數(shù)字邏輯A3李

1、2022-4-29GUET School of Information & Communications1數(shù)字邏輯A主講：信息與通信學(xué)院主講：信息與通信學(xué)院 謝躍雷謝躍雷 2022-4-29GUET School of Information & Communications2第第3 3章章 門電路門電路3.1 概述概述3.2 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3.3 分立元件門電路分立元件門電路3.4 TTL門電路門電路3.5 其它結(jié)構(gòu)雙極型門電路其它結(jié)構(gòu)雙極型門電路3.6 CMOS門電路門電路2022-4-29GUET School of Information

2、 & Communications33.1 3.1 概述概述1.定義：定義：門電路門電路是用以實(shí)現(xiàn)基本是用以實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算和和復(fù)合邏輯復(fù)合邏輯運(yùn)算的運(yùn)算的電子電路。電子電路。門電路門電路分立元件門電路分立元件門電路（分立元器件，容、阻形成）（分立元器件，容、阻形成）集成門電路集成門電路雙極型集成門雙極型集成門（TTL 、 DTL ）MOS集成門集成門 NMOSPMOSCMOS2.分類分類:2022-4-29GUET School of Information & Communications4集集成成邏邏輯輯門門雙極型集成邏輯門雙極型集成邏輯門MOS集成邏輯門集成邏輯門按器件類型分按

3、器件類型分PMOSNMOSCMOS按集成度分按集成度分SSI（100以下以下個(gè)元件）個(gè)元件）MSI（10103 3個(gè)元件）個(gè)元件）LSI （10105 5個(gè)以上元件）個(gè)以上元件）1961年美國(guó)德克薩斯儀器公司首先制成集成電路。英文年美國(guó)德克薩斯儀器公司首先制成集成電路。英文Integrated Circuit,簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱IC。 集成電路的優(yōu)點(diǎn)：集成電路的優(yōu)點(diǎn)：體積小體積小、重量輕重量輕、可靠性高可靠性高，功耗低功耗低。目前。目前單個(gè)集成電路上已能作出數(shù)千萬(wàn)個(gè)三極管，而其面積只有數(shù)十平方單個(gè)集成電路上已能作出數(shù)千萬(wàn)個(gè)三極管，而其面積只有數(shù)十平方毫米。毫米。TTL、ECLI2L、HTL2022-4-

4、29GUET School of Information & Communications53、邏輯電平、邏輯電平 門電路的兩種門電路的兩種輸入、輸出輸入、輸出電平：電平：高電平高電平、低電平低電平。它們分別。它們分別對(duì)應(yīng)邏輯電路的對(duì)應(yīng)邏輯電路的1,0狀態(tài)。狀態(tài)。 正邏輯正邏輯：高電平高電平1；低電平；低電平0。 負(fù)邏輯負(fù)邏輯：高電平高電平0；低電平；低電平1 。電子電路中使用開關(guān)電路獲取高、低電平，如下電子電路中使用開關(guān)電路獲取高、低電平，如下圖：圖：2022-4-29GUET School of Information & Communications6lUI控制開關(guān)控制開關(guān)S的斷、通情況

5、。的斷、通情況。lS斷開，斷開，UO為高電平為高電平；S接通，接通，UO為低電平為低電平。 UI S Vcc Uo 實(shí)際開關(guān)為晶體二極管、實(shí)際開關(guān)為晶體二極管、三極管以及場(chǎng)效應(yīng)管等電三極管以及場(chǎng)效應(yīng)管等電子器件子器件邏輯邏輯“0”和邏輯和邏輯“1”對(duì)應(yīng)的電壓對(duì)應(yīng)的電壓范范圍寬圍寬，因此在數(shù)字電路中，對(duì)電子，因此在數(shù)字電路中，對(duì)電子元件、器件元件、器件參數(shù)精度的要求及其電參數(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源的穩(wěn)定度的要求比模擬電路要低。2022-4-29GUET School of Information & Communications7互補(bǔ)開關(guān)電路互補(bǔ)開關(guān)電路 UI S Vc

6、c Uo S 12 UI S Vcc Uo 單開關(guān)電路單開關(guān)電路功耗高功耗高低功耗低功耗2022-4-29GUET School of Information & Communications8一、二極管伏安特性一、二極管伏安特性3.2 3.2 半導(dǎo)體二極管門電路半導(dǎo)體二極管門電路 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 開啟電壓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

7、。iDuDiDuDUthO二極管特性折線簡(jiǎn)化二極管特性折線簡(jiǎn)化2022-4-29GUET School of Information & Communications9 利用二極管的單向?qū)щ娎枚O管的單向?qū)щ娦裕喈?dāng)于一個(gè)受外加電壓性，相當(dāng)于一個(gè)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)V VI I=V=VILIL時(shí)，時(shí)，D D導(dǎo)通，導(dǎo)通，V VO O=0.7=V=0.7=VOLOL 開關(guān)閉合開關(guān)閉合 VI 二極管開關(guān)電路二極管開關(guān)電路 Vcc Vo D R 二、二極管開關(guān)特性二、二極管開關(guān)特性假定：假定：V VIHIH=V=VCC CC ，V VILIL=0=0當(dāng)當(dāng)V VI I=V=V

8、IHIH時(shí)，時(shí)，D D截止，截止，V Vo o=V=VCCCC=V=VOHOH 開關(guān)斷開開關(guān)斷開 iDvDOiDvDVthO圖3- -2- -1 二極管伏安特性(c) 理想理想二極管開關(guān)特性二極管開關(guān)特性(d) 二極管特性折線簡(jiǎn)化二極管特性折線簡(jiǎn)化 1. 1.二極管的穩(wěn)態(tài)特性二極管的穩(wěn)態(tài)特性2022-4-29GUET School of Information & Communications10三二極管瞬態(tài)開關(guān)特性三二極管瞬態(tài)開關(guān)特性電路處于瞬變狀態(tài)下晶體電路處于瞬變狀態(tài)下晶體管所呈現(xiàn)的開關(guān)特性。具體的管所呈現(xiàn)的開關(guān)特性。具體的說(shuō)，就是晶體管在大信號(hào)作用說(shuō)，就是晶體管在大信號(hào)作用下，由下，由

