數(shù)字電路教案 第四講2-1

1、組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)集成邏輯門集成邏輯門常用常用MSIMSI組合邏輯模塊組合邏輯模塊組合型組合型PLDPLD組合邏輯電路分析組合邏輯電路分析組合邏輯電路設(shè)計(jì)組合邏輯電路設(shè)計(jì)組合邏輯電路的組合邏輯電路的VHDLVHDL描述描述組合邏輯電路中的險(xiǎn)象組合邏輯電路中的險(xiǎn)象本章內(nèi)容本章內(nèi)容重重點(diǎn)點(diǎn)電子二極管的工作原理電子二極管的工作原理電子三極管的工作原理電子三極管的工作原理為了提高真空二極管檢波靈敏度，福雷斯特在玻璃管為了提高真空二極管檢波靈敏度，福雷斯特在玻璃管內(nèi)添加了一種柵欄式的金屬網(wǎng)，形成電子管的第三個(gè)內(nèi)添加了一種柵欄式的金屬網(wǎng)，形成電子管的第三個(gè)極。他驚訝地看到，這個(gè)極。他驚訝地看到，這個(gè)

2、“柵極柵極”仿佛就像百葉窗，仿佛就像百葉窗，能控制陰極與屏極之間的電子流；只要柵極有微弱電能控制陰極與屏極之間的電子流；只要柵極有微弱電流通過(guò)，就可在屏極上獲得較大的電流，而且波形與流通過(guò)，就可在屏極上獲得較大的電流，而且波形與柵極電流完全一致。也就是說(shuō)，在弗萊明的真空二極柵極電流完全一致。也就是說(shuō)，在弗萊明的真空二極管中增加了一個(gè)電極，就成了能夠起放大作用的新器管中增加了一個(gè)電極，就成了能夠起放大作用的新器件，他把這個(gè)新器件命名為三極管（件，他把這個(gè)新器件命名為三極管（TriodeTriode）。）。2.1 2.1 集成邏輯門集成邏輯門TTL：Transistor-Transistor Lo

3、gicECL：Emitter Coupled Logic單極型邏輯門單極型邏輯門雙極型邏輯門雙極型邏輯門兩種載流子導(dǎo)電兩種載流子導(dǎo)電一種載流子導(dǎo)電一種載流子導(dǎo)電集集成成邏邏輯輯門門NMOSPMOSCMOS： Complementary MOS TTL和和CMOS邏輯門最常用邏輯門最常用2. 1. 1 理想開關(guān)的開關(guān)特性理想開關(guān)的開關(guān)特性一、一、 靜態(tài)特性靜態(tài)特性1. 斷開斷開 0 OFFOFF IR，2. 閉合閉合 0 0AKON UR，2. 1 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 、三極管、三極管和和 MOS 管的開關(guān)特性管的開關(guān)特性 SAK二、動(dòng)態(tài)特性二、動(dòng)態(tài)特性1. 開通時(shí)間：開通時(shí)間：2. 關(guān)斷

4、時(shí)間：關(guān)斷時(shí)間：閉合）閉合）（斷開（斷開斷開）斷開）（閉合（閉合普通開關(guān)：普通開關(guān)：靜態(tài)特性好，動(dòng)態(tài)特性差靜態(tài)特性好，動(dòng)態(tài)特性差半導(dǎo)體開關(guān)：半導(dǎo)體開關(guān)：靜態(tài)特性較差，動(dòng)態(tài)特性好靜態(tài)特性較差，動(dòng)態(tài)特性好幾百萬(wàn)幾百萬(wàn)/ /秒秒幾千萬(wàn)幾千萬(wàn)/ /秒秒0on t0off tSAK2. 1. 2 半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性一、靜態(tài)特性一、靜態(tài)特性1. 外加正向電壓外加正向電壓( (正偏正偏) )二極管導(dǎo)通二極管導(dǎo)通( (相當(dāng)于開關(guān)閉合相當(dāng)于開關(guān)閉合) ) V7 . 0D U2. 外加反向電壓外加反向電壓( (反偏反偏) ) V5 . 0 DU二極管截止二極管截止( (相當(dāng)于開關(guān)斷開相當(dāng)

5、于開關(guān)斷開) ) 0D I硅二極管伏安特性硅二極管伏安特性陰極陰極A陽(yáng)極陽(yáng)極KPN結(jié)結(jié)- -AK+ +DUDIP區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū)+- - - - -正向正向?qū)▍^(qū)導(dǎo)通區(qū)反向反向截止區(qū)截止區(qū)反向反向擊穿區(qū)擊穿區(qū)0.5 0.7/ /mADI/ /V0(BR)UDUD+ +- -Iu+ +- -Ou二極管的開關(guān)作用：二極管的開關(guān)作用： 例例 V2L II UuuO = 0 VV3H II UuuO = 2.3 V電路如圖所示，電路如圖所示，V3 V 2I或或 u試判別二極管的工作試判別二極管的工作狀態(tài)及輸出電壓。狀態(tài)及輸出電壓。二極管截止二極管截止二極管導(dǎo)通二極管導(dǎo)通 解解 D0.7 V+ +- -二、動(dòng)

