第2章邏輯門電路(1)

1、自強(qiáng)不息知行合一軟件學(xué)院軟件學(xué)院 軟件工程研究所軟件工程研究所姜琳穎姜琳穎第2章 邏輯門電路軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路n基本邏輯門電路的概念基本邏輯門電路的概念nTTL邏輯門電路邏輯門電路nCMOS門電路門電路軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路n在數(shù)字電路中，在數(shù)字電路中， “門門” 是指能實(shí)現(xiàn)基本邏輯關(guān)是指能實(shí)現(xiàn)基本邏輯關(guān)系的電路。最基本的邏輯關(guān)系是與、或、非，系的電路。最基本的邏輯關(guān)系是與、或、非，最基本的邏輯門是與門、或門和非門。最基本的邏輯門是

2、與門、或門和非門。 n可以將門電路的所有元器件及連接導(dǎo)線制作在可以將門電路的所有元器件及連接導(dǎo)線制作在同一塊半導(dǎo)體基片上構(gòu)成集成邏輯門電路。同一塊半導(dǎo)體基片上構(gòu)成集成邏輯門電路。 軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路n集成電路按照單位芯片面積集成門電路個(gè)數(shù)分為集成電路按照單位芯片面積集成門電路個(gè)數(shù)分為：n小規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路(Small Scale Integrated Circuit ,SSI) ：十幾個(gè)門電路：十幾個(gè)門電路n中規(guī)模集成電路中規(guī)模集成電路(Medium Scale Integrated Circuit

3、,MSI)：上百個(gè)門電路：上百個(gè)門電路n大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路(Large Scale Integrated Circuit ,LSI)：幾百個(gè)至幾千個(gè)門電路：幾百個(gè)至幾千個(gè)門電路n超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路(Very Large Scale Integrated Circuit ,VLSI)：一萬個(gè)以上門電路：一萬個(gè)以上門電路軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路n從制造工藝看，數(shù)字集成電路可分為雙極型集成從制造工藝看，數(shù)字集成電路可分為雙極型集成電路和單極型集成電路。電路和單極型集成電路。n在晶體三極管中，自由電子

4、和空穴兩種載流子都在晶體三極管中，自由電子和空穴兩種載流子都參與導(dǎo)電，所以稱為雙極型晶體管。參與導(dǎo)電，所以稱為雙極型晶體管。 n單極型集成電路中只有一種載流子導(dǎo)電故稱單極單極型集成電路中只有一種載流子導(dǎo)電故稱單極型晶體管。型晶體管。 軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路雙極型集成電路雙極型集成電路軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路n在本征半導(dǎo)體硅中摻入微量的在本征半導(dǎo)體硅中摻入微量的5價(jià)價(jià)元素，例如磷，磷原子最外層有元素，例如磷，磷原子最外層有5個(gè)價(jià)電子，其中個(gè)價(jià)電子，其中4個(gè)價(jià)電子分別與個(gè)價(jià)電子分別與鄰近鄰近4個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵結(jié)

5、構(gòu)，個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，多余的多余的1個(gè)價(jià)電子在共價(jià)鍵之外，個(gè)價(jià)電子在共價(jià)鍵之外，只受到磷原子對它微弱的束縛只受到磷原子對它微弱的束縛 .n自由電子的數(shù)目就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了空穴自由電子的數(shù)目就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了空穴數(shù)目，參與導(dǎo)電的主要是電子，簡數(shù)目，參與導(dǎo)電的主要是電子，簡稱稱N型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路n在本征半導(dǎo)體硅（或鍺）中，若在本征半導(dǎo)體硅（或鍺）中，若摻入微量的摻入微量的3價(jià)元素，如硼，硼價(jià)元素，如硼，硼原子的原子的3個(gè)價(jià)電子分別與其鄰近個(gè)價(jià)電子分別與其鄰近的的3個(gè)硅原子中的個(gè)硅原子中的3個(gè)價(jià)電子組成個(gè)價(jià)電子組成完整的共價(jià)鍵，而與其相

6、鄰的另完整的共價(jià)鍵，而與其相鄰的另1個(gè)硅原子的共價(jià)鍵中則缺少個(gè)硅原子的共價(jià)鍵中則缺少1個(gè)個(gè)電子，出現(xiàn)了電子，出現(xiàn)了1個(gè)空穴。個(gè)空穴。n參與導(dǎo)電的主要是空穴，故這種參與導(dǎo)電的主要是空穴，故這種半導(dǎo)體稱為空穴型半導(dǎo)體，簡稱半導(dǎo)體稱為空穴型半導(dǎo)體，簡稱P型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。 軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路門電路門電路分立元件門電路分立元件門電路集成門電路集成門電路雙極型集成門（雙極型集成門（DTL、TTL）MOS集成門集成門 NMOSPMOSCMOS軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路VI控制開關(guān)控

7、制開關(guān)S的斷、通情況。的斷、通情況。S斷開，斷開，VO為高電平；為高電平；S接通，接通，VO為低電平。為低電平。 VISVccVo1 10 05V0V0.8V2V高電平下限高電平下限低電平上限低電平上限實(shí)際開關(guān)為晶體二實(shí)際開關(guān)為晶體二極管、三極管以及極管、三極管以及MOS管等電子器件管等電子器件第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路n 邏輯電平邏輯電平軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1 2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路2.1.1 二極管的開關(guān)特性二極管的開關(guān)特性n在理想情況下，在數(shù)字電路中二極管表現(xiàn)為一個(gè)受在理想情況下，在數(shù)字電路中二極管表現(xiàn)為一個(gè)受外電

8、壓控制的開關(guān)。外電壓控制的開關(guān)。n當(dāng)外加電壓為脈沖信號時(shí)，二極管將隨著脈沖電壓當(dāng)外加電壓為脈沖信號時(shí)，二極管將隨著脈沖電壓的變化在的變化在“開開”狀態(tài)與狀態(tài)與“關(guān)關(guān)”狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，也就狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，也就是二極管在正向?qū)ㄅc反向截止兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換是二極管在正向?qū)ㄅc反向截止兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.1 2.1.1 二極管的開關(guān)特性二極管的開關(guān)特性(1)(1)n在數(shù)字電路中，當(dāng)外加正向電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，二極管在數(shù)字電路中，當(dāng)外加正向電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，二極管正向壓降為正向壓降為 0.7V(硅管硅管)/0.2V(鍺管鍺管)，等效為

