數(shù)字電子技術基礎02A第二章門電路資料

1、第二章第二章 門電路門電路2.1 2.1 概述概述2.2 2.2 半導體二極管、三極管的開關特性半導體二極管、三極管的開關特性2.3 2.3 分立元器件門電路分立元器件門電路2.4 TTL2.4 TTL集成門電路集成門電路實現(xiàn)基本邏輯運算和復合邏輯運算的單元電路。實現(xiàn)基本邏輯運算和復合邏輯運算的單元電路。 邏輯門電路邏輯門電路 邏輯門電路的分類邏輯門電路的分類二極管門電路二極管門電路三極管門電路三極管門電路雙極型雙極型PMOS門門CMOS門門邏輯門邏輯門 電路電路分立分立NMOS門門TTL - 三極管三極管-三極管三極管HTL 高閾值高閾值ECL 射極耦合射極耦合I2L 集成注入集成注入集成集

2、成單極單極型型高抗干擾能力高抗干擾能力工作速度極高工作速度極高集成度高集成度高功耗小功耗小NMOS門門2.1 2.1 概述概述 高、低電平產(chǎn)生的原理高、低電平產(chǎn)生的原理 +5V R vo S vI 當當S閉合，閉合，vO= 0V當當S斷開，斷開，vO= +5VVccIvovS1S2輸輸入入信信號號輸輸出出信信號號圖3.1.3 互補開關電路圖3.1.3 互補開關電路一、二極管導通條件及導通時的特點一、二極管導通條件及導通時的特點二極管二極管D D的符號的符號設二極管的外加正向電壓為設二極管的外加正向電壓為V VF F，正向?qū)〞r的管壓降為，正向?qū)〞r的管壓降為V VD D導通條件：導通條件：VF

3、0.7V(Si)/0.2V(Ge)導通時特點：導通時特點：VD0.7V(Si)/0.2V(Ge)相當于開關閉合后有個相當于開關閉合后有個0.7/0.2V的恒壓降的恒壓降2.2 2.2 半導體二極管、三極管的開關特性半導體二極管、三極管的開關特性2.2.1 2.2.1 二極管的開關特性二極管的開關特性二、二極管截止條件及截止時的特點二、二極管截止條件及截止時的特點截止條件：截止條件：截止時特點：截止時特點：電流電流ID接近于接近于0，相當于開關斷開，相當于開關斷開加正向電壓時加正向電壓時VF0.5V(Si)/0.1V(Ge)或加反向電壓或加反向電壓理想的開關應具有兩個工作狀態(tài)：理想的開關應具有兩

4、個工作狀態(tài)：-要求阻抗越小越好，相當于短路（導通）要求阻抗越小越好，相當于短路（導通）-要求阻抗越大越好，相當于開路（截止）要求阻抗越大越好，相當于開路（截止） 在數(shù)字電路中，二極管和三極管工作在開關狀態(tài)，即，不在數(shù)字電路中，二極管和三極管工作在開關狀態(tài)，即，不是是飽和導通，就是反向截止，好象一個開關一樣。飽和導通，就是反向截止，好象一個開關一樣。 當脈沖信號的頻率很高時，開關狀態(tài)的變化速度很快，每當脈沖信號的頻率很高時，開關狀態(tài)的變化速度很快，每秒可達秒可達百萬次百萬次，這就要求器件的開關轉(zhuǎn)換速度要在微秒甚至納，這就要求器件的開關轉(zhuǎn)換速度要在微秒甚至納秒內(nèi)完成。秒內(nèi)完成。 因此有必要研究一下

5、二極管導通截止之間的轉(zhuǎn)換過程。因此有必要研究一下二極管導通截止之間的轉(zhuǎn)換過程。 接通狀態(tài)接通狀態(tài)斷開狀態(tài)斷開狀態(tài)1.1.關斷特性關斷特性：二極管從正向?qū)ǖ椒聪蚪刂褂幸粋€反向恢復過程：二極管從正向?qū)ǖ椒聪蚪刂褂幸粋€反向恢復過程vitVF-VRIF-IRt1tstt0.1IRit在在O Ot t1 1期間，期間，vi i VF F，二二極管極管D導通，電路中有電流流過：導通，電路中有電流流過：RLviiD三、二極管的開關特性三、二極管的開關特性當當t t t t1 1 時，時，vi i 突變到突變到 VR R ，理想時，二極管應立即截止，電理想時，二極管應立即截止，電路中只有很小的反向電流路中

6、只有很小的反向電流 。但實但實際并非如此，見右圖：際并非如此，見右圖：通常將二極管從導通轉(zhuǎn)為截止通常將二極管從導通轉(zhuǎn)為截止所需的時間稱為所需的時間稱為反向恢復時間反向恢復時間: tre= ts+tt =ns級級 vitVF-VRIF-IRt1tstt0.1IRit存儲時間存儲時間渡越時間渡越時間RLviiD P 區(qū)區(qū) N 區(qū)區(qū) 勢壘區(qū)勢壘區(qū) + - P 區(qū)的電子區(qū)的電子濃度分布濃度分布 N 區(qū)的空穴區(qū)的空穴濃度分布濃度分布 產(chǎn)生反向恢復過程的原產(chǎn)生反向恢復過程的原因是因是電荷存儲效應電荷存儲效應所引起的。所引起的。反向恢復時間就是反向恢復時間就是存儲電荷存儲電荷消失所需要的時間消失所需要的時間