6、態(tài)特性二、動(dòng)態(tài)特性1. 二極管的電容效應(yīng)二極管的電容效應(yīng)結(jié)電容結(jié)電容 C j擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容 C D2. 二極管的開關(guān)時(shí)間二極管的開關(guān)時(shí)間ontofft電容效應(yīng)使二極管電容效應(yīng)使二極管的通斷需要的通斷需要一段延一段延遲時(shí)間才能完成遲時(shí)間才能完成tIuDit00( (反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間) )ns 5)(rroffonttt ton 開通時(shí)間開通時(shí)間toff 關(guān)斷時(shí)間關(guān)斷時(shí)間一、靜態(tài)特性一、靜態(tài)特性NPN2. 1. 3 半導(dǎo)體三極管的開關(guān)特性半導(dǎo)體三極管的開關(guān)特性發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)發(fā)射極發(fā)射極emitter基極基極base集電極集電極collectorbiBiCec( (電流控制型電流

7、控制型) )1. 結(jié)構(gòu)、符號(hào)和輸入、輸出特性結(jié)構(gòu)、符號(hào)和輸入、輸出特性( (2) ) 符號(hào)符號(hào)NNP( (Transistor) )( (1) ) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)( (3) ) 輸入特性輸入特性CE)(BEBuufi (4) 輸出特性輸出特性B)(CECiufi iC / mAuCE /V50 A40A30 A20 A10 AiB = 00 2 4 6 8 4321放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)飽飽和和區(qū)區(qū)0CE uV1CE u0uBE /ViB / A發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏放大放大i C= iB集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏飽和飽和 i C iB兩個(gè)結(jié)正偏兩個(gè)結(jié)正偏I(xiàn) CS= IBS臨界臨界截止截止iB 0, iC

8、 0兩個(gè)結(jié)反偏兩個(gè)結(jié)反偏電流關(guān)系電流關(guān)系狀態(tài)狀態(tài) 條條 件件2. 開關(guān)應(yīng)用舉例開關(guān)應(yīng)用舉例 V2 )1(L II Uu V3 )2(H II Uu發(fā)射結(jié)反偏發(fā)射結(jié)反偏 T 截止截止0 0CB ii V12CCO Vu發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏 T 導(dǎo)通導(dǎo)通+ RcRb+VCC (12V)+uo iBiCTuI3V-2V2 k 100 2.3 k 放大還放大還是飽和？是飽和？bBEIBRuui cCESCCCSBSRUVIIBSB Ii 飽飽和和 T飽和導(dǎo)通條件：飽和導(dǎo)通條件：cCCBSB RVIi + RcRb+VCC +12V+uo iBiCTuI3V-2V2 k 100 2.3 k mA 1mA

9、3 . 27 . 03 mA 06. 0mA210012 cCC RV V)7 . 0(BE uV 3 . 0CESOUu 因?yàn)橐驗(yàn)樗运远?dòng)態(tài)特性二、動(dòng)態(tài)特性ontofft3-2tV/Iu00.9ICS0.1ICSCit0V/Ou off t三極管飽和程度三極管飽和程度30.3t0圖示圖示NMOS，在，在p型半導(dǎo)體制作兩個(gè)高摻雜濃度的型半導(dǎo)體制作兩個(gè)高摻雜濃度的N區(qū)域，形區(qū)域，形成晶體管的源極（成晶體管的源極（source）和漏極（）和漏極（drain），在襯底之上，），在襯底之上，源極和漏極之間制造一層極薄的源極和漏極之間制造一層極薄的SiO2絕緣層，在絕緣層上用金絕緣層，在絕緣層上用

10、金屬或多晶硅制作一層導(dǎo)電層屬或多晶硅制作一層導(dǎo)電層-柵極。柵極。加在源極、柵極和漏極的電壓分別為加在源極、柵極和漏極的電壓分別為VS、VG和和VD，襯底、源，襯底、源極和柵極都和地相連（極和柵極都和地相連（Vs=VG=0）,相當(dāng)于兩個(gè)背對(duì)背的二極相當(dāng)于兩個(gè)背對(duì)背的二極管，此時(shí)管，此時(shí)NMOS截止。截止。VGS=5V, 源極、漏極和襯底的自由電子趨于柵極。電子集中在源極、漏極和襯底的自由電子趨于柵極。電子集中在溝道中，溝道區(qū)變成溝道中，溝道區(qū)變成n型，源極和漏極導(dǎo)通。型，源極和漏極導(dǎo)通。MOS（Mental Oxide Semiconductor） 金屬金屬 氧化物氧化物 半導(dǎo)體半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)

