惠州學院數電3 門電路

1、（2-1）第三章第三章 門電路門電路 3.1 概述概述 3.2 半導體二極管和三極管的開關特性半導體二極管和三極管的開關特性 3.3 最簡單的與、或、非門電路最簡單的與、或、非門電路 3.4 TTL集成門電路集成門電路 3.5 CMOS門電路門電路（2-2） 3.1 概述概述門電路是用以實現邏輯關系的電子電門電路是用以實現邏輯關系的電子電路，與我們所講過的基本邏輯關系相對應，路，與我們所講過的基本邏輯關系相對應，門電路主要有：門電路主要有：與門與門、或門或門、與非門與非門、或或非門非門、異或門異或門等。等。在數字電路中，一般用高電平代表在數字電路中，一般用高電平代表1、低電平代表低電平代表0，

2、即所謂的，即所謂的正邏輯系統(tǒng)正邏輯系統(tǒng)。反之，用高電平代表反之，用高電平代表0、低電平代表、低電平代表1，即所謂的即所謂的負邏輯系統(tǒng)負邏輯系統(tǒng)。（2-3） ViVoKVccR100VVcc只要能判斷高只要能判斷高低電平即可低電平即可K開開-Vo=1, 輸出高電平輸出高電平K合合-Vo=0, 輸出低電平輸出低電平可用三極可用三極管代替管代替構成門電路的核心構成門電路的核心器件是半導體器件器件是半導體器件（2-4） 3.2 半導體二極管和三極管的開關特性半導體二極管和三極管的開關特性二極管：二極管：開啟電壓開啟電壓=0 .5V，導通電壓導通電壓 0.7V(硅二極管硅二極管) 理想二極管：理想二極管

3、：開啟電壓開啟電壓=0 ，導通電壓導通電壓=0 導通：導通：ui開啟電壓，開啟電壓， UD =二極管正向壓降二極管正向壓降二二極管相當于開關閉合。極管相當于開關閉合。截止截止： ui 開啟電壓，開啟電壓， ID=0 二極管相當于開二極管相當于開關斷開。關斷開。3.2.1 二極管的開關特性二極管的開關特性：（2-5） + ui RL +uo D開關電路 IF 0.5 0.7iD(mA) uD(V)伏安特性UBR0 + ui=0V RL +uo Dui=0V時的等效電路 + + ui=5V RL +uo D 0.7Vui=5V 時的等效電路uououi0V時，二極管截止，時，二極管截止，如同開關斷

4、開，如同開關斷開，uo0V。ui5V時，二極管導通，如同時，二極管導通，如同0.7V的電壓源，的電壓源，uo4.3V。Ui0.5V時，時，二極管導通二極管導通。（2-6）二極管伏安特性的等效二極管伏安特性的等效（2-7） 在低速脈沖電路中，二極在低速脈沖電路中，二極管開關由接通到斷開，或由斷管開關由接通到斷開，或由斷開到接通所需要的轉換時間通開到接通所需要的轉換時間通常是可以忽略的。然而在數字常是可以忽略的。然而在數字電路中，二極管開關經常工作電路中，二極管開關經常工作在高速通斷狀態(tài)。由于在高速通斷狀態(tài)。由于PN結中結中存儲電荷的存在，二極管開關存儲電荷的存在，二極管開關狀態(tài)的轉換不能瞬間完成

5、，需狀態(tài)的轉換不能瞬間完成，需經歷一個過程。經歷一個過程。 tre=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 。二極管的反向恢復時間限制了二極管的開關速度。二極管的反向恢復時間限制了二極管的開關速度。（2-8） 圖圖 雙極型三極管的兩種類型雙極型三極管的兩種類型 (a)NPN型型 (b)PNP型

6、型3.2.2三極管的開關特性：三極管的開關特性：（2-9） NPN型三極管截止、放大、飽和3 種工作狀態(tài)的特點工作狀態(tài)截 止放 大飽 和條 件iB00iBIBSiBIBS偏置情況發(fā)射結反偏集電結反偏uBE0，uBC0，uBC0，uBC0集電極電流iC0iCiBiCICSce間電壓uCEVCCuCEVCCiCRcuCEUCES0.3V工作特點ce間等效電阻很大，相當開關斷開可變很小，相當開關閉合（2-10）uAtR1R2AF+uccuFt+ucc0.3V飽和區(qū)：飽和區(qū)：發(fā)射結正偏，集發(fā)射結正偏，集電結正偏。即：電結正偏。即：UCE UBE ， IBIC，UCE 0.3V C、E間相當于開關閉合。

