數(shù)電第3章門電路

1、第第三章三章 邏輯門電路邏輯門電路 教學目標：教學目標：通過本章的學習，熟悉TTL集成門電路和CMOS集成門電路的電路組成和原理；掌握 TTL電路和 CMOS電路的主要參數(shù)的物理意義、輸入輸出特性和輸入輸出等效電路；掌握集成電路使用的注意事項。 門電路：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二、正邏輯和負邏輯二、正邏輯和負邏輯正邏輯：正邏輯：負邏輯：負邏輯：10正邏輯正邏輯01負邏輯負邏輯注意：除非特別說明，我們一般采用正邏輯！注意：除非特別說明，我們一般采用正邏輯！概述概述一、什么是門電路？一、什么是門電路？與門與門或門或門非門非門與非門與非

2、門或非門或非門與或非門與或非門異或門、同或門異或門、同或門高電平表示邏輯高電平表示邏輯1低電平表示邏輯低電平表示邏輯0高電平表示邏輯高電平表示邏輯0低電平表示邏輯低電平表示邏輯1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以下以下個等效門）個等效門）MSI（10103 3個等效門）個等效門）LSI （10104 4個以上等效門）個以上等效門）本章重點本章重點基本邏輯門的基本結構、工作原理以及外部特性基本邏輯門的基本結構、工作原理以及外部特性TTL、ECLI2L、HTL三、集成邏輯

3、門三、集成邏輯門半導體二極管、三極管和半導體二極管、三極管和MOS管的開關特性管的開關特性3.2.2 半導體三極管的開關特性3.2.1 半導體二極管的開關特性3.2.3 MOS管的開關特性1.二極管特性曲線二極管特性曲線i+ v -iOVed3.2.1半導體二極管的開關特性導導電電區(qū)區(qū)死死 區(qū)區(qū) 反向反向截止區(qū)截止區(qū)0ved ,電流隨電壓增大而顯著增大，進入導電區(qū)導電區(qū)。硅管：ed =0.50.6V鍺管： ed 0.2V反向偏置v0.6V時，開關合上時，開關合上vi rDrD的影響的影響近似近似由由0.1V代替代替0.7Vvi 0.7V時，開關合上時，開關合上vi 0V時，開關合上時，開關合上

4、vi ed， RL rD進一步近似：進一步近似：忽略忽略vD影響影響vDviRLD二極管二極管等效電路等效電路一、結構一、結構PPNcebecbecbNNPceb(a)NPN(b) PNP3.2.2 半導體三極管的開關特性半導體三極管的開關特性二、輸入特性與輸出特性二、輸入特性與輸出特性1.輸出特性輸出特性特點：特點：(a) iB 0 ; iC/iB= 。(b)發(fā)射結（發(fā)射結（BE）正偏，）正偏， 集電結（集電結（BC）反偏。）反偏。(c) VCE 0 ; iC/iB0時，時，G與與B構成構成平板電容器，電場平板電容器，電場E多子（空穴）多子（空穴） ，少子（電子）少子（電子） 形成耗盡層，形

5、成耗盡層， VGS 耗盡層寬度耗盡層寬度 VGS E 反型層厚度反型層厚度 ，稱為增強型，稱為增強型EBSGDN+N+-+-VDSVGSiD低摻雜濃度的低摻雜濃度的P型硅型硅耗盡層耗盡層N+N+反型層導電溝道反型層導電溝道N 當當VGS VTH時，形成反型層時，形成反型層導電溝道（導電溝道（P型型 N型型）負離子為主的負離子為主的空間電荷區(qū)?？臻g電荷區(qū)。自由電子深度自由電子深度大于空穴深度大于空穴深度（3）當）當VDS0時，將產(chǎn)生漏極電流時，將產(chǎn)生漏極電流iD，在導電溝道中產(chǎn)生壓降，在導電溝道中產(chǎn)生壓降， 平板電容器近源端電壓最大為平板電容器近源端電壓最大為VGS，溝道最深，近漏端電壓最小，溝

6、道最深，近漏端電壓最小VGD= VGSVDS 。當當VDS= VGSVTH時，時，VGD= VTH，D極端的溝道厚度為極端的溝道厚度為0，溝道預，溝道預夾斷夾斷當當VDSVGSVTH時，時，VGD= VTH，D極端的溝道厚度為極端的溝道厚度為0，溝道夾，溝道夾斷斷VDSSGDN+N+B+-+-VGSiDN+N+N+N+可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)（非飽和區(qū)導通區(qū)非飽和區(qū)導通區(qū)）：）：VGS VTH， VDS VTH， VDS VGS-VTH時，溝道預夾斷，時，溝道預夾斷， VDS 形成夾形成夾斷區(qū)，斷區(qū)， iD僅受僅受VGS的影響，的影響， VGS iD ，類似晶體三極管的類似晶體三極管的放大區(qū)。放大