11、效應(yīng)管PMOS晶體管晶體管2. 1. 4 MOS 管的開關(guān)特性管的開關(guān)特性( (電壓控制型電壓控制型) )MOS（Mental Oxide Semiconductor） 金屬金屬 氧化物氧化物 半導(dǎo)體半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管一、一、 靜態(tài)特性靜態(tài)特性1. 結(jié)構(gòu)和特性結(jié)構(gòu)和特性：(1) N 溝道溝道 柵極柵極 G漏極漏極 DB 源極源極 S3V4V5VuGS = 6ViD /mA42643210uGS /ViD /mA43210246810uDS /V可可變變電電阻阻區(qū)區(qū)恒流區(qū)恒流區(qū)UTNiD開啟電壓開啟電壓UTN = 2 V+ +- -uGS+ +- -uDS襯襯底底漏極特性漏極特性轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移

12、特性u(píng)DS = 6V截止區(qū)截止區(qū)P 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 MOS 管管與與 N 溝道有對(duì)偶關(guān)系。溝道有對(duì)偶關(guān)系。 (2) P 溝道溝道 柵極柵極 G漏極漏極 DB 源極源極 SiD+ +- -uGS+ +- -uDS襯襯底底iD /mAiD /mA-2-40-1-2-3-40-10-8-6-4-2- 3V- 4V- 5VuGS = - 6V-1-2-3-4-6uGS /VuDS /V可可變變電電阻阻區(qū)區(qū)恒流區(qū)恒流區(qū) 漏極特性漏極特性 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性截止區(qū)截止區(qū)UTPuDS = - 6V開啟電壓開啟電壓UTP = - 2 V參考方向參考方向2. MOS管的開關(guān)作用：管的開關(guān)作用：TNIUu D

13、DOHOVUu V0OLO Uu(1) N 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 MOS 管管+VDD+10VRD20 k BGDSuIuO+VDD+10VRD20 k GDSuIuOTNIUu 開啟電壓開啟電壓UTN = 2 ViD+VDD+10VRD20 k GDSuIuORONRDTPIUu DDOLO VUu V0OLO Uu(2) P 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 MOS 管管-VDD-10VRD20 k BGDSuIuO-VDD-10VRD20 k GDSuIuOTPIUu 開啟電壓開啟電壓UTP = 2 V-VDD-10VRD20 k GDSuIuOiD二、二、MOS 三極管非門三極管非門V2V0TNI

14、LGS UUuMOS管截止管截止V10DDOHO VUu2.V10IHI UuV2V10TNIHGS UUuMOS 管導(dǎo)通管導(dǎo)通（在可變電阻區(qū)）（在可變電阻區(qū)）V0OLO Uu真值表真值表0110AYAY +VDD+10VRD20 k BGDSuIuOV0ILI Uu1.+ +- -uGS+ +- -uDS故故+VDD+10VB1G1D1S1uAuYTNTPB2D2S2G2VSS+ +- -uGSN+ +- -uGSP2. 3 CMOS 集成門電路集成門電路2. 3. 1 CMOS 反相器反相器AY 一、一、電路組成及工作原理電路組成及工作原理AY10V+10VuAuGSNuGSPTNTPuY

15、0 V UTN UTN UTP導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止0 VUTN = 2 VUTP = 2 V+10VRONPuY +VDD10VSTNTP+10VRONNuY +VDD0VSTNTP輸入端保護(hù)電路輸入端保護(hù)電路: : C1、C2 柵極等效輸入電容柵極等效輸入電容(1) 0 uA VDD + uDF D 導(dǎo)通電壓：導(dǎo)通電壓：uDF = 0.5 0.7 V(3) uA uDF 二極管導(dǎo)通時(shí)，限制了電容二極管導(dǎo)通時(shí)，限制了電容兩端電壓的增加。兩端電壓的增加。保護(hù)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)+VDDuYuATPD1C1C2RSTND2D3VSSD1、D2、D3 截止截止D2、D3 導(dǎo)通導(dǎo)通uG = VDD + uDFD1