7、間相當于開關閉合。截止區(qū)：截止區(qū)： UBEUth ， UDS 0V，MOS管導通管導通 D、S間相當于開關間相當于開關閉合。閉合。截止區(qū)：截止區(qū)： uI =UGS Uth， ID=0 ，MOS管截止管截止D、S間相當于開關斷開。間相當于開關斷開。+VDDUoUiNMOSR（2-12）開關開關作用作用二極管二極管反向截止：反向截止：開關接通開關接通開關斷開開關斷開三極管三極管（C,E)飽和區(qū)：飽和區(qū)： 截止區(qū)：截止區(qū)：開關接通開關接通CEB開關斷開開關斷開 正向導通：正向導通： CEB（2-13）3.2.4 3.2.4 二極管與門二極管與門 2. 工作原理工作原理D D1 1 D D2 2U U

8、Y YU Ua UbUb0 0 0 0 0 3v 0 3v 3v 03v 03v 3v3v 3v3. 真值表真值表（狀態(tài)表）（狀態(tài)表）4. 輸出函數式輸出函數式Y=AB 5. 5. 邏輯符號邏輯符號&Y YA BA B0 O0 O0 10 11 01 01 11 1Y Y0 00 00 01 1導通導通 導通導通導通導通導通導通導通導通 導通導通截止截止截止截止0.7V0.7V0.7V0.7V0.7V0.7V3.7v3.7vAB1. 電路組成電路組成（以二輸入為例）（以二輸入為例）+V+VCCCCR RA AB BY YD D1 1D D2 2設：設：VCCCC= =5V5V，U UI

9、HIH= =3v3v,U,UILIL= =0v0v二極管正向壓降二極管正向壓降0.7V0.7V。（2-14）1. 1. 電路組成電路組成( (以二輸入為例以二輸入為例) ) 2. 2. 工作原理工作原理Ua UbUa Ub0 00 00 3v0 3v3v 03v 03v 3v3v 3v3.3.真值表真值表A BA B0 00 00 10 11 01 01 11 1Y Y0 01 11 11 1 4. 4.輸出函數式輸出函數式Y=A+BY=A+B5.5.邏輯符號邏輯符號截止截止 截止截止截止截止截止截止導通導通導通導通導通導通 導通導通Da DbDa DbU UY Y2.3v2.3v2.3v2.

10、3v2.3v2.3vY YAB1 10 03.2.53.2.5 二極管或門二極管或門（2-15）-V-VEEEEVccVcc3.3.真值表真值表A A0 01 1Y Y1 10 04.4.輸出函數式輸出函數式 Y = AY = A 5.5.邏輯符號邏輯符號1 1A AY Y2.2.工作原理工作原理注：注：為了保證在輸入低電平時三極為了保證在輸入低電平時三極 管可靠截止，常將電路接管可靠截止，常將電路接成上圖形式。由于接入了負電源成上圖形式。由于接入了負電源VEEEE，即使輸入低電平信號稍，即使輸入低電平信號稍大于零，也能使三極管的基大于零，也能使三極管的基 極為負電位，使三極管可靠截止，極為負

11、電位，使三極管可靠截止，輸出為高電平。輸出為高電平。1.1.電原理圖電原理圖UaUa0 03v3vT T截止截止飽和飽和U UY Y0 03.2.6. 3.2.6. 三極管非門三極管非門（2-16）與非門與非門（2-17）3.2.7. 3.2.7. 其它門電路其它門電路一、一、 其它門電路其它門電路 其它門電路有與非門、或非門、同或門、異或門等等。其它門電路有與非門、或非門、同或門、異或門等等。 （略）（略） 二、二、 門電路的門電路的“封鎖封鎖”和和“打開打開”問題問題& &A AB BC CY Y當當C=1C=1時，時，Y=ABY=AB. .1=AB1=AB與門打開，與功能

