數(shù)字電子技術(shù)_集成電路知識(shí)

1、 3.1 數(shù)字集成電路的分?jǐn)?shù)字集成電路的分類類數(shù)字集成電路通常按照所用半導(dǎo)體器件的不同或者根據(jù)集成規(guī)模的大小進(jìn)行分類。一、根據(jù)所采用的半導(dǎo)體器件進(jìn)行分類一、根據(jù)所采用的半導(dǎo)體器件進(jìn)行分類 根據(jù)所采用的半導(dǎo)體器件，數(shù)字集成電路可以分為兩大類。兩大類。1.雙極型集成電路：雙極型集成電路：采用雙極型半導(dǎo)體器件作為元件。主要特點(diǎn)是速度快、負(fù)載能力強(qiáng)，但功耗較大、速度快、負(fù)載能力強(qiáng)，但功耗較大、 集成度較低。集成度較低。2.單極型集成電路單極型集成電路(又稱為又稱為MOS集成電路集成電路): 采用金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(Metel Oxide Semiconductor Field Effect T

2、ransister)作為元件。主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、集結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、集成度高、功耗低，但速度較慢。成度高、功耗低，但速度較慢。雙極型集成電路又可進(jìn)一步可分為：雙極型集成電路又可進(jìn)一步可分為：TTL(Transistor Transistor Logic)電路；電路；ECL(Emitter Coupled Logic)電路；電路；I2L(Integrated Injection Logic)電路。電路。TTL電路的電路的“性能價(jià)格比性能價(jià)格比”最佳，應(yīng)用最廣泛。最佳，應(yīng)用最廣泛。MOS集成電路又可進(jìn)一步分為：集成電路又可進(jìn)一步分為：PMOS( P-channel Metel Oxi

3、de Semiconductor)；NMOS(N-channel Metel Oxide Semiconductor)；CMOS(Complement Metal OxideSemiconductor)。CMOS電路應(yīng)用較普遍，因?yàn)樗坏m用于通用邏電路電路應(yīng)用較普遍，因?yàn)樗坏m用于通用邏電路的設(shè)計(jì)，而且綜合性能最好的設(shè)計(jì)，而且綜合性能最好 。二、根據(jù)集成電路規(guī)模的大小進(jìn)行分類二、根據(jù)集成電路規(guī)模的大小進(jìn)行分類通常根據(jù)一片集成電路芯片上包含的邏輯門個(gè)數(shù)或元件個(gè)數(shù)，分為 SSI 、MSI 、LSI 、VLSI。 1. SSI (Small Scale Integration ) 小規(guī)模集成電路

4、小規(guī)模集成電路:邏輯門數(shù)小于10 門(或元件數(shù)小于100個(gè))；2. MSI (Medium Scale Integration ) 中規(guī)模集成電路中規(guī)模集成電路:邏輯門數(shù)為10 門99 門(或元件數(shù)100個(gè)999個(gè))；3. LSI (Large Scale Integration ) 大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路:邏輯門數(shù)為100 門9999 門(或元件數(shù)1000個(gè)99999個(gè))；4. VLSI (Very Large Scale Integration) 超大規(guī)模集超大規(guī)模集成電路成電路:邏輯門數(shù)大于10000 門(或元件數(shù)大于100000個(gè))。 3. 2 半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)特性半導(dǎo)體器件的開(kāi)