16、 導(dǎo)通導(dǎo)通 uG = uDF二、靜態(tài)特性二、靜態(tài)特性1. 電壓傳輸特性：電壓傳輸特性：)(IOufu iD+VDDB1G1D1S1+ +uI - -uOTNTPB2D2S2G2VSSABCDEFUTNVDDUTHUTPUNLUNHAB 段：段：uI UTN ，uO = VDD 、 iD 0， 功耗極小。功耗極小。0uO /VuI /VTN 截止、截止、TP 導(dǎo)通，導(dǎo)通，BC 段：段：, TNIUu TN 導(dǎo)通，導(dǎo)通，uO 略下降。略下降。CD 段：段：TN、TP 均導(dǎo)通。均導(dǎo)通。, 5 . 0DDIVu 。 (max)DDOiiu DE、EF 段：段：與與 BC、AB 段對(duì)應(yīng)，段對(duì)應(yīng)，TN、T

17、P 的狀態(tài)與之相反。的狀態(tài)與之相反。導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止 :TN截截止止導(dǎo)導(dǎo)通通 :TP轉(zhuǎn)折電壓轉(zhuǎn)折電壓指為規(guī)定值時(shí)，允許波動(dòng)的最大范圍。指為規(guī)定值時(shí)，允許波動(dòng)的最大范圍。UNL： 輸入為低電平時(shí)的噪聲容限。輸入為低電平時(shí)的噪聲容限。UNH： 輸入為高電平時(shí)的噪聲容限。輸入為高電平時(shí)的噪聲容限。= 0.3VDD噪聲容限：噪聲容限：2. 電流傳輸特性：電流傳輸特性：)(IDufi iD+VDDB1G1D1S1+ +uI - -uOTNTPB2D2S2G2VSSABCDEFUTNVDDUTHUTPUNLUNH0uO / VuI / VA BCDEF0iD / mAuI / VUTH電壓傳輸特性電壓傳輸

18、特性電流傳輸特性電流傳輸特性AB、EF 段：段： TN、TP總有一個(gè)為總有一個(gè)為截止?fàn)顟B(tài)，故截止?fàn)顟B(tài)，故 iD 0 。CD 段：段： TN、Tp 均導(dǎo)通，流過(guò)均導(dǎo)通，流過(guò)兩管的漏極電流達(dá)到最大兩管的漏極電流達(dá)到最大值值 iD = iD（max) 。閾值電壓：閾值電壓：UTH = 0.5 VDD（VDD = 3 18 V）2. 3. 2 CMOS 與非門、或非門、與門和或門與非門、或非門、與門和或門A BTN1 TP1 TN2 TP2Y0 00 11 01 1截截通通截截通通通通通通通通截截截截通通截截截截截截截截通通通通1110與非門與非門一、一、CMOS 與非門與非門uA+VDD+10VVS

19、STP1TN1TP2TN2ABYuBuYAB&00100111ABY =或非門或非門BAY 二、二、CMOS 或非門或非門uA+VDD+10VVSSTP1TN1TN2TP2ABYuBuYA BTN1 TP1 TN2 TP2Y0 00 11 01 1截截通通截截通通通通通通通通截截截截通通截截截截截截截截通通通通1000AB100100111三、三、CMOS 與門和或門與門和或門1. CMOS 與門與門AB&Y1ABABY +VDDVSSTP1TN1TP2TN2ABYABY&AB +VDDB1G1D1S1ATNTPB2D2S2G2VSSAY ABY 2. CMOS 或門或

20、門Y1BABAY BA +VDDB1G1D1S1ATNTPB2D2S2G2VSSAY AB1ABY1+VDDVSSTP1TN1TN2TP2ABYBAY 四、帶緩沖的四、帶緩沖的 CMOS 與非門和或非門與非門和或非門1. 基本電路的主要缺點(diǎn)基本電路的主要缺點(diǎn)( (1) ) 電路的輸出特性不對(duì)稱：電路的輸出特性不對(duì)稱：當(dāng)輸入狀態(tài)不同時(shí)，輸出等效電阻不同。當(dāng)輸入狀態(tài)不同時(shí)，輸出等效電阻不同。( (2) ) 電壓傳輸特性發(fā)生偏移，導(dǎo)致噪聲容限下降。電壓傳輸特性發(fā)生偏移，導(dǎo)致噪聲容限下降。2. 帶緩沖的門電路帶緩沖的門電路在原電路的輸入端和輸出端加反相器。在原電路的輸入端和輸出端加反相器。1ABYBA

21、Y BA BA 與非門與非門或非門或非門同理同理緩沖緩沖或非門或非門與非門與非門緩沖緩沖&112. 3. 3 CMOS 與或非門和異或門與或非門和異或門一、一、CMOS 與或非門與或非門1. 電路組成：電路組成：&ABCD&1YABCDY12. 工作原理：工作原理：CDABY CDAB CDAB ABCDCDAB 由由CMOS 基本電基本電路路( (與非門和反相器與非門和反相器) )組成。組成。二、二、CMOS 異或門異或門1. 電路組成：電路組成：&ABY2. 工作原理：工作原理：BABABAY BABABA BA ABABA &BAB BABA YA