12、成立。與門打開，與功能成立。當當C=0C=0時，時，Y=ABY=AB. .0=00=0與門封鎖，與門不能工作。與門封鎖，與門不能工作。A AB BC CY Y當當C=1C=1時，時，Y=A+B+1=1Y=A+B+1=1或門封鎖，或門不能工作?；蜷T封鎖，或門不能工作。當當C=0C=0時，時，Y=A+B+0=A+BY=A+B+0=A+B或門打開，或功能成立。或門打開，或功能成立。能能“打開打開”或者或者“封鎖封鎖”門電路的信號叫門電路的信號叫“控制信號控制信號”?？刂菩盘柕妮斎攵私锌刂菩盘柕妮斎攵私小翱刂贫丝刂贫恕?，或，或“使能端使能端”。與門、與非門可用與門、與非門可用“0”0”封鎖，用封鎖，用

13、“1”1”打開；打開；或門、或非門可用或門、或非門可用“1”1”封鎖，用封鎖，用“0”0”打開；打開；（2-18）1、體積大、工作不可靠。、體積大、工作不可靠。2、需要不同電源。、需要不同電源。3、各種門的輸入、輸出電平不匹配。、各種門的輸入、輸出電平不匹配。（2-19）3.4 TTL門電路門電路數字集成電路：數字集成電路：在一塊半導體基片上制作出一個在一塊半導體基片上制作出一個完整的邏輯電路所需要的全部元件和連線。完整的邏輯電路所需要的全部元件和連線。使用時接：電源、輸入和輸出。數字集成電使用時接：電源、輸入和輸出。數字集成電路具有體積小、可靠性高、速度快、而且價路具有體積小、可靠性高、速度

14、快、而且價格便宜的特點。格便宜的特點。TTL型電路：型電路：輸入和輸出端結構都采用了半導體晶輸入和輸出端結構都采用了半導體晶體管，稱之為體管，稱之為: Transistor Transistor Logic。（2-20）100個以下：個以下：小規(guī)模小規(guī)模集成電路集成電路 ( Small Scale Integration :SSI ) 幾百個：幾百個：中規(guī)模中規(guī)模集成電路集成電路 （Medium Scale Integration :MSI ) 幾千個：幾千個：大規(guī)模大規(guī)模集成電路集成電路 （ Large Scale Integration :LSI ) 一萬個以上：一萬個以上：超大規(guī)模超大規(guī)

15、模集成電路集成電路 （ Very Large Scale Integration :VLSI ) 名稱名稱（2-21）與分離元件電路相比，集成電路具與分離元件電路相比，集成電路具有體積小、可靠性高、速度快的特點，有體積小、可靠性高、速度快的特點，而且輸入、輸出電平匹配，所以早已廣而且輸入、輸出電平匹配，所以早已廣泛采用。根據電路內部的結構，可分為泛采用。根據電路內部的結構，可分為DTL、TTL、MOS管等管等集成門電路。集成門電路。（2-22）3.4 TTL門電路門電路1. 雙極性三極管的開關特性（靜態(tài)）雙極性三極管的開關特性（靜態(tài)）在數字電路中，三極管作為開關元件，主要工作在飽和在數字電路中

16、，三極管作為開關元件，主要工作在飽和和截止兩種開關狀態(tài)，放大區(qū)只是極短暫的過渡狀態(tài)。和截止兩種開關狀態(tài)，放大區(qū)只是極短暫的過渡狀態(tài)。（2-23） NPN型三極管截止、放大、飽和3 種工作狀態(tài)的特點工作狀態(tài)截 止放 大飽 和條 件iB00iBIBSiBIBS偏置情況發(fā)射結反偏集電結反偏uBE0，uBC0，uBC0，uBC0集電極電流iC0iCiBiCICSce間電壓uCEVCCuCEVCCiCRcuCEUCES0.3V工作特點ce間等效電阻很大，相當開關斷開可變很小，相當開關閉合（2-24）2. 三極管的開關時間（動態(tài)特性）三極管的開關時間（動態(tài)特性）開啟時間開啟時間ton 上升時間上升時間tr

17、延遲時間延遲時間td關閉時間關閉時間toff下降時間下降時間tf存儲時間存儲時間ts3.4 TTL門電路門電路（2-25）(1) 開啟時間開啟時間ton ：三極管從截止到飽和所需的時間。：三極管從截止到飽和所需的時間。 ton = td +tr td ：延遲時間延遲時間 tr ：上升時間上升時間(2) 關閉時間關閉時間toff ：三極管從飽和到截止所需的時間。：三極管從飽和到截止所需的時間。toff = ts +tf ts ：存儲時間（幾個參數中最長的；飽和越深越長）：存儲時間（幾個參數中最長的；飽和越深越長） tf ：下降時間：下降時間toff ton 。開關時間一般在納秒數量級。高頻應用時