7、，一般在，一般在納秒數(shù)量級。納秒數(shù)量級。2. 2. 開通特性：主要體現(xiàn)在二極管的開通時間開通特性：主要體現(xiàn)在二極管的開通時間開通時間開通時間-二極管從截止轉(zhuǎn)為正向?qū)ㄋ枰亩O管從截止轉(zhuǎn)為正向?qū)ㄋ枰臅r間時間 該時間與該時間與反向恢復時間反向恢復時間相比很小，對開關速度影響小，相比很小，對開關速度影響小， 可以忽略不計。可以忽略不計。一、三極管處于三種工作區(qū)的條件一、三極管處于三種工作區(qū)的條件截止區(qū)：截止區(qū)：B、E加正向電壓時加正向電壓時VF0.5V(Si)/0.1V(Ge)或或加反向電壓加反向電壓放大區(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)反偏飽和區(qū)：飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏、集

8、電結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)正偏臨界飽和：臨界飽和：UBC=0IB=IC=0 IC=IBUCE=0.10.3V典型值典型值UCE=0.3V2.2.2 2.2.2 三極管的開關特性三極管的開關特性三極管三極管工作在飽和狀態(tài)的工作在飽和狀態(tài)的電流條件電流條件為：為：I IB B I IBS BS CCCCCBECCE0.7V-U-U-RVRVRVRVICCCCCCCS CCCCSBSRVII 二、三極管的動態(tài)特性三極管的動態(tài)特性（1 1）延遲時間延遲時間t td d 從輸入信號從輸入信號v vi i正跳變的正跳變的 瞬間開始，到集電極電流瞬間開始，到集電極電流i iC C上升到上升到0.10.1I

9、ICSCS所需的時間所需的時間 （2 2）上升時間上升時間t tr r集電極電流從集電極電流從0.10.1I ICSCS上上升到升到0.90.9I ICSCS所需的時間。所需的時間。（3 3）存儲時間存儲時間t ts s從輸入信號從輸入信號v vi i下跳變的下跳變的瞬間開始，到集電極電流瞬間開始，到集電極電流i iC C下降到下降到0.90.9I ICSCS所需的時間。所需的時間。（4 4）下降時間下降時間t tf f集電極電流從集電極電流從0.90.9I ICSCS下降下降到到0.10.1I ICSCS所需的時間。所需的時間。 2.3.1 2.3.1 二極管與門電路二極管與門電路2.3.3

10、 2.3.3 非門電路非門電路 三極管反相器三極管反相器2.3.2 2.3.2 二極管或門電路二極管或門電路2.3.4 2.3.4 復合邏輯門電路復合邏輯門電路2.3.1 2.3.1 二極管與門電路二極管與門電路 B & L=ABC A C 二極管與門電路二極管與門電路與邏輯符號及表達式與邏輯符號及表達式 VCC+(5V) R 3kW L D1 D2 D3 A B C VCC+(5V) R 3kW L D1 D2 D3 A B C 0.7V 三個輸入端中，只三個輸入端中，只要有一個為要有一個為0V, 其余為其余為+5V時：時：輸入與輸出電壓關系輸入與輸出電壓關系0V5V5V 輸 入輸

11、出VAVBVCVL0V0V0V0V0V+5 V0V+5 V0V0V+5 V+5 V+5 V0V0 V+5 V0V+5 V+5 V+5 V0V0.7V0.7V0.7V0.7V0.7V0.7V0.7V壓差大的管子導通VCC+(5V) R 3kW L D1 D2 D3 A B C 5 V 只有當只有當A、B、C三個輸入端均為高電三個輸入端均為高電平平+5V時：時：5V5V5V 輸 入輸 出ABCL00000010010001101000101011001111 真真 值值 表表 2.3.2 2.3.2 二極管或門電路二極管或門電路 R 3kW D1 D2 D3 A B C L 二極管或門電路二極管或

12、門電路或邏輯符號及表達式或邏輯符號及表達式 B L=ABC A C 1 1輸入端輸入端A、B、C都為都為0V R 3kW D1 D2 D3 A B C L 0 V或邏輯真值表或邏輯真值表輸 入輸 出ABCL00000011010101111001101111011111輸 入輸 出ABCL000000110101011110011011110111110V0V0V輸入端中只要有一個為輸入端中只要有一個為+5V R 3kW D1 D2 D3 A B C L 4.3 V或邏輯或邏輯真值表真值表輸 入輸 出ABCL00000011010101111001101111011111輸 入輸 出ABCL0

13、00000110101011110011011110111110V5V5V二極管與門和或門電路的缺點：二極管與門和或門電路的缺點：（1 1）電平偏移：在多個門串接使用時，會出現(xiàn)低電平偏）電平偏移：在多個門串接使用時，會出現(xiàn)低電平偏離標準數(shù)值的情況。離標準數(shù)值的情況。（2 2）負載能力差）負載能力差0V5V+V+VL5VDDDD3k（+5V）RCC211CCR2（+5V）0.7V1.4V3k只用于只用于IC內(nèi)部電路內(nèi)部電路 VC C Rc L T Rb A 三極管三極管 反相電路反相電路 A 1 L=A 非邏輯符號及表達式非邏輯符號及表達式2.3.3 2.3.3 非門電路非門電路 三極管反相器三