22、B=1 由由CMOS 基本電基本電路路( (與非門與非門) )組成。組成。2. 3. 4 CMOS 傳輸門、三態(tài)門和漏極開路門傳輸門、三態(tài)門和漏極開路門一、一、 CMOS傳輸門傳輸門( (雙向模擬開關(guān)雙向模擬開關(guān)) )1. 電路組成：電路組成：TPCVSS+VDDIO/uuOI/uuCTNCIO/uuOI/uuTGC2. 工作原理：工作原理：:0 1 ) 1 ( CC、TN、TP均導(dǎo)通，均導(dǎo)通，)0( DDIOVuu :1 0 )2( CC、TN、TP均截止，均截止， IOuu 導(dǎo)通電阻小導(dǎo)通電阻小( (幾百歐姆幾百歐姆) )關(guān)斷電阻大關(guān)斷電阻大( ( 109 ) )(TG 門門 Transm

23、ission Gate)二、二、CMOS 三態(tài)門三態(tài)門1. 電路組成電路組成+VDDVSSTP2TN1TP1AYTN21EN2. 工作原理工作原理1 ) 1 ( ENY 與上、下都斷開與上、下都斷開 TP2、TN2 均截止均截止Y = Z( (高阻態(tài)高阻態(tài) 非非 1 非非 0) )AY TP2、TN2 均導(dǎo)通均導(dǎo)通0110 ) 2 ( EN010控制端低電平有效控制端低電平有效( (1 或或 0) )3. 邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)YA1ENEN使能端使能端 EN 三、三、CMOS 漏極開路門漏極開路門( (OD門門 Open Drain) )1. 電路組成電路組成BA&1+V DDYBGDST

24、NVSSRD外接外接YAB&符號(hào)符號(hào)(1) 漏極開路，工作時(shí)必須外接電源和電阻。漏極開路，工作時(shí)必須外接電源和電阻。2. 主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)(2) 可以實(shí)現(xiàn)線與功能：可以實(shí)現(xiàn)線與功能：輸出端用導(dǎo)線連接起來(lái)實(shí)現(xiàn)與運(yùn)算。輸出端用導(dǎo)線連接起來(lái)實(shí)現(xiàn)與運(yùn)算。YCD&P1P2+V DDYRD21PPY CDAB CDAB ( (3) ) 可實(shí)現(xiàn)邏輯電平變換：可實(shí)現(xiàn)邏輯電平變換：DDOHVU (4) 帶負(fù)載能力強(qiáng)。帶負(fù)載能力強(qiáng)。2. 3. 5 CMOS 電路使用中應(yīng)注意的幾個(gè)問題電路使用中應(yīng)注意的幾個(gè)問題一、一、CC4000 和和 C000 系列集成電路系列集成電路1. CC4000 系列：系

25、列：符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，電源電壓為符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，電源電壓為 3 18 V，功能和外部引線排列與對(duì)，功能和外部引線排列與對(duì)應(yīng)序號(hào)的國(guó)外產(chǎn)品相同。應(yīng)序號(hào)的國(guó)外產(chǎn)品相同。2. C000 系列：系列：早期集成電路，電源電壓為早期集成電路，電源電壓為 7 15 V，外部引線排列順序與外部引線排列順序與 CC4000 不同，不同，用時(shí)需查閱有關(guān)手冊(cè)。用時(shí)需查閱有關(guān)手冊(cè)。傳輸延遲時(shí)間傳輸延遲時(shí)間 tpd標(biāo)準(zhǔn)門標(biāo)準(zhǔn)門 = 100 nsHCMOS = 9nsHCMOS: 54/74 系列系列54/74 HC( (帶緩沖輸出帶緩沖輸出) )54/74 HCU( (不帶緩沖輸出不帶緩沖輸出) )54/74 HCT( (與

26、與 LSTTL 兼容兼容) )二、高速二、高速 CMOS (HCMOS) 集成電路集成電路三、三、CMOS 集成電路的主要特點(diǎn)集成電路的主要特點(diǎn)(1) 功耗極低。功耗極低。LSI：幾個(gè)：幾個(gè) W ， MSI：100 W (2) 電源電壓范圍寬。電源電壓范圍寬。CC4000 系列：系列：VDD = 3 18 V(3) 抗干擾能力強(qiáng)?？垢蓴_能力強(qiáng)。輸入端噪聲容限輸入端噪聲容限 = 0.3VDD 0.45VDD(4) 邏輯擺幅大。邏輯擺幅大。(5) 輸入阻抗極高。輸入阻抗極高。(6) 扇出能力強(qiáng)。扇出能力強(qiáng)。扇出系數(shù)：帶同類門電路的個(gè)數(shù)，其大小扇出系數(shù)：帶同類門電路的個(gè)數(shù)，其大小 反映了門電路的帶負(fù)