18、需考慮。開關時間一般在納秒數量級。高頻應用時需考慮。3.4 TTL門電路門電路（2-26）3. TTL反相器（反相器（Transistor-Transistor Logic）3.4 TTL門電路門電路 當輸入高電平時，當輸入高電平時， uI=3.6V，VT1處于倒置工作狀態(tài)，集電結處于倒置工作狀態(tài)，集電結正 偏 ， 發(fā) 射 結 反 偏 ，正 偏 ， 發(fā) 射 結 反 偏 ， uB1=0.7V3=2.1V IB2=(5-2.1)/4=0.725mA 假定假定 210，若，若T2工作于放大工作于放大狀態(tài)，則狀態(tài)，則 IC27.25mA 所以所以 VC2VCC-IC2R2=-6.6V故故T2不可能工作

19、于放大狀態(tài)和截不可能工作于放大狀態(tài)和截止狀態(tài)，只可能是飽和狀態(tài)。止狀態(tài)，只可能是飽和狀態(tài)。 因因VB4=VCES2+VBE5=1VVT4截止。截止。VT5狀態(tài)取決于外電狀態(tài)取決于外電路，在輸出電流小于路，在輸出電流小于IOLmax時，時，輸出為低電平輸出為低電平uO=00.3V。2.1V0.3V3.6V（1）電路結構和工作原理）電路結構和工作原理（2-27）3.4 TTL門電路門電路 當 輸 入 低 電 平 時 ，當 輸 入 低 電 平 時 ， uI=0.3V，VT1發(fā)射結導通，發(fā)射結導通， uB1=0.3V+0.7V=1VVT2和和VT5均截止，均截止，VT4和和VD導通。輸出高電平導通。輸

20、出高電平 uO =VCC -UBE3-UD-IB4R2 5V-0.7V-0.7V=3.6V1V3.6V0.3V（2-28）3.4 TTL門電路門電路 采用推拉式輸出級利于提高開關速度和負載能力采用推拉式輸出級利于提高開關速度和負載能力 VT3組成射極輸出器，優(yōu)點是既能提高開關速度，又能組成射極輸出器，優(yōu)點是既能提高開關速度，又能提高負載能力。提高負載能力。 當輸入高電平時，當輸入高電平時，VT4飽和，飽和，uB3=uC2=0.3V+0.7V=1V，VT3和和VD截止，截止，VT4的集電極電流可以全部用來驅動負載。的集電極電流可以全部用來驅動負載。 當輸入低電平時，當輸入低電平時，VT4截止，截

21、止，VT3導通（為射極輸出器）導通（為射極輸出器），其輸出電阻很小，帶負載能力很強。，其輸出電阻很小，帶負載能力很強。 可見，無論輸入如何，可見，無論輸入如何，VT3和和VT4總是一管導通而另一總是一管導通而另一管截止。這種推拉式工作方式，帶負載能力很強。管截止。這種推拉式工作方式，帶負載能力很強。 （2-29）3.4 TTL門電路門電路（2）TTL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截止，稱關門截止，稱關門VT4飽和，飽和，稱開門稱開門（2-30）3.4 TTL門電路門電路 輸出高電平輸出高電平UOH 典型值為典型值為3V。 輸出低電平輸出低電平

22、UOL 典型值為典型值為0.3V。（2-31）3.4 TTL門電路門電路 開門電平開門電平UON一般要求一般要求UON1.8V 關門電平關門電平UOFF一般要求一般要求UOFF0.8V 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

23、閾值電壓UTH（又稱門檻電平）。通常（又稱門檻電平）。通常UTH 1.4V。 （2-32）3.4 TTL門電路門電路 噪聲容限（噪聲容限（ UNL和和UNH ） 噪聲容限也稱抗噪聲容限也稱抗干擾能力，它反映干擾能力，它反映門電路在多大的干門電路在多大的干擾電壓下仍能正常擾電壓下仍能正常工作。工作。UNL和和UNH越越大，電路的抗干擾大，電路的抗干擾能力越強。能力越強。maxNLOFFILVVVminNHIHOHVVV（2-33）3.4 TTL門電路門電路（3）TTL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（2-34）3.4 TTL門電路門電路 兩個重要參數：兩個重要參數： (1)