7、區(qū)。截止區(qū)：截止區(qū)：VGS VTH時，時，D與與S之間還未形成導電溝道，之間還未形成導電溝道，如同斷開的開關。如同斷開的開關。跳過跳過轉(zhuǎn)移特性和轉(zhuǎn)移特性和PMOS特性特性，至，至CMOS反門。反門。2.轉(zhuǎn)移特性：轉(zhuǎn)移特性：漏極電流（輸出電流）漏極電流（輸出電流）iD隨隨VGS的變化關系的變化關系VTH稱為閾值電壓或開啟電壓，與稱為閾值電壓或開啟電壓，與襯底電襯底電壓壓和和摻雜濃度摻雜濃度有關有關VDS=常數(shù)常數(shù)iDVGSVTH三、三、MOS管的基本開關電路管的基本開關電路RD取值要求取值要求Ron RD 1010 開關信號開關信號vI取值要求：取值要求：a.低電平時，應使低電平時，應使MOS管

8、工作管工作在截止狀態(tài)（在截止狀態(tài)（ vI VGS(th) ）且且VDS Ron時，時，可忽略?？珊雎?。DGSCIRon非飽和導通非飽和導通2.電路符號電路符號SiO2絕緣層絕緣層DGSAlP+P+LBW摻雜濃度低摻雜濃度低的的N型型硅片硅片耗盡層耗盡層高摻雜高摻雜dBSGD1.結構示意圖結構示意圖四、四、 P溝道增強型溝道增強型MOS管的結構管的結構iDVDSVGS VDS =VGSVTH(1)輸出特性：漏極電流輸出特性：漏極電流iD隨隨VDS的變化關系的變化關系3. P溝道增強型溝道增強型MOS管的特性管的特性VDS+-VGS-+iD注意：注意：VGS 、 VDS 、 VTH取值均為取值均為

9、負值負值截止區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)可變可變 電阻區(qū)電阻區(qū)截止區(qū)：截止區(qū)：VGSVTH 時，時，D與與S之間還未形成導電溝之間還未形成導電溝道，如同斷開的開關道，如同斷開的開關飽和區(qū)：飽和區(qū)：VGS VTH， VDS VGS-VTH時，溝道預夾斷，時，溝道預夾斷， VDS 形成夾斷區(qū)，形成夾斷區(qū)， iD僅受僅受VGS的影響，的影響， VGS iD ，可看作導通的開關可看作導通的開關可變電阻區(qū)：可變電阻區(qū)：VGS VGS-VTH時，時，D與與S之間形成導電溝之間形成導電溝道，溝道未夾斷，道，溝道未夾斷， D與與S之間可看作上一個受之間可看作上一個受VGS控制控制的可變電阻的可變電阻 基基片片材材料料

10、 漏漏源源材材料料 導電導電溝道溝道類型類型 閾閾電電壓壓 柵極柵極工作工作電壓電壓vGS 漏源漏源工作工作電壓電壓vDS 其它特點其它特點 符號符號 p溝道溝道增強增強型型 n 型型 p 型型 空穴空穴 VT負負 負負 負負 易做、速度慢易做、速度慢 n溝道溝道增強增強型型 p 型型 n 型型 電子電子 VT正正 正正 正正 載流子為電載流子為電子，電子遷移子，電子遷移率高，故速度率高，故速度快快 p溝道溝道耗盡耗盡型型 n 型型 p 型型 空穴空穴 VI正正 實際中很難制實際中很難制造造 n溝道溝道耗盡耗盡型型 p 型型 n 型型 電子電子 VI負負 零、 正、零、 正、負均可負均可 正正

11、 速度較快，可速度較快，可在零柵壓下工在零柵壓下工作作 G D S G D S G D S G D S 五、四種類型五、四種類型MOSMOS管的特點管的特點CMOS門電路門電路3.3.1 CMOS反相器反相器3.3.2 CMOS反相器的輸入、輸出特性反相器的輸入、輸出特性3.3.3 CMOS反相器的動態(tài)特性反相器的動態(tài)特性3.3.4 其他類型的其他類型的CMOS門電路門電路3.3.1 CMOS反相器反相器一、電路結構和原理一、電路結構和原理NMOSPMOS柵極相連柵極相連做輸入端做輸入端漏極相連漏極相連做輸出端做輸出端襯底與漏源間的襯底與漏源間的PNPN結始終處于反結始終處于反偏偏，NMOSN