9、一個(gè)閉合的開，等效為一個(gè)閉合的開關(guān)。關(guān)。軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.1 2.1.1 二極管的開關(guān)特性二極管的開關(guān)特性(2)(2)n當(dāng)外加反向電壓時(shí)，二極管截止，反向電流當(dāng)外加反向電壓時(shí)，二極管截止，反向電流Is約為約為 0，等，等效為一個(gè)斷開的開關(guān)。效為一個(gè)斷開的開關(guān)。軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.2 2.1.2 二極管與門二極管與門(1)(1)n實(shí)現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。實(shí)現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。 VA=VB=3V。由于由于R接到電源接到電源+12V上，故上，故DA、DB均導(dǎo)通均導(dǎo)通VF=

10、3V +0.7V=3.7V3V軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.2 2.1.2 二極管與門二極管與門(2)(2)n實(shí)現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。實(shí)現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。 VA=3V，VB=0V由于由于DB導(dǎo)通，導(dǎo)通，VF=0.7V，因，因而而DA截止截止通常將通常將DB導(dǎo)通，使導(dǎo)通，使VF=0+0.7V=0.7V0V稱為箝稱為箝(鉗鉗qian)位。位。軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.2 2.1.2 二極管與門二極管與門(3)(3)n實(shí)現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。實(shí)現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。 VA=

11、0V，VB=3V由于由于DA導(dǎo)通導(dǎo)通VF=0+0.7V=0.7V0V，DB截止。截止。軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.2 2.1.2 二極管與門二極管與門(4)(4)n實(shí)現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。實(shí)現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。 VA=VB=0VVF=0.7V，此時(shí)，此時(shí)DA、DB均均導(dǎo)通。導(dǎo)通。 VF=0+0.7V=0.7V0V軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.2 2.1.2 二極管與門二極管與門(5)(5)n實(shí)現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。實(shí)現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。 結(jié)論：結(jié)論：(1)VA=VB=0

12、V，VF0V(2)VA=0V, VB=3V，VF0V(3)VA=3V, VB=0V， VF0V(4)VA=VB=3V VF3V軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.2 2.1.2 二極管與門二極管與門(6)(6)n實(shí)現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。實(shí)現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。 0003 0 0 0 3 3 0 3 3輸出輸出VF(V)輸入輸入 VF(V) VF(V) 電位關(guān)系電位關(guān)系FAB(a)軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.3 2.1.3 二極管或門二極管或門(1)(1)n實(shí)現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。實(shí)現(xiàn)邏輯

13、或功能的電路，稱為或門。 VA=VB=3V，由于由于R接到電源接到電源-VEE（-12V）上，故上，故DA、DB均導(dǎo)通。均導(dǎo)通。VF因此為因此為VA-VD=2.3V 3V 。軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.3 2.1.3 二極管或門二極管或門(2)(2)n實(shí)現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。實(shí)現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。 VA=0V，VB=3V，此時(shí)此時(shí)DB導(dǎo)通，將導(dǎo)通，將VF鉗位在鉗位在2.3V，DA加反向電壓截止。加反向電壓截止。因此因此VF=VB-VD=2.3V3V 。軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.3 2

14、.1.3 二極管或門二極管或門(3)(3)n實(shí)現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。實(shí)現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。 VA=3V，VB=0V，此時(shí)此時(shí)DA導(dǎo)通，導(dǎo)通，DB截止，截止，VF=VA-VD=2.3V 3V 。軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.3 2.1.3 二極管或門二極管或門(4)(4)n實(shí)現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。實(shí)現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。 VA=VB=0V，DA、DB均導(dǎo)通，均導(dǎo)通，VF=0-VD=-0.7V 0V 。 軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.3 2.1.3 二極管或門二極管或門(5)(

15、5)n實(shí)現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。實(shí)現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。 結(jié)論結(jié)論(1)VA=VB=0V:VF0V(2) VA=0V, VB=3V: VF3V(3) VA=3V, VB=0V: VF3V(4)VA=VB=3V: VF3V軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.3 2.1.3 二極管或門二極管或門(6)(6)n實(shí)現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。實(shí)現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。 0333 0 0 0 3 3 0 3 3輸出輸出VF(V)輸輸 入入 VA(V) VB(V) 電位關(guān)系電位關(guān)系軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路

16、2.1.3 2.1.3 二極管或門二極管或門(7)(7)n實(shí)現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。實(shí)現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。 A B0 00 11 01 1F0111真值表真值表ABF(a)軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.4 2.1.4 三極管的特性三極管的特性n三極管猶如兩個(gè)反向串聯(lián)的三極管猶如兩個(gè)反向串聯(lián)的PN結(jié)，如果孤立地看待這兩個(gè)反結(jié)，如果孤立地看待這兩個(gè)反向串聯(lián)的向串聯(lián)的PN結(jié)，或?qū)蓚€(gè)普通二極管串聯(lián)起來組成三極管，結(jié)，或?qū)蓚€(gè)普通二極管串聯(lián)起來組成三極管，是不可能具有電流的放大作用。是不可能具有電流的放大作用。軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第

17、第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.4 2.1.4 三極管的特性三極管的特性n具有電流放大作用的三極管，內(nèi)部結(jié)構(gòu)有特殊性：具有電流放大作用的三極管，內(nèi)部結(jié)構(gòu)有特殊性： （1）為了便于發(fā)射結(jié)發(fā)射電子，發(fā)射區(qū)半導(dǎo)體的摻雜溶度遠(yuǎn)高）為了便于發(fā)射結(jié)發(fā)射電子，發(fā)射區(qū)半導(dǎo)體的摻雜溶度遠(yuǎn)高于基區(qū)半導(dǎo)體的摻雜溶度，且發(fā)射結(jié)的面積較小。于基區(qū)半導(dǎo)體的摻雜溶度，且發(fā)射結(jié)的面積較小。 （2）發(fā)射區(qū)和集電區(qū)雖為同一性質(zhì)的摻雜半導(dǎo)體，但發(fā)射區(qū)的）發(fā)射區(qū)和集電區(qū)雖為同一性質(zhì)的摻雜半導(dǎo)體，但發(fā)射區(qū)的摻雜溶度要高于集電區(qū)的摻雜溶度，且集電結(jié)的面積要比發(fā)摻雜溶度要高于集電區(qū)的摻雜溶度，且集電結(jié)的面積要比發(fā)射結(jié)的面積大，便