14、極管反相器當輸入為當輸入為邏輯邏輯0 0時時: : VC C Rc L T Rb A 0 vcc1輸入A輸出L01非邏輯真值表非邏輯真值表 當輸入為當輸入為邏輯邏輯1 1時時: : VC C Rc L T Rb A 1 0輸入A輸出L0110非邏輯真值表非邏輯真值表 VC C Rc L T D4 D5 R2 2.3.4 DTL2.3.4 DTL復合門電路復合門電路 VCC+(5V) R 3kW D1 D2 D3 A B C B & L=ABC A C 1、DTL與非門電路與非門電路 VC C Rc L T D4 D5 R2 B 1 L=ABC A C 2、DTL或非門電路或非門電路 R

15、 3kW D1 D2 D3 A B C 2.4 TTL2.4 TTL集成門電路集成門電路 集成邏輯門電路是把門電路的所有元器件集成邏輯門電路是把門電路的所有元器件及連接導線制作在一塊半導體硅片上，構(gòu)成集成及連接導線制作在一塊半導體硅片上，構(gòu)成集成邏輯門。邏輯門。 若這種電路的輸入級和輸出級都采用半導體若這種電路的輸入級和輸出級都采用半導體三極管，則稱為三極管三極管，則稱為三極管三極管集成邏輯門電路三極管集成邏輯門電路（Transistor Transistor Logic），即），即TTL門門電路。電路。集成電路的特點：體積小，重量輕，功耗小，價集成電路的特點：體積小，重量輕，功耗小，價格低，

16、可靠性等。格低，可靠性等。分類門/片元器件/片SSI (Small Scale Integrated circuit) 11210100MSI (Medium Scale Integrated circuit)1399100999LSI ( Large Scale Integrated circuit)1009999100099999VLSI (Very Large Scale Integrated circuit)10000100000 集成電路根據(jù)一塊芯片上所集成的門數(shù)多少或集成電路根據(jù)一塊芯片上所集成的門數(shù)多少或元件多少可分為小、中、大和超大規(guī)模集成電路。元件多少可分為小、中、大和超大規(guī)

17、模集成電路。邏輯門和觸發(fā)器是目前常用的邏輯門和觸發(fā)器是目前常用的SSI譯碼器、譯碼器、 數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)據(jù)選擇器、 加法器、加法器、 計數(shù)器、計數(shù)器、 移位寄存器等組移位寄存器等組件是常用的件是常用的MSI。常見的常見的LSI、 VLSI有只讀存儲器、有只讀存儲器、 隨機存取存儲器、隨機存取存儲器、 微處理微處理器、高速乘法累加器、器、高速乘法累加器、 通用和專用數(shù)字信號處理器等。通用和專用數(shù)字信號處理器等。 集成邏輯門集成邏輯門是最基本的數(shù)字集成電路，是組是最基本的數(shù)字集成電路，是組成數(shù)字邏輯的基礎。成數(shù)字邏輯的基礎。 常用的集成門電路，大多采用雙列直插式封常用的集成門電路，大多采用雙列直插式

18、封裝（裝（Dual-In-line Package ，縮寫成，縮寫成DIP）。）。集成門電路外形圖集成門電路外形圖槽口槽口1 2 3 3 4 6 714 13 12 11 10 9 8管腳編號管腳編號 集成芯片表面有一個缺口（引腳編號的參考標集成芯片表面有一個缺口（引腳編號的參考標志），如果將芯片插在實驗板上且缺口朝左邊，則志），如果將芯片插在實驗板上且缺口朝左邊，則引腳的排列規(guī)律為：左下管腳為引腳的排列規(guī)律為：左下管腳為1引腳，其余以逆引腳，其余以逆時針方向從小到大順序排列。時針方向從小到大順序排列。一般引腳數(shù)為：一般引腳數(shù)為：14、16、20等。等。槽口槽口1 2 3 3 4 6 714

19、13 12 11 10 9 8管腳編號管腳編號 絕大多數(shù)情況下，電源從芯片左上角的引腳接絕大多數(shù)情況下，電源從芯片左上角的引腳接入，地接右下引腳。入，地接右下引腳。 一塊芯片中可集成若干個（一塊芯片中可集成若干個（1、2、4、6等）同等）同樣功能但又各自獨立的門電路，每個門電路則具有樣功能但又各自獨立的門電路，每個門電路則具有若干個（若干個（1、2、3等）輸入端。等）輸入端。輸入端數(shù)有時稱為扇入（輸入端數(shù)有時稱為扇入（Fan-in）數(shù)。）數(shù)。(a) 7404(六反相器六反相器) (b) 7400(四四2輸入與非門輸入與非門) 2.4.1 TTL2.4.1 TTL與非門的工作原理與非門的工作原理

20、D4kR2R11.6k1kR3130R4ABC+VCC+5VuOuIT4T1T2T3Y一、組一、組成成輸入級：輸入級：T T1 1,R,R1 1中間級：中間級：T T2 2,R,R2 2,R,R3 3輸出級：輸出級：T T3 3,T,T4 4,R,R4 4,D,D輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級是保護二極管，為是保護二極管，為防止輸入電壓過低防止輸入電壓過低而設置而設置多發(fā)射極三極管多發(fā)射極三極管T1T1作用作用: :實現(xiàn)實現(xiàn)“與與”的功能的功能ABCbc+VCCABCbcABCT1bc 輸入級由多發(fā)射極輸入級由多發(fā)射極三極管三極管T1和基極電組和基極電組R1組成，它實現(xiàn)了輸入變組成，它實