12、MOS管的襯底總是接到電路管的襯底總是接到電路的的最低電位最低電位，PMOSPMOS管的襯底總是管的襯底總是接到電路的接到電路的最高電位最高電位V VDDDDV VGS(th)N+|V+|VGS(th)P| |，V VDDDD適適用范圍較大可在用范圍較大可在3 318V18V， V VGS(th)N-NMOS-NMOS的開啟電壓的開啟電壓V VGS(th)P-PMOS-PMOS的開啟電壓的開啟電壓V VGS(th)N=|V=|VGS(th)P|1V|1V工作原理：工作原理：1 1、輸入為低電平、輸入為低電平V VIL IL = 0V= 0V時時V VGS1GS1V VGS(th)NT T1 1

13、管截止；管截止；|V|VGS2GS2| | |V|VGS(th)P| | 電路中電流近似為零（忽略電路中電流近似為零（忽略T T1 1的的截止漏電流）截止漏電流）,V,VDDDD主要降落在主要降落在T T1 1上，輸出為高電平上，輸出為高電平V VOHOHVVDDDDT T2 2導通導通2 2、輸入為高電平、輸入為高電平V VIHIH = V = VDDDD時，時，T T1 1通通T T2 2止，止，V VDDDD主要降在主要降在T T2 2上，上，輸出為低電平輸出為低電平V VOLOL0V0V。實現(xiàn)邏輯實現(xiàn)邏輯“非非”功能功能AF 電壓傳輸特性電壓傳輸特性 0.5VDDVoVIVDDVGS(

14、th)n VGS(th)p VDD 1/2VDDABCDEF電流傳輸特性電流傳輸特性iDVIVGS(th)n VGS(th)p VDD 1/2VDDABC DEF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T2T1VOVIVDDiDVSST1截止、T2非飽和；所以 iD=0T1飽和、T2非飽和； T1 、 T2均導通，所以產(chǎn)生 iD電流。T1、T2均飽和導通； 此時非門為反向放大器，產(chǎn)生較大iD電流。T1非飽和導通、T2飽和導通。T1非飽和、T2截止；所以 iD=0VN1/2VDD，抗干擾能力較強，抗干擾能力較強三、噪聲容限三、噪聲容限 0.5VDDVoVIVDDVGS(th)

15、n VGS(th)p VDD 1/2VDDABCDEF11允許噪聲范圍？允許噪聲范圍？2V)V( ;2V)V(VV;V0VDDMINIHDDMAXILDDOHOL3.3.2 CMOS反相器的輸入、輸出特性反相器的輸入、輸出特性一、輸入特性一、輸入特性1.保護電路保護電路必要性？必要性？ 柵極絕緣電阻太大，受靜電干擾且靜電電荷無法泄放，在柵柵極絕緣電阻太大，受靜電干擾且靜電電荷無法泄放，在柵極上感應很高的靜電電位而擊穿柵極。極上感應很高的靜電電位而擊穿柵極。常用的輸入保護電路常用的輸入保護電路VOVIVDDVSSD2RSD1VOVIVDDVSSD2RSD1(a)4000系列系列(b)74HC系列

16、系列輸入特性輸入特性-0.7VviVDD+0.7V時：時：Ri，iI 0；vi VDD+0.7V時：時：Ri rD 。 vi ， iI二、輸出特性二、輸出特性T2VSSVIH=VDDVDDRLVOL（1）輸出低電平）輸出低電平低電平導通電阻：低電平導通電阻：ROL 1k 最大低電平輸出電流最大低電平輸出電流IOL （以（以4069為例）為例）0.36mA（ VDD =5V ）0.9mA （ VDD =10V）2.4mA （ VDD =15V）電阻負載能力差電阻負載能力差T1VOHVIL=0VDDIOHRL（2）輸出高電平）輸出高電平高電平導通電阻：高電平導通電阻：ROH 1k 最大高電平輸出電

17、流最大高電平輸出電流IOH ： （以（以4069為例）為例）-0.51mA（ VDD =5V）-1.3mA （ VDD =10V）-3.4mA （ VDD =15V）（3）扇出系數(shù)：）扇出系數(shù)：N50注意：注意：CMOS門（門（ VDD =5V）可驅(qū)動一個）可驅(qū)動一個TTL門門驅(qū)動能力強驅(qū)動能力強因為，CMOS門的輸入阻抗為，但考慮到分布參數(shù)，一般取50一、傳輸延時時間一、傳輸延時時間傳輸延時原因：傳輸延時原因：vIvOOOtt50%50%tPHLtPLH2/ )tt (tpLHpHLpd二、動態(tài)功耗二、動態(tài)功耗分布參數(shù)分布參數(shù)負載電容負載電容MOS管開關延時管開關延時3.3.3 CMOS反向