5、關(guān)特性數(shù)字電路中的晶體二極管、三極管和數(shù)字電路中的晶體二極管、三極管和MOS管等器件一般是管等器件一般是以開(kāi)關(guān)方式運(yùn)用的，其工作狀態(tài)相當(dāng)于相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的以開(kāi)關(guān)方式運(yùn)用的，其工作狀態(tài)相當(dāng)于相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的“接通接通”與與“斷開(kāi)斷開(kāi)”。數(shù)子系統(tǒng)中的半導(dǎo)體器件運(yùn)用在開(kāi)關(guān)頻率十分高的電路中(通常開(kāi)關(guān)狀態(tài)變化的速度可高達(dá)每秒百萬(wàn)次數(shù)量級(jí)甚至千萬(wàn)次數(shù)量級(jí))，研究這些器件的開(kāi)關(guān)特性時(shí)，不僅要研究它們的靜止靜止特性特性，而且還要分析它們的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性。3.2.1 晶體二極管的開(kāi)關(guān)特性晶體二極管的開(kāi)關(guān)特性PN結(jié)結(jié)PNPN結(jié)特性；結(jié)特性； 單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?-+-陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極導(dǎo)通導(dǎo)通；開(kāi)關(guān)；開(kāi)關(guān)開(kāi)開(kāi)(閉合閉

6、合)截止截止；開(kāi)關(guān)；開(kāi)關(guān)關(guān)關(guān)(斷開(kāi)斷開(kāi))導(dǎo)通壓降；鍺管導(dǎo)通壓降；鍺管0.3V或硅管或硅管0.7VVD返回典型二極管的靜態(tài)特性曲線典型二極管的靜態(tài)特性曲線(又稱伏安特性曲線又稱伏安特性曲線) ：1. 正向特性正向特性門檻電壓門檻電壓 ( VTH )：使二極管開(kāi)始導(dǎo)通的正向電壓，又稱為閾值電壓 (一般鍺管約0.1V，硅管約0.5V)。 正向電壓正向電壓 VD VTH ：管子截止，電阻很大、正向電流 IF 接近于 0， 二極管類似于開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)狀態(tài) ； 正向電壓正向電壓 VD = VTH ：管子開(kāi)始導(dǎo)通，正向電流 IF 開(kāi)始上升； 正向電壓正向電壓 VD VTH (一般鍺管為一般鍺管為0.3V，硅管為

7、，硅管為0.7V) ：管子充分導(dǎo)通， 電阻很小，正向電流IF 急劇增加，二極管類似于開(kāi)關(guān)的接 通狀態(tài)。使二極管充分導(dǎo)通的電壓為導(dǎo)通電壓，用VF表示。一、靜態(tài)特性一、靜態(tài)特性 靜態(tài)特性是指二極管在導(dǎo)通和截止兩種穩(wěn)定狀態(tài)下的特性。靜態(tài)特性是指二極管在導(dǎo)通和截止兩種穩(wěn)定狀態(tài)下的特性。 2 反向特性反向特性 二極管在反向電壓VR 作用下，處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電阻很大，反向電流 IR 很?。▽⑵浞Q為反向飽和電流，用 IS 表示，通常可忽略不計(jì) ），二極管的狀態(tài)類似于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。二極管的狀態(tài)類似于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。而且反向電壓在一定范圍內(nèi)變化基本不引起反向電流的變化。注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)： 正向?qū)〞r(shí)可能因電流過(guò)大而導(dǎo)

8、致二極管燒壞。組成實(shí)際電路時(shí)通常要串接一只電阻 R，以限制二極管的正向電流； 反向電壓超過(guò)某個(gè)極限值時(shí)，將使反向電流IR突然猛增，致使二極管被擊穿（通常將該反向電壓極限值稱為反向擊反向擊穿電壓穿電壓VBR），一般不允許反向電壓超過(guò)此值。二極管組成的開(kāi)關(guān)電路圖如圖（a）所示。二極管導(dǎo)通狀態(tài)下的等效電路如圖(b)所示，截止?fàn)顟B(tài)下的等效電路如圖(c)所示，圖中忽略了二極管的正向壓降。 二極管開(kāi)關(guān)電路及其等效電路DU0RR斷開(kāi)R關(guān)閉(a)(b)(c)由于二極管的單向?qū)щ娦裕栽跀?shù)字電路中經(jīng)常把它由于二極管的單向?qū)щ娦?，所以在?shù)字電路中經(jīng)常把它當(dāng)作開(kāi)關(guān)使用。當(dāng)作開(kāi)關(guān)使用。二、二、 動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性二極

