數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)：第三章 門電路

1、第三章 門電路內(nèi)容提要： 本章主要講述數(shù)字電路的基本邏輯單元門電路，有TTL邏輯門、MOS邏輯門。在討論半導(dǎo)體二極管和三極管及場效應(yīng)管的開關(guān)特性基礎(chǔ)上，講解它們的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、邏輯功能、電器特性等等，為以后的學(xué)習(xí)及實(shí)際使用打下必要的基礎(chǔ)。本章重點(diǎn)討論TTL門電路和CMOS門電路。本章主要內(nèi)容3.1 概述3.2 半導(dǎo)體二極管門電路3.3 CMOS門電路3.4* 其他類型的MOS集成門電路3.5 TTL門電路3.6* 其他類型的雙極型集成門電路3.7* BiCMOS電路3.8* TTL門電路與CMOS門電路的接口3.1 概述1. 門電路： 實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算和復(fù)合運(yùn)算的單元電路稱為門電路，常用

2、的門電路有非門、與非門、或非門、異或門、與或非門等(1) 正邏輯： 在二值邏輯中，如果用高電平表示邏輯“1” ，低電平表示邏輯“0” ，在這種規(guī)定下的邏輯關(guān)系稱為正邏輯，如圖3.1.1所示2. 正負(fù)邏輯系統(tǒng)圖3.1.1 正負(fù)邏輯示意圖(2) 負(fù)邏輯： 在二值邏輯中，如果用高電平表示邏輯“0” ，低電平表示邏輯“1” ，在這種規(guī)定下的邏輯關(guān)系稱為負(fù)邏輯，如圖3.1.1所示。3.1 概述圖3.1.1 正負(fù)邏輯示意圖 同一邏輯電路采用不同的邏輯關(guān)系，其邏輯功能是完全不同的，如表3.1.1正負(fù)邏輯對應(yīng)的邏輯電路由表中可以看出 正負(fù)邏輯式互為對偶式，即若給出一個正邏輯的邏輯式，則對偶式即為負(fù)邏輯的邏輯式

3、，如正邏輯為或門，即Y=A+B，對偶式為YDAB。正負(fù)邏輯的使用依個人的習(xí)慣，但同一系統(tǒng)中采用一種邏輯關(guān)系，本書采用正邏輯3.1 概述3. 高低電平的實(shí)現(xiàn) 在數(shù)字電路中，輸入輸出都是二值邏輯，其高低電平用“0”和“1”表示。其高低電平的獲得是通過開關(guān)電路來實(shí)現(xiàn)，如二極管或三極管電路組成。如圖3.1.2所示。圖3.1.2 高低電平實(shí)現(xiàn)原理電路3.1 概述其原理為： 當(dāng)開關(guān)S斷開時，輸出電壓voVcc，為高電平“1”；當(dāng)開關(guān)閉合時，輸出電壓vo0，為低電平“0”；若開關(guān)由三極管構(gòu)成，則控制三級管工作在截止和飽和狀態(tài)，就相當(dāng)開關(guān)S的斷開和閉合。圖3.1.2高低電平實(shí)現(xiàn)原理電路3.1 概述 單開關(guān)電路

4、功耗較大，目前出現(xiàn)互補(bǔ)開關(guān)電路（如CMOS門電路），即用一個管子代替圖3.1.2中的電阻，如圖3.1.3所示互補(bǔ)開關(guān)電路的原理為3.1 概述 開關(guān)S1和S2受同一輸入信號vI的控制，而且導(dǎo)通和斷開的狀態(tài)相反。當(dāng)S1閉合時，S2斷開，輸出為高電平“1”；相反當(dāng)S1斷開時，S2閉合，輸出為高電平“0”。 互補(bǔ)開關(guān)電路由于兩個開關(guān)總有一個是斷開的，流過的電流為零，故電路的功耗非常低，因此在數(shù)字電路中得到廣泛的應(yīng)用4. 數(shù)字電路的概述3.1 概述（1）優(yōu)點(diǎn)：圖3.1.1 正負(fù)邏輯示意圖 在數(shù)字電路中由于采用高低電平，并且高低電平都有一個允許的范圍，如圖3.1.1所示，故對元器件的精度和電源的穩(wěn)定性的要

5、求都比模擬電路要低，抗干擾能力也強(qiáng)。(2) 分類：3.1 概述 可分為分立元件邏輯門電路和集成邏輯門電路：分立元件邏輯門電路是由半導(dǎo)體器件、電阻和電容連接而成。集成邏輯門電路是將大量的分立元件通過特殊工藝集成在很小的半導(dǎo)體芯片上。數(shù)字集成電路根據(jù)規(guī)?？煞譃?00/片（1001000）/片103 105 /片105 以上/片按導(dǎo)電類型可分為3.1 概述 數(shù)字集成電路的基本邏輯單元是集成邏輯門，因此本章先介紹CMOS和TTL數(shù)字集成邏輯門的結(jié)構(gòu)、工作原理3.2 半導(dǎo)體二極管門電路3.2.1半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性1. 穩(wěn)態(tài)開關(guān)特性圖3.2.1 二極管的開關(guān)電路圖3.1.2高低電平實(shí)現(xiàn)原理電路 將圖3