18、器的動態(tài)特性反向器的動態(tài)特性fPc3.3.4其他類型的其他類型的CMOS門電路門電路1、與非門、與非門二輸入二輸入“與非與非”門電路結構如圖門電路結構如圖當當A A和和B B為高電平時為高電平時: :1兩個串聯(lián)的兩個串聯(lián)的NMOS TNMOS T1 1、T T2 2通通通通止止止止001通通止止1止止當當A A和和B B有一個或一個以上有一個或一個以上為低電平時為低電平時: :電路輸出高電平電路輸出高電平輸出低電平輸出低電平 電路實現(xiàn)電路實現(xiàn)“與非與非”邏輯功能邏輯功能ABF 一、其它邏輯功能的一、其它邏輯功能的CMOS門電路門電路兩 個 并 聯(lián) 的兩 個 并 聯(lián) 的PMOSPMOS管管T T

19、3 3、T T4 4每 個 輸 入 端 與 一每 個 輸 入 端 與 一 個個 NMOS管和一個管和一個PMOS管的柵極相連管的柵極相連通通1T3T1T2T4ABYVDD2、或非門、或非門二輸入二輸入“或非或非”門電路結構如圖門電路結構如圖當當A A和和B B為低電平時為低電平時: :1兩個串聯(lián)的兩個串聯(lián)的PMOSPMOS管管T T1 1、T T3 3兩個并聯(lián)的兩個并聯(lián)的NMOS TNMOS T1 1、T T2 2通通止止0當當A A和和B B有一個或一個以上為有一個或一個以上為高電平時高電平時: :電路輸出低電平電路輸出低電平輸出高電平輸出高電平 電路實現(xiàn)電路實現(xiàn)“或非或非”邏輯功能邏輯功能

20、BAF0通通止止T3T1T2T4ABYVDD10止止通通0外接上拉外接上拉負載電阻負載電阻三、漏極開路門電路（三、漏極開路門電路（OD門）門）1.電路組成電路組成2.邏輯符號邏輯符號&ABY 必須外接負載電阻必須外接負載電阻RL ，才能實現(xiàn)：才能實現(xiàn)：ABY3.原理原理A YB VDD2RL&1VDD1CD401074.應用應用 與與OC門一樣，可做門一樣，可做“線與線與”、“電平變換電平變換”等作用。等作用。漏極開路漏極開路四、四、CMOS傳輸門和雙向開關傳輸門和雙向開關DDISSVVV) 1 (1.電路結構：電路結構：2.工作條件：工作條件：VI /Vo VDD CCVo/

21、VIT1T2VSSVI VDD CCVoRLONLRR) 2(n)th(GSVVVp)th(GSDD3.原理原理（1）1C, 0C時時VI VDD CCVoRLT1T2S2S1D2D121GSPGSN、TT, 0V, 0V都截止,0C,VC) 2(DD時a. T1非飽和導通條件非飽和導通條件（VDS RON Vo VI 則有：則有：0 (VDD - VI)- VGS(th)NVIVDD0VGS(th)PVGS(th)NT1導通導通VDS = VI V0 0VGS = VDD V0 VDD VIN)th(SGDDIVVVT1非飽和導通非飽和導通條件條件:同理，同理，T2非飽和導通非飽和導通條件條

22、件:DDIP)th(GSVVVT2導導通通0C,VCDDT1 、 T2至少有一個非飽和導通，至少有一個非飽和導通，所以，所以， 時，時，傳輸門導通傳輸門導通由于，由于，CMOS器件的源極和器件的源極和柵極在結構上是對稱，所以柵極在結構上是對稱，所以傳輸門是傳輸門是雙向雙向的的CCVo/VITGVI /Vo4.電路符號：電路符號：門 控 制 信門 控 制 信號號輸入輸入/輸出輸出輸出輸出/輸入輸入 特別提示：特別提示：傳輸傳輸門相當于一個理想的開門相當于一個理想的開關，且是一個關，且是一個雙向開關雙向開關,可傳輸模似信號?？蓚鬏斈Ｋ菩盘?。 C=0，開關斷開；開關斷開； C=1，開，開關接通。關接