9、管的動(dòng)態(tài)特性是指二極管在導(dǎo)通與截止兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)二極管的動(dòng)態(tài)特性是指二極管在導(dǎo)通與截止兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的特性，它表現(xiàn)在完成兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換需要一換過(guò)程中的特性，它表現(xiàn)在完成兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間。為此，引入了反向恢復(fù)時(shí)間和開(kāi)通時(shí)間的概念。定的時(shí)間。為此，引入了反向恢復(fù)時(shí)間和開(kāi)通時(shí)間的概念。1. 反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間：反向恢復(fù)時(shí)間：二極管從正向?qū)ǖ椒聪蚪刂顾枰臅r(shí)間稱為反向恢復(fù)時(shí)間。反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間tre=存儲(chǔ)時(shí)間存儲(chǔ)時(shí)間ts+渡越時(shí)間渡越時(shí)間tt 2. 開(kāi)通時(shí)間開(kāi)通時(shí)間開(kāi)通時(shí)間：開(kāi)通時(shí)間：二極管從反向截止到正向?qū)ǖ臅r(shí)間稱為開(kāi)通時(shí)間。 二極管的開(kāi)通時(shí)間很短

10、，對(duì)開(kāi)關(guān)速度影響很小，相二極管的開(kāi)通時(shí)間很短，對(duì)開(kāi)關(guān)速度影響很小，相對(duì)反向恢復(fù)時(shí)間而言幾乎可以忽略不計(jì)。對(duì)反向恢復(fù)時(shí)間而言幾乎可以忽略不計(jì)。NPN基極基極B集電極集電極C發(fā)射極發(fā)射極ENPN型型PNP基極基極B集電極集電極C發(fā)射極發(fā)射極EPNP型型符號(hào)符號(hào)BCEBCETT返回三極管模型三極管模型 3.2.2 晶體三極管的開(kāi)關(guān)特性晶體三極管的開(kāi)關(guān)特性三極管可以用兩個(gè)等效的二極三極管可以用兩個(gè)等效的二極管管PN結(jié)來(lái)表示，它有截止、放結(jié)來(lái)表示，它有截止、放大、飽和大、飽和3種工作狀態(tài)；在數(shù)字種工作狀態(tài)；在數(shù)字電路中三極管主要工作在飽和、電路中三極管主要工作在飽和、截止兩種狀態(tài)，其作用相當(dāng)于截止兩種狀

11、態(tài)，其作用相當(dāng)于一個(gè)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。一個(gè)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。三極管的三種工作狀態(tài)（a）電路 （b）輸出特性曲線開(kāi)關(guān)等效電路(1) 截止?fàn)顟B(tài) 條件：發(fā)射結(jié)，集電結(jié)反偏特點(diǎn)：（VbVe ; VbVe ; VbVe ; VbVc）,bBSccsiIiI基極臨界飽和電流基極臨界飽和電流集電極飽和電流且R1R2AF+ucc+ucc0.3V三極管的開(kāi)關(guān)特性：三極管的開(kāi)關(guān)特性：BCEtuAtuF返回雙雙極極型型器器件件開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)作作用用匯匯總總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?/p>

12、 CEB返回1 1 二極管與門二極管與門 最簡(jiǎn)單的與門可以用二極管和電阻組成。設(shè)最簡(jiǎn)單的與門可以用二極管和電阻組成。設(shè)VCC=5v，A、B端輸入的高低電平分別為端輸入的高低電平分別為VIH=3v,VIL=0v，二極管，二極管VD1、VD2的正向?qū)▔旱恼驅(qū)▔航到礦DF=0.7v。A、B當(dāng)中當(dāng)中有一個(gè)是低有一個(gè)是低電平電平0v必有一個(gè)二極必有一個(gè)二極管導(dǎo)通管導(dǎo)通使使F為為0.7v 3.3.1 簡(jiǎn)單邏輯門電路簡(jiǎn)單邏輯門電路 最簡(jiǎn)單的與門可以用二極管和電阻組成。設(shè)最簡(jiǎn)單的與門可以用二極管和電阻組成。設(shè)VCC=5v，A、B端輸入的高低電平分別為端輸入的高低電平分別為VIH=3v,VIL=0v，二極