27、載能力。反映了門電路的帶負(fù)載能力。 (7) 集成度很高，溫度穩(wěn)定性好。集成度很高，溫度穩(wěn)定性好。(8) 抗輻射能力強(qiáng)?？馆椛淠芰?qiáng)。(9) 成本低。成本低。DDOHOL , V0VUU CC4000系列：系列： 50個(gè)個(gè) 10 8四、四、CMOS 電路使用中應(yīng)注意的幾個(gè)問題電路使用中應(yīng)注意的幾個(gè)問題1. 注意輸入端的靜電防護(hù)。注意輸入端的靜電防護(hù)。2. 注意輸入電路的過(guò)流保護(hù)。注意輸入電路的過(guò)流保護(hù)。3. 注意電源電壓極性。注意電源電壓極性。5. 多余的輸入端不應(yīng)懸空。多余的輸入端不應(yīng)懸空。6. 輸入端外接電阻的大小不會(huì)引起輸入電平的變化。輸入端外接電阻的大小不會(huì)引起輸入電平的變化。與與門門

28、、 與與非門非門 ：接電源接電源 或或 與其他輸入端并聯(lián)與其他輸入端并聯(lián)或或門門 、 或或非門非門 ：接地接地 或或 與其他輸入端并聯(lián)與其他輸入端并聯(lián)多余輸入端多余輸入端 的處理的處理思考原因？思考原因？4. 輸出端不能和電源、地短接。輸出端不能和電源、地短接。因?yàn)檩斎胱杩箻O高因?yàn)檩斎胱杩箻O高 （ 108 ）故故 輸入電流輸入電流 0 ，電阻上的壓降，電阻上的壓降 0。 2. 4 TTL 集成門電路集成門電路（TransistorTransistor Logic）一、電路組成及工作原理一、電路組成及工作原理+VCC(5V)R1uIuo4k AD1T1T2T3T4DR21.6k R31k R41

29、30 Y輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)D1 保護(hù)二極管保護(hù)二極管 防止輸入電壓過(guò)低。防止輸入電壓過(guò)低。當(dāng)當(dāng) uI uB uE現(xiàn)在現(xiàn)在 : uE uB uC ，即，即 發(fā)射結(jié)反偏發(fā)射結(jié)反偏 集電結(jié)正偏集電結(jié)正偏 倒置放大倒置放大02. 0 i iii = i ib =(1+ i )ib4.3Vc e 3.6 V1.4V0.7V2.1V V6 . 3 )2(IHI Uu1.4V+VCC(5V)R1uIuo4k AT1T2T3T4DR21.6k R31k R4130 Y V6 . 3 IHI UuT1 倒置放大狀態(tài)倒置放大狀態(tài)mA 725. 011BCCB1 RuVimA74. 0)1(B1i

30、B2 ii 假設(shè)假設(shè) T2 飽和導(dǎo)通飽和導(dǎo)通 V14BECES2C2 uuuT3 、D 均截止均截止mA 2.5 2C2CCCS2 RuVI( (設(shè)設(shè)1 4 = 20) )mA 125. 02CS2BS2 IIBS2B2B2 , mA 74. 0Iii 則則T2 飽和的假設(shè)成立飽和的假設(shè)成立0.3ViB21VICS2iB10.7V2.1V思考：思考：D 的作用？的作用？若無(wú)若無(wú) D，此時(shí)，此時(shí) T3 可以可以導(dǎo)通，電路將不能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通，電路將不能實(shí)現(xiàn)正常的邏輯運(yùn)算正常的邏輯運(yùn)算因?yàn)橐驗(yàn)?.6 ViE1+VCC(5V)R1uIuo4k AT1T2T3T4DR21.6k R31k R4130 Y V

31、6 . 3IHI UuT1 倒置放大狀態(tài)倒置放大狀態(tài)T2 飽和，飽和，T3 、D 均截止均截止3.6 2.1 1.4 0.7 1 T4 的工作狀態(tài)：導(dǎo)通的工作狀態(tài)：導(dǎo)通放大還是放大還是飽和？飽和？R3E2B4iii mA 24. 3CS2B2E2 IiimA 0.717 . 03E23 RuiRmA 2.54 iB2ICS2iB1iE1iE2iB4iR3又因?yàn)橛忠驗(yàn)?T3、D 均截止，即均截止，即0 0BS4CS4 II、BS4B4 Ii T4 深度飽和：深度飽和：uO = UCES4 0.3V（無(wú)外接負(fù)載）（無(wú)外接負(fù)載）若外接負(fù)載若外接負(fù)載 RL ： BS4CS4 II O4 Tu的飽和程度