18、于收集電子。射結(jié)的面積大，便于收集電子。 （3）聯(lián)系發(fā)射結(jié)和集電結(jié)兩個(gè)）聯(lián)系發(fā)射結(jié)和集電結(jié)兩個(gè)PN結(jié)的基區(qū)結(jié)的基區(qū) 非常薄，且摻雜溶度也很低。非常薄，且摻雜溶度也很低。 軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.4 2.1.4 三極管的特性三極管的特性n上述的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是三極管具有電流放大作用的內(nèi)因上述的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是三極管具有電流放大作用的內(nèi)因。要使三極管具有電流的放大作用，除了三極管的。要使三極管具有電流的放大作用，除了三極管的內(nèi)因外，還要有外部條件。三極管的發(fā)射極為正向內(nèi)因外，還要有外部條件。三極管的發(fā)射極為正向偏置，集電結(jié)為反向偏置是三極管具有電流放大作偏置，

19、集電結(jié)為反向偏置是三極管具有電流放大作用的外部條件。用的外部條件。 n放大器是一個(gè)有輸入和輸出端口的四端網(wǎng)絡(luò)，要將放大器是一個(gè)有輸入和輸出端口的四端網(wǎng)絡(luò)，要將三極管的三個(gè)引腳接成四端網(wǎng)絡(luò)的電路，必須將三三極管的三個(gè)引腳接成四端網(wǎng)絡(luò)的電路，必須將三極管的一個(gè)腳當(dāng)公共腳。取發(fā)射極當(dāng)公共腳的放大極管的一個(gè)腳當(dāng)公共腳。取發(fā)射極當(dāng)公共腳的放大器稱為共發(fā)射極放大器，基本共發(fā)射極放大器的電器稱為共發(fā)射極放大器，基本共發(fā)射極放大器的電路如圖路如圖5-4所示。所示。 軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.4 2.1.4 三極管的特性三極管的特性n圖中的基極和發(fā)射極為圖中的基極

20、和發(fā)射極為輸入端，集電極和發(fā)射輸入端，集電極和發(fā)射極為輸出端，發(fā)射極是極為輸出端，發(fā)射極是該電路輸入和輸出的公該電路輸入和輸出的公共端，所以，該電路稱共端，所以，該電路稱為共發(fā)射極電路。為共發(fā)射極電路。 n圖中的圖中的ui是要放大的輸入信號，是要放大的輸入信號，uo是放大以后的輸出信號是放大以后的輸出信號，VBB是基極電源，該電源的作用是使三極管的發(fā)射結(jié)處是基極電源，該電源的作用是使三極管的發(fā)射結(jié)處在正向偏置的狀態(tài)，在正向偏置的狀態(tài)，VCC是集電極電源，該電源的作用是是集電極電源，該電源的作用是使三極管的集電結(jié)處在反向偏置的狀態(tài)，使三極管的集電結(jié)處在反向偏置的狀態(tài)，RC是集電極電阻是集電極電阻

21、。 軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.4 2.1.4 三極管的特性三極管的特性n共發(fā)射極電路三極管內(nèi)部載流子運(yùn)共發(fā)射極電路三極管內(nèi)部載流子運(yùn)動情況的示意圖如圖所示。圖中載動情況的示意圖如圖所示。圖中載流子的運(yùn)動規(guī)律可分為以下的幾個(gè)流子的運(yùn)動規(guī)律可分為以下的幾個(gè)過程。過程。 （1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子的過程）發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子的過程 n發(fā)射結(jié)處在正向偏置，使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（自由電子）發(fā)射結(jié)處在正向偏置，使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（自由電子）不斷的通過發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，即向基區(qū)發(fā)射電子。與此同不斷的通過發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，即向基區(qū)發(fā)射電子。與此同時(shí)，基區(qū)的空穴

22、也會擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)，由于兩者摻雜溶度上的時(shí)，基區(qū)的空穴也會擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)，由于兩者摻雜溶度上的懸殊，形成發(fā)射極電流懸殊，形成發(fā)射極電流IE的載流子主要是電子，電流的方向的載流子主要是電子，電流的方向與電子流的方向相反。發(fā)射區(qū)所發(fā)射的電子由電源與電子流的方向相反。發(fā)射區(qū)所發(fā)射的電子由電源EC的負(fù)的負(fù)極來補(bǔ)充。極來補(bǔ)充。 軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.4 2.1.4 三極管的特性三極管的特性n共發(fā)射極電路三極管內(nèi)部載流子運(yùn)共發(fā)射極電路三極管內(nèi)部載流子運(yùn)動情況的示意圖如圖所示。圖中載動情況的示意圖如圖所示。圖中載流子的運(yùn)動規(guī)律可分為以下的幾個(gè)流子的運(yùn)動規(guī)律可分

23、為以下的幾個(gè)過程。過程。 （2）電子在基區(qū)中的擴(kuò)散與復(fù)合的過程電子在基區(qū)中的擴(kuò)散與復(fù)合的過程 n擴(kuò)散到基區(qū)的電子，將有一小部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，同時(shí)擴(kuò)散到基區(qū)的電子，將有一小部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，同時(shí)基極電源基極電源EB不斷的向基區(qū)提供空穴，形成基極電流不斷的向基區(qū)提供空穴，形成基極電流IB。由。由于基區(qū)摻雜的溶度很低，且很薄，在基區(qū)與空穴復(fù)合的電子于基區(qū)摻雜的溶度很低，且很薄，在基區(qū)與空穴復(fù)合的電子很少，所以，基極電流很少，所以，基極電流IB也很小。擴(kuò)散到基區(qū)的電子除了被也很小。擴(kuò)散到基區(qū)的電子除了被基區(qū)復(fù)合掉的一小部分外，大量的電子將在慣性的作用下繼基區(qū)復(fù)合掉的一小部分外，大量的電子將在慣

24、性的作用下繼續(xù)向集電結(jié)擴(kuò)散。續(xù)向集電結(jié)擴(kuò)散。 軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.4 2.1.4 三極管的特性三極管的特性n共發(fā)射極電路三極管內(nèi)部載流子運(yùn)共發(fā)射極電路三極管內(nèi)部載流子運(yùn)動情況的示意圖如圖所示。圖中載動情況的示意圖如圖所示。圖中載流子的運(yùn)動規(guī)律可分為以下的幾個(gè)流子的運(yùn)動規(guī)律可分為以下的幾個(gè)過程。過程。 （3）集電結(jié)收集電子的過程）集電結(jié)收集電子的過程 n反向偏置的集電結(jié)在阻礙集電區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子的同時(shí)，空反向偏置的集電結(jié)在阻礙集電區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子的同時(shí)，空間電荷區(qū)將向基區(qū)延伸，因集電結(jié)的面積很大，延伸進(jìn)基區(qū)間電荷區(qū)將向基區(qū)延伸，因集電結(jié)的面積