13、管，二極管VD1、VD2的正向?qū)▔旱恼驅(qū)▔航到礦DF=0.7v。A、B同時(shí)為同時(shí)為高電平高電平3vF為為3.7v 如果規(guī)定如果規(guī)定2v以上為高電平，用邏輯以上為高電平，用邏輯1狀態(tài)表狀態(tài)表示；示；1v以下為低電平，用邏輯以下為低電平，用邏輯0表示。則邏輯表示。則邏輯電平列表改寫(xiě)成真值表為：電平列表改寫(xiě)成真值表為：A(v)B(v)F(v)000.7030.7300.7333.7 則輸入、輸出邏輯電平列表為：則輸入、輸出邏輯電平列表為：ABF000010100111F=AB二極管與門（a）電路 （b）邏輯符號(hào) （c）工作波形2 2、二極管或門、二極管或門 最簡(jiǎn)單的或門電路也是由二極管和電阻組

14、成。最簡(jiǎn)單的或門電路也是由二極管和電阻組成。A、B同時(shí)為同時(shí)為低電平低電平0vF為為0v 最簡(jiǎn)單的或門電路也是由二極管和電阻組成。最簡(jiǎn)單的或門電路也是由二極管和電阻組成。A、B當(dāng)中有一當(dāng)中有一個(gè)是高電平個(gè)是高電平F為高電為高電平平2.3v 則輸入、輸出邏輯電平列表為：則輸入、輸出邏輯電平列表為：A(v)B(v)F(v)000032.3302.3332.3 如果規(guī)定如果規(guī)定2v以上為高電平，用邏輯以上為高電平，用邏輯1狀態(tài)表示；狀態(tài)表示；1v以下為低電平，用邏輯以下為低電平，用邏輯0表示。則邏輯電平表示。則邏輯電平列表改寫(xiě)成真值表為：列表改寫(xiě)成真值表為：ABF000011101111F=A+B二

15、極管或門（a）電路 （b）邏輯符號(hào) （c）工作波形(a) 電路 （b）邏輯符號(hào)電路工作原理A為輸入信號(hào)F為輸出信號(hào) A(V)F(V)0530.33 3、非門、非門則輸入、輸出邏輯電平列表為：則輸入、輸出邏輯電平列表為：A(V)F(V)0110 如果規(guī)定如果規(guī)定2v以上為高電平，用邏輯以上為高電平，用邏輯1狀態(tài)表示；狀態(tài)表示；1v以下為低電平，用邏輯以下為低電平，用邏輯0表示。則邏輯電平表示。則邏輯電平列表改寫(xiě)成真值表為：列表改寫(xiě)成真值表為：FA3.3.2 TTL3.3.2 TTL集成邏輯門電路集成邏輯門電路1 TTL1 TTL集成門電路的結(jié)構(gòu)集成門電路的結(jié)構(gòu) TTL集成門電路的結(jié)構(gòu)一般分為三級(jí)