6、.1.2中的開關(guān)用二極管代替，則可得到圖3.2.1所示的半導(dǎo)體二極管開關(guān)電路 對于圖3.2.1所示二極管開關(guān)電路，由于二極管具有單向?qū)щ娦?，故它可相?dāng)受外加電壓控制的開關(guān)。設(shè)vi的高電平為VIHVCC， vi的低電平為VIL0，且D為理想元件，即正向?qū)娮铻?，反向電阻無窮大，則穩(wěn)態(tài)時當(dāng)vIVIHVCC時，D截止，輸出電壓vDVOH VCC 將電路處于相對穩(wěn)定狀態(tài)下，晶體二極管所呈現(xiàn)的開關(guān)特性稱為穩(wěn)態(tài)開關(guān)特性圖3.2.1 二極管的開關(guān)電路3.2.1半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性 當(dāng)vIVIL0時，D導(dǎo)通，輸出電壓vo VOL 0圖3.2.1 二極管的開關(guān)電路 即可以用輸入電壓vi的高低電平控制二極管

7、的開關(guān)狀態(tài)，并在輸出端得到相應(yīng)的高低電平3.2.1半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性2.二極管動態(tài)特性： 當(dāng)電路處于動態(tài)狀態(tài)，即二極管兩端電壓突然反向時，半導(dǎo)體二極管所呈現(xiàn)的開關(guān)特性稱為動態(tài)開關(guān)特性（簡稱動態(tài)特性）二極管的動態(tài)電流波形如圖3.2.3所示3.2.1半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性圖3.2.3 二極管動態(tài)電流波形 這是由于在輸入電壓轉(zhuǎn)換狀態(tài)的瞬間，二極管由反向截止到正向?qū)〞r，內(nèi)電場的建立需要一定的時間，所以二極管電流的上升是緩慢的；當(dāng)二極管由正向?qū)ǖ椒聪蚪刂箷r，二極管的電流迅速衰減并趨向飽和電流也需要一定的時間。由于時間很短，在示波器是無法看到的 在輸入信號頻率較低時，二極管的導(dǎo)通和截止的轉(zhuǎn)換時間可

8、以認(rèn)為是瞬間完成的。但在輸入信號頻率較高時，此時間就不能忽略了。3.2.1半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性 將二極管由截止轉(zhuǎn)向?qū)ㄋ璧臅r間稱為正向恢復(fù)時間（開通時間）ton；二極管由導(dǎo)通轉(zhuǎn)向截止所需的時間稱為反向恢復(fù)時間（關(guān)斷時間）tre，兩者統(tǒng)稱為二極管的開關(guān)時間，一般ton tre圖3.2.3 二極管動態(tài)電流波形treton3.2.2 二極管與門 簡單的二極管與門電路如圖3.2.4所示圖3.2.4 二極管與門電路 設(shè)VCC5V，輸入端A、B的高低電平為VIH3V， VIL0V，二極管的正向?qū)▔航禐?VDF0.7V，則：當(dāng)A、B中有一個是低電平0V時，至少有一個二極管導(dǎo)通，使得輸出Y的電壓為0.7

9、V，為低電平；只有A、B中都加高電平3V時，兩個二極管同時導(dǎo)通，使得輸出Y為3.7V，為高電平。 其輸入輸出及真值表如表3.2.1和3.2.2所示3.2.2 二極管與門規(guī)定3V以上為“1”0.7V以下為“0”3.7V3V3V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V0V0VYBA表3.2.1111001010000YBA表3.2.2其輸出Y和輸入A、B是與的關(guān)系，即3.2.3 二極管或門二極管或門電路如圖3.2.5所示圖3.2.5 二極管或門電路 設(shè)輸入端A、B的高低電平為VIH3V， VIL0V，二極管的正向?qū)▔航禐閂DF0.7V，則：當(dāng)A、B中有一個是低電平0V時，至少有一個二極管導(dǎo)通，使

10、得輸出Y的電壓為0.7V，為低電平；只有A、B中都加高電平3V時，兩個二極管同時導(dǎo)通，使得輸出Y為3.7V，為高電平。3.2.2 二極管或門 其輸入輸出及真值表如表3.2.3和3.2.4所示其輸出Y和輸入A、B是與的關(guān)系，即圖3.2.5 二極管或門電路規(guī)定2.3V以上為10V以下為02.3V3V3V2.3V0V3V2.3V3V0V0V0V0VYBA表3.2.3111101110000YBA表3.2.4二極管構(gòu)成的門電路的缺點(diǎn):3.2.2 二極管或門1.電平有偏移:輸出的高低電平數(shù)值與輸入的高低電平數(shù)值相差一個二極管的壓降，后級的二極管門電路電平偏移，甚至使得高電平下降到門限值以下2.帶負(fù)載能力

