSDRS+VDD截止?fàn)顟B(tài)等效電路ui=VILuo=0GSDRS+VDD導(dǎo)通狀態(tài)等效電路VGS(th)通常通常左右左右3.2 CMOS反相器及其他邏輯門反相器及其他邏輯門3.2.1 CMOS反相器反相器 VDD TP TN vO vI 當(dāng)當(dāng)vI I = 0 V = 0 V時(shí)時(shí) VGSN =0 VTNTN管截止；管截止；|VGSP|=VDDVTP TP管導(dǎo)通。管導(dǎo)通。VO VDD VDD TP TN vO vI 當(dāng)當(dāng)vI I = VDD