16、，即輸入級(jí)、中間級(jí)集成門電路的結(jié)構(gòu)一般分為三級(jí)，即輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)。和輸出級(jí)。完成信號(hào)輸入完成信號(hào)輸入放大作用放大作用完成信號(hào)處理完成信號(hào)處理及耦合作用及耦合作用完成驅(qū)動(dòng)放完成驅(qū)動(dòng)放大作用大作用 TTL是晶體管是晶體管-晶體管邏輯的簡(jiǎn)稱。晶體管邏輯的簡(jiǎn)稱。TTL邏輯門由若干邏輯門由若干晶體三極管、二極管和電阻組成晶體三極管、二極管和電阻組成1.輸入級(jí)形式輸入級(jí)形式多發(fā)射極晶體管實(shí)現(xiàn)與運(yùn)算多發(fā)射極晶體管實(shí)現(xiàn)與運(yùn)算VD1,VD2用來(lái)限制輸入端出現(xiàn)的負(fù)極性干擾信號(hào)，用來(lái)限制輸入端出現(xiàn)的負(fù)極性干擾信號(hào)， 對(duì)晶體管對(duì)晶體管VT器保護(hù)作用器保護(hù)作用2.中間級(jí)形式中間級(jí)形式 單變量分相器單變量分相器

17、對(duì)于功能不同的門，這部分電路不一樣。例如對(duì)于功能不同的門，這部分電路不一樣。例如TTL與非門中間級(jí)就是分相器；或非門中間級(jí)就與非門中間級(jí)就是分相器；或非門中間級(jí)就是線與電路。是線與電路。 分相器的邏輯表達(dá)式分相器的邏輯表達(dá)式為：為：AFAF21 A+B分相器分相器A、B中中有一個(gè)為有一個(gè)為高電平高電平VT1、VT2必必有一個(gè)飽和有一個(gè)飽和導(dǎo)通導(dǎo)通 F2必然為必然為高電平，高電平，F(xiàn)1為低電平。為低電平。 A+B分相器分相器A、B均均為低電平為低電平VT1、VT2都截止都截止 F2必然為必然為高電平，高電平，F(xiàn)1為低電平。為低電平。 輸入、輸出的邏輯關(guān)輸入、輸出的邏輯關(guān)系為：系為：BAFBAF2

18、1KCBAFKCBAF21 其輸出與輸入變量的邏輯關(guān)系為：其輸出與輸入變量的邏輯關(guān)系為： 根據(jù)以上分析，不難得到根據(jù)以上分析，不難得到n個(gè)變量之個(gè)變量之(或或)的的分相器。分相器。3.輸出級(jí)形式輸出級(jí)形式 TTL集成門電路輸出有四種輸出形式，即集成門電路輸出有四種輸出形式，即(a)集電極開(kāi)路輸出集電極開(kāi)路輸出，(b)三態(tài)門輸出三態(tài)門輸出，(c)圖騰柱輸圖騰柱輸出出，(d)復(fù)合管和圖騰柱輸出復(fù)合管和圖騰柱輸出。(a)(b) 特點(diǎn)：具特點(diǎn)：具有控制有控制VT1、VT2均截止均截止的電路，當(dāng)?shù)碾娐?，?dāng)控制有效時(shí)，控制有效時(shí)，輸出端輸出端F呈呈高阻態(tài)；當(dāng)高阻態(tài)；當(dāng)控制無(wú)效時(shí)，控制無(wú)效時(shí)，按邏輯門正按邏

19、輯門正常功能輸出常功能輸出0，1兩態(tài)。兩態(tài)。特點(diǎn)：要接特點(diǎn)：要接負(fù)載電阻負(fù)載電阻RL和驅(qū)動(dòng)電壓和驅(qū)動(dòng)電壓VCC，實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)高壓、大電高壓、大電流驅(qū)動(dòng)。流驅(qū)動(dòng)。3.輸出級(jí)形式輸出級(jí)形式 TTL集成門電路輸出有四種輸出形式，即集成門電路輸出有四種輸出形式，即(a)集電極開(kāi)路輸出集電極開(kāi)路輸出，(b)三態(tài)門輸出三態(tài)門輸出，(c)圖騰柱輸圖騰柱輸出出，(d)復(fù)合管和圖騰柱輸出復(fù)合管和圖騰柱輸出。(c)(d) 特點(diǎn)：任何特點(diǎn)：任何時(shí)候作為輸時(shí)候作為輸出的兩個(gè)三出的兩個(gè)三極管，總有極管，總有一個(gè)處于截一個(gè)處于截止?fàn)顟B(tài)，而止?fàn)顟B(tài)，而另一個(gè)處于另一個(gè)處于飽和導(dǎo)通狀飽和導(dǎo)通狀態(tài)，該電路態(tài)，該電路具有較強(qiáng)的具有較