21、現(xiàn)了輸入變量量A、B、的與運算。的與運算。(1) 輸入級輸入級 中間級（中間級（倒相級倒相級）是放大級，由是放大級，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相位相反的電壓信兩個相位相反的電壓信號，號，以滿足輸出級的需以滿足輸出級的需要。要。 (2) 中間級中間級 輸出級由輸出級由T3、T4、D和和R4組成，其中其中組成，其中其中D、T3作為由作為由T4組成的反組成的反相器的有源負載。相器的有源負載。 T3與與T4組成推拉式輸出結(jié)構(gòu)組成推拉式輸出結(jié)構(gòu)，具有較強的負載能力，具有較強的負載能力。(3) 輸出級輸出級二、工作原理二、工作原理D

22、4kR2R11.6k1kR3130R4ABC+VCC+5VuOuIT4T1T2T3Y(1)(1)當輸入端當輸入端ABCABC中中至少至少有有 一個為低電平一個為低電平0.3V0.3V時時低電平低電平(0.3V)深飽和深飽和T1深度飽和，則深度飽和，則0.3V1VuIT1T2T3T4uO高電平高電平(3.6V)截止截止截止截止導通導通mA1RuVi11BCC1B / )(0i1C 0I1BS 11BBSiIV10Uu1CES1CE. V40uuu1CEI2B. T4截止，截止，T3導通導通D3BE23BCCOuuRiVu V63707005. 3.6V3.6V二、工作原理二、工作原理D4kR2R

23、11.6k1kR3130R4ABC+VCC+5VuOuIT4T1T2T3Y(2)(2)當輸入端當輸入端ABCABC都為都為高電高電 平平3.6V3.6V時時高電平高電平(3.6V)倒置倒置3.6V2.1VuIT1T2T3T4uOmA7250RuVi11BCC1B./ )( V1uuu4BE2CES2C 4.3V3.6V3.6V1.4V假設假設T1發(fā)射結(jié)度正向?qū)ǎ瑒t發(fā)射結(jié)度正向?qū)?，則T1發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)正偏，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)正偏，工作在工作在倒置狀態(tài)倒置狀態(tài)，即集電極和，即集電極和發(fā)射極顛倒使用，此時電流放發(fā)射極顛倒使用，此時電流放大系數(shù)大系數(shù)i在在0.02左右左右mA740iii1Bi

24、1B2B. 假設假設T2飽和導通，則飽和導通，則1VV34uuu1BEI1B. 4BE2BE1BC1Buuuu V12707070. 二、工作原理二、工作原理D4kR2R11.6k1kR3130R4ABC+VCC+5VuOuIT4T1T2T3Y(2)(2)當輸入端當輸入端ABCABC都為都為高電高電 平平3.6V3.6V時時高電平高電平(3.6V)倒置倒置3.6V2.1VuIT1T2T3T4uO低電平低電平(0.3V)飽和飽和飽和飽和截止截止4.3V3.6V3.6V1.4V1VmA52RuVI22CCC2CS./ )( 2052II22CS2BS/./ 22BBSiI故故T2飽和的假設成立且飽

25、和的假設成立且T3和和D截止截止對于對于T4的情況的情況mA24352740Iii2CS2B2E. mA70RUi34BE3R./ mA542iii3R2E4B. 由于由于T3和和D截止，故截止，故0I0I4BS4CS ,44BBSiI故故T4深度飽和，輸出為低電平深度飽和，輸出為低電平mA1250. (2)(2)當輸入端當輸入端ABCABC都為都為高電平高電平3.6V3.6V時時(1)(1)當輸入端當輸入端ABCABC中中至至少少有一個為低電平有一個為低電平0.3V0.3V時時輸出為高電平輸出為高電平3.6V3.6V輸出為低電平輸出為低電平0.3V0.3V綜上：綜上：故輸入輸出滿足關系：故輸

26、入輸出滿足關系：ABCF 該電路為該電路為TTLTTL與非門電路與非門電路(1)(1)當采用多發(fā)射極三極管加快了存儲電荷的消散過程。當采用多發(fā)射極三極管加快了存儲電荷的消散過程。TTLTTL與非門提高工作速度的原理與非門提高工作速度的原理( () )采用了推拉式輸出級，輸出阻抗比較小，可迅速給負采用了推拉式輸出級，輸出阻抗比較小，可迅速給負載電容充放電。載電容充放電。+VV+VV123123D123123D（+5V）CCc4o截止T3T4導通導通R充電CLc4CC（+5V）o導通3T4T截止截止R放電CL（a）（b）自學自學2PHLPLHpdttt2.4.2 TTL2.4.2 TTL與非門傳輸

27、延遲時間與非門傳輸延遲時間t tpdpd導通延遲時間導通延遲時間tPHL從輸入波形上升沿的中點到輸出波形下降沿的從輸入波形上升沿的中點到輸出波形下降沿的中點所經(jīng)歷的時間。中點所經(jīng)歷的時間。截止延遲時間截止延遲時間tPLH從輸入波形下降沿的中點到輸出波形上升沿的從輸入波形下降沿的中點到輸出波形上升沿的中點所經(jīng)歷的時間。中點所經(jīng)歷的時間。與非門的傳輸延遲時間與非門的傳輸延遲時間tpd是是tPHL和和tPLH的平均值。即的平均值。即 一般一般TTL與非門傳輸延遲時間與非門傳輸延遲時間tpd的值為的值為幾納秒十幾個納秒幾納秒十幾個納秒。2.4.3 TTL2.4.3 TTL與非門的電壓傳輸特性及抗干擾能