11、差：由于這種二極管門電路的輸出電阻比較低，故帶負(fù)載能力差，輸出電平會隨負(fù)載的變化而變化。只用于IC內(nèi)部電路3.3 CMOS門電路 CMOS邏輯門電路是在TTL器件之后，出現(xiàn)的應(yīng)用比較廣泛的數(shù)字邏輯器件，在功耗、抗干擾、帶負(fù)載能力上優(yōu)于TTl邏輯門，所以超大規(guī)模器件幾乎都采用CMOS門電路，如存儲器ROM、可編程邏輯器件PLD等 國產(chǎn)的CMOS器件有CC4000(國際CD4000/MC4000)、高速54HC/74HC系列（國際MC54HC/74HC),此外還有兼容型的74HCT和74BCT系列（BiCMOS） 先介紹74系列的反相器和邏輯門，再簡單介紹其它系列的邏輯門一、MOS管的類型和符號a

12、. 增強(qiáng)型NMOS符號如圖3.3.1所示3.3.1 MOS管(絕緣柵）的開關(guān)特性NMOS共源極接法電路如圖3.3.2（a）所示，輸出特性如(b)所示3.3.1 MOS管(絕緣柵）的開關(guān)特性圖3.3.2 NMOS管共源極接法電路及其輸出特性增強(qiáng)型NMOS共源極接法電路如圖3.3.3（a）所示，轉(zhuǎn)移特性如(b)所示(a)(b)圖3.3.3 NMOS管共源極接法電路3.3.1 MOS管(絕緣柵）的開關(guān)特性開啟電壓當(dāng)vGS 109VGS VGS (th) 時,管子導(dǎo)通，iD V 2GS，RONVGS(th)，管子截止， iD = 0vGS VGS (th) 時,管子導(dǎo)通，iD V 2GS3.3.1 M

13、OS管(絕緣柵）的開關(guān)特性c. 耗盡型NMOS3.3.1 MOS管(絕緣柵）的開關(guān)特性符號如圖3.3.6所示耗盡型NMOS共源極接法電路如圖3.3.7（a）所示，轉(zhuǎn)移特性如(b)所示3.3.1 MOS管(絕緣柵）的開關(guān)特性當(dāng)vGS VGS(off)(負(fù)值），截止， iD = 0;vGS VGS(off)(正值）,截止; iD = 0；vGS |VGS（th)P|+VGS(th)N，2.工作原理 當(dāng)vIVIL0為低電平時，T2截止， T1管導(dǎo)通，輸出電壓為高電平，即3.3.2 CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理當(dāng)vIVIHVDD為高電平時，T2導(dǎo)通， T1管截止，輸出電壓為低電平，即圖3.3.1

14、0 CMOS反相器電路特點(diǎn) 1. 無論 vI 是高電平還是低電平，T1和T2管總是一個導(dǎo)通一個截止的工作狀態(tài)，稱為互補(bǔ)，這種電路結(jié)構(gòu)CMOS電路；2. 由于無論輸入為低電平還是高電平， T1和T2總是有一個截止的，其截止電阻很高，故流過T1和T2的靜態(tài)電流很小，故其靜態(tài)功耗很小。3.3.2 CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理二、電壓傳輸特性和電流傳輸特性 反相器電壓傳輸特性是輸出電壓vo和輸入vI之間的關(guān)系曲線，如圖3.3.11所示。并設(shè)3.3.2 CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理圖3.3.11 CMOS反相器的電壓傳輸特性1. 電壓傳輸特性AB段：輸入低電平3.3.2 CMOS反相器的電路

15、結(jié)構(gòu)和工作原理T1管導(dǎo)通，T2截止，輸出電壓為高電平，即CD段：輸入高電平圖3.3.11 CMOS反相器的電壓傳輸特性T1管截止，T2導(dǎo)通，輸出電壓為低電平，即BC段：3.3.2 CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理圖3.3.11 CMOS反相器的電壓傳輸特性T1、T2同時導(dǎo)通，若T1、T2參數(shù)完全相同，則2.電流傳輸特性3.3.2 CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理圖3.3.12 CMOS反相器的電流傳輸特性AB段：輸入低電平T1管導(dǎo)通，T2截止，輸出漏極電流近似為零 電流傳輸特性是反相器的漏極電流隨輸入電壓變化曲線，如圖3.3.12所示。也分成三段：3.3.2 CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作

16、原理CD段：輸入高電平T1管截止，T2導(dǎo)通，輸出漏極電流近似為零圖3.3.12 CMOS反相器的電流傳輸特性BC段：3.3.2 CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理圖3.3.12 CMOS反相器的電流傳輸特性T1、T2同時導(dǎo)通，有電流iD同時通過，且在 vIVDD / 2附近處，漏極電流最大，故在使用輸入電壓不應(yīng)長時間工作在這段，以防由于功耗過大而損壞。三、輸入端噪聲容限3.3.2 CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理圖3.3.11 CMOS反相器的電壓傳輸特性 由圖3.3.11 CMOS反相器的電壓傳輸特性可知，在輸入電壓vI偏離正常低電平或高電平時，輸出電壓vo并不隨之馬上改變，允許輸入電壓有