24、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，VT1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 iI = IIH =反反 iB2 IIH很小，約為很小，約為10A左右。左右。（2-35）3.4 TTL門電路門電路TTL反相器的輸入端對地接上電阻反相器的輸入端

25、對地接上電阻RI 時，時，uI隨隨RI 的的變化而變化的關系曲線。變化而變化的關系曲線。 輸入負載特性輸入負載特性（2-36）3.4 TTL門電路門電路在一定范圍內，在一定范圍內，uI隨隨RI的增大而升高。的增大而升高。但當輸入電壓但當輸入電壓uI達到達到1.4V以后，以后，uB1 = 2.1V，RI增大，由于增大，由于uB1不變，不變，故故uI = 1.4V也不變。也不變。這時這時VT2和和VT4飽和導飽和導通，輸出為低電平。通，輸出為低電平。虛框內為虛框內為TTL反相器的部分內部電路反相器的部分內部電路 （2-37）3.4 TTL門電路門電路RI 不大不小時，工作在線性區(qū)或轉折區(qū)。RI 較

26、小時，關門，輸出高電平；RI 較大時，開門，輸出低電平；ROFFRONRI 懸空時？（2-38）3.4 TTL門電路門電路(1) 關門電阻關門電阻ROFF 在保證門電路輸出為額定高電在保證門電路輸出為額定高電平的條件下，所允許平的條件下，所允許RI 的最大值稱為關門電阻。典型的的最大值稱為關門電阻。典型的TTL門電路門電路ROFF 0.7k。 (2) 開門電阻開門電阻RON 在保證門電路輸出為額定低電平在保證門電路輸出為額定低電平的條件下，所允許的條件下，所允許RI 的最小值稱為開門電阻。典型的的最小值稱為開門電阻。典型的TTL門電路門電路RON 2k。 數字電路中要求輸入負載電阻數字電路中要

27、求輸入負載電阻RI RON或或RI ROFF ，否，否則輸入信號將不在高低電平范圍內。則輸入信號將不在高低電平范圍內。 振蕩電路則令振蕩電路則令 ROFF RI RON使電路處于轉折區(qū)。使電路處于轉折區(qū)。（2-39）3.4 TTL門電路門電路 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（2-40）3.4 TTL門電路門電路(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

28、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（2-41）3.4 TTL門電路門電路 （4 ）TTL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 （2-42） 扇出系數扇出系數v 總的扇出系數是高、低電平狀態(tài)下扇出系數中較小總的扇出系數是高、低電平狀態(tài)下扇出系數中較小的一個。的一個。 邏輯門所能夠驅動同類門（輸入端）的個邏輯門所能夠驅動同類門（

29、輸入端）的個數。數。(load)I(drive)INILOLmaxOL(load)I(drive)INIHOHmaxOH)(OHOLON,NminNv IOLmax: 保證輸出不高于保證輸出不高于VOLmax的低電平最大灌電流。的低電平最大灌電流。 v IOHmax:保證輸出不低于保證輸出不低于VOHmin的高電平最大拉電流。的高電平最大拉電流。 （2-43）例：如圖電路，已知例：如圖電路，已知 74S00門電路門電路GP參數為：參數為：IOH/IOL=1.0mA/-20mAIIH/IIL=50A/-1.43mA試求門試求門GP的扇出系數的扇出系數N是多少？若將電路中的是多少？若將電路中的芯片

30、改為芯片改為74S20，其門電路參數同，其門電路參數同74S00，問此，問此時扇出系數又為多少？時扇出系數又為多少？&GPG1Gn（2-44）求此類問題時，要對門求此類問題時，要對門P輸出的高低電平情況分輸出的高低電平情況分別進行討論。別進行討論。門門P輸出的低電平時，設可帶門數為輸出的低電平時，設可帶門數為N1：OLILIIN11443. 120ILOLLIIN門門P輸出的高電平時，設可帶門數為輸出的高電平時，設可帶門數為N2：OHIHIIN221005. 020 . 12IHOHHIIN扇出系數扇出系數N=10（2-45）74S20為為4輸入與非門，所以輸入與非門，所以門門P輸出的