28、力與非門的電壓傳輸特性及抗干擾能力1電壓傳輸特性曲線：電壓傳輸特性曲線：Vo=f（Vi）特性曲線分為特性曲線分為AB、BC、CD、DE四段：四段：AB段：段：VI0.6VVB11.3VT2、T4截止截止，而，而T3、D導通輸出導通輸出電壓為高電平電壓為高電平3.6V，基本不變，基本不變BC段：段：VI0.61.3VT2已經(jīng)開始導通已經(jīng)開始導通，但，但VB21.3V，故故T4截止，截止，T2處于處于放大狀態(tài)放大狀態(tài)，R2上的電流隨著上的電流隨著VI的的而線性而線性，即即R2上的壓降隨著上的壓降隨著VI的的而線性而線性，因此輸出因此輸出VO將隨著將隨著VI的的而線性而線性CD段：段：1.3VVI1

29、.4V ，T4已經(jīng)導通并已經(jīng)導通并迅速飽和，迅速飽和， T3迅速截止，故迅速截止，故VO迅速迅速 ，稱，稱CD段為段為轉(zhuǎn)折段轉(zhuǎn)折段DE段：段：1.4VVI ，此時此時T2 、T4都都飽和飽和導導通，故輸出通，故輸出VO0.3V不變不變（1 1）輸出高電平電壓輸出高電平電壓V VOHOH在在正邏輯正邏輯體制中代表邏輯體制中代表邏輯“1”1”的輸出電壓。的輸出電壓。VOH的典型值為的典型值為3.63.6V，產(chǎn)品規(guī)定輸出高電壓的最小值產(chǎn)品規(guī)定輸出高電壓的最小值VOH（min）=2.4=2.4V。（2 2）輸出低電平電壓輸出低電平電壓V VOLOL在在正邏輯正邏輯體制中代表邏輯體制中代表邏輯“0”0”

30、的輸出電壓。的輸出電壓。VOL的典型值為的典型值為0.30.3V，產(chǎn)品規(guī)定輸出低電壓的最大值產(chǎn)品規(guī)定輸出低電壓的最大值VOL（max）=0.4=0.4V。2 2幾個重要參數(shù)幾個重要參數(shù)（3 3）關門電平電壓關門電平電壓V VOFFOFF是指輸出電壓為是指輸出電壓為VOH（min）時時對應的對應的輸入電壓輸入電壓。即即輸入低電壓的最大值輸入低電壓的最大值。在產(chǎn)品手冊中常稱為。在產(chǎn)品手冊中常稱為輸輸入低電平電壓入低電平電壓，用，用VIL（max）表示。產(chǎn)品規(guī)定表示。產(chǎn)品規(guī)定VIL（max）=0.8=0.8V。（4 4）開門電平電壓開門電平電壓V VONON是指輸出電壓為是指輸出電壓為VOL（max

31、）時對應的時對應的輸輸入電壓入電壓。即即輸入高電壓的最小值輸入高電壓的最小值。在產(chǎn)品手冊中常稱為。在產(chǎn)品手冊中常稱為輸入輸入高電平電壓高電平電壓，用，用VIH（min）表示。產(chǎn)品規(guī)定表示。產(chǎn)品規(guī)定VIH（min）=2=2V。（5 5）閾值電壓閾值電壓V Vthth電壓傳輸特性的過渡區(qū)所對應的電壓傳輸特性的過渡區(qū)所對應的輸入電壓輸入電壓，即決定電路截止和導通的分界線，也是決定輸出高、低電即決定電路截止和導通的分界線，也是決定輸出高、低電壓的分界線。壓的分界線。 近似地：近似地：Vth（VOFF+ +VON）/2 即即ViVth，與非門關門，輸出高電平；，與非門關門，輸出高電平； ViVth，與非

32、門開門，輸出低電平。，與非門開門，輸出低電平。 Vth又常被形象化地稱為又常被形象化地稱為門檻電壓門檻電壓。Vth的值為的值為1.31.3V1.1.V。低電平噪聲容限低電平噪聲容限 VNLVOFF- -VOL（max）0.80.8V-0.4-0.4V0.40.4V高電平噪聲容限高電平噪聲容限 VNHVOH（min）- -VON2.42.4V-2.0-2.0V0.40.4VTTL門電路的門電路的輸出高低輸出高低電平不是一個值，而是一個范圍。同樣，它的電平不是一個值，而是一個范圍。同樣，它的輸入高低電平輸入高低電平也有一個范圍，即它的輸入信號允許一定的容差，稱為也有一個范圍，即它的輸入信號允許一定

33、的容差，稱為噪聲容限噪聲容限。3 3抗干擾能力抗干擾能力2.4.4 TTL2.4.4 TTL與非門的輸入輸出特性和帶負載能力與非門的輸入輸出特性和帶負載能力1輸入特性：輸入特性：iI=f（Vi）ii3.6ViVIIS1.4VIIH(1)(1)當輸入低電平時，當輸入低電平時，VI=0.3V時時，T2截止，截止，iI從從T1流出，為負值。流出，為負值。ISIIi 1BI 1I1BECCRVVV mA0751. （稱作輸入短路電流）（稱作輸入短路電流）13150.70.34 101mACCBEIILVvvIR 當當VI0時，時，iI最大，此時最大，此時2.4.4 TTL2.4.4 TTL與非門的輸入