17、一定的變化范圍。輸入端噪聲容限：是指在保證輸出高、低電平基本不變（不超過規(guī)定范圍）時，允許輸入信號高、低電平的波動范圍1.定義：2.計算方法3.3.2 CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理 輸入噪聲容限分為輸入高電平噪聲容限VNH和輸入低電平噪聲容限VNL。圖3.3.13給出計算輸入噪聲容限的方法。圖3.3.13 CMOS反相器輸入噪聲容限示意圖 由圖中可知，如果是多個門電路相連時，前一級門電路的輸出即為后一級門電路的輸入其中：圖3.3.13 CMOS反相器輸入噪聲容限示意圖3.3.2 CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理VOH（min）輸出高電平最小值VOL（max）輸出低電平最大值VIH（mi

18、n）輸入高電平最小值VIL（max）輸入低電平最大值則輸入噪聲容限為圖3.3.13 CMOS反相器輸入噪聲容限示意圖3.3.2 CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理輸入噪聲容限和電源電壓VDD有關(guān)，當(dāng)VDD增加時，電壓傳輸特性右移，如圖3.3.14所示3.3.2 CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理圖3.3.14 VDD對電壓傳輸特性的影響結(jié)論：可以通過提高VDD來提高噪聲容限3.3.3 CMOS 反相器的靜態(tài)輸入和輸出特性 CMOS 反相器的靜態(tài)（不考慮輸入輸出延遲）輸入和輸出特性為輸入端和輸出端的伏安特性一、輸入特性 輸入特性是從CMOS反相器輸入端看其輸入電壓與電流的關(guān)系。 由于MOS管的柵

19、極和襯底之間存在SiO2為介質(zhì)的輸入電容，而絕緣介質(zhì)又很薄，非常容易被擊穿，所以對由MOS管所組成的CMOS電路，必須采取保護(hù)措施。圖3.3.15為CMOS反相器的兩種常用保護(hù)電路3.3.3 CMOS 反相器的靜態(tài)輸入和輸出特性圖3.3.15 CMOS反相器的兩種常用保護(hù)電路其中D1和D2，正向?qū)▔航禐閂DF0.5V0.7V，反向擊穿電壓約為30V， D2為分布式二極管，可以通過較大的電流，RS的值一般在1.52.5K之間。 C1和C2為T1和T2的柵極等效電容在輸入信號正常工作范圍內(nèi)，即0vI VDD，輸入端保護(hù)電路不起作用。當(dāng)vI VDD+VF時，D1導(dǎo)通，將柵極電位vG鉗位在VDD+V

20、F，而當(dāng)vI RON， VIH VDD， VIL0。C的高低電平為VDD和0，則（1）C0， C1 只要vI在0 VDD之間變化， T1和T2同時截止，輸入和輸出為高阻態(tài)，傳輸門截止，輸出vo03.3.5 其他類型的CMOS邏輯門（2）C1， C0 在vI 在0 VDD時，若 0 vI VDD-VGS(th)N，T1管導(dǎo)通，T2管截止，如圖3.3.35所示，輸出為vovI；若 |VGS(th)P| vI VDD，T1管截止，T2管導(dǎo)通，輸出為vovI圖3.3.35 CMOS的工作狀態(tài)0 vI VDD-VGS(th)N|VGS(th)P| vI RTG.b. 由于MOS管的導(dǎo)通內(nèi)阻是柵源電壓vG

21、S的函數(shù)，而vGS 又和輸入電壓有關(guān)，故RTG和輸入電壓有關(guān)。為了減小RTG的變化，通常在電路上做了改進(jìn)，盡量降低RTG。四、三態(tài)輸出的CMOS門電路3.3.5 其他類型的CMOS邏輯門 其電路如圖3.3.38所示，這是三態(tài)反相器，也稱為輸出緩沖器，輸出的狀態(tài)不僅有高電平、低電平，還有第三態(tài)高阻態(tài)圖3.3.38 CMOS三態(tài)門的電路及符號其工作原理為3.3.5 其他類型的CMOS邏輯門其中EN 為使能端，且低電平有效，即EN 0，YA 低電平有效CMOS三態(tài)門形式有多種，它也可以在CMOS反相器基礎(chǔ)上加控制電路構(gòu)成，當(dāng)EN0時，T1、T4導(dǎo)通，輸出為Y A圖3.3.39為另一種CMOS三態(tài)非門

22、，使能端（控制端）也是低電平有效3.3.5 其他類型的CMOS邏輯門當(dāng)EN1時，T1、T4截止，輸出為Y Z（高阻態(tài)）圖3.3.40所示電路也是一種CMOS三態(tài)非門3.3.5 其他類型的CMOS邏輯門當(dāng)EN1時，T2導(dǎo)通，Y A；當(dāng)EN0時， T2、T1截止，輸出為Y Z（高阻態(tài)）。這種三態(tài)門使能端是高電平有效。例3.3.2 CMOS門電路如圖3.3.41所示，試分析電路的邏輯功能解：當(dāng)C0時， C 1，傳輸門為高阻態(tài)，故輸出YZ故這是由CMOS或非門和CMOS傳輸門構(gòu)成的三態(tài)或非門傳輸門3.3.5 其他類型的CMOS邏輯門當(dāng)C1時，C 0，傳輸門為開啟，輸出Y（AB）解：（a） YA例3.3