23、通。5.應用應用主要可作主要可作雙向模擬開關，雙向模擬開關，數(shù)據(jù)選擇器（可傳輸模擬信號）數(shù)據(jù)選擇器（可傳輸模擬信號）五、五、CMOS三態(tài)門三態(tài)門AYTTEN, 021導通1.電路組成電路組成2.邏輯符號邏輯符號Y VDD T1T2T1A1ENT23.原理：原理：為高阻態(tài)截止， YTTEN21, 14.三態(tài)門的應用三態(tài)門的應用主要應用在：主要應用在：總線邏輯總線邏輯雙向傳輸雙向傳輸AY1ENCMOSCMOS電路的特點電路的特點1 1、功耗小功耗?。篊MOSCMOS門工作時，總是一管導通另一管截門工作時，總是一管導通另一管截止，因而幾乎不由電源吸取電流其功耗極??；止，因而幾乎不由電源吸取電流其功耗

24、極小；2 2、CMOSCMOS集成電路功耗低內(nèi)部發(fā)熱量小，集成電路功耗低內(nèi)部發(fā)熱量小，集成度可大集成度可大大提高；大提高； 3 3、抗幅射能力強抗幅射能力強，MOSMOS管是多數(shù)載流子工作，射線輻管是多數(shù)載流子工作，射線輻 射對多數(shù)載流子濃度影響不大；射對多數(shù)載流子濃度影響不大；4 4、電壓范圍寬電壓范圍寬：CMOSCMOS門電路輸出高電平門電路輸出高電平V VOH OH V VDDDD，低電平低電平V VOL OL 0V 0V。5 5、輸出驅(qū)動能力強輸出驅(qū)動能力強：扇出能力較大，一般可以大：扇出能力較大，一般可以大于于5050；6 6、在使用和存放時應注意靜電屏蔽，焊接時電烙、在使用和存放時

25、應注意靜電屏蔽，焊接時電烙鐵應接地良好。鐵應接地良好。TTL集成門電路TTL：Transistor Transistor Logic3.4.1 TTL反相器（非門）3.4.2 TTL反相器的輸入、輸出特性3.4.3 TTL反相器的動態(tài)特性3.4.4 其它類型的TTL門電路一、電路結構一、電路結構 R14k R21.6k R4130 R31k D1D2T4T5T2T1 A ( vI) Y ( vo)VCC(5 V)1.組成組成3.4.1 TTL反相器（非門）輸入級由晶體管輸入級由晶體管T1、基基極電組極電組R1和鉗位二極管和鉗位二極管D1組成。組成。中間級是放大級，由中間級是放大級，由T2、R2

26、和和R3組成，組成，T2的集電極的集電極C2和和發(fā)射極發(fā)射極E2可以分別提供兩個可以分別提供兩個相位相反的電壓信號相位相反的電壓信號D1作用：將輸入最低電作用：將輸入最低電平在平在-0.7V左右，防止輸左右，防止輸入電流過大而燒壞入電流過大而燒壞T1管。管。輸出級由輸出級由T4、D2 、T5和和R4組成；組成；其中其中T4與與T5組成推拉式輸出結構。具組成推拉式輸出結構。具有較強的負載能力。有較強的負載能力。電源電壓： +5V R14k R21.6k R4130 R31k D1D2T4T5T2T1 A ( vI) Y ( vo)VCC(5 V)2.工作原理：0.2V1mA0.2V0V截止截止5

27、 V3.6V（1）輸入低電平：輸入低電平：VIL=0.2V結論：結論：輸入低電平，輸入低電平，輸出高電平。輸出高電平。0.9ViC1=0飽和飽和mA1RVVi11BCC1B由于由于iC1=0，所以，所以T1深度深度飽和，飽和，vCE10V，所以，所以 Vc10.2V 。VB2= VC1 =0.2V， T2截止截止截止截止T2截止，所以截止，所以VE2=0 VVE2=0 V ，所，所以以T5截止截止T2截止，截止， ic2=0，且，且iB4很小，很小，VR2的很小，的很小，所以所以VC25V.RL使用時，拉電流使用時，拉電流IOH絕對值不能太大，絕對值不能太大，使使T4飽和飽和.拉電流負載拉電流

28、負載深度深度飽和飽和IOH R14k R21.6k R4130 R31k D1D2T4T5T2T1 A ( vI) Y ( vo)VCC(5 V)3.6V1.4V0.7V飽和飽和0.9 V0.3V（2）輸入高電平：輸入高電平：VIH=3. 6V結論：結論：輸入高電平輸出低電平。輸入高電平輸出低電平。輸入懸空，輸出低電平輸入懸空，輸出低電平 。2.1V飽和飽和vC2=vE+ vCE2 0. 9V，截止截止選擇合適的電路參數(shù)，選擇合適的電路參數(shù)，使使T2飽和飽和，所以，所以VCE2=0 .2VT1發(fā)射結反偏而集發(fā)射結反偏而集電電極正偏正偏.處于倒置處于倒置放大狀態(tài)放大狀態(tài).由于由于T4的的E極接二