34、輸出特性和帶負載能力與非門的輸入輸出特性和帶負載能力1輸入特性：輸入特性：iI=f（Vi）ii3.6ViVIIS1.4VIIH( () )當輸入高電平，當輸入高電平，VI3.6V時時，T2和和T4飽和飽和導通導通，T1的基極電位的基極電位被箝位在被箝位在2.1V，此時，此時T1處于倒置處于倒置狀態(tài)，晶體管放大倍數(shù)約為狀態(tài)，晶體管放大倍數(shù)約為0.0211BCCi1BiIRVVIi 0.014514.5mAuAIHI （稱作輸入端漏電流）（稱作輸入端漏電流）2輸入端負載特性：輸入端負載特性：是指輸入端外接電阻是指輸入端外接電阻RI時，其壓降時，其壓降VI和和RI之間的關系之間的關系(1)(1)當當

35、RI較小時較小時:VIVT=1.4V 時時, ,相當輸入低電平相當輸入低電平，所以輸出為高電平。所以輸出為高電平。(2)(2)當當RI增大時增大時:RI VI =VT 時，輸入變高，時，輸入變高，輸出變低電平。此時輸出變低電平。此時VI1.4V。II11BECCIRRRVVV IIRR434 .RI/kVI/V1.4V開門電阻開門電阻R RONON: :RON一般為一般為2 k /2.5 k保證與非門輸出為保證與非門輸出為低電平低電平，允許輸入電阻，允許輸入電阻RI的的最小值最小值。當當RI RON時，相當輸入高電平時，相當輸入高電平關門電阻關門電阻R ROFFOFF: :ROFF一般為一般為

36、0.7 k /0.8 k保證與非門輸出為保證與非門輸出為高電平高電平，允許輸入電阻，允許輸入電阻RI的的最大值最大值。當當RI ROFF時，相當輸入低電平時，相當輸入低電平注：注：當當R RONON R RI I R ROFFOFF時，不符合正常工作狀態(tài)，一般不允許時，不符合正常工作狀態(tài)，一般不允許由輸入端負載特性可知由輸入端負載特性可知“與非門與非門”多余輸入端的多余輸入端的處理方法有以下幾種處理方法有以下幾種（目的是置（目的是置“1”1”）：）：（1 1）接高電平）接高電平V VCCCC（2 2）和其他引腳接在一起）和其他引腳接在一起（3 3）外接一大于）外接一大于R RONON的電阻的電

37、阻（4 4）引腳懸空）引腳懸空輸出低電平輸出低電平說明說明:輸出為低輸出為低,灌電流負載灌電流負載。ILFT3T4RLVCCIL0VOL20mA0.4V T4飽和飽和,Rce4很小很小,故故IL上升時上升時,VOL上升很上升很慢慢,基本呈線性關系?；境示€性關系。當當VOL VOLMAX0.4V后，后，低低電平輸出邏輯電平輸出邏輯關系被關系被破壞破壞,故故IL灌灌受限制，不能過大。受限制，不能過大。把允許灌把允許灌入輸出端的電流定義為入輸出端的電流定義為輸出低電平電流輸出低電平電流IOL，產(chǎn)品規(guī)產(chǎn)品規(guī)定定IOL=16mA。3TTL的輸出特性：的輸出特性：輸出電壓和負載電流之間的關系輸出電壓和負

38、載電流之間的關系輸出高電平輸出高電平+5VFR4R5T3T4T5RLIL說明說明:輸出為高輸出為高, ,拉電流拉電流負載。負載。I IL L較小時較小時,T,T3 3處于飽和邊緣，處于飽和邊緣，T T4 4放大，二者構(gòu)成的放大，二者構(gòu)成的復合管具有一定的放大作用，輸出電阻很小，故復合管具有一定的放大作用，輸出電阻很小，故V VO O基本保持不變?；颈３植蛔?。當當I IL L5mA5mA后后, ,T3T3進入飽和區(qū)，進入飽和區(qū)， V VCE3CE3V VCES3CES3保持不變，保持不變，V VO O隨隨I IL L上升而下降。上升而下降。IL0VO3.6V2.4V20mA5mAIR4當當V

39、VOHOHV VOHMINOHMIN2.4V2.4V后后, ,高高電平輸出邏輯關系被破壞電平輸出邏輯關系被破壞, ,故故I IL L拉拉 受限制，不能過大。受限制，不能過大。把允許拉出輸出端的電流定義為把允許拉出輸出端的電流定義為輸出高電平電流輸出高電平電流IOH。7474系列最大為系列最大為 IOHIOH（maxmax）0.4mA0.4mA4. 4. 扇出系數(shù)扇出系數(shù) 扇出系數(shù)扇出系數(shù):“1”“0”灌電流負載灌電流負載拉電流負載拉電流負載 扇出系數(shù)就是一個門電路驅(qū)動同類型門電扇出系數(shù)就是一個門電路驅(qū)動同類型門電路的個數(shù)。也就是表示門電路的帶負載能力。路的個數(shù)。也就是表示門電路的帶負載能力。“