23、.3 由CMOS傳輸門構(gòu)成的電路如圖3.3.42（a）、（b）、（c）所示，試寫出各電路的輸出函數(shù)的表達(dá)式。3.3.5 其他類型的CMOS邏輯門(b)輸出、輸入真值表為輸出邏輯式為3.3.5 其他類型的CMOS邏輯門其輸出邏輯式為注：為了避免傳輸門關(guān)閉時出現(xiàn)高阻態(tài)，可以在輸出端通過大電阻接地；也可以輸出端通過電阻接電源。這樣輸出端均會有確定的值。(C)其輸出輸入真值表為3.3.5 其他類型的CMOS邏輯門例3.3.4 電路如圖3.3.43所示。試分析其邏輯功能解：當(dāng)EN1時，傳輸門截止，輸出為YZ（高阻態(tài)）當(dāng)EN0時，傳輸門開啟，CMOS反相器的輸出通過傳輸門到達(dá)輸出，使得YA，故為三態(tài)輸出的

24、反相器。3.3.5 其他類型的CMOS邏輯門a. 總線結(jié)構(gòu)這樣只要分時控制各三態(tài)門的E（E）端，就能把各個門的數(shù)據(jù)輸入信號按要求依次送到總線，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。但注意使能端不能同時為“1”三態(tài)門的應(yīng)用它可以實(shí)現(xiàn)線與的功能，即輸出端可以并聯(lián)。如圖3.3.44所示3.3.5 其他類型的CMOS邏輯門電路如圖2.3.45所示，則b. 數(shù)據(jù)的雙向傳輸3.3.5 其他類型的CMOS邏輯門當(dāng)EN1時，三態(tài)門G1輸出為Do， G2輸出為高阻態(tài)；當(dāng)EN0時，三態(tài)門G1輸出為高阻態(tài)， G2輸出為D1 Do3.3.6 CMOS電路的正確使用（自學(xué)） 3.4 *其他類型的MOS集成電路（自學(xué)）一、 雙極型三極管的結(jié)構(gòu)（

25、自學(xué)）三極管開關(guān)電路如圖3.5.1所示3.5.1 雙極型三極管的開關(guān)特性3.5 TTL門電路二、 雙極型三極管的輸入特性和輸出特性（自學(xué)）三、 雙極型三極管的基本開關(guān)電路圖3.5.1 晶體三極管開關(guān)電路三極管替代開關(guān)穩(wěn)態(tài)時若合理選擇電路的參數(shù)，即當(dāng)vI=VIH，為高電平時，使得iBIBS=VCC /RC，三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，輸出vo VOL Vces0,為低電平；3.5.1 雙極型三極管的開關(guān)特性圖3.5.1 晶體三極管開關(guān)電路T當(dāng)vI=VILVON(死區(qū)電壓），為低電平時，使得三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出vo VOHVCC,為高電平其中：硅管為0.3V,鍺管為0.1V很小，為幾十歐姆例3.5

26、.1 電路如圖3.5.2所示，已知 VIH=5V，VIL=0V，=20，VCE(sat) = 0.1V，試計算參數(shù)設(shè)計是否合理3.5.1 雙極型三極管的開關(guān)特性5V-8V3.3K10K1K圖3.5.2 例3.5.1的電路解：基極對地電路如圖3.5.3所示圖3.5.3利用戴維南定理等效成電壓源的形式如圖3.5.4所示圖3.5.33.5.1 雙極型三極管的開關(guān)特性圖3.5.4其中：等效電路如圖3.5.5所示，則當(dāng)VIH=5V時：3.5.1 雙極型三極管的開關(guān)特性故三極管T導(dǎo)通，其基極電流為管子的臨界飽和時的基極電流為由于3.5.1 雙極型三極管的開關(guān)特性故管子處于飽和狀態(tài)，其輸出為當(dāng)VIH=0V時

27、，其三極管T處于截止?fàn)顟B(tài)，則因此參數(shù)設(shè)計合理三極管開關(guān)狀態(tài)下的等效電路如圖3.5.6所示3.5.1 雙極型三極管的開關(guān)特性四、雙極型三極管的開關(guān)等效電路當(dāng)三極管截止時，發(fā)射結(jié)反偏，iC0 ，相當(dāng)開關(guān)斷開；當(dāng)三極管飽和時，發(fā)射結(jié)正偏，vCEVCE（sat）0 ，相當(dāng)開關(guān)閉合。截止飽和(c)飽和時的等效電路圖3.5.6阻值很小，忽略五、雙極型三極管的動態(tài)開關(guān)特性 在動態(tài)情況下，三極管在截止和飽和導(dǎo)通兩種狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)換時，三極管內(nèi)部電荷的建立與消失都需要一定的時間，故集電極電流的變化要滯后于輸入電壓的變化。3.5.1 雙極型三極管的開關(guān)特性即在開關(guān)電路中，輸出電壓的變化滯后于輸入電壓的變化，如圖3.5