9、導(dǎo)通到截止或者由截止導(dǎo)通到截止或者由截止到導(dǎo)通時(shí)呈現(xiàn)的開關(guān)特性到導(dǎo)通時(shí)呈現(xiàn)的開關(guān)特性。理想二極管作開關(guān)時(shí)，在理想二極管作開關(guān)時(shí)，在外加跳變電壓作用下，由導(dǎo)通外加跳變電壓作用下，由導(dǎo)通到截止或者由截止到導(dǎo)通都是到截止或者由截止到導(dǎo)通都是在瞬間完成，沒有過(guò)渡過(guò)程。在瞬間完成，沒有過(guò)渡過(guò)程。DRvI圖3- -2- -2 理想二極管開關(guān)特性vDiD(a)OvIt(b)OvDtOiDtVFVRVRIF2022-4-29GUET School of Information & Communications11圖3- -2- -3 二極管瞬態(tài)開關(guān)特性O(shè)vItVFVRt1t2OvDtt1t2OiDtIFIRt

10、stftrrtrDRvI圖3- -2- -2 理想二極管開關(guān)特性vDiD(a)OvIt(b)OvDtOiDtVFVRVRIF存儲(chǔ)時(shí)間存儲(chǔ)時(shí)間反向恢反向恢復(fù)時(shí)間復(fù)時(shí)間下降時(shí)間下降時(shí)間上升時(shí)間上升時(shí)間2022-4-29GUET School of Information & Communications123.2.2 3.2.2 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=AB2022-4-29GUET School of Information & Communications

11、13二、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+B2022-4-29GUET School of Information & Communications14圖3-6-1 N溝道增強(qiáng)型MOS管N+N+SGDSiO2P- -Si(a) 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖(b) 符號(hào)符號(hào)SGD3.33.3C CMOS門電路門電路MOS（Metal Oxide Semiconductor）集成電路的基本元件）集成電路的基本元件是是MOS晶體管。晶體管。MOS管有三個(gè)電極：管有三個(gè)電極：源極源極S、漏極漏極D和和柵極柵極G。它是用柵極電壓來(lái)

12、控制漏源電流。它是用柵極電壓來(lái)控制漏源電流。MOS管有管有P型溝道和型溝道和N型溝道兩種，按其工作特性又分為型溝道兩種，按其工作特性又分為增增強(qiáng)型和耗盡型強(qiáng)型和耗盡型兩類。兩類。2022-4-29GUET School of Information & Communications15復(fù)習(xí)MOS管的有關(guān)知識(shí)1. N溝道MOS管的結(jié)構(gòu)P型襯底溝道區(qū)域絕緣層金屬鋁2022-4-29GUET School of Information & Communications1616VGS=0時(shí)，則D、S之間相當(dāng)于兩個(gè)PN結(jié)背向的串聯(lián)， D、S之間不通，iD0。復(fù)習(xí)MOS管的有關(guān)知識(shí)2. 工作原理反型層（導(dǎo)

13、電溝道） 當(dāng)G、S間加上正電壓，且VGSVT時(shí)，柵極與襯底之間形成電場(chǎng)，吸引襯底中的電子到柵極下面的襯底表面，形成一個(gè)N型的反型層構(gòu)成D、S之間的導(dǎo)電溝道。VT被稱為MOS管的開啟電壓。由于VGS 0時(shí)，無(wú)導(dǎo)電溝道，在增強(qiáng)VGS 電壓后形成導(dǎo)電溝道，所以稱這類MOS管為增強(qiáng)型MOS管。P型襯底2022-4-29GUET School of Information & Communications1717復(fù)習(xí)MOS管的有關(guān)知識(shí)2. 工作原理反型層（導(dǎo)電溝道）P型襯底 N溝道增強(qiáng)型MOS管具有以下特點(diǎn)：當(dāng)VGSVT 時(shí)，管子導(dǎo)通，導(dǎo)通電阻很小，相當(dāng)于開關(guān)閉合 。當(dāng)VGSVT 時(shí)，管子截止，相當(dāng)于開

14、關(guān)斷開； 同樣，對(duì)P溝道增強(qiáng)型MOS管來(lái)說(shuō)：當(dāng)|VGS| |VT|時(shí)，管子導(dǎo)通，導(dǎo)通電阻很小，相當(dāng)于開關(guān)閉合。2022-4-29GUET School of Information & Communications18圖3-4-2 N溝道增強(qiáng)型MOS管輸出特性曲線OiDSvDS()非非飽飽和和區(qū)區(qū)()非飽和區(qū)非飽和區(qū)()截止區(qū)截止區(qū)vDS= vGS- -VGS(th)NvGS0輸出特性曲線和閾值電壓輸出特性曲線和閾值電壓輸出特性曲線表示在一定柵源電壓輸出特性曲線表示在一定柵源電壓vGS下，漏源電流下，漏源電流iDS和漏和漏源電壓源電壓vDS之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。非飽和區(qū)：非飽和區(qū)：vDS很小

15、，很小，當(dāng)滿足當(dāng)滿足vDS(vGS- -VGS(th)N)時(shí)，時(shí)， iDS基本上隨基本上隨vDS線性上升。線性上升。vGS越大，曲線越陡，相應(yīng)越大，曲線越陡，相應(yīng)等效電阻越小。該區(qū)域又等效電阻越小。該區(qū)域又稱為稱為可調(diào)電阻區(qū)域可調(diào)電阻區(qū)域。飽和區(qū)飽和區(qū)：當(dāng)當(dāng)vDS(vGS- -VGS(th)N)以后，漏極附近的溝道被夾斷。以后，漏極附近的溝道被夾斷。iDS不隨不隨vDS線性上升，而是達(dá)到某一數(shù)值，幾乎近似不變。線性上升，而是達(dá)到某一數(shù)值，幾乎近似不變。2022-4-29GUET School of Information & Communications19圖3-4-3 N溝道MOS 管轉(zhuǎn)移特

16、性O(shè)iDSvGSVGS(th)NvDS=常數(shù)常數(shù)截止區(qū)：截止區(qū)：vGSVGS(th)N，還沒有形成導(dǎo)電溝道，因此，還沒有形成導(dǎo)電溝道，因此iDS=0。轉(zhuǎn)移特性和跨導(dǎo)轉(zhuǎn)移特性和跨導(dǎo)MOS管的轉(zhuǎn)移特性是指在漏源電壓管的轉(zhuǎn)移特性是指在漏源電壓vDS一定時(shí)，柵源電壓一定時(shí)，柵源電壓vGS和漏源電流和漏源電流iDS之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。當(dāng)當(dāng)vGSVGS(th)N后，在后，在vDS作用下才形成作用下才形成iDS電流。電流。vGS和和iDS之間的關(guān)系，通常用跨導(dǎo)之間的關(guān)系，通常用跨導(dǎo)gm這個(gè)參數(shù)表示。即：這個(gè)參數(shù)表示。即：常數(shù)常數(shù) DSGSDSmvvig它表明了它表明了vGS對(duì)對(duì)iDS的控制能力，數(shù)值越大