29、極極接二極管，管，=VB4 = 0. 9V無法無法使使T4導通導通.灌電流負載灌電流負載倒置倒置放大放大RLIOLVCC(5 V)使用時，使用時，灌灌電流電流IOL不能太大，使不能太大，使T5飽飽和和.TTL輸入輸入輸入懸空輸入懸空，相當于相當于邏輯高電平。邏輯高電平。二、電壓傳輸特性二、電壓傳輸特性討論vI從0V變化到3.6V時)f(vvIO關系曲線關系曲線畫出輸出隨輸入畫出輸出隨輸入的變化曲線的變化曲線vO(V)vI(V)0.63.6A BC1.5DE0.31OvIvVV R14k R21.6k R4130 R31k D1D2T4T5T2T1 A ( vI) Y ( vo)VCC(5 V)

30、1. vI0.6VvI0.6V，IB1電流如圖所示。vO(V)vI(V)0.63.6A BT1處于深度飽和狀態(tài)， vC10.7V，T2、 T5 截止，截止，T4飽和。工作狀態(tài)與飽和。工作狀態(tài)與vI=0.2V時相同 。所以：所以：vO=3.6V，可得，可得AB段曲線。段曲線。截止截止截止截止深度深度飽和飽和飽和飽和 R14k R21.6k R4130 R31k D1D2T4T5T2T1 A ( vI) Y ( vo)VCC(5 V)2. 0.7V vI1.4V T1的BE導通，有： 1.4 vB12.1V， T2導通， T5仍截止，仍截止， IB1電流如圖所示。所以：可得所以：可得BC段曲線。段

31、曲線。由于，由于，vB2較小，T2處于放大狀態(tài)，T4導通，此導通，此時，非門工作在時，非門工作在反向放反向放大狀態(tài)大狀態(tài)， vI ，vOvO(V)vI(V)0.63.6A BC1.4放大放大截止截止跟隨跟隨三極管兩個三極管兩個PN結結均導通，等效于均導通，等效于：ECB R14k R21.6k R4130 R31k D1D2T4T5T2T1 A ( vI) Y ( vo)VCC(5 V)3. 1.4V vI1.5V 所以所以vO=0.3V ：可得：可得DE段曲線。段曲線。由于由于VB1箝位在2.1V，T1的VBE0.7,沒有電流流出。 IB1電流如圖所示。T2、 T5飽和，飽和，T4截止，截止

32、，工作狀態(tài)與工作狀態(tài)與vI=3.6V時相同 vO(V)vI(V)0.63.6A BC1.5DE0.3三、輸入端噪聲容限三、輸入端噪聲容限11允許噪聲范圍？允許噪聲范圍？從電壓傳輸特性可求得。從電壓傳輸特性可求得。1輸入輸入0輸入輸入1輸出輸出0輸出輸出(min)OHV(max)OLV(min)IHV(max)ILVVNHVNLV0 . 1VV5 . 1V(max)OL(min)IHVVVVVVVVOLILNLIHOHNH6 . 09 . 0(max)(max)(min)(min)第二章第二章74系列規(guī)定：系列規(guī)定：V4 . 0VV4 . 2V(max)OL(min)OHV4 . 0VV4 .

33、2V(max)OL(min)OHvI(V)vO(V)3.60.30.61.5ABCDE2.41.0關門電關門電壓壓Voff開門電壓開門電壓Von一、輸入特性一、輸入特性 R14k D1T1vILVCC(5 V)IILbe2be51.輸入低電平輸入低電平（1）輸入短路電流）輸入短路電流1IL1beCCILRVvVI輸入低電平電流：輸入低電平電流：輸入短路電流輸入短路電流IIS：VIL=0時的時的IIL電流電流手冊中給定手冊中給定： IIS =-1.6mA（2）輸入阻抗輸入阻抗：RIL4k 3.4.2 TTL反相器的輸入、輸出特性1.075mA負號表示方向 R14k D1T1vIHVCC(5 V)

34、iIHbe2be52.輸入高電平輸入高電平（1）輸入高電平電流）輸入高電平電流手冊中給定：手冊中給定： 輸入高電平電流：輸入高電平電流：IIH=0.04mAT1工作在倒置狀態(tài)工作在倒置狀態(tài)（2）輸入阻抗：）輸入阻抗： RIH R21.6k R4130D2T4RLvoVCCiOH二、輸出特性二、輸出特性1.高電平輸出特性高電平輸出特性最大高電平輸出電流最大高電平輸出電流 （最大拉電流）（最大拉電流）mA4 . 0IOH最大低電平輸出電流最大低電平輸出電流 （最大灌電流）（最大灌電流）mA16IOL2.低電平輸出特性低電平輸出特性 R31kRLT5VCCiOL注意注意：高、低電平驅(qū)動電阻負載能力不