28、.7所示。圖3.5.7六 、三極管反相器3.5.1 雙極型三極管的開關(guān)特性三極管反相器就是三極管的開關(guān)電路，如圖3.5.8所示圖3.5.8 三極管反相器只要參數(shù)選擇合理，即當(dāng)vI=VIL時，T截止，輸出vO=VOH為高電平；當(dāng)vI=VIH時，T飽和導(dǎo)通，輸出vO=VOL為低電平，則YA3.5.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理 TTLTransistor-Transistor Logic(三極管三極管邏輯），TTL邏輯門就是由雙極型晶體三極管構(gòu)成的邏輯門電路。 TTL邏輯器件分成54系列和74系列兩大類，其電路結(jié)構(gòu)、邏輯功能和電氣參數(shù)完全相同。不同的是54系列工作環(huán)境溫度、電源工作范圍比74

29、系列的寬。74系列工作環(huán)境溫度為00C 700C,電源電壓工作范圍為5V5%；而54系列工作環(huán)境溫度為550C +1250C,電源電壓工作范圍為5V10%.54系列和74系列按工作速度和功耗可分成下面4個系列：(a)標(biāo)準(zhǔn)通用系列： 國產(chǎn)型號為CT54/74系列，與國際上SN54/74系列相當(dāng)，部標(biāo)型號為T1000系列 國產(chǎn)型號為CT54H/74H系列，與國際上SN54H/74H系列相當(dāng)，部標(biāo)型號為T2000系列(c)肖特基系列： 國產(chǎn)型號為CT54S/74S系列，與國際上SN54S/74S系列相當(dāng)，部標(biāo)型號為T3000系列(d) 低功耗肖特基系列： 國產(chǎn)型號為CT54LS/74LS系列，與國際

30、上SN54LS/74LS系列相當(dāng)，部標(biāo)型號為T4000系列(b)高速系列：3.5.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理 不同系列的同一種邏輯門，結(jié)構(gòu)上略有差異，目的是為了提高邏輯門的工作速度，降低功耗，如為了改進(jìn)74系列的工作速度，則采用達(dá)林頓管（74H系列）、肖特基管（74S系列）；為了降低功耗，采用小電阻。但這些差異不影響電路功能的分析。一、電路結(jié)構(gòu)3.5.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理 其電路如圖3.5.9所示，它是由T1、 R1和D1組成輸入級、由 T2、R2和R3組成倒相級、由T4、T5、R4、D2組成推拉式輸出級構(gòu)成的。圖3.5.9 TTL反相器的電路設(shè)：VCC5V， VIH

31、3.4V VIL0.2V，PN結(jié)的導(dǎo)通壓降為 VON0.7V當(dāng)vIVIL0.2V時3.5.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理T1導(dǎo)通T2截止T4導(dǎo)通T5截止D2導(dǎo)通voVOHVCC IC2R22VON 3.4V輸出為高電平圖3.5.9 TTL反相器的電路0.9V3.4V0.2V當(dāng)vIVIH3.4V時3.5.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理T1截止T2導(dǎo)通T4截止T5導(dǎo)通D2截止voVOLVCE（sat）0.2V輸出為低電平圖3.5.9 TTL反相器的電路2.1V0.2V3.4V則輸出和輸入的邏輯關(guān)系為特點(diǎn)：3.5.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理T1處于“倒置”狀態(tài)，其電流放大系數(shù)遠(yuǎn)

32、遠(yuǎn)小于1.推拉式輸出結(jié)構(gòu)由T4和T5構(gòu)成TTL反相器推拉式輸出，在輸出為高電平時， T4導(dǎo)通，T5截止；在輸出為低電平時， T4截止，T5導(dǎo)通。由于T4和T5總有一個導(dǎo)通，一個截止，這樣就降低輸出級的功耗，提高帶負(fù)載能力。 當(dāng)輸出為高電平時，其輸出阻抗低，具有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可提供5mA的輸出電流3.5.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理 當(dāng)輸出為低電平時。其輸出阻抗小于100,可灌入電流14mA，也有較強(qiáng)的驅(qū)動能力。二極管D1是輸入級的鉗位二極管，作用：a.抑制負(fù)脈沖干擾；b.保護(hù)T1發(fā)射結(jié)，防止輸入為負(fù)電壓時，電流過大，它可允許最大電流為20mA。二、電壓傳輸特性3.5.2 TTL反相

33、器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理TTL反相器輸出電壓隨輸入電壓變化的曲線，稱為電壓傳輸特性，如圖3.5.10所示圖3.5.10 TTL反相器的電 壓傳輸特性a. AB段： 圖3.5.10 TTL反相器的電 壓傳輸特性3.5.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理b. BC段： 圖3.5.10 TTL反相器的電 壓傳輸特性3.5.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理c. CD段： 圖3.5.10 TTL反相器的電 壓傳輸特性3.5.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理d. DE段： 圖3.5.10 TTL反相器的電 壓傳輸特性3.5.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理三、輸入噪聲容限3.5.2 TTL反相