17、，柵極控制作用越強(qiáng)。的控制能力，數(shù)值越大，柵極控制作用越強(qiáng)。2022-4-29GUET School of Information & Communications20輸入電阻和輸入電容輸入電阻和輸入電容MOS管的柵、源兩極通常作為輸入端，輸入電阻實(shí)質(zhì)上就管的柵、源兩極通常作為輸入端，輸入電阻實(shí)質(zhì)上就是介質(zhì)是介質(zhì)SiO2層的絕緣電阻。若層的絕緣電阻。若SiO2的厚度在的厚度在0.15m左右，絕緣左右，絕緣電阻可達(dá)電阻可達(dá)1012以上。以上。MOS管的高輸入電阻，使得其靜態(tài)負(fù)載能力很強(qiáng)；柵極泄管的高輸入電阻，使得其靜態(tài)負(fù)載能力很強(qiáng)；柵極泄漏電流很小，可以將信息在輸入端的柵極電容上暫存，為動(dòng)態(tài)漏電

18、流很小，可以將信息在輸入端的柵極電容上暫存，為動(dòng)態(tài)MOS電容和大規(guī)模存儲(chǔ)電路的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了條件。電容和大規(guī)模存儲(chǔ)電路的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了條件。MOS管的輸入電容是指柵、源之間存在很小的寄生電容，管的輸入電容是指柵、源之間存在很小的寄生電容，其數(shù)值約為百分之幾皮法到幾皮法。其數(shù)值約為百分之幾皮法到幾皮法。直流導(dǎo)通電阻直流導(dǎo)通電阻MOS管導(dǎo)通時(shí)，漏源電壓管導(dǎo)通時(shí)，漏源電壓vDS和漏源電流和漏源電流iDS的比值稱為直流的比值稱為直流導(dǎo)通電阻導(dǎo)通電阻DSDSonivr 2022-4-29GUET School of Information & Communications213.3.23.3.2、MOS反相器反

19、相器在在MOS集成電路中，反相器是基本的單元。按其結(jié)構(gòu)和負(fù)集成電路中，反相器是基本的單元。按其結(jié)構(gòu)和負(fù)載不同，可大致分為三種類型。載不同，可大致分為三種類型。(1) 電阻負(fù)載電阻負(fù)載MOS電路電路(2) MOS負(fù)載反相器負(fù)載反相器(3) CMOS（Complementary MOS）反相器）反相器其中電阻負(fù)載其中電阻負(fù)載MOS電路的輸入器件是增強(qiáng)型電路的輸入器件是增強(qiáng)型MOS管，負(fù)載管，負(fù)載是線性電阻。是線性電阻。2022-4-29GUET School of Information & Communications22(1) 電阻負(fù)載電阻負(fù)載MOS反相器電路反相器電路0VVDD真值表真值表A

20、01Y10表達(dá)式表達(dá)式Y(jié)=AVDD截止導(dǎo)通0VIVOMOS管 SGDvIvOVDD T0RDA AY Y2022-4-29GUET School of Information & Communications23(2) MOS負(fù)載反相器電路負(fù)載反相器電路工作管工作管負(fù)載管負(fù)載管設(shè)電源電壓設(shè)電源電壓VDD = 10V，開啟電壓開啟電壓VT1 = VT0 = 2V1、A輸入高電平輸入高電平VIH = 8V2、A輸入低電平輸入低電平VIL = 0.3V時(shí)，時(shí)， 電路執(zhí)行邏輯非功能電路執(zhí)行邏輯非功能T1、T0均導(dǎo)通，輸出為低均導(dǎo)通，輸出為低電平電平VOL 0.3VT0截止截止T1導(dǎo)通，電路輸出導(dǎo)通，電

21、路輸出高電平高電平VOH = VDD - - VT2 = 8V。SGDSGDvIvOVDDT1T0A AY YiDS=k(vDSL- VGS(th)NL)22022-4-29GUET School of Information & Communications24圖3- -6- -2 CMOS反相器DGSSGDvOVDDTLT0vI(3)(3)CMOS反相器工作原理反相器工作原理CMOS反相器由一個(gè)反相器由一個(gè)P溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管和一個(gè)管和一個(gè)N溝道增強(qiáng)溝道增強(qiáng)型型MOS管串聯(lián)組成。通常管串聯(lián)組成。通常P溝道管作為負(fù)載管，溝道管作為負(fù)載管，N溝道管作為輸溝道管作為輸入管。入管。n若輸

22、入若輸入vI為為低電平低電平VIL(如如0V)，則負(fù)載，則負(fù)載管導(dǎo)通，輸入管截止，輸出電壓接近管導(dǎo)通，輸入管截止，輸出電壓接近VDD。n若輸入若輸入vI為為高電平高電平VIH(如如VDD)，則輸入管導(dǎo)通，負(fù)載管截止，則輸入管導(dǎo)通，負(fù)載管截止，輸出電壓接近輸出電壓接近0V。兩個(gè)兩個(gè)MOS管的開啟電壓管的開啟電壓VGS(th)P0，通，通常為了保證正常工作，要求常為了保證正常工作，要求VDD|VGS(th)P|+VGS(th)N。2022-4-29GUET School of Information & Communications25圖3- -5- -2 CMOS反相器電壓傳輸特性vIvOOVD

23、DVDDVDD+VGS(th)PVGS(th)N二電壓傳輸特性和電流傳輸特性二電壓傳輸特性和電流傳輸特性CMOS反相器的電壓傳輸特反相器的電壓傳輸特性曲線可分為五個(gè)工作區(qū)。性曲線可分為五個(gè)工作區(qū)。工作區(qū)工作區(qū)：由于輸入管截止，：由于輸入管截止，故故vO=VDD，處于穩(wěn)定關(guān)態(tài)。，處于穩(wěn)定關(guān)態(tài)。工作區(qū)工作區(qū)：PMOS和和NMOS均處于飽和狀態(tài)，特性曲線急劇均處于飽和狀態(tài)，特性曲線急劇變化，變化，vI值等于閾值電壓值等于閾值電壓Vth。工作區(qū)工作區(qū)：負(fù)載管截止，輸入管處于非飽和狀態(tài)，所以：負(fù)載管截止，輸入管處于非飽和狀態(tài)，所以vO0V，處于穩(wěn)定的開態(tài)。，處于穩(wěn)定的開態(tài)。2022-4-29GUET S