25、很大，延伸進(jìn)基區(qū)的空間電荷區(qū)使基區(qū)的厚度進(jìn)一步變薄，使發(fā)射極擴(kuò)散來的的空間電荷區(qū)使基區(qū)的厚度進(jìn)一步變薄，使發(fā)射極擴(kuò)散來的電子更容易在慣性的作用下進(jìn)入空間電荷區(qū)。集電結(jié)的空間電子更容易在慣性的作用下進(jìn)入空間電荷區(qū)。集電結(jié)的空間電荷區(qū)，可將發(fā)射區(qū)擴(kuò)散進(jìn)空間電荷區(qū)的電子迅速推向集電電荷區(qū)，可將發(fā)射區(qū)擴(kuò)散進(jìn)空間電荷區(qū)的電子迅速推向集電極，相當(dāng)于被集電極收集。集電極收集到的電子由集電極電極，相當(dāng)于被集電極收集。集電極收集到的電子由集電極電源源Ec吸收，形成集電極電流吸收，形成集電極電流IC。 軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.4 2.1.4 三極管的特性三極管的特

26、性n根據(jù)上面的分析和節(jié)點(diǎn)電流定律可根據(jù)上面的分析和節(jié)點(diǎn)電流定律可得，三極管三個(gè)電極的電流得，三極管三個(gè)電極的電流IE、IB、IC之間的關(guān)系為：之間的關(guān)系為： IE=IB+IC n三極管的特殊結(jié)構(gòu)使三極管的特殊結(jié)構(gòu)使IC大大于大大于IB，令令 =Ic / Ib n稱為三極管的直流電流放大倍數(shù)。它是描述三極管基極電流稱為三極管的直流電流放大倍數(shù)。它是描述三極管基極電流對集電極電流控制能力大小的物理量，對集電極電流控制能力大小的物理量，大的管子，基極電大的管子，基極電流對集電極電流控制的能力就大。流對集電極電流控制的能力就大。 是由晶體管的結(jié)構(gòu)來決是由晶體管的結(jié)構(gòu)來決定的，一個(gè)管子做成以后，該管子的

27、定的，一個(gè)管子做成以后，該管子的 就確定了。就確定了。 軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.4 2.1.4 三極管的開關(guān)特性三極管的開關(guān)特性n根據(jù)外加電壓根據(jù)外加電壓v1的不同，整個(gè)曲線可劃分為三個(gè)區(qū)：放大區(qū)的不同，整個(gè)曲線可劃分為三個(gè)區(qū)：放大區(qū)、截止區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)、飽和區(qū)軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.4 2.1.4 三極管的開關(guān)特性三極管的開關(guān)特性n在數(shù)字電路中，三極管作為開關(guān)元件，主要工作在在數(shù)字電路中，三極管作為開關(guān)元件，主要工作在飽和飽和和和截截止止兩種開關(guān)狀態(tài)，放大區(qū)只是極短暫的過渡狀態(tài)。兩種開關(guān)狀

28、態(tài)，放大區(qū)只是極短暫的過渡狀態(tài)。軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.4 2.1.4 三極管的開關(guān)特性三極管的開關(guān)特性截止、飽和的條件截止、飽和的條件n截止：截止： 發(fā)射結(jié)反偏、集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)反偏、集電結(jié)反偏nv1= VIL(VIL = -1V)nVBE 0V(0.5V)nIB= 0, IC= 0,nvO= VOH = VCE = VCC軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.4 2.1.4 三極管的開關(guān)特性三極管的開關(guān)特性截止、飽和的條件截止、飽和的條件n飽和：飽和：發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)正偏nv1=

29、VIH(VIH = 2V)三極管飽和導(dǎo)通三極管飽和導(dǎo)通n臨界飽和：臨界飽和：VCE=VBEn此時(shí)：此時(shí)：nIBS= ICS/稱為基極臨界飽和電流稱為基極臨界飽和電流n當(dāng)當(dāng)IBIBS時(shí)三極管工作在飽和狀時(shí)三極管工作在飽和狀態(tài)，由于態(tài)，由于C、E之間電壓很小，相之間電壓很小，相當(dāng)于開關(guān)閉合。當(dāng)于開關(guān)閉合。CCCCCCCS7 . 0RVRVI 一般一般VCES=0.10.3V軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.4 2.1.4 三極管的特性總結(jié)三極管的特性總結(jié)n在開關(guān)電路中，三極管工作在飽和導(dǎo)通與截止兩種在開關(guān)電路中，三極管工作在飽和導(dǎo)通與截止兩種狀態(tài)。狀態(tài)。n飽

30、和狀態(tài)，就是兩個(gè)飽和狀態(tài)，就是兩個(gè)P-N結(jié)都處于正偏的導(dǎo)通狀態(tài)；結(jié)都處于正偏的導(dǎo)通狀態(tài)；n截止?fàn)顟B(tài)，就是兩個(gè)截止?fàn)顟B(tài)，就是兩個(gè)P-N結(jié)都處于反偏的截止?fàn)顟B(tài)。結(jié)都處于反偏的截止?fàn)顟B(tài)。n在模擬電路中，三極管工作在放大狀態(tài)：在模擬電路中，三極管工作在放大狀態(tài)：n發(fā)射結(jié)的發(fā)射結(jié)的P-N結(jié)處在正偏狀態(tài)結(jié)處在正偏狀態(tài)n集電結(jié)的集電結(jié)的P-N結(jié)處在反偏狀態(tài)結(jié)處在反偏狀態(tài)軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.4 2.1.4 三極管的開關(guān)特性三極管的開關(guān)特性三極管的開關(guān)時(shí)間三極管的開關(guān)時(shí)間0.9ICS0.1ICS延遲時(shí)間延遲時(shí)間td開啟時(shí)間開啟時(shí)間ton=td+tr存儲時(shí)間存

31、儲時(shí)間ts下降時(shí)間下降時(shí)間tf關(guān)閉時(shí)間關(guān)閉時(shí)間toff=ts+tf一般地一般地toffton，ts tf并且開關(guān)時(shí)間為納秒數(shù)量極，高頻應(yīng)用時(shí)需考慮并且開關(guān)時(shí)間為納秒數(shù)量極，高頻應(yīng)用時(shí)需考慮上升時(shí)間上升時(shí)間tr軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.1.5 2.1.5 三極管非門電路三極管非門電路n實(shí)現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門實(shí)現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門(反相器反相器) 3003VF (V)VI (V) 電位關(guān)系電位關(guān)系1001FA真值表真值表-12V12VAF(a)軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.2 TTL2.2 TT