31、低電平時，設可帶門數為輸出的低電平時，設可帶門數為N1：OLILIIN11443. 120ILOLLIIN門門P輸出的高電平時，設可帶門數為輸出的高電平時，設可帶門數為N2：OHIHIIN42505. 040 . 14IHOHHIIN扇出系數扇出系數=5（2-46）3.4 TTL門電路門電路（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11V2.1V（2-47）3.4 TTL門電路門電路 每一個發(fā)射極能各自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

32、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（2-48）3.4 TTL門電路門電路（2）集電極開路門（OC門）集電極集電極開路開路（2-49）3.4 TTL門電路門電路例：例：用用OC門實現電平轉換門實現電平轉換（2-50）3.4 TTL門電路門電路（3）三態(tài)門）三態(tài)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。控制端低電平有效。（2-51）3.4 TTL門電路門電路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，門電路輸出端處于高阻狀態(tài)。時，門

33、電路輸出端處于高阻狀態(tài)。（2-52）3.4 TTL門電路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（2-53）3.4 TTL門電路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 - Why can pro

34、pagation delay be reduced by using a Schottky transistor ?（4）肖特基系列）肖特基系列TTL門電路門電路（2-54）3.4 TTL門電路門電路VATTL與非門與非門Diode AND gate and input protectionPhase splitterOutputstageActive load What is the purpose of the 120- resistor R5?（2-55）3.4 TTL門電路門電路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

35、特基TTL系列，比普通系列，比普通74系列速度高，但功耗大。系列速度高，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。（2-56）3.4 TTL門電路門電路 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

36、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）多余或暫時不用的輸入端的一般不懸空，但可）多余或暫時不用的輸入端的一般不懸空，但可以懸空；懸空時相當于接高電平。以懸空；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

37、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。（2-57）MOS電路電路的特點的特點：2. 是電壓控制元件，靜態(tài)功耗小。是電壓控制元件，靜態(tài)功耗小。3. 允許電源電壓范圍寬（允許電源電壓范圍寬（3 18V）。）。4. 扇出系數大，抗噪聲容限大。扇出系數大，抗噪聲容限大。優(yōu)點優(yōu)點1. 工藝簡單，集成度高。工藝簡單，集成度高。缺點：缺點：工作速度比工作速度比TTL低低 。（2-58） 2.5 2.5 CMOS門電路門電路基本電路用基本電路用T TP P管和管和T TN N管構成。管構成。輸入脈沖幅度通常為輸入脈沖幅度通常為V VDDDD。V VA A

38、0V0VT TP P T TN NU UY YV VDDDD真值表真值表A A0 01 1Y Y1 10 0當當U UI I V VDDDD/2 /2 時時, , = U U0L0L 0 0當當U UI I V VDDDD/2 /2 時時, , = U U0H0H V VDDDD表達式表達式Y Y= =A AU U0 0U U0 0其閾值電平其閾值電平V VTHTH = = V VDDDD/2/20 0VDDV VDDDD截止截止截止截止導通導通導通導通0 0T TN NT TP P+V+VDDDDA AY YV VDDDD/2/2V VDDDDV VDDDD/2/2V VDDDD0 0V V

39、I IV VO O2.5.1 2.5.1 CMOS反向器的工作原理反向器的工作原理一一. . 電路結構電路結構二二. .工作原理工作原理三三. . 電壓傳輸特性電壓傳輸特性（2-59）圖圖2.6.4 不同不同VDD下下CMOS反相器的噪聲容限反相器的噪聲容限NLNHVV （2-60）由于由于CMOSCMOS反向器的柵極和襯底之間有反向器的柵極和襯底之間有SiOSiO2 2絕緣層，絕緣層，所以所以CMOSCMOS反向器正常工作時，有反向器正常工作時，有I II I= =I IG G =0=0成立。成立。但絕緣層非常薄，極易擊穿但絕緣層非常薄，極易擊穿 , 所以，制作所以，制作CMOSCMOS器件

40、時，器件時， 集成了集成了“輸入保護電路輸入保護電路”, , 以保護絕緣層不被擊穿。以保護絕緣層不被擊穿。輸入保護措施是有限度的，輸入保護措施是有限度的，使用時還必須注意器件的使用時還必須注意器件的 正確使用方法。正確使用方法。2.5.2 CMOS2.5.2 CMOS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一、一、 輸入特性輸入特性（2-61）由于由于UGSUGS越大，越大， TNTN管的導通電阻管的導通電阻RONRON就就越小，越小，1.1.低電平輸出特性低電平輸出特性U U0 0= =U U0L0L時時: :所以：所以：在同樣的在同樣的I IOLOL值下，值下， V V