24、chool of Information & Communications26工作區(qū)工作區(qū)輸入電壓輸入電壓vI范圍范圍PMOS管管NMOS管管輸出輸出0 vI VGS(th)N非飽和非飽和截止截止vO VDDVGS(th)N vI vO+ VGS(th)P非飽和非飽和飽和飽和vO+ VGS(th)P vI vO+ VGS(th)N飽和飽和飽和飽和vO+ VGS(th)N vI VDD+ VGS(th)P飽和飽和非飽和非飽和VDD+ VGS(th)P vI VDD截止截止非飽和非飽和vO0表3- -5- -1 CMOS電路MOS管的工作狀態(tài)表圖3- -5- -3 CMOS反相器電流傳輸特性vIO

25、VDDiDSVDD+VGS(th)PVGS(th)NV thCMOS反相器的電流傳輸反相器的電流傳輸特性曲線，只在工作區(qū)特性曲線，只在工作區(qū)時(shí)，時(shí)，由于負(fù)載管和輸入管都處于飽由于負(fù)載管和輸入管都處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大和導(dǎo)通狀態(tài)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的電流。其余情況下，電流都的電流。其余情況下，電流都極小。極小。2022-4-29GUET School of Information & Communications27CMOS反相器具有如下特點(diǎn)：反相器具有如下特點(diǎn)：(1) 靜態(tài)功耗極低。在穩(wěn)定時(shí)，靜態(tài)功耗極低。在穩(wěn)定時(shí)，CMOS反相器工作在工作反相器工作在工作區(qū)區(qū)和工作區(qū)和工作區(qū)，總有一個(gè)，

26、總有一個(gè)MOS管處于截止?fàn)顟B(tài)，流過(guò)的電流管處于截止?fàn)顟B(tài)，流過(guò)的電流為極小的漏電流。為極小的漏電流。(2) 抗干擾能力較強(qiáng)。由于其閾值電平近似為抗干擾能力較強(qiáng)。由于其閾值電平近似為0.5VDD，輸入，輸入信號(hào)變化時(shí)，過(guò)渡變化陡峭，所以低電平噪聲容限和高電平噪信號(hào)變化時(shí)，過(guò)渡變化陡峭，所以低電平噪聲容限和高電平噪聲容限近似相等，且隨電源電壓升高，抗干擾能力增強(qiáng)。聲容限近似相等，且隨電源電壓升高，抗干擾能力增強(qiáng)。(3) 電源利用率高。電源利用率高。VOH=VDD，同時(shí)由于閾值電壓隨，同時(shí)由于閾值電壓隨VDD變變化而變化，所以允許化而變化，所以允許VDD有較寬的變化范圍，一般為有較寬的變化范圍，一般為

27、+3+18V。(4) 輸入阻抗高，帶負(fù)載能力強(qiáng)。輸入阻抗高，帶負(fù)載能力強(qiáng)。2022-4-29GUET School of Information & Communications28 實(shí)際應(yīng)用中，由于外界干擾、電源波動(dòng)等原因，可能實(shí)際應(yīng)用中，由于外界干擾、電源波動(dòng)等原因，可能使輸入電平使輸入電平V VI I偏離規(guī)定值。為了保證電路可靠工作，應(yīng)對(duì)干偏離規(guī)定值。為了保證電路可靠工作，應(yīng)對(duì)干擾的幅度有一定限制，稱為噪聲容限。擾的幅度有一定限制，稱為噪聲容限。 三、三、 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是指在保證輸出低電平的前提下，允許是指在保證輸出低電平的前提下，允許疊加在輸入

28、高電平上的最大噪聲電壓疊加在輸入高電平上的最大噪聲電壓( (負(fù)向干擾負(fù)向干擾) )，用，用V VNHNH表表示：示： l低電平噪聲容限低電平噪聲容限: :是指在保證輸出高電平的前提下，允許是指在保證輸出高電平的前提下，允許疊加在輸入低電平上的最大噪聲電壓疊加在輸入低電平上的最大噪聲電壓( (正向干擾正向干擾) )，用，用V VNLNL表表示：示： V VNL NL = V= VIL,maxIL,maxV VILILV VNH NH = V= VIHIHV VIH,minIH,min2022-4-29GUET School of Information & Communications291 1

29、輸出輸出0 0輸出輸出1 1輸入輸入0 0輸入輸入V VOH,minOH,minV VIH,minIH,minV VNHNHV VIL,maxIL,maxV VOL,maxOL,maxV VNLNL11V VI IV VO O輸入低電平噪聲容限：輸入低電平噪聲容限：VNL=VIL,maxVOL,max輸入高電平噪聲容限：輸入高電平噪聲容限：VNH=VOH,minVIH,min5V2.7V0.5V0V5V2V0.8V0V2022-4-29GUET School of Information & Communications30圖3- -6- -11 CMOS輸入保護(hù)電路vOVDDTPTNvIC1

30、D2N D1 D1C2PPPNR3.3.3 CMOS反相器的靜態(tài)輸入反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性特性和輸出特性(1) 輸入特性輸入特性為了保護(hù)柵極和襯底之間為了保護(hù)柵極和襯底之間的柵氧化層不被擊穿，的柵氧化層不被擊穿，CMOS輸入端都加有保護(hù)電路。輸入端都加有保護(hù)電路。由于二極管的鉗位作用，由于二極管的鉗位作用，使得使得MOS管在正或負(fù)尖峰脈管在正或負(fù)尖峰脈沖作用下不易發(fā)生損壞。沖作用下不易發(fā)生損壞。圖3- -6- -12 CMOS反相器輸入特性vIOVDDiI1V保護(hù)保護(hù)電路電路二極管二極管D1的特性的特性二極管二極管D2和電阻和電阻R串聯(lián)電路的特性串聯(lián)電路的特性2022-4-29GUET