32、L邏輯門電路邏輯門電路nTTL與非門的典型電路如與非門的典型電路如圖圖2-6所示，它分成輸入級所示，它分成輸入級、中間級和輸出級三個(gè)部、中間級和輸出級三個(gè)部分。分。輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路 TTL TTL與非門的典型電路與非門的典型電路n輸入級輸入級由多發(fā)射極晶體管由多發(fā)射極晶體管T1和電阻和電阻R1組成，通過組成，通過T1的各個(gè)發(fā)射極實(shí)現(xiàn)與邏輯的各個(gè)發(fā)射極實(shí)現(xiàn)與邏輯功能。功能。多發(fā)射極晶體管多發(fā)射極晶體管 T1 的等效電路的等效電路軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路 TTL TTL與

33、非門的典型電路與非門的典型電路n中間級中間級由由T2、R2、R3組成。組成。nT2管作為管作為T1管負(fù)載的一部分，管負(fù)載的一部分，當(dāng)輸入當(dāng)輸入A、B、C由高天平變?yōu)橛筛咛炱阶優(yōu)檩斎胗械碗娖綍r(shí)，輸入有低電平時(shí)，T2管中的存管中的存儲電荷被儲電荷被T1管迅速拉出，促使管迅速拉出，促使T2迅速截止，加快了轉(zhuǎn)換速度迅速截止，加快了轉(zhuǎn)換速度，提高了開關(guān)速度。，提高了開關(guān)速度。n中間級中間級主要作用是從主要作用是從T2管的集管的集電極電極c2和發(fā)射極和發(fā)射極e2同時(shí)輸出兩同時(shí)輸出兩個(gè)相位相反的信號，分別驅(qū)動個(gè)相位相反的信號，分別驅(qū)動T3和和T5管，來保證管，來保證T4和和T5管有管有一個(gè)導(dǎo)通時(shí)，另一個(gè)就截

34、止。一個(gè)導(dǎo)通時(shí)，另一個(gè)就截止。軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路 TTL TTL與非門的典型電路與非門的典型電路n輸出級輸出級由由R4、R5、T3、T4、T5組成，組成，T5是反相器，是反相器，T3、T4組成復(fù)合管構(gòu)成一個(gè)射組成復(fù)合管構(gòu)成一個(gè)射隨器，作為隨器，作為T5管的有源負(fù)載管的有源負(fù)載，并與，并與T5組成推拉式電路，組成推拉式電路，使輸出無論是高電平或是低使輸出無論是高電平或是低電平，輸出電阻都很小，提電平，輸出電阻都很小，提高了帶負(fù)載能力。高了帶負(fù)載能力。軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路工作原理工作原理n則則VB1=VI

35、L+VBE1 =0.3+0.7=1V VB2=VC1=VCES1+VIL =0.1+0.3=0.4V0.3V3.6V3.6VDA導(dǎo)通導(dǎo)通!設(shè)設(shè)A=0 B=1 C=1 (VIL=0.3V) 1V0.4V所以：所以：T2 、T5 截止截止T3 、T4 導(dǎo)通導(dǎo)通VF = VB3UBE3UBE4 50.70.7 = 3.6V拉電流拉電流 ( 輸出為高電平時(shí)，向輸出為高電平時(shí)，向負(fù)載輸出電流，叫拉電流負(fù)載輸出電流，叫拉電流 )F = 1T1管深度飽和，管深度飽和，飽和壓降為飽和壓降為0.1伏伏軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路工作原理工作原理n設(shè)設(shè)A=B=C=1，即，即V

36、A=VB=VC=3.6V3.6V3.6V3.6V2.1VT1管的基極電位升高，使管的基極電位升高，使T1管的集管的集電結(jié)電結(jié), T2和和T5發(fā)射結(jié)正向偏置而導(dǎo)通發(fā)射結(jié)正向偏置而導(dǎo)通, T1管的基極電位管的基極電位VB1被箝位在被箝位在2.1V1.4VT3 微導(dǎo)通微導(dǎo)通 ，T4 截止截止 VF =0.3V灌灌電電流流電源電源VCC通過通過R1向向T2和和T5提供很大提供很大的偏置電流，使的偏置電流，使T2和和T5管處于飽和管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，飽和壓降為導(dǎo)通狀態(tài)，飽和壓降為0.3V。T2管管的集電極電位的集電極電位 VC2=VCE2+VBE5 =0.3V+0.7V=1V1.0V輸出端為低電平時(shí)，負(fù)

37、載電流流入輸輸出端為低電平時(shí)，負(fù)載電流流入輸出端，并經(jīng)出端，并經(jīng)T5流向地端，叫灌電流流向地端，叫灌電流故故T1管處于倒置工作狀態(tài)：發(fā)射管處于倒置工作狀態(tài)：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)反向運(yùn)用狀態(tài)，發(fā)射結(jié)結(jié)和集電結(jié)反向運(yùn)用狀態(tài)，發(fā)射結(jié)反向偏置、集電結(jié)正向偏置。反向偏置、集電結(jié)正向偏置。軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路結(jié)論：結(jié)論：n電路只要輸入有一個(gè)為低電平時(shí)，輸電路只要輸入有一個(gè)為低電平時(shí)，輸出就為高電平；出就為高電平；n只有輸入全為高電平時(shí)，輸出才為低只有輸入全為高電平時(shí)，輸出才為低電平。電平。n該門為與非門。即該門為與非門。即n輸入不全為輸入不全為1時(shí)，輸出為時(shí)，輸出為

38、1n輸入全為輸入全為1時(shí)，輸出為時(shí)，輸出為0nF=(ABC)111111100 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1FA B C真值表真值表軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.2.2 TTL2.2.2 TTL與非門的電壓傳輸特性及抗干擾能力與非門的電壓傳輸特性及抗干擾能力電壓傳輸特性電壓傳輸特性電壓傳輸特性是描述輸出電壓電壓傳輸特性是描述輸出電壓vo與輸入電壓與輸入電壓vI之間對之間對應(yīng)關(guān)系的曲線，如圖所示。應(yīng)關(guān)系的曲線，如圖所示。軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路 電壓傳輸特性電壓傳輸特