35、同高、低電平驅(qū)動電阻負載能力不同假定輸入電流假定輸入電流II流流入入T1發(fā)射極時方向發(fā)射極時方向為正，反之為負為正，反之為負3.扇出系數(shù)扇出系數(shù)N：輸出高電平：輸出高電平：OHIH1IIN10A40mA4 . 0IINIHOH1輸出低電平：輸出低電平：OLIL2IIN10mA6 . 1mA16IINILOL21111N2voIOLIIL結論：結論：扇出系數(shù)扇出系數(shù)N =10驅(qū)動同類型門的個數(shù)驅(qū)動同類型門的個數(shù)1111N1VOHIOHIIH四、四、TTL反相器的動態(tài)特性反相器的動態(tài)特性導通延遲時間導通延遲時間t tPHLPHL ：輸入波形上升沿的：輸入波形上升沿的50%50%幅值處到幅值處到輸出

36、波形下降沿輸出波形下降沿50% 50% 幅值處所需要的時間幅值處所需要的時間. .截止延遲時間截止延遲時間t tPLHPLH：從輸從輸入波形下降沿入波形下降沿50% 50% 幅值幅值處到輸出波形上升沿處到輸出波形上升沿50% 50% 幅值處所需要的時幅值處所需要的時間間. .平均傳輸延遲時間平均傳輸延遲時間t tpdpd：2t t t PHLPLHpd通常通常t tPLHPLHt tPHLPHL，t tpdpd越小，越小，電路的開關速度越高。電路的開關速度越高。一般一般t tpdpd = 10ns = 10ns40ns40ns輸入信號輸入信號VI輸出信號輸出信號V03.4.4 其他類型的TTL

37、門電路一、其他邏輯功能的門電路一、其他邏輯功能的門電路1.與非門與非門 A R14k R21.6k R4130 R31k D1D3T4T5T2T1 Y VCCD2 B 中間級與輸出級中間級與輸出級與非門相同與非門相同e1e2bc 輸入端全為高電平，輸入端全為高電平，輸出為低電平輸出為低電平T T1 1：倒置放大狀態(tài)倒置放大狀態(tài)T T2 2：飽和狀態(tài)：飽和狀態(tài)T T4 4：截止狀態(tài)：截止狀態(tài)T T5 5：深飽和狀態(tài)：深飽和狀態(tài) 輸入至少有一個為輸入至少有一個為低電平時，輸出為高低電平時，輸出為高電平電平T T1 1：飽和狀態(tài)：飽和狀態(tài)T T2 2：截止狀態(tài)：截止狀態(tài)T T4 4：飽和狀態(tài)：飽和狀

38、態(tài)T T5 5：截止狀態(tài)：截止狀態(tài)由由此可見電路的輸此可見電路的輸出和輸入之間滿足出和輸入之間滿足與非邏輯關系與非邏輯關系ABY多發(fā)發(fā)射極晶體管，多發(fā)發(fā)射極晶體管，功能等效為：功能等效為：（1）邏輯功能邏輯功能&1I2I1輸入高電平電流：輸入高電平電流： I1 = I2 = IIH=40A輸入低電平電流：輸入低電平電流： I1 = I2 = IIS/2=-0.8mA&I2I1（2）輸入、輸出特性）輸入、輸出特性由于輸出級與非門相同，所以，由于輸出級與非門相同，所以，輸出特性與非門輸出特性與非門相同相同。&I1I1 = IIS=-1.6mA2.或非門或非門 R1R2 R4

39、 R3T4T5T2 A Y VCC R1T2 T1T1 B （1）邏輯功能）邏輯功能 A、B都為低電平時，都為低電平時，T2、 T2 都都截止，截止， T4飽和，飽和， T5 截止，輸出高截止，輸出高電平。電平。BAY輸入級與輸入級與非門相同非門相同輸出級與輸出級與非門相同非門相同 輸入至少有一個為高電平時，輸入至少有一個為高電平時， T2、 T2至少有一個至少有一個飽和，飽和，T4截截止，止， T5飽和，飽和，輸出為低電平。輸出為低電平。由由此可見電路的輸出和輸入之間此可見電路的輸出和輸入之間滿足滿足或非或非邏輯關系邏輯關系（2）輸入、輸出特性）輸入、輸出特性11I2I1輸入高電平電流：輸入