31、 School of Information & Communications31vO=VOLVDDTNRLvI=VDDTPIOL圖3- -6- -13 輸出低電平等效電路圖3- -6- -14 輸出低電平時(shí)輸出特性VOL(vDSN)OIOL(iDSN)vI(vGSN)(2) 輸出特性輸出特性a. 低電平輸出特性低電平輸出特性n當(dāng)輸入當(dāng)輸入v vI I為高電平時(shí)為高電平時(shí)，負(fù)載管截止，負(fù)載管截止，輸入管導(dǎo)通，負(fù)載電流輸入管導(dǎo)通，負(fù)載電流I IOLOL灌入輸入管，灌入輸入管，如圖如圖 所示。所示。n輸出電阻的大小與輸出電阻的大小與v vGSNGSN( (v vI I) )有關(guān)有關(guān)，v vI I越

32、大，輸出電阻越小，反相器帶負(fù)載越大，輸出電阻越小，反相器帶負(fù)載能力越強(qiáng)。能力越強(qiáng)。2022-4-29GUET School of Information & Communications32VOHVDDTNRLvI=0TPIOH圖3- -6- -15 輸出高電平等效電路圖3- -6- -16 輸出高電平時(shí)輸出特性vSDPOIOH (iSDP)vGSPVDDb. 高電平輸出特性高電平輸出特性n當(dāng)輸入當(dāng)輸入v vI I為低電平時(shí)為低電平時(shí)，負(fù)載管導(dǎo)通，負(fù)載管導(dǎo)通，輸入管截止，負(fù)載電流是拉電流，如圖輸入管截止，負(fù)載電流是拉電流，如圖示。輸出電壓示。輸出電壓V VOHOH= =V VDDDD- -v

33、vSDPSDP，拉電流，拉電流I IOHOH即即為為i iSDPSDP，輸出特性曲線如圖所示。，輸出特性曲線如圖所示。n|vGSP|越大，越大，負(fù)載電流的增加使負(fù)載電流的增加使VOH下降越下降越小，帶拉電流負(fù)載能力就越強(qiáng)小，帶拉電流負(fù)載能力就越強(qiáng)2022-4-29GUET School of Information & Communications33 3、CMOS門 （1）與非門 A、B當(dāng)中有一個(gè)或全為低電平時(shí)，TN1、TN2中有一個(gè)或全部截止，TP1、TP2中有一個(gè)或全部導(dǎo)通，輸出Y為高電平。只有當(dāng)輸入A、B全為高電平時(shí)，TN1和TN2才會(huì)都導(dǎo)通，TP1和TP2才會(huì)都截止，輸出Y才會(huì)為低電

34、平。 YAB2022-4-29GUET School of Information & Communications34輸出電阻輸出電阻（2）CMOS或非門或非門+VDDBYT2T3AT4T1SSSSGGBA F =A B T1 T2 T3 T4 F工作原理工作原理: :00 01 10 11 1000結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)管并聯(lián)；負(fù)載管串聯(lián)驅(qū)動(dòng)管并聯(lián)；負(fù)載管串聯(lián)存在缺陷：存在缺陷：輸出電阻受輸入狀態(tài)影響；輸出電阻受輸入狀態(tài)影響；ONR2ONRONRONR5 . 0輸出的高、低電平受輸入端數(shù)目的影響。輸出的高、低電平受輸入端數(shù)目的影響。輸入端數(shù)目越多，并聯(lián)的驅(qū)動(dòng)管越多，輸出的低電平越低；輸入

35、端數(shù)目越多，并聯(lián)的驅(qū)動(dòng)管越多，輸出的低電平越低；輸入端數(shù)目越多，串聯(lián)的負(fù)載管越多，輸出的高電平越低；輸入端數(shù)目越多，串聯(lián)的負(fù)載管越多，輸出的高電平越低；2022-4-29GUET School of Information & Communications35（3）CMOS與門（4）CMOS或門（5）CMOS與或非門思考：如何得到 YA BC D由德.摩根定理 YA B C DA BC D邏輯電路如圖2022-4-29GUET School of Information & Communications36YVDDB圖3- -6- -5 帶緩沖級(jí)的與非門A上述電路雖然簡(jiǎn)單，但存在一些嚴(yán)重缺點(diǎn)：

36、上述電路雖然簡(jiǎn)單，但存在一些嚴(yán)重缺點(diǎn)：(1) (1) 輸出電阻受輸入端狀態(tài)的影響；輸出電阻受輸入端狀態(tài)的影響；(2) (2) 當(dāng)輸入端數(shù)目增多時(shí)，輸出低電平也隨著相應(yīng)提高，當(dāng)輸入端數(shù)目增多時(shí)，輸出低電平也隨著相應(yīng)提高，使低電平噪聲容限降低。使低電平噪聲容限降低。解決方法：解決方法：在各輸入端、輸出端增加一級(jí)反相器，構(gòu)成帶在各輸入端、輸出端增加一級(jí)反相器，構(gòu)成帶緩沖級(jí)的門電路。緩沖級(jí)的門電路。帶 緩 沖 級(jí)帶 緩 沖 級(jí) 的的與非門是在或非與非門是在或非門的輸入端、輸門的輸入端、輸出端接入反相器出端接入反相器構(gòu)成的。構(gòu)成的。2022-4-29GUET School of Information

37、& Communications37二二 漏極開路門電路（漏極開路門電路（OD） 普通普通CMOS門不能接門不能接成線與形式。成線與形式。 OD門輸出端只是一門輸出端只是一個(gè)個(gè)N溝道管，因此可以按溝道管，因此可以按OC門的辦法連成總線形門的辦法連成總線形式。式。特點(diǎn)：特點(diǎn)：VDD1和和VDD2可取不同值；可取不同值；YBA&(b)邏輯符號(hào)2022-4-29GUET School of Information & Communications38OCOC門的門的“線與線與”功能功能圖3-4-16 n個(gè)OC門并聯(lián)使用YBA&DC&JI&VCCRUnIJCDABIJCDABY AVDD11&BVcc

38、RLIVDD11&J圖3-4-16 n個(gè)OC門并聯(lián)使用YBA&DC&JI&VCCRUn2022-4-29GUET School of Information & Communications39當(dāng)當(dāng)n個(gè)前級(jí)門輸出均為個(gè)前級(jí)門輸出均為高電平，即所有高電平，即所有OC門同門同時(shí)截止時(shí)，為保證輸出時(shí)截止時(shí)，為保證輸出的高電平不低于規(guī)定的的高電平不低于規(guī)定的VOH，min值，上拉電阻不值，上拉電阻不能過(guò)大，其最大值計(jì)算能過(guò)大，其最大值計(jì)算公式：公式：CCOHminU(max)OHIHV-VR=nI+mI，外接上拉電阻外接上拉電阻R RU U的計(jì)算方法的計(jì)算方法圖3-4-17 n個(gè)OC門并聯(lián)驅(qū)動(dòng)m門20