39、性nAB段（截止區(qū)）：段（截止區(qū)）：nvI0.6V，輸出電壓，輸出電壓vO不不隨輸入電壓隨輸入電壓vI變化，保持變化，保持在高電平在高電平VH。nVC10.7V，T2和和T5管截管截止，止，T3、T4管導(dǎo)通，輸出管導(dǎo)通，輸出為高電平，為高電平，VOH=3.6V。n由于這段由于這段T2和和T5管截止，管截止，故稱截止區(qū)。故稱截止區(qū)。T1管飽和，飽和壓降為管飽和，飽和壓降為0.1伏伏軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路 電壓傳輸特性電壓傳輸特性nBC段段(線性區(qū)線性區(qū))： 0.6VvI1.3V， 0.7VVC11.4V。n這時(shí)這時(shí)T2管開始導(dǎo)通并處于放管開始導(dǎo)通并處于

40、放大狀態(tài)，大狀態(tài)，T2管的集電極電壓管的集電極電壓VC2和輸出電壓和輸出電壓vO隨輸入電隨輸入電壓壓vI的增大而線性降低，故的增大而線性降低，故該段稱為線性區(qū)。該段稱為線性區(qū)。n由于由于T5管的基極電位還低于管的基極電位還低于0.7V，故，故T5管仍截止。管仍截止。T3、T4管還是處于導(dǎo)通狀態(tài)。管還是處于導(dǎo)通狀態(tài)。軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路 電壓傳輸特性電壓傳輸特性nCD段段(過渡區(qū)過渡區(qū))：n1.3VvI1.5V，T5管開始導(dǎo)管開始導(dǎo)通，通，T2、T3、T4管也都處于導(dǎo)管也都處于導(dǎo)通狀態(tài)，通狀態(tài)，T4、T5管有一小段時(shí)管有一小段時(shí)間同時(shí)導(dǎo)通，故有很大電

41、流流間同時(shí)導(dǎo)通，故有很大電流流過過R4電阻，電阻，T2管提供管提供T5管很大管很大的基極電流的基極電流;nT2、T5管趨于飽和導(dǎo)通，管趨于飽和導(dǎo)通，T4管管趨于截止，輸出電壓趨于截止，輸出電壓vO急劇下急劇下降到低電平降到低電平vO=0.3V。n由于由于vI的微小變化而引起輸出的微小變化而引起輸出電壓電壓vO的急劇下降，故此段稱的急劇下降，故此段稱為過渡區(qū)或轉(zhuǎn)折區(qū)。為過渡區(qū)或轉(zhuǎn)折區(qū)。軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路 電壓傳輸特性電壓傳輸特性nCD段段(過渡區(qū)過渡區(qū))：nCD段中點(diǎn)對應(yīng)的輸入電壓，段中點(diǎn)對應(yīng)的輸入電壓，既是既是T5管截止和導(dǎo)通的分界管截止和導(dǎo)通的

42、分界線，又是輸出高、低電平的線，又是輸出高、低電平的分界線，故此電壓稱閾值電分界線，故此電壓稱閾值電壓壓VT(門檻電壓門檻電壓)，VT=1.4V。nVT是決定與非門狀態(tài)的重要是決定與非門狀態(tài)的重要參數(shù)。當(dāng)參數(shù)。當(dāng)vIVT時(shí)，與非門截時(shí)，與非門截止，輸出高電平。止，輸出高電平。n當(dāng)當(dāng)vIVT時(shí)，與非門飽和導(dǎo)通時(shí)，與非門飽和導(dǎo)通，輸出低電平。，輸出低電平。VT軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路 電壓傳輸特性電壓傳輸特性nDE段（飽和區(qū)）：段（飽和區(qū)）：nvI1.4V以后，以后，T1管處管處于倒置工作狀態(tài)，于倒置工作狀態(tài)，VB1被箝位在被箝位在2.1V，T2、T5管進(jìn)

43、入飽和導(dǎo)通狀態(tài)，管進(jìn)入飽和導(dǎo)通狀態(tài)，T3管微導(dǎo)通，管微導(dǎo)通，T4管截止管截止。n由于由于T2、T5管飽和導(dǎo)通管飽和導(dǎo)通，故稱該段為飽和區(qū)。，故稱該段為飽和區(qū)。軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路抗干擾能力抗干擾能力( (輸入噪聲容限輸入噪聲容限) )n從電壓傳輸特性上看，當(dāng)輸入信從電壓傳輸特性上看，當(dāng)輸入信號偏離正常的低電平而升高時(shí)，號偏離正常的低電平而升高時(shí)，輸出的高電平并不立即下降；當(dāng)輸出的高電平并不立即下降；當(dāng)輸入信號偏離正常的高電平而降輸入信號偏離正常的高電平而降低時(shí)，輸出的低電平也不會馬上低時(shí)，輸出的低電平也不會馬上升高。升高。 n所以，如果有干擾信號疊

44、加到輸所以，如果有干擾信號疊加到輸入信號的高低電平上，只要幅度入信號的高低電平上，只要幅度不超過容許的界限，就不會影響不超過容許的界限，就不會影響輸出狀態(tài)。輸出狀態(tài)。n這個(gè)界限就稱為抗干擾能力。這個(gè)界限就稱為抗干擾能力?？垢蓴_能力（輸入噪聲容限）：不破壞與非門輸出邏輯狀抗干擾能力（輸入噪聲容限）：不破壞與非門輸出邏輯狀態(tài)所允許的最大干擾電壓。態(tài)所允許的最大干擾電壓。3.632100.511.522.533.5ABCDE電壓傳輸特性電壓傳輸特性vO(V)vI(V)VNLVNHVOFFVON軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路抗干擾能力抗干擾能力( (輸入噪聲容限輸入

45、噪聲容限) )n抗干擾能力分為：抗干擾能力分為：n輸入低電平的抗干擾能力輸入低電平的抗干擾能力VNLn輸入高電平的抗干擾能力輸入高電平的抗干擾能力VNH抗干擾能力（輸入噪聲容限）：不破壞與非門輸出邏輯狀抗干擾能力（輸入噪聲容限）：不破壞與非門輸出邏輯狀態(tài)所允許的最大干擾電壓。態(tài)所允許的最大干擾電壓。3.632100.511.522.533.5ABCDE電壓傳輸特性電壓傳輸特性vO(V)vI(V)VNLVNHVOFFVON軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路抗干擾能力抗干擾能力( (輸入噪聲容限輸入噪聲容限) )n低電平的抗干擾能力低電平的抗干擾能力VNLnVOFF