40、高電平電流： I1 = I2 = IIH=40A輸入低電平電流：輸入低電平電流： I1 = I2 = IIS=-1.6mA1I2I1由于輸入、輸出級與非門相同，由于輸入、輸出級與非門相同，所以，所以，輸入、輸出特性與非門相同。輸入、輸出特性與非門相同。3.與或非門與或非門 R1R2 R4 R3T4T5T2 A Y VCC R1T2 T1T1 B C D （1）邏輯功能）邏輯功能 當當A、B都為高電平時，都為高電平時，T2導通，導通， T5 截止，輸截止，輸出低電平；出低電平； 當當C、D都為高電平時，都為高電平時，T2導通，導通， T5 截止，輸出低截止，輸出低電平；電平； 只有只有A、B和和

41、C、D每一每一組輸入都不同時為組輸入都不同時為1時，時， T2 、T2截止，輸出高電平。截止，輸出高電平。CDABY所以所以二、二、OC門門1.電路組成電路組成 A R14k R21.6k R4130 R31k D1D3T4T5T2T1 Y VCCD2 B A D1R1 R2 R3T5T2T1VCCD2B 集電極開路與非門（集電極開路與非門（OC門）門） YVCCRLA D1R1 R2 R3T5T2T1VCCD2B 外接上拉負外接上拉負載電阻載電阻RL2.原理原理當輸入端全為高當輸入端全為高電平時，電平時，T T2 2、T T5 5導導通，輸出通，輸出Y Y為低電為低電平平0.3V0.3V；輸

42、入端有一個為輸入端有一個為低電平時，低電平時，T T2 2、T T5 5截止，輸出截止，輸出Y Y高電高電平接近電源電壓平接近電源電壓VCC。 OCOC門完成門完成“與非與非”邏輯功邏輯功能能3.邏輯符號：邏輯符號：&ABY4.應用應用（1）“線與線與”功能功能 A R1 R2T5T2T1VCCB VCCRLC T5T2T1VCCD Y&ABY&CDVCC只有只有T5和和T 5都截止時，都截止時，輸出才為高電平輸出才為高電平CDABCDABY相當于相當于“與門與門”10該與非門輸出高該與非門輸出高電平，電平，T5截止截止該與非門輸出低該與非門輸出低電平，電平，T5導通導

43、通 注意：注意：普通普通TTL門輸出端是不能并聯(lián)門輸出端是不能并聯(lián)當將兩個當將兩個TTL“TTL“與非與非”門輸出端直接并聯(lián)門輸出端直接并聯(lián)時：時：V VccccRR5 5門門1 1的的T T4 4門門2 2的的T T5 5產(chǎn)生產(chǎn)生一個很大的電流一個很大的電流產(chǎn)生一個大電流產(chǎn)生一個大電流1 1、抬高門、抬高門2 2輸出低輸出低電平電平2 2、會因功耗過大、會因功耗過大損壞門器件損壞門器件三、三、三態(tài)三態(tài)輸出門電路輸出門電路（1）電路組成）電路組成除具有除具有TTL“與非與非”門輸出高、低門輸出高、低電平狀態(tài)外，還有電平狀態(tài)外，還有第三種輸出狀第三種輸出狀態(tài)態(tài) 高阻狀態(tài)高阻狀態(tài)，又稱，又稱禁止態(tài)

44、或失禁止態(tài)或失效態(tài)效態(tài)增加部分增加部分使能端使能端（2）原理）原理 Y T4T5T2T1 A D B 11ENVccP當當EN=1時，時，P點高電平，點高電平，D截止（斷開），與非截止（斷開），與非門正常工作：門正常工作：ABPABY當當EN=0時，時，P點低點低電平，電平，D導通導通.1V1V0.3V0T2、T4、 T5、 均截止均截止輸出輸出Y端處于高阻端處于高阻狀態(tài)狀態(tài),記為記為Z（3）邏輯符號）邏輯符號A B&ENENY1、高電平使能、高電平使能三態(tài)門三態(tài)門ZY, 0ENABY, 1EN（1）電路組成）電路組成使能端使能端（低電平有效低電平有效）2、低電平使能、低電平使能三態(tài)門三態(tài)門 T4T5T2T1 A Y D B 1VccEN（2）邏輯符號）邏輯符號A B&ENENYZY, 1ENABY,0EN（3）原理）原理(1) 三態(tài)門廣泛用于數(shù)據(jù)總線結構三態(tài)門廣泛用于數(shù)據(jù)總線結構 任何時刻只能任何時刻只能有一個控制端有效，有一個控制端有效，即只有一個門處