34、器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理 從電壓傳輸特性看，當(dāng)輸入電壓vI偏離正常低電平（0.2V）升高，在一定范圍內(nèi)，輸出高電平并不立刻改變。同樣當(dāng)輸入電壓偏離正常高電平（3.4V）降低，在一定范圍內(nèi)，輸出低電平并不立刻改變 圖3.5.10 TTL反相器的電 壓傳輸特性在保證輸出高、低電平基本不變（或者說變化大小不超出允許范圍）的條件下，輸入電平的允許波動的范圍稱為輸入端抗干擾容限（噪聲容限）。分為輸入為高電平噪聲容限VNH和輸入為低電平噪聲容限VNL。 計算方法與CMOS電路一樣，如圖3.5.11所示，其輸入高電平噪聲容限VNH和輸入低電平噪聲容限VNL的計算方法為3.5.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原

35、理圖3.5.11 TTL反相器噪聲容限的計算74系列典型值為： VOH（min)=2.4V, VOL（max)=0.4V,VIH（min)=2.0V, VIL（max)=0.8V, VNH=0.4V, VNL=0.4V,3.5.3 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性 對于TTL反相器，輸入電流隨輸入電壓的變化關(guān)系，稱為輸入特性，其輸入端的等效電路如圖3.5.12所示。一、輸入特性a.當(dāng)輸入為低電平時，即vI0.2V，若VCC5V，則TTL反相器的輸入電流為3.5.3 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性當(dāng)vI0時此電流IIS稱為輸入短路電流，在TTL門電路手冊中給出，由于和輸入電流值相近，故

36、分析和計算時代替IIL。b.當(dāng)輸入為高電平時，即vI3.4V，T1發(fā)射結(jié)截止，處于倒置狀態(tài)，只有很小的反向飽和電流IIH，對于74系列的TTL門電路， IIH在40A以下TTL反相器的靜態(tài)輸入特性如圖3.5.13所示3.5.3 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性圖3.5.13 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性IISD1導(dǎo)通輸入低電平輸入高電平二、輸出特性3.5.3 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性 對于TTL反相器，輸出電壓與輸出電流的關(guān)系，稱為輸入特性，其輸入端的等效電路如圖3.5.12所示。分為高電平輸出特性和低電平輸出特性。1.高電平輸出特性 當(dāng)輸出為vOVOH時，T4、D2導(dǎo)通， T5

37、截止，等效電路如圖3.5.14所示圖3.5.14 輸出高電平等效電路其高電平輸出特性曲線如圖3.5.15所示3.5.3 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性圖3.5.15輸出高電平特性曲線圖3.5.14 輸出高電平等效電路實(shí)際方向 在 iL 5mA時，T4進(jìn)入飽和狀態(tài)，輸出電壓vo隨負(fù)載電流變化幾乎線性下降。由于功耗限制，手冊上的高電平輸出電流要遠(yuǎn)小于5mA，74系列最大為 IOH（max）0.4mA2.低電平輸出特性3.5.3 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性 當(dāng)輸出為vOVOL時，T4、D2截止， T5導(dǎo)通，等效電路如圖3.5.16所示圖3.5.16輸出高電平等效電路其低電平輸出特性曲

38、線如圖3.5.17所示3.5.3 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性圖3.5.16輸出高電平等效電路圖3.5.17 輸出低電平特性曲線3.扇出系數(shù)（Fan-out）的計算3.5.3 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性 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(fù)載能力。 對于圖3.5.18 所示電路，G1門為驅(qū)動門， G2、 G3為負(fù)載門，N為扇出系數(shù)。當(dāng)輸出為低電平時，設(shè)可帶N1個非門，則有圖3.5.18 扇出系數(shù)的計算IOLIIL實(shí)際方向當(dāng)輸出為低電平時，設(shè)可帶N2個非門，則有圖3.5.18 扇出系數(shù)的計算IOHIIH3.5.3 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出

39、特性則取Nmin N1， N2 由于門電路無論是輸出高電平還是低電平時，均有一定的輸出電阻，故輸出電壓都要隨負(fù)載電流的改變而發(fā)生變化。這種變化越小，說明門電路帶負(fù)載的能力越強(qiáng)。有時用輸出電平的變化不超過某一規(guī)定值時允許的最大負(fù)載電流來表示門電路的帶負(fù)載能力。例3.5.2 如圖3.5.18所示電路中，已知74系列的反相器輸出高低電平為VOH3.2V, VOL0.2V，輸出低電平電流為IOL（max）16mA，輸出高電平電流為IOH（max）4mA，輸入低電平電流IIL1mA，輸入高電平電流IIH40A，試計算門G1可帶同類門的個數(shù)3.5.3 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性圖3.5.18 扇