40、0”“1”負載門負載門驅(qū)動門驅(qū)動門0 VCC(5V) Rb1 4kW T1 IIL T4 T3 Rc4 130W D 當負載門的個數(shù)增加時，當負載門的個數(shù)增加時，總的灌電流總的灌電流I IILIL將增加將增加, ,引起輸出引起輸出低電平低電平V VOLOL的升高。的升高。 灌電流灌電流“1”“0”IILIOL（負載門）（負載門）驅(qū)動門驅(qū)動門ILOLOLIIN)( 當負載門的個數(shù)增多時，必將當負載門的個數(shù)增多時，必將引起輸出高電平的降低。引起輸出高電平的降低。 拉電流拉電流負載門負載門驅(qū)動門驅(qū)動門1 VCC(5V) Rb1 4kW T1 IIH T4 T3 Rc4 130W D “0”“1”II

41、HIOH一般，一般，TTL的的扇出系數(shù)扇出系數(shù)=10，高的可達高的可達30-50（負載門）（負載門）驅(qū)動門驅(qū)動門IHOHOHIIN)( 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.試計算其帶同類門時的試計算其帶同類門時的扇出扇出系系數(shù)。數(shù)。10mA6 . 1mA16 (2)高電平輸出時的扇出數(shù)高電平輸出時的扇出數(shù)10mA04. 0mA4 . 0若若NOHNOH，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)。扇出系數(shù)計算舉例扇出系數(shù)計算舉例解：解： (1)低電平輸出時的扇出數(shù)低電

42、平輸出時的扇出數(shù)（負載門）（負載門）驅(qū)動門驅(qū)動門ILOLOLIIN)( （負載門）（負載門）驅(qū)動門驅(qū)動門IHOHOHIIN)( 自學自學2.5 2.5 其他其他TTLTTL集成門電路集成門電路在工程實踐中，有時需要在工程實踐中，有時需要將幾個門的輸出端并聯(lián)使將幾個門的輸出端并聯(lián)使用，以實現(xiàn)用，以實現(xiàn)與邏輯與邏輯，稱為，稱為線與。但是線與。但是普通的普通的TTL門門電路不能進行線與電路不能進行線與。2.5.1 OC2.5.1 OC門門一、引入目的一、引入目的專門生產(chǎn)了可以進行線專門生產(chǎn)了可以進行線與的門電路與的門電路集電極集電極開路門，也稱作開路門，也稱作OC門門（Open Collector

43、Gate）。）。F10輸出輸出高高電平時輸出電阻電平時輸出電阻小小輸出輸出低低電平時輸出電阻電平時輸出電阻小小低阻低阻通路電通路電流大，流大，燒壞三燒壞三極管極管輸出輸出非非0非非1，破壞邏破壞邏輯關系輯關系普通的普通的TTL門門輸出電平不可調(diào)輸出電平不可調(diào)負載能力不強，尤其是高電平輸出負載能力不強，尤其是高電平輸出二、電路與符號二、電路與符號4kR2R11.6k1kR3ABC+VCC+5VuOuIT4T1T2YD130R4T3ABC&F+VCC2RLOC門電路圖門電路圖國標符號國標符號集電集電極開極開路路正常使用時，正常使用時，一般需外接上一般需外接上拉負載電阻拉負載電阻三、三、OC

44、OC門的應用門的應用(1) (1) 實現(xiàn)線與實現(xiàn)線與321YYYY GHIDEFABC GHIDEFABC OC門線與圖門線與圖輸出級連接圖輸出級連接圖等效邏輯電路圖等效邏輯電路圖實現(xiàn)實現(xiàn)與或非與或非運算運算(2) (2) 用作驅(qū)動器用作驅(qū)動器在在OC門的上拉負載電阻門的上拉負載電阻RL處用指示處用指示燈、繼電器等替代，則可作為驅(qū)動燈、繼電器等替代，則可作為驅(qū)動器使用。器使用。+VCC&270+5V右圖所示為一右圖所示為一OC門驅(qū)動發(fā)光二極管門驅(qū)動發(fā)光二極管的電路?？梢钥闯?，當?shù)碾娐??？梢钥闯?，當OC門輸入有門輸入有一為低電平時，發(fā)光二極管滅；當一為低電平時，發(fā)光二極管滅；當三個輸入均

45、為高電平時，輸出為低三個輸入均為高電平時，輸出為低電平，發(fā)光二極管亮電平，發(fā)光二極管亮。u用來驅(qū)動繼電器用來驅(qū)動繼電器(2) (2) 用作驅(qū)動器用作驅(qū)動器u用來驅(qū)動脈沖變壓器用來驅(qū)動脈沖變壓器u用來驅(qū)動電容負載，構(gòu)成鋸齒波發(fā)生器用來驅(qū)動電容負載，構(gòu)成鋸齒波發(fā)生器 脈沖變壓器與普通變壓器的工作脈沖變壓器與普通變壓器的工作原理相同，只是脈沖變壓器可工作原理相同，只是脈沖變壓器可工作在更高的頻率上。在更高的頻率上。(3) (3) 用作電平轉(zhuǎn)換用作電平轉(zhuǎn)換當改變當改變OC門上拉負載電阻上的電源門上拉負載電阻上的電源VCC2為為10V時，輸入輸出端邏輯時，輸入輸出端邏輯0對應的對應的低電平保持低電平保持