41、DDDD越高，越高， 使使T TN N管導通時的管導通時的U UGSGS就越大，就越大，其其R RONON就越小，就越小，U UOLOL也就越低。也就越低。+V+VDDDDT TN NT TP PU UIHIHU UOLOLI IOLOLR RL LI IOLOL從負載電路注入從負載電路注入T TN N管。管。T TN N管導通，管導通，T TP P管截止，管截止，V VDDDD=5V=5V1010V V1515V VU UOLOLO OI IOLOL二、二、 輸出特性輸出特性（2-62）2.2.高電平輸出特性高電平輸出特性由于由于UGSUGS越負，越負， TPTP管的導通電阻管的導通電阻RO

42、NRON就就越小，越小，U U0 0= =U U0H0H時：時：所以：所以：在同樣的在同樣的I IOHOH值下，值下， V VDDDD越高，越高， 使使T TP P管導通時的管導通時的U UGSGS就越負，就越負，其其R RONON就越小，就越小，V VOHOH也就越高。也就越高。T TN NT TP P+V+VDDDDU UILILU UOHOHI IOHOHR RL LI IOHOH從從T TP P管流向負載電路。管流向負載電路。T TP P管導通管導通，T TN N管截止，管截止，U UOHOHO OI IOHOHV VDDDDV VDDDD=5V=5V10V10V15V15V（2-63

43、） CMOS門電路中的門電路中的與或非門與或非門、異或門異或門、同或門同或門等等下面重點介紹下面重點介紹CMOS與非門與非門和和或非門或非門2.5.3 2.5.3 其它類型的其它類型的CMOS門電路門電路（2-64）一、一、CMOS與非門（以二輸入為例）與非門（以二輸入為例）1 1、 組成組成兩兩T TP P管在上，管在上，并聯(lián)并聯(lián)；兩兩T TN N管在下，管在下，串聯(lián)串聯(lián)；2 2、工作原理工作原理只有當只有當AB同為同為1、 使串聯(lián)的使串聯(lián)的T TN N管同時導通時管同時導通時 ，輸出才為輸出才為0，其它情況輸出為其它情況輸出為1。A BA B0 00 00 10 11 01 01 11 1

44、T T3P 3P T T1P 1P T T2N 2N T T4N4NY YB BA A功能功能特點：特點： 3 3、輸出邏輯表達式輸出邏輯表達式1 11 11 10 0通通通通通通通通通通通通通通通通止止止止止止止止止止止止止止止止T1T1T3T3+V+VDDDDY YT2T2T4T4A AB BY=AY=AB BY=AY=AB B（2-65）二、二、 CMOS或非門（以二輸入為例）或非門（以二輸入為例）3 3、輸出邏輯表達式：輸出邏輯表達式：Y=AY=AB B1 1、 組成組成兩兩T TP P管在上，管在上，串聯(lián)串聯(lián)；兩兩T TN N管在下，管在下，并聯(lián)并聯(lián)；2 2、工作原理工作原理只有當只

45、有當AB同為同為0、 使串聯(lián)的使串聯(lián)的T TP P管同時導通時管同時導通時 ，輸出才為輸出才為1，其它情況輸出為其它情況輸出為0。功能功能特點：特點：A BA B0 00 00 10 11 01 01 11 1T T3P 3P T T1P 1P T T2N 2N T T4 4N NY YB BA A通通止止通通止止通通通通止止止止止止止止通通通通止止通通止止通通1 10 00 00 0B BA AT3T3T1T1T2T2T4T4V VDDDDY Y=A+B=A+B（2-66）為了克服上述缺點，可在門電路的輸入、輸出端增設為了克服上述缺點，可在門電路的輸入、輸出端增設“緩沖器緩沖器”。 CMOS