20、強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。驅(qū)動(dòng)能力。 特點(diǎn)：具特點(diǎn)：具有圖騰柱輸有圖騰柱輸出和復(fù)合管出和復(fù)合管輸出的特點(diǎn)，輸出的特點(diǎn)，有極強(qiáng)驅(qū)動(dòng)有極強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力。能力。1、TTL與非門電路與非門電路輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)由多發(fā)射極三極管由多發(fā)射極三極管VT1和電阻和電阻R1組成組成為典型的單變量為典型的單變量C1輸入的分相器輸入的分相器為典型的復(fù)合管和為典型的復(fù)合管和圖騰柱輸出形式圖騰柱輸出形式輸入級(jí)輸入級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)中間級(jí)中間級(jí)+5VABCR1T1R2T2R3FR4R5T3T4T5T1 多發(fā)射極多發(fā)射極晶體管：晶體管：實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)“與與”運(yùn)算。運(yùn)算。返回+5VABCR1T1R2T2R3FR4R5T3T4T5“非

21、非”復(fù)合管形式復(fù)合管形式與非門與非門輸出級(jí)輸出級(jí)“與與”返回1. 任一輸入為低電平（任一輸入為低電平（0.3V）時(shí)）時(shí)“0”0.7V不足以讓不足以讓T2、T5導(dǎo)通導(dǎo)通+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC360 3k750 100 工作原理三個(gè)三個(gè)PN結(jié)結(jié)導(dǎo)通需導(dǎo)通需2.1V0.7V“0”uouo=5-uR2-ube3-ube4 3.4V 高電平！高電平！邏輯關(guān)系：邏輯關(guān)系：任意一個(gè)輸入為任意一個(gè)輸入為0時(shí)，輸出為時(shí)，輸出為1返回+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC360 3k750 100 +5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4

22、T1T5b1c1ABC“1”全導(dǎo)通全導(dǎo)通電位被嵌電位被嵌在在2.1V全反偏全反偏 1V截止截止2. 輸入全為高電平（輸入全為高電平（3.4V）時(shí)）時(shí)返回+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC全反偏全反偏“1”飽和飽和uF =0.3V邏輯關(guān)系：邏輯關(guān)系：全全1則則0。返回輸入、輸出的邏輯關(guān)系式：輸入、輸出的邏輯關(guān)系式：FA B C2、與或非門和或非門電路、與或非門和或非門電路輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)由兩個(gè)獨(dú)立的由兩個(gè)獨(dú)立的與門電路組成與門電路組成為為A+B典典型分相器型分相器由典型的復(fù)合管和由典型的復(fù)合管和圖騰柱輸出構(gòu)成圖騰柱輸出構(gòu)成CDABF 或非門電路構(gòu)成：或非門電路

23、構(gòu)成： 在與或非門電路的基礎(chǔ)上，去除輸入在與或非門電路的基礎(chǔ)上，去除輸入級(jí)發(fā)射極級(jí)發(fā)射極B和和D，即輸入級(jí)就是單發(fā)射極，即輸入級(jí)就是單發(fā)射極三極管，或者在與或非門電路中，在三極管，或者在與或非門電路中，在B、D加固定的高電平加固定的高電平“1”，就構(gòu)成了或非門，就構(gòu)成了或非門電路。電路。 其輸出與輸入變量的邏輯關(guān)系為：其輸出與輸入變量的邏輯關(guān)系為：CAF2. 兩種特殊的門電路兩種特殊的門電路 (1) 集電極開(kāi)路門集電極開(kāi)路門(OC門門) 集電極開(kāi)路門(Open Collector Gate）是一種輸出端可以直接相互連接的特殊邏輯門，簡(jiǎn)稱OC門。 圖給出了一個(gè)集電極開(kāi)路與非門的電路結(jié)構(gòu)圖和邏輯符