46、（關(guān)門電平）是輸出（關(guān)門電平）是輸出為標(biāo)準(zhǔn)高電平為標(biāo)準(zhǔn)高電平VSH時(shí)所允許時(shí)所允許的最大輸入低電平值。通的最大輸入低電平值。通常常VOFF=0.8V。nVILmax輸入低電平的上限值輸入低電平的上限值，與非門的輸入低電平不，與非門的輸入低電平不能高于能高于VILmax抗干擾能力（輸入噪聲容限）：不破壞與非門輸出邏輯狀抗干擾能力（輸入噪聲容限）：不破壞與非門輸出邏輯狀態(tài)所允許的最大干擾電壓。態(tài)所允許的最大干擾電壓。3.632100.511.522.533.5ABCDE電壓傳輸特性電壓傳輸特性vO(V)vI(V)VNLVNHVOFFVONVNL=VOFF-VILmax軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎

47、第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路抗干擾能力抗干擾能力( (輸入噪聲容限輸入噪聲容限) )n高電平的抗干擾能力高電平的抗干擾能力VNHnVON（開門電平）是輸出為（開門電平）是輸出為標(biāo)準(zhǔn)低電平標(biāo)準(zhǔn)低電平VSL時(shí)所允許的時(shí)所允許的最小輸入高電平值。通常最小輸入高電平值。通常VON=1.8V。nVIHmin是輸入高電平的下限是輸入高電平的下限值，與非門的輸入高電平值，與非門的輸入高電平不能低于不能低于VIHmin抗干擾能力（輸入噪聲容限）：不破壞與非門輸出邏輯狀抗干擾能力（輸入噪聲容限）：不破壞與非門輸出邏輯狀態(tài)所允許的最大干擾電壓。態(tài)所允許的最大干擾電壓。3.632100.511.522.53

48、3.5ABCDE電壓傳輸特性電壓傳輸特性vO(V)vI(V)VNLVNHVOFFVONVNH=VIHmin-VON軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.2.3 TTL2.2.3 TTL與非門平均傳輸延遲時(shí)間與非門平均傳輸延遲時(shí)間n二極管、三極管存在開關(guān)時(shí)間，由二極管和三極管構(gòu)成的二極管、三極管存在開關(guān)時(shí)間，由二極管和三極管構(gòu)成的TTL電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，即輸出不能立即響電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，即輸出不能立即響應(yīng)輸入信號的變化，而有一定的延遲。如圖應(yīng)輸入信號的變化，而有一定的延遲。如圖2-13所示。所示。導(dǎo)通傳輸導(dǎo)通傳輸延遲時(shí)間延遲時(shí)間 截止傳輸截

49、止傳輸延遲時(shí)間延遲時(shí)間 平均傳輸延遲時(shí)間平均傳輸延遲時(shí)間 2tttPLHPHLpd+軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.2.3 TTL2.2.3 TTL與非門平均傳輸延遲時(shí)間與非門平均傳輸延遲時(shí)間 n傳輸延遲時(shí)間小，表明門的工作速度可以高，反之，門的傳輸延遲時(shí)間小，表明門的工作速度可以高，反之，門的工作速度必須降低。工作速度必須降低。n而電阻、二極管、三極管等元器件寄生電容的存在，還會而電阻、二極管、三極管等元器件寄生電容的存在，還會使輸出電壓波形的上升沿和下降沿變得不那么陡。使輸出電壓波形的上升沿和下降沿變得不那么陡。導(dǎo)通傳輸導(dǎo)通傳輸延遲時(shí)間延遲時(shí)間 截止傳

50、輸截止傳輸延遲時(shí)間延遲時(shí)間 平均傳輸延遲時(shí)間平均傳輸延遲時(shí)間 2tttPLHPHLpd+軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.2.3 TTL2.2.3 TTL與非門平均傳輸延遲時(shí)間與非門平均傳輸延遲時(shí)間 n習(xí)題習(xí)題2-1解解(1) F=( (A+B)C) = (ABC) = A+B+C (3) 當(dāng)狀態(tài)當(dāng)狀態(tài)1變化到狀態(tài)變化到狀態(tài)2時(shí)，總延時(shí)最大值時(shí)，總延時(shí)最大值tp = tpLH02+ tpHL00 =15ns+15ns = 30ns(4)當(dāng)狀態(tài)當(dāng)狀態(tài)2變化到狀態(tài)變化到狀態(tài)3時(shí)，時(shí)，tp = tpLH00 =15ns 軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章

51、 邏輯門電路邏輯門電路2.2.6 2.2.6 其他類型的其他類型的TTLTTL門電路門電路 nTTL門電路除了與非門外，還有其它邏輯功能的門電路除了與非門外，還有其它邏輯功能的門電路，如與門、或門、或非門、與或非門、異門電路，如與門、或門、或非門、與或非門、異或門、同或門、集電極開路門和三態(tài)門等，還有或門、同或門、集電極開路門和三態(tài)門等，還有與擴(kuò)展器、或擴(kuò)展器和與或擴(kuò)展器等。與擴(kuò)展器、或擴(kuò)展器和與或擴(kuò)展器等。n本節(jié)主要介紹集電極開路門和三態(tài)門。本節(jié)主要介紹集電極開路門和三態(tài)門。軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路集電極開路門集電極開路門(OC(OC門門) )n線與

52、線與：把幾個(gè)邏輯門的輸出端直接把幾個(gè)邏輯門的輸出端直接連在一起實(shí)現(xiàn)邏輯與。連在一起實(shí)現(xiàn)邏輯與。 nTTL與非門直接線與出現(xiàn)的問題：與非門直接線與出現(xiàn)的問題：因?yàn)檫@種具有推拉式輸出級門電路因?yàn)檫@種具有推拉式輸出級門電路，無論輸出高電平還是低電平，輸，無論輸出高電平還是低電平，輸出電阻都很小。當(dāng)出電阻都很小。當(dāng)F1=1，F(xiàn)2=0就會就會在電源和地之間形成一個(gè)低阻通路在電源和地之間形成一個(gè)低阻通路，電流大，輸出既非，電流大，輸出既非0有非有非1。n破壞邏輯關(guān)系，而且還會把截止門破壞邏輯關(guān)系，而且還會把截止門中的導(dǎo)通管中的導(dǎo)通管T4燒壞。燒壞。 10不不高高不不低低軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2

53、 2章章 邏輯門電路邏輯門電路集電極開路門集電極開路門(OC(OC門門) )電路結(jié)構(gòu)：把電路結(jié)構(gòu)：把TTL與非門電路的推拉輸出級改為三極管集電與非門電路的推拉輸出級改為三極管集電極開路輸出極開路輸出,稱為集電極開路稱為集電極開路(Open Collector)門電路。門電路。RL上上拉拉電電阻阻軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路集電極開路門集電極開路門(OC(OC門門) )電路結(jié)構(gòu)：把電路結(jié)構(gòu)：把TTL與非門電路的推拉輸出級改為三極管集電與非門電路的推拉輸出級改為三極管集電極開路輸出極開路輸出,稱為集電極開路稱為集電極開路(Open Collector)門電路。