39、22-4-29GUET School of Information & Communications40當(dāng)當(dāng)n個(gè)前級(jí)門中有一個(gè)個(gè)前級(jí)門中有一個(gè)輸出為低電平，即所有輸出為低電平，即所有OC門中只有一個(gè)導(dǎo)通時(shí)，門中只有一個(gè)導(dǎo)通時(shí)，全部負(fù)載電流都流入導(dǎo)通全部負(fù)載電流都流入導(dǎo)通的那個(gè)的那個(gè) OC門，為確保流門，為確保流入導(dǎo)通入導(dǎo)通OC門的電流不至門的電流不至于超過(guò)最大允許的于超過(guò)最大允許的IOL，max值，值，RU值不可太小，其最值不可太小，其最小值計(jì)算公式：小值計(jì)算公式：CCOLmaxU(min)OLmaxILV- VR=I- m I，)(min)maxUUURRR 圖3-4-18 n個(gè)OC門并聯(lián)驅(qū)

40、動(dòng)m門2022-4-29GUET School of Information & Communications41TP圖3- -5- -10 CMOS傳輸門及其邏輯符號(hào)VDDCCvO/vIvI/vOvO/vIvI/vOCCTGCvO/vIvI/vOCTN三三CMOS傳輸門傳輸門CMOS傳輸門是由傳輸門是由P溝道和溝道和N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管并聯(lián)互補(bǔ)組管并聯(lián)互補(bǔ)組成。成。當(dāng)當(dāng)C=0V，C=VDD時(shí)，兩個(gè)時(shí)，兩個(gè)MOS管都截止。輸出和輸入之間管都截止。輸出和輸入之間呈現(xiàn)高阻抗，傳輸門截止。當(dāng)呈現(xiàn)高阻抗，傳輸門截止。當(dāng)C=VDD，C=0V時(shí)，總有一個(gè)時(shí)，總有一個(gè)MOS管導(dǎo)通，使輸出和輸入之間

41、呈低阻抗，傳輸門導(dǎo)通。管導(dǎo)通，使輸出和輸入之間呈低阻抗，傳輸門導(dǎo)通。2022-4-29GUET School of Information & Communications42TP圖3- -5- -11 傳輸門高、低電平傳輸情況VDDC=0C=VDDvOvI=VDDTNDSSDCLTPVDDC=0C=VDDvOvITNSDDSCL(a) 高電平傳輸高電平傳輸(b) 低電平傳輸?shù)碗娖絺鬏攤鬏旈T傳輸門傳輸高電平信號(hào)傳輸高電平信號(hào)時(shí)，若控制信號(hào)時(shí)，若控制信號(hào)C為有效電平，則為有效電平，則傳輸門導(dǎo)通，電流從輸入端經(jīng)溝道流向輸出端，向負(fù)載電容傳輸門導(dǎo)通，電流從輸入端經(jīng)溝道流向輸出端，向負(fù)載電容CL充電，

42、直至輸出電平與輸入電平相同，完成高電平的傳輸。充電，直至輸出電平與輸入電平相同，完成高電平的傳輸。若若傳輸?shù)碗娖叫盘?hào)傳輸?shù)碗娖叫盘?hào)，電流從輸出端流向輸入端，負(fù)載電容，電流從輸出端流向輸入端，負(fù)載電容CL經(jīng)傳輸門向輸入端放電，輸出端從高電平降為與輸入端相同經(jīng)傳輸門向輸入端放電，輸出端從高電平降為與輸入端相同的低電平，完成低電平傳輸。的低電平，完成低電平傳輸。2022-4-29GUET School of Information & Communications43（1）用來(lái)組成各種復(fù)雜的邏輯電路。）用來(lái)組成各種復(fù)雜的邏輯電路。（2）用作模擬開關(guān)，傳輸連續(xù)變化的模擬電壓信號(hào)。）用作模擬開關(guān)，傳輸連

43、續(xù)變化的模擬電壓信號(hào)。傳輸門的應(yīng)用傳輸門的應(yīng)用TG11TG11BAYTG11Vi/V0CV0/Vi用反相器和傳輸門構(gòu)成的異或門CMOS雙向模擬開關(guān)電路結(jié)構(gòu)2022-4-29GUET School of Information & Communications44VDDEN圖3- -6- -6 三態(tài)輸出CMOS門 結(jié)構(gòu)之一AYVDD1TNTNTPTP四三態(tài)輸出四三態(tài)輸出CMOS門門三態(tài)輸出三態(tài)輸出CMOS門是在普通門電路上，增加了控制端和控門是在普通門電路上，增加了控制端和控制電路構(gòu)成，一般有三種結(jié)構(gòu)形式。制電路構(gòu)成，一般有三種結(jié)構(gòu)形式。在反相器基礎(chǔ)上增加一對(duì)在反相器基礎(chǔ)上增加一對(duì)P溝道溝道TP

44、和和N溝道溝道TN MOS管。管。當(dāng)控制端為當(dāng)控制端為1時(shí)，時(shí)，TP和和TN同時(shí)同時(shí)截止，截止，輸出呈高阻態(tài)輸出呈高阻態(tài)；當(dāng)控制；當(dāng)控制端為端為0時(shí)，時(shí)，TP和和TN同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)導(dǎo)通，反相器正常工作。該電路為低反相器正常工作。該電路為低電平有效的三態(tài)輸出門。電平有效的三態(tài)輸出門。2022-4-29GUET School of Information & Communications45EN圖3- -5- -16 三態(tài)輸出CMOS門結(jié)構(gòu)之二AYVDD1TNTPAY&TNTPVDDENTNTP第二種形式和第三種形式：第二種形式和第三種形式：EN圖3- -5- -17 三態(tài)輸出CMOS 門結(jié)構(gòu)之三