32、的飽和程度RL+VCC0.3 所以所以輸入短路電流輸入短路電流 IIS二、靜態(tài)特性二、靜態(tài)特性1. 輸入特性輸入特性(1)(1) 輸入伏安特性：輸入伏安特性：)(IIufi 1iI+VCC+5 VuI+ +- -uoT1iIuI+ +- -be2be4+VCC+5 VR14k IV/uImA/i012-1V0ILI UumA05. 11BE1CCISI RuVIiV3 . 0ILI UumA 11ILBE1CCILI RUuVIiISIILIUILUIHIHI低電平輸入電流低電平輸入電流 IIL V6 . 3IHI UumA 0145. 0)V1 . 2(1CCiIHI RVIi 高電平輸入電

33、流高電平輸入電流或輸入端漏電流或輸入端漏電流 IIH即：當(dāng)即：當(dāng) Ri 為為 2.5 k 以上電阻時(shí)，輸入由以上電阻時(shí)，輸入由低電平低電平變?yōu)樽優(yōu)楦唠娖礁唠娖? (2) ) 輸入端負(fù)載特性：輸入端負(fù)載特性：)(iIRfu 1+VCC+5VuI+ +- -uoRiT1iB1uI+ +- -be2be4+VCC+5 VR14k RiRi/ 026412uI / V) ( k 5 . 2i懸懸空空 RV4 . 1I uT2、T4飽和導(dǎo)通飽和導(dǎo)通V3 . 0OLO UuRi = Ron 開門電阻開門電阻（2.5 k）Ron k 7 . 0iRV7 . 0I uT2、T4 截止截止V6 . 3OHO U

34、uRi = Roff 關(guān)門電阻關(guān)門電阻（ 0.7 k ）即：當(dāng)即：當(dāng) Ri 為為 0 .7 k 以下電阻時(shí)以下電阻時(shí) , 輸入端相當(dāng)于低電平。輸入端相當(dāng)于低電平。Roff0.7 V1.4 V2. 輸出特性輸出特性)(OOifu uO1+ VCC+ 5 VuI+ +- -+ +- -iOuO / ViO /mA0 10 20 30-10-20-30123: , )1(OLOIHIUuUu 在輸出為低電平條件下，帶灌在輸出為低電平條件下，帶灌電流負(fù)載能力電流負(fù)載能力 IOL 可達(dá)可達(dá) 16 mAIHIUu 0.3V:, )2(OHOILIUuUu 受功耗限制，帶拉電流負(fù)載能受功耗限制，帶拉電流負(fù)載

35、能力力 IOH 可一般為可一般為 400 AILIUu 3.6V 注意：注意： 輸出短路電流輸出短路電流 IOS 可達(dá)可達(dá) 33 mA，將，將造成器件過(guò)熱燒毀造成器件過(guò)熱燒毀 ，故門電路，故門電路輸出端不輸出端不能接地能接地！3. 電壓傳輸特性：電壓傳輸特性：)(IOufu 1+VCC+5VuI+ +- -uO+ +- -A B0uO /VuI /V12341234AB 段：段：uI 0.5 V ， uB1 1.4 V ，T2 、T4 飽和飽和導(dǎo)通，導(dǎo)通， T3 、D 截止。截止。uO = UOL 0.3 V閾值電壓閾值電壓4. 輸入端噪聲容限輸入端噪聲容限uIuO1G1G21min IHUm

36、ax ILUNHUNLUOHUOLUmin OHUmax OLUIHUILU輸出高電平輸出高電平 V4 . 2min OH U典型值典型值 = 3.6 V 輸出低電平輸出低電平 V4 . 0max OL U典型值典型值 = 0.3 V 輸入高電平輸入高電平 V0 . 2min IH U典型值典型值 = 3.6 V 輸入低電平輸入低電平 V8 . 0max IL U典型值典型值 = 0.3 V UNH 允許疊加的負(fù)向噪聲電壓的最大值允許疊加的負(fù)向噪聲電壓的最大值G2 輸入高電平時(shí)的輸入高電平時(shí)的噪聲容限：噪聲容限：V4 . 0IHminmin OHNH UUUUNL 允許疊加的正向噪聲電壓的最大