46、0.3V不變不變，而邏輯，而邏輯1對應的對應的高電平由高電平由輸入端的輸入端的3.6V變?yōu)樽優(yōu)檩敵龆说妮敵龆说?0V，高電平對應電壓有所轉(zhuǎn)移。，高電平對應電壓有所轉(zhuǎn)移。通過此電平轉(zhuǎn)換的功能可以調(diào)節(jié)輸出高電平使其滿足下一級電路對高通過此電平轉(zhuǎn)換的功能可以調(diào)節(jié)輸出高電平使其滿足下一級電路對高電平的要求。電平的要求。+VCC2&RL+10V+VCC+5V輸入端：輸入端：邏輯邏輯1 3.6V邏輯邏輯0 0.3V輸出端：輸出端：邏輯邏輯1 10V邏輯邏輯0 0.3V(4) (4) 實現(xiàn)多路信號在總線上的分時傳輸實現(xiàn)多路信號在總線上的分時傳輸(4) (4) 上拉電阻的計算（確定）上拉電阻的計算（確

47、定）圖中：圖中：n 上級上級OC門的個數(shù)門的個數(shù) p 負載負載OC門輸入端的個數(shù)門輸入端的個數(shù) m 負載負載OC門的個數(shù)門的個數(shù) IOHIOHIIHIIHIIHIRLu當當OC門的輸出為高電平時門的輸出為高電平時(含義含義)： IOH OC門的截止漏電流門的截止漏電流 若負載若負載RL的阻值變大，會使得輸?shù)淖柚底兇?，會使得輸出高電平電位降低，若出高電平電位降低，若RL無限制無限制增大，可能使輸出高電平降低到增大，可能使輸出高電平降低到VOH(min)以下，破壞了正常的邏以下，破壞了正常的邏輯關系，因此，應有：輯關系，因此，應有： (min)OHLRLCCVRIV IHOHRLpInII IHO

48、HOHCCLpInIVVR (min)自學自學IOLIISIISIRLu當當OC門的輸出為低電平時：門的輸出為低電平時： 若負載若負載RL的阻值變小，會使得輸?shù)淖柚底冃?，會使得輸出低電平電位抬高，若出低電平電位抬高，若RL無限制無限制減小，可能使輸出低電平抬高到減小，可能使輸出低電平抬高到VOL(max)以上，破壞了正常的邏以上，破壞了正常的邏輯關系，因此，應有：輯關系，因此，應有： 考慮最不利的情況考慮最不利的情況，假設只有一，假設只有一個個OC門（門（Y1）處于導通狀態(tài)，）處于導通狀態(tài)，其他截止其他截止 (max)OLLRLCCVRIV ISOLRLmIII ISOLOLCCLmIIVVR

49、 (max)注意：注意：m為負載為負載門的個數(shù)，非負門的個數(shù)，非負載門輸入端個數(shù)載門輸入端個數(shù) 則：則： 自學自學綜上，可知上拉綜上，可知上拉負載電阻應滿足負載電阻應滿足關系：關系：IHOHOHCCLISOLOLCCpInIVVRmIIVV (min)(max)例：下圖電路中各參數(shù)已列寫出，求上拉電阻大小例：下圖電路中各參數(shù)已列寫出，求上拉電阻大小IOH =200A; IOL=16mAIIS =1mA; IIH=40AVCC =5V; VOH(min)=3V; VOL(max)=0.4VRL(max)=(VCC-VOH)/(2IOH+9IIH)=(5-3)/(20.2+90.04)=2.63(

50、k)RL(min)=(VCC-VOL)/(IOL-3IIS)=(5-0.4)/(16-31)=0.35(k)可以取可以取RL=1k自學自學2.5.2 TSL2.5.2 TSL門（三態(tài)門）門（三態(tài)門） 通常數(shù)字邏輯是二值的，即僅通常數(shù)字邏輯是二值的，即僅0，1值，其所值，其所對應電路的輸出電平是高、低兩種狀態(tài)。對應電路的輸出電平是高、低兩種狀態(tài)。在實際電路中，還有一種輸出既非高電平又在實際電路中，還有一種輸出既非高電平又非低電平的狀態(tài)，被稱之為第三狀態(tài)。于是數(shù)字非低電平的狀態(tài)，被稱之為第三狀態(tài)。于是數(shù)字電路的輸出就有：電路的輸出就有：0、1和和Z（高阻）（高阻）的三種狀態(tài)。的三種狀態(tài)。這種電路稱

51、三態(tài)邏輯電路或稱這種電路稱三態(tài)邏輯電路或稱三態(tài)門電路三態(tài)門電路，有時也記作有時也記作TSL門門（Three State Logic gate）。）。一、電路結(jié)構(gòu)一、電路結(jié)構(gòu)稱為控制端、稱為控制端、使能端使能端(1)(1)當當E E“0”0” “0”導通導通1V1V截止截止截止截止截止截止高阻高阻電路輸出為：電路輸出為：Y=Z(Y=Z(高阻態(tài)高阻態(tài)或懸浮狀態(tài)，或懸浮狀態(tài)，也叫禁止狀也叫禁止狀態(tài)態(tài) ) )二、工作原理二、工作原理 在禁止狀態(tài)下，三態(tài)門與負載之間無信號聯(lián)系，對負載在禁止狀態(tài)下，三態(tài)門與負載之間無信號聯(lián)系，對負載不產(chǎn)生任何邏輯功能，所以禁止狀態(tài)不是邏輯狀態(tài)。不產(chǎn)生任何邏輯功能，所以禁止狀態(tài)不是邏輯狀態(tài)。由于三極管由于三極管T3和和T4同時截止，同時截止，輸出端相當于輸出端相當于懸空或開路。懸空或開路。(2)(2)當當E E“1”1”“1”截止截止電路具備邏輯功電路具備邏輯功能：能：ABY 紅色二極管截紅色二極管截止，相當于開止，相當于開路，不起任何路，不