45、AYVDD1TG2022-4-29GUET School of Information & Communications46CMOS器件使用時(shí)應(yīng)注意的問題器件使用時(shí)應(yīng)注意的問題(1) 輸入電路的靜電防護(hù)輸入電路的靜電防護(hù)措施：運(yùn)輸時(shí)最好使用金屬屏蔽層作為包裝材料；組裝、措施：運(yùn)輸時(shí)最好使用金屬屏蔽層作為包裝材料；組裝、調(diào)試時(shí)，儀器儀表、工作臺(tái)面及烙鐵等均應(yīng)有良好接地；不使調(diào)試時(shí)，儀器儀表、工作臺(tái)面及烙鐵等均應(yīng)有良好接地；不使用的多余輸入端不能懸空，以免拾取脈沖干擾。用的多余輸入端不能懸空，以免拾取脈沖干擾。(2) 輸入端加過(guò)流保護(hù)輸入端加過(guò)流保護(hù)措施：在可能出現(xiàn)大輸入電流的場(chǎng)合必須加過(guò)流保護(hù)措

46、施。措施：在可能出現(xiàn)大輸入電流的場(chǎng)合必須加過(guò)流保護(hù)措施。如在輸入端接有低電阻信號(hào)源時(shí)、在長(zhǎng)線接到輸入端時(shí)、在輸如在輸入端接有低電阻信號(hào)源時(shí)、在長(zhǎng)線接到輸入端時(shí)、在輸入端接有大電容時(shí)等，均應(yīng)在輸入端接入保護(hù)電阻入端接有大電容時(shí)等，均應(yīng)在輸入端接入保護(hù)電阻RP。2022-4-29GUET School of Information & Communications47(3) 防止防止CMOS器件產(chǎn)生鎖定效應(yīng)器件產(chǎn)生鎖定效應(yīng)措施：在輸入端和輸出端設(shè)置鉗位電路；在電源輸入端加措施：在輸入端和輸出端設(shè)置鉗位電路；在電源輸入端加去耦電路，在去耦電路，在VDD輸入端與電源之間加限流電路，防止輸入端與電源之間

47、加限流電路，防止VDD端出端出現(xiàn)瞬態(tài)高壓；在現(xiàn)瞬態(tài)高壓；在vI輸入端與電源之間加限流電阻，使得即使發(fā)輸入端與電源之間加限流電阻，使得即使發(fā)生了鎖定效應(yīng)，也能使生了鎖定效應(yīng)，也能使T1、T2電源限制在一定范圍內(nèi)，不致于電源限制在一定范圍內(nèi)，不致于損壞器件。損壞器件。如果一個(gè)系統(tǒng)中由幾個(gè)電源分別供電時(shí)，各電源開關(guān)順序如果一個(gè)系統(tǒng)中由幾個(gè)電源分別供電時(shí)，各電源開關(guān)順序必須合理，啟動(dòng)時(shí)應(yīng)先接通必須合理，啟動(dòng)時(shí)應(yīng)先接通CMOS電路的電源，再接入信號(hào)源電路的電源，再接入信號(hào)源或負(fù)載電路；關(guān)閉時(shí)，應(yīng)先切斷信號(hào)源和負(fù)載電路，再切斷或負(fù)載電路；關(guān)閉時(shí)，應(yīng)先切斷信號(hào)源和負(fù)載電路，再切斷CMOS電源。電源。2022

48、-4-29GUET School of Information & Communications483.4 3.4 其他類型其他類型MOS門電路門電路AYVDDTLT1BT2與與非非門門或或非非門門YVDDTLAT1BT21 1、N NMOS門電路門電路分析：只有當(dāng)輸入信號(hào)為分析：只有當(dāng)輸入信號(hào)為VIH，對(duì)應(yīng)的輸入管才導(dǎo)通，否則截止。，對(duì)應(yīng)的輸入管才導(dǎo)通，否則截止。1110A B0 00 1 011 1Y1000A B0 00 1 011 1Y2022-4-29GUET School of Information & Communications492 2、P PMOS門電路門電路分析：只有當(dāng)

49、輸入信號(hào)為分析：只有當(dāng)輸入信號(hào)為VIL，對(duì)應(yīng)的輸入管才導(dǎo)通，否則截止。，對(duì)應(yīng)的輸入管才導(dǎo)通，否則截止。與與非非門門Y-VDDTLAT1BT21110A B0 00 1 011 1Y邏輯電平：邏輯電平：n0 0：V VDDDDn1 1：0V0VPMOS門電路有兩大缺點(diǎn)：門電路有兩大缺點(diǎn)：a.速度低。速度低。b.輸出負(fù)電平，不利于與輸出負(fù)電平，不利于與TTL互接?；ソ?。2022-4-29GUET School of Information & Communications501. 雙極型三極管結(jié)構(gòu)雙極型三極管結(jié)構(gòu) 因有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電過(guò)程，故因有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電過(guò)程，故稱為

50、雙極型三極管。稱為雙極型三極管。NPNNPN型型PNPPNP型型3.5 TTL門電路門電路2022-4-29GUET School of Information & Communications512 雙極型三極管輸入特性雙極型三極管輸入特性 0 0.5 0.7 vBE(V) 輸輸入入特特性性曲曲線線 iB(A) b iC 硅硅料料NPN型型三三 極極管管 c e iB 雙極型三極管的應(yīng)用中，通常是通過(guò)雙極型三極管的應(yīng)用中，通常是通過(guò)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(shí)現(xiàn)其電路功能的。因此，以實(shí)現(xiàn)其電路功能的。因此，以b,eb,e間的回路作

51、為輸入回路，間的回路作為輸入回路，c,ec,e間的回路間的回路作為輸出回路作為輸出回路。 輸入回路實(shí)質(zhì)是一個(gè)輸入回路實(shí)質(zhì)是一個(gè)PNPN結(jié)結(jié)，其輸入特性基本等同于二，其輸入特性基本等同于二極管的伏安特性。極管的伏安特性。2022-4-29GUET School of Information & Communications523. 雙極型三極管輸出特性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)放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；V

52、 VbebeVVT T， V Vbcbc00；起放大作用。；起放大作用。截止區(qū)截止區(qū)：發(fā)射結(jié)、集電極均反偏，：發(fā)射結(jié)、集電極均反偏，V Vbcbc0V0V，V Vbebe0V0V；一般地，一般地，V Vbebe0.7VVVT T， V VbcbcVVT 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V VCEs CEs 約為約為0.2V0.2V。2022-4-29GUET School of Information & Communications534 雙極型三極管開關(guān)特性雙極型三極管開關(guān)特性 Vi iB e Rb b +VCC iC Vo 三三極極管管開開關(guān)關(guān)電電路路 Rc c 利