37、值允許疊加的正向噪聲電壓的最大值G2 輸入低電平時(shí)的輸入低電平時(shí)的噪聲容限：噪聲容限：V4 . 0max OLILmaxNL UUU三、動(dòng)態(tài)特性三、動(dòng)態(tài)特性傳輸延遲時(shí)間傳輸延遲時(shí)間1uIuO 50%Uom50%UimtuI0tuO0UimUomtPHL 輸出電壓由高到輸出電壓由高到 低時(shí)的傳輸延遲低時(shí)的傳輸延遲 時(shí)間。時(shí)間。tpd 平均傳輸延遲時(shí)間平均傳輸延遲時(shí)間2PLHPHLpdttt tPLH 輸出電壓由低到輸出電壓由低到 高時(shí)的傳輸延遲高時(shí)的傳輸延遲 時(shí)間。時(shí)間。tPHLtPLH典型值：典型值： tPHL= 8 ns , tPLH= 12 ns最大值：最大值： tPHL= 15 ns ,

38、 tPLH= 22 ns+VCC+5VR14k AD2T1T2T3T4DR21.6k R31k R4130 Y輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)D1BT1 多發(fā)射極三極管多發(fā)射極三極管e1e2bc等效電路：等效電路：1. A、B 只要有一個(gè)為只要有一個(gè)為 0 0.3V1V V1 V)7 . 03 . 0( B1 uT2 、 T4截止截止5VT3 、 D 導(dǎo)通導(dǎo)通 V3.6 V)7 . 07 . 05(O u V3 . 0BA uu V6 . 3 , V3 . 0BA uu V3 . 0 , V6 . 3BA uu2. 4. 2 TTL與非門和其他邏輯門電路與非門和其他邏輯門電路一、一、TTL

39、 與非門與非門0.7VRL3.6V+VCC+5V4k AD2T1T2T3T4D1.6k 1k 130 Y輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)D1BR1R2R3R43.6V3.6V0.7V1V0.3V4.3V2.1V2. A、B 均為均為 1 V6 . 3BA uu理論：理論： V3 . 4 V)7 . 06 . 3( B1 u實(shí)際：實(shí)際： V1 . 2 V)7 . 03( B1 uT2 、 T4 導(dǎo)通導(dǎo)通T3 、 D 截止截止uO = UCES4 0.3VTTL 與非門與非門RL+VCC+VCC+5V4k AD2T1T2T3T4D1.6k 1k 130 Y輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)D

40、1BR1R2R3R4TTL 與非門與非門整理結(jié)果：整理結(jié)果：1110ABY00011011ABY ABY&二、二、TTL 或非門或非門+VCC+5VR1AD1T1T2T3T4DR2R3R4YR 1BD1 T1 T2 輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)1. A、B只要有一個(gè)為只要有一個(gè)為 1 V6 . 3BA uu V6 . 3 , V3 . 0BA uu V3 . 0 , V6 . 3BA uuT2 、 T4 飽和飽和T2 、T3 、 D 截止截止uO = 0.3V2.1V1V0.3V3.6V0.3VRL+VCC2. A、B 均為均為 0 V3 . 0BA uuiB1、i B1分別流

41、入分別流入T1、T 1 的發(fā)射極的發(fā)射極T2 、 T 2均截止均截止則則 T4 截止截止T3 、 D 導(dǎo)通導(dǎo)通 V3.6 V)7 . 07 . 05(O u+VCC+5VR1AD1T1T2T3T4DR2R3R4YR 1BD1 T1 T2 0.3 V0.3 ViB1i B1RL輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)TTL 或非門或非門5V1V1V3.6V整理結(jié)果：整理結(jié)果：1000ABY00011011BAY ABY1+VCC+5VR1AD1T1T2T3T4DR2R3R4YR 1BD1 T1 T2 輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)TTL 或非門或非門2. 4. 3 TTL 集電極開路門和三態(tài)門

42、集電極開路門和三態(tài)門一、集電極開路門一、集電極開路門OC 門門(Open Collector Gate)+VCC+5VR1AD2T1T2T4R2R3YD1B 1. 電路組成及符號(hào)電路組成及符號(hào)+V CCRC外外接接YAB&+V CCRCOC 門必須外接負(fù)載電阻門必須外接負(fù)載電阻和電源才能正常工作。和電源才能正常工作。AB可以線與連接可以線與連接V CC 根據(jù)電路根據(jù)電路需要進(jìn)行選擇需要進(jìn)行選擇 2. OC 門的主要特點(diǎn)門的主要特點(diǎn)線與連接舉例：線與連接舉例：21YYY CDAB CDAB +VCCAT1T2T4Y1B+VCCCT 1T 2T 4Y2D+V CCRC+V CCRCABY1AB&G1Y2CD&G2線與線與YCDY外接電阻外接電阻 RC 的估算：的估算：n OC 與