24、號(hào)。需要外接需要外接負(fù)載電阻負(fù)載電阻和電源和電源ABF注意！集電極開(kāi)路與非門只有在外接負(fù)載電阻注意！集電極開(kāi)路與非門只有在外接負(fù)載電阻RL和電源和電源UCC后才能正常工作。后才能正常工作。 將兩個(gè)將兩個(gè)OC結(jié)構(gòu)的與非門作線與連接：結(jié)構(gòu)的與非門作線與連接： F1、F2有一個(gè)是低有一個(gè)是低電平，輸出電平，輸出F就是低就是低電平。只有電平。只有F1、F2同同時(shí)為高電平時(shí)，輸出時(shí)為高電平時(shí)，輸出F才是高電平，即才是高電平，即F=F1F2。即：。即：CDABCDABF 集電極開(kāi)路與非門在計(jì)算機(jī)中應(yīng)用很廣泛，可以用它實(shí)現(xiàn)線與邏輯、電平轉(zhuǎn)換以及直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管、干簧繼電器等。 (2) 三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門

25、(TS門門)三態(tài)輸出門有三種輸出狀態(tài)：三態(tài)輸出門有三種輸出狀態(tài)：輸出高電平、輸出低電輸出高電平、輸出低電平和高阻狀態(tài)，前兩種狀態(tài)為工作狀態(tài)，后一種狀態(tài)為禁平和高阻狀態(tài)，前兩種狀態(tài)為工作狀態(tài)，后一種狀態(tài)為禁止?fàn)顟B(tài)止?fàn)顟B(tài)。簡(jiǎn)稱三態(tài)門(Three state Gate)、TS門等。注意注意 ! 三態(tài)門不是指具有三種邏輯值。三態(tài)門不是指具有三種邏輯值。如何使電路處在工作狀態(tài)和禁止?fàn)顟B(tài)？如何使電路處在工作狀態(tài)和禁止?fàn)顟B(tài)？通過(guò)外加控制信號(hào)！通過(guò)外加控制信號(hào)！例如：例如：BAF該電路邏輯功能如下：該電路邏輯功能如下：EN=0：二極管D反偏，此時(shí)電路功能與一般與非門無(wú)區(qū)別，輸出 ；EN=1：一方面因?yàn)門1有一

26、個(gè)輸入端為低，使T2、T5截止。另一方面由于二極管導(dǎo)通，迫使T3的基極電位變低，致使T3、T4也截止。輸出F便被懸空，即處于高阻狀態(tài)。三態(tài)門常用于總線傳輸控制。如下圖所示，用兩種不同控制輸入三態(tài)門常用于總線傳輸控制。如下圖所示，用兩種不同控制輸入的三態(tài)門可構(gòu)成的雙向總線。的三態(tài)門可構(gòu)成的雙向總線。圖中：EN=1時(shí)時(shí): G1工作，G2處于高阻狀態(tài)，數(shù)據(jù)D1被取反后送至總線；EN=0時(shí)時(shí): G2工作，G1處于高阻狀態(tài)，總線上的數(shù)據(jù)被取反后送到數(shù)據(jù)端D2。實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的分時(shí)雙向傳送。四、四、TTL異或門電路異或門電路 首先將異或公式變換一下：首先將異或公式變換一下：FABAB ABAB A B輸入級(jí)輸