54、門電路。上拉電阻上拉電阻RLVcc2 實(shí)際上這種電路必實(shí)際上這種電路必須接上拉負(fù)載電阻須接上拉負(fù)載電阻RL才才能工作，負(fù)載電源一般能工作，負(fù)載電源一般可工作在可工作在12v24v軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路集電極開路門集電極開路門(OC(OC門門) )電路結(jié)構(gòu)：電路結(jié)構(gòu)：n邏輯符號如圖邏輯符號如圖(b)所示。所示。 n邏輯功能：邏輯功能：n幾個(gè)幾個(gè)OC門的輸出端直接門的輸出端直接并聯(lián)后可共用一個(gè)集電極并聯(lián)后可共用一個(gè)集電極負(fù)載電阻負(fù)載電阻RL和電源和電源VCC。 n只要恰當(dāng)?shù)剡x擇電源電壓只要恰當(dāng)?shù)剡x擇電源電壓和負(fù)載電阻，就可以保證和負(fù)載電阻，就可以保證輸出

55、電平的高、低要求，輸出電平的高、低要求，而又有效地防止輸出管電而又有效地防止輸出管電流過大。流過大。 FAB(b)F=(AB) 軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路集電極開路門集電極開路門(OC(OC門門) )(2)OC門的應(yīng)用：門的應(yīng)用：實(shí)現(xiàn)與或非邏輯實(shí)現(xiàn)與或非邏輯(線與線與)n將幾個(gè)將幾個(gè)OC門的輸出直接并聯(lián)在一起，然后通過一個(gè)公共上門的輸出直接并聯(lián)在一起，然后通過一個(gè)公共上拉電阻拉電阻RL接到電源接到電源VCC上，如圖所示。上，如圖所示。 )(111BAF )(222BAF )()()()(2211221121nnnnnBABABABABABAFFFF+ +

56、 + + )(nnnBAF 軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路集電極開路門集電極開路門(OC(OC門門) )(2)OC門的應(yīng)用：門的應(yīng)用： 實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)移 n在數(shù)字系統(tǒng)的接口（在數(shù)字系統(tǒng)的接口（與外部設(shè)備相聯(lián)系的電路與外部設(shè)備相聯(lián)系的電路）需要有）需要有電平轉(zhuǎn)換的時(shí)候，常用電平轉(zhuǎn)換的時(shí)候，常用OC門實(shí)現(xiàn)，如圖所示電路。門實(shí)現(xiàn)，如圖所示電路。 要把高電平轉(zhuǎn)換為要把高電平轉(zhuǎn)換為10V時(shí)，可時(shí)，可將外接的上拉電阻接到將外接的上拉電阻接到10V電電源上。這樣源上。這樣OC門的輸入端電平門的輸入端電平與一般與非門一致，而輸出的與一般與非門一致，而輸出的高電平就可

57、以變?yōu)楦唠娖骄涂梢宰優(yōu)?0V。達(dá)到。達(dá)到了電平轉(zhuǎn)換的目的。了電平轉(zhuǎn)換的目的。軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路集電極開路門集電極開路門(OC(OC門門) )(2)OC門的應(yīng)用：門的應(yīng)用： 用作驅(qū)動器用作驅(qū)動器 n用用OC門驅(qū)動指示燈、繼電器和脈沖變壓器等。門驅(qū)動指示燈、繼電器和脈沖變壓器等。n當(dāng)用于驅(qū)動指示燈時(shí)，上拉電阻由指示燈代替，指示燈的當(dāng)用于驅(qū)動指示燈時(shí)，上拉電阻由指示燈代替，指示燈的一端于一端于OC門的輸出相連，另一端接上電源。如果電流過門的輸出相連，另一端接上電源。如果電流過大，可串入一個(gè)適當(dāng)?shù)南蘖麟娮琛４?，可串入一個(gè)適當(dāng)?shù)南蘖麟娮琛?軟件學(xué)院軟件學(xué)院

58、 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門n三態(tài)邏輯三態(tài)邏輯(Three State Logic)輸出門，簡稱輸出門，簡稱TSL門。它是在一般門電路的基礎(chǔ)上增加控制電路和門。它是在一般門電路的基礎(chǔ)上增加控制電路和控制端構(gòu)成的?？刂贫藰?gòu)成的。n三態(tài)輸出是指三態(tài)門處于工作狀態(tài)的高電平、低三態(tài)輸出是指三態(tài)門處于工作狀態(tài)的高電平、低電平和非工作狀態(tài)的高阻態(tài)電平和非工作狀態(tài)的高阻態(tài)(禁止態(tài)、開路態(tài)禁止態(tài)、開路態(tài))。軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門n三態(tài)與非門的電路結(jié)構(gòu)如圖三態(tài)與非門的電路結(jié)構(gòu)如圖(a) 所示。所示。EN軟件

59、學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門工作原理工作原理1.0V1.0VVEN=0.3V (EN=0),nVB1=VEN+VBE1 =0.3+0.7=1.0VnVB3=1.0V, T4、T5截截止。止。 輸出為高阻態(tài)輸出為高阻態(tài)VEN=3.6V(EN=1), D截止，就是與非門。截止，就是與非門。)()1(BABAF 軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門三態(tài)門的用途：三態(tài)門的用途：在總線傳輸中的應(yīng)用在總線傳輸中的應(yīng)用n利用三態(tài)門向同一個(gè)總線利用三態(tài)門向同一個(gè)總線MN上輪流傳輸信號不會互相上輪流傳輸信號不

60、會互相干擾。干擾。n工作條件：在任何時(shí)間里只能有一個(gè)三態(tài)門處于工作工作條件：在任何時(shí)間里只能有一個(gè)三態(tài)門處于工作狀態(tài)，其余的門處于高阻態(tài)。狀態(tài)，其余的門處于高阻態(tài)。 .100MN101高阻高阻.軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門三態(tài)門的用途：三態(tài)門的用途：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸E=1，G1高阻，高阻，G2工作，工作，N經(jīng)經(jīng)G2向向M送數(shù)據(jù)。送數(shù)據(jù)。E=0， G1 工作，工作，G2高阻，高阻，M經(jīng)經(jīng)G1 向向N送數(shù)據(jù)。送數(shù)據(jù)。 G2G1MNE軟件學(xué)院軟件學(xué)院 姜琳穎姜琳穎第第2 2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.3 CMOS2.3 CM