53、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)V VI I=V=VILIL時(shí)，三極管截止，時(shí)，三極管截止，V VO O=V=Vcccc=V=VOHOH 開關(guān)斷開開關(guān)斷開假定：假定：V VIHIH=V=VCC CC ，V VILIL=0=0當(dāng)當(dāng)V VI I=V=VIHIH時(shí)，三極管深度飽和，時(shí)，三極管深度飽和，V Vo o=V=VSEsSEs=V=VOLOL 開關(guān)閉合開關(guān)閉合 2022-4-29GU

54、ET School of Information & Communications54三極管瞬態(tài)開關(guān)特性三極管瞬態(tài)開關(guān)特性O(shè)tVVvIOiCtOvOtontdtrtstftoff圖3- -2- -4 三極管的瞬態(tài)開關(guān)特性tICS0.9ICS0.1ICS開通時(shí)間開通時(shí)間 Vi iB e Rb b +VCC iC Vo 三極管開關(guān)三極管開關(guān)電路電路 Rc c 0.9ICS0.1ICS關(guān)斷時(shí)間關(guān)斷時(shí)間2022-4-29GUET School of Information & Communications55三極管非門三極管非門 ui iB e Rb b +VCC iC uo 三極管開關(guān)三極管開關(guān)電路

55、電路 Rc c 輸入為低，輸出為高；輸入為低，輸出為高；輸入為高，輸出為低。輸入為高，輸出為低。AY0110AY 1 A Y 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(shí)，開關(guān)電路以下時(shí)，開關(guān)電路可靠地截止。可靠地截止。2022-4-29GUET School of Information & Communications56集集成成邏邏輯輯門門雙極型集成邏輯門雙極型集成邏輯門MOS集成邏輯門集成邏輯門按器件類型分按器件類型分PMOSNMOSCMOS按集成度分按集成度分SSI（100以下以下個(gè)元件）個(gè)元件）MSI（10103 3個(gè)元件）個(gè)元

56、件）LSI （10105 5個(gè)以上元件）個(gè)以上元件）3.4 TTL3.4 TTL門電路門電路1961年美國(guó)德克薩斯儀器公司首先制成集成電路。英文年美國(guó)德克薩斯儀器公司首先制成集成電路。英文Integrated Circuit,簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱IC。 集成電路的優(yōu)點(diǎn)：集成電路的優(yōu)點(diǎn)：體積小體積小、重量輕重量輕、可靠性高可靠性高，功耗低功耗低。目前。目前單個(gè)集成電路上已能作出數(shù)千萬(wàn)個(gè)三極管，而其面積只有數(shù)十平方單個(gè)集成電路上已能作出數(shù)千萬(wàn)個(gè)三極管，而其面積只有數(shù)十平方毫米。毫米。TTL、ECLI2L、HTL2022-4-29GUET School of Information & Communicatio

57、ns57一、一、TTL與非門原理與非門原理TTL:Transistor- Transistor Logic與非門由三部分電路構(gòu)成與非門由三部分電路構(gòu)成l輸入級(jí)輸入級(jí)l中間級(jí)中間級(jí)l輸出級(jí)輸出級(jí)R4AVCCT4T3D4R2T2R3T1BCR1Y圖3-4-1 CT54/74系列與非門 k4 .6k1 k1 031輸入級(jí)由多發(fā)射極晶體輸入級(jí)由多發(fā)射極晶體管管T1和基極電組和基極電組R1組成，組成，它實(shí)現(xiàn)了輸入變量它實(shí)現(xiàn)了輸入變量A、B、C的與運(yùn)算的與運(yùn)算中間級(jí)是放大級(jí)，由中間級(jí)是放大級(jí)，由T2、R2和和R3組成，組成，T2的集電極的集電極C2和發(fā)射極和發(fā)射極E2可以分提供可以分提供兩個(gè)相位相反的電壓

58、信號(hào)兩個(gè)相位相反的電壓信號(hào)輸出級(jí)：由輸出級(jí)：由T3、T4、D4和和R4組成組成推拉式輸出結(jié)構(gòu)。具有較強(qiáng)的負(fù)載推拉式輸出結(jié)構(gòu)。具有較強(qiáng)的負(fù)載能力能力2022-4-29GUET School of Information & Communications58TTLTTL與非門工作原理與非門工作原理 輸入端至少有一個(gè)接低電平輸入端至少有一個(gè)接低電平0 .3V3 .6V3 .6V1V3 .6VT T1 1管管:A:A端發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，端發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，V Vb1b1 = V= VA A + V + Vbe1be1 = 1V = 1V，其它發(fā)射結(jié)均因反偏而截其它發(fā)射結(jié)均因反偏而截止止. .V Vb1b1 =1V

59、, =1V,所以所以T T2 2、T T4 4截止截止, , V VC2C2Vcc=5V,Vcc=5V, VCC經(jīng)經(jīng)R2驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)T3和和D4，使之，使之處于導(dǎo)通狀態(tài)。因此輸出電處于導(dǎo)通狀態(tài)。因此輸出電壓壓vO為：為：5V返回返回R4AVCCT4T3D4R2T2R3T1BCR1Y圖3-4-1 CT54/74系列與非門 k4 .6k1 k1 031OCCBE3D4OHVV-v-v= 5V-0.7V-0.7V= 3.6V = V2022-4-29GUET School of Information & Communications59R4AVCCT4T3D4R2T2R3T1BCR1Y圖3-4-1 C

60、T54/74系列與非門 k4 .6k1 k1 031 輸入端全為高電平輸入端全為高電平T T1 1:V:Vb1b1= V= Vbc1bc1+V+Vbe2be2+V+Vbe4 be4 = = 0.7V0.7V3 = 2.1V3 = 2.1V因此輸出為邏輯低電平因此輸出為邏輯低電平V VOLOL = 0.3V = 0.3V發(fā)射結(jié)反偏而集電發(fā)射結(jié)反偏而集電極正偏正偏. .處于倒置放大狀態(tài)處于倒置放大狀態(tài)T T2 2：飽和狀態(tài)：飽和狀態(tài)T T3 3： V Vc 2c 2 = V = Vc e s 2c e s 2 + + V Vbe5be51V1V，使，使T T3 3導(dǎo)通，導(dǎo)通，V Ve3e3 = V