46、門電路的優(yōu)點門電路的優(yōu)點：電路結構簡單：電路結構簡單CMOS門電路的缺點門電路的缺點：1 1）輸出電阻）輸出電阻R RONON的大小，受輸入端狀態(tài)的影響的大小，受輸入端狀態(tài)的影響2 2）輸出電平）輸出電平U UOLOL、U UOHOH，受輸入端數目的影響，受輸入端數目的影響緩沖器可由緩沖器可由CMOS非門非門組成。組成。增加緩沖器后，電路的邏輯功能將改變：增加緩沖器后，電路的邏輯功能將改變：& &1 11 11 1A AB BY Y1 11 11 1A AB BY Y11Y=A+BY=A+BY=AY=AB B=A=AB B=A+B=A+B三三. .帶緩沖級的帶緩沖級的CMOS門

47、電路門電路（2-67）1.1.CMOS傳輸門（傳輸門（TGTG）組成和邏輯符號組成和邏輯符號當當C C=0=0時，時，C C=1=1時，時，當當C C=1=1時，時，C C=0=0時，時，T T1 1、T T2 2總有一個導電，傳輸門導通?？傆幸粋€導電，傳輸門導通。如同如同TTLTTLOC門，門，CMOS OD門，門，可用來實現可用來實現“線與邏輯線與邏輯”。工作時，要求工作時，要求U UI I在在0 0 V VDDDD之間變化。之間變化。CMOSCMOS傳輸門是雙向輸入和輸出器件，兩端可以互易使用。傳輸門是雙向輸入和輸出器件，兩端可以互易使用。C CT T2 2T T1 1V VDDDDV

48、VI I/V/VO OV VO O/V/VI IC CTGTGC CV VI I/V/VO OV VO O/V/VI IC C四四. . OD門（漏極開路的門電路）門（漏極開路的門電路）五五. . CMOS傳輸門傳輸門T T1 1、T T2 2截止，傳輸門截止。截止，傳輸門截止。（2-68）2. 2. CMOS傳輸門應用舉例傳輸門應用舉例利用利用CMOSCMOS傳輸門傳輸門和和CMOSCMOS非門非門可以可以組成各種復雜的邏輯電路。組成各種復雜的邏輯電路。當當C C=0=0時，時，SW截止；截止；CMOS雙向模擬開關雙向模擬開關的組成和符號：的組成和符號：例如做例如做模擬開關，模擬開關，用來傳

49、輸模擬信號，用來傳輸模擬信號，這是一般的邏輯門無法實現的。這是一般的邏輯門無法實現的。TGTGC CV VI I/V/VO OV VO O/V/VI I1 1SWSWC CV VI I/V/VO OV VO O/V/VI I當當C=1C=1時時，SW導通。導通。（2-69）例例1 1、 電路結構見圖電路結構見圖工作原理工作原理輸出邏輯表達式和圖形符號：輸出邏輯表達式和圖形符號：Y =Y =A A高阻高阻0 00 01 01 01 11 1T T1 1P P T T1 1P P T T2 2N N T T2 2N N 1 1 0 0高阻高阻高阻高阻Y YENENENENA AEN AEN A通通

50、止止通通止止止止通通止止通通通通通通止止止止通通通通止止止止（EN=0EN=0 時）時）（EN=1EN=1時）時）0 10 1六六. . CMOS三態(tài)輸出門（三態(tài)輸出門（TSTS門）門）（2-70）例例2. 2. 電路結構見圖電路結構見圖工作原理工作原理0 00 01 01 01 11 1B B1 11 11 10 0T T1 1P P T T2 2N N T T2 2N NY Y高阻高阻高阻高阻 0 0 1ENENB B 輸出邏輯表達式和圖形符號：輸出邏輯表達式和圖形符號：Y =A A高阻高阻EN EN A A止止止止止止通通通通通通通通止止止止止止通通通通（EN=1 1時）時）（EN=0 0時）時）0 10 1（2-71）例例3.3.電路結構見圖電路結構見圖工作原理工作原理TGTGY Y0 00 01 01 01 11 1輸出邏輯表達式和圖形符號：輸出邏輯表達式和圖形符號：Y=Y=A （EN=0 0時）時）高阻（高阻（EN=1 1時）時）EN EN A A0 10 1導通導通截止截止截止截止導通導通高阻高阻高阻高阻0 01 1（2-72）CMOSCMOS電路的特點電路的特點1.1.靜態(tài)功耗小靜態(tài)功耗?。篊MOSCMOS門工作時，一管導通，一管截止，門工作時，一管導通，一管截止，幾乎不由電源吸取電流，因此其靜態(tài)功耗極小。幾乎不由電