27、入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)五、集成五、集成TTL同或門電路同或門電路 首先將同或公式變換一下：首先將同或公式變換一下：ABBABABABABA輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)F=A B1MOS管的開(kāi)關(guān)特性 MOS管有NMOS管和PMOS管兩種。 當(dāng)NMOS管和PMOS管成對(duì)出現(xiàn)在電路中，且二者在工作中互補(bǔ)，稱為CMOS管(意為互補(bǔ))。MOS管有增強(qiáng)型和耗盡型兩種。 在數(shù)字電路中，多采用增強(qiáng)型。MOS管的開(kāi)關(guān)特性管的開(kāi)關(guān)特性NMOS管的電路符號(hào)及轉(zhuǎn)移特性 (a) 電路符號(hào) （b）轉(zhuǎn)移特性D接正電源截止導(dǎo)通導(dǎo)通電阻相當(dāng)小 （1）NMOS管的開(kāi)關(guān)特性 PMOS管的電路符號(hào)及轉(zhuǎn)移特性 (a) 電

28、路符號(hào) （b）轉(zhuǎn)移特性D接負(fù)電源 （2）PMOS管的開(kāi)關(guān)特性 導(dǎo)通導(dǎo)通電阻相當(dāng)小截止3.3.3 CMOS3.3.3 CMOS門電路門電路 由由N溝道和溝道和P溝道兩種溝道兩種MOSFET組成的電路為組成的電路為互補(bǔ)互補(bǔ)MOS或或CMOS電路。電路。一、一、CMOS反相器反相器A=0導(dǎo)通導(dǎo)通UGSP=VDD截止截止F為高電平為高電平3.3.3 CMOS3.3.3 CMOS門電路門電路一、一、CMOS反相器反相器A=1截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通F為低電平為低電平 則輸入輸出的則輸入輸出的邏輯關(guān)系為：邏輯關(guān)系為：AF由一個(gè)N溝道增強(qiáng)型MOS管VTN和一個(gè)P溝道增強(qiáng)型MOS管VTP組成的CMOS反相器如下圖所示

29、。 電路正常工作條件：電路正常工作條件：VDD大于大于VTN管開(kāi)啟電壓管開(kāi)啟電壓VTN和和VTP管開(kāi)啟電壓管開(kāi)啟電壓VTP的的絕對(duì)值之和，即絕對(duì)值之和，即 VDDVTN +|VTP|。2、CMOS與非門與非門 A、B中只要有一個(gè)為中只要有一個(gè)為低電平低電平，就會(huì)使兩個(gè)相，就會(huì)使兩個(gè)相串連的串連的NMOS管截止，管截止，使兩個(gè)相并聯(lián)的使兩個(gè)相并聯(lián)的PMOS管管導(dǎo)通，輸出導(dǎo)通，輸出F為高電平。為高電平。 當(dāng)當(dāng)A、B全為高電平時(shí)全為高電平時(shí)，才會(huì)使兩個(gè)串聯(lián)才會(huì)使兩個(gè)串聯(lián)NMOS管都導(dǎo)通，使兩個(gè)并聯(lián)管都導(dǎo)通，使兩個(gè)并聯(lián)型型PMOS管都截止，輸出管都截止，輸出為低電平。為低電平。 則這種電路具有與非的則這種電路具有與非的邏輯功能，即：邏輯功能，即：ABF3、CMOS或非門或非門 CMOS或非門如下圖所示。其中或非門如下圖所示。其中VTP1、VTP2是兩個(gè)串聯(lián)的是兩個(gè)串聯(lián)的PMOS管，管，VTN1、VTN2是兩個(gè)并是兩個(gè)并聯(lián)的聯(lián)的NMOS管。管。 當(dāng)輸入變量當(dāng)輸入變量A、B中只要中只要有一個(gè)為高電平，有一個(gè)為高電平，就會(huì)使與就會(huì)使與它相連的它相連的NMOS管導(dǎo)通，與管導(dǎo)通，與它相連的它相連的PMOS管截止，輸管截止，輸出出F為低電平。為低電平。只有只有A、B全全為低電平時(shí)為低電平時(shí)，兩個(gè)并聯(lián)的，兩個(gè)并聯(lián)的NMOS管都截止，而兩個(gè)串管都截止，而兩個(gè)串聯(lián)的聯(lián)