40、出系數(shù)的計算解：當(dāng)G1輸出為低電平時，有當(dāng)G1輸出為高電平時，有3.5.3 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性圖3.5.18 扇出系數(shù)的計算故取N10，即門G1可帶同類門的個數(shù)為10個四、 輸入端的負(fù)載特性 在實(shí)際使用時，有時需要在輸入端和地之間或輸入端和信號源低電平之間接入電阻RP。如圖3.5.21所示由圖可知，RP上的壓降即為反相器的輸入電壓vI，即 在RPR1（較?。┑臈l件下，vI隨RP幾乎線性上升。但當(dāng)vI上升到1.4V以后，T2和T5的發(fā)射結(jié)同時導(dǎo)通，將vB1鉗位在2.1V左右，此時vI不再隨RP的增加而上升。3.5.3 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性TTL反相器輸入端負(fù)載特

41、性曲線如圖2.3.22所示。 故一般對于TTL門電路，若輸入端通過電阻接地，一般當(dāng)RP0.7K時，構(gòu)成低電平輸入方式；當(dāng)RP1.5K時，構(gòu)成高電平輸入方式。3.5.3 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性例3.5.3 電路如圖3.4.22所示，試寫出各個電路輸出端的表達(dá)式。解：3.5.3 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性解： vo1= VOH時，若使vI2 VIH（min） ，則3.5.3 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性例3.5.4 在圖3.5.23所示電路中，為保證門G1輸出的高低電平能正確地傳送倒門G2地輸入端，要求當(dāng)vo1= VOH時， vI2 VIH（min）；當(dāng)vo1= V

42、OL時， vI2 VIL（max）。試計算RP最大允許值。已知G1、 G2均為74系的TTL反相器，VCC5V， VOH3.4V, VOL0.2V, VIH（min）2.0V，VIL（max）0.8V， IIH40A， IIL40A當(dāng)vo1= VOL時， G2門的輸入管T1導(dǎo)通，如圖3.5.24所示，若使 vI2 VIL（max），則3.5.3 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性故取RP0.69k練習(xí)：電路如圖3.5.25所示，試寫出各輸出端的邏輯式3.5.3 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性3.5.4 TTL反相器的動態(tài)特性（自學(xué)）一、傳輸延遲時間 信號通過一級門電路的延遲時間稱為平均

43、傳輸延遲時間，它是表示門電路工作速度的重要指標(biāo)。如圖3.5.26所示圖3.5.26 TTL反相器的動態(tài)波形tPHL輸出信號下降到Vm / 2 相對于輸入信號上升到 Vm / 2 之間的延遲時間tPLH輸出信號上升到Vm / 2 相對于輸入信號下降到 Vm / 2 之間的延遲時間原因：結(jié)電容和寄生電容的存在。TTL門的平均傳輸延時為3 40ns二、交流噪聲3.5.4 TTL反相器的動態(tài)特性（自學(xué)） 當(dāng)輸入信號為窄脈沖，且接近于tpd時，輸出變化跟不上，變化很小，因此交流噪聲容限遠(yuǎn)大于直流噪聲容限。（a）正脈沖噪聲容限圖3.5.27 正脈沖噪聲容限 將輸出為高電平由額定值降到2.0V時輸入正脈沖的

44、幅度稱為正脈沖噪聲容限，如圖3.5.27所示（b）負(fù)脈沖噪聲容限3.5.4 TTL反相器的動態(tài)特性（自學(xué)）圖3.5.28 負(fù)脈沖噪聲容限 將輸出為低電平由額定值上升到0.8V時輸入負(fù)脈沖的幅度稱為負(fù)脈沖噪聲容限，如圖3.5.28所示三、電源的動態(tài)尖峰電流3.5.4 TTL反相器的動態(tài)特性（自學(xué)）1.兩種狀態(tài)下電源負(fù)載電流不等（空載情況下)2、動態(tài)尖峰電流3.5.4 TTL反相器的動態(tài)特性（自學(xué)）3.5.5 其他類型的TTL與非門一、其他邏輯功能的門電路1. 與非門電路如圖3.5.29所示圖3.5.29 TTL與非門電路輸入級倒相級輸出級工作原理：圖3.5.29 TTL與非門電路輸入級倒相級輸出

45、級3.5.5 其他類型的TTL與非門故：注意：1.由于與非門電路結(jié)構(gòu)和電路參數(shù)與反相器相同，故反相器的輸出特性也適用于與非門；3.5.5 其他類型的TTL與非門2.在計算與非門每個輸入端的輸入電流時，應(yīng)根據(jù)輸入端的不同工作狀態(tài)分別對待。當(dāng)把兩個輸入端并聯(lián)使用時，如圖3.5.30a所示。等效電路如（b） 若輸入端接低電平時，輸入電流的計算和反相器相同 ，即 若輸入端接高電平，T1的兩個發(fā)射結(jié)反偏，故輸入電流為單個輸入端高電平輸入電流的2倍。IIII例3.5.5 如圖2.3.15所示電路，已知TTL與非門的參數(shù)為IOH0.5mA，IOL8mA，IIL0.4mA，IIH40A，問可以驅(qū)動多少個同類邏

46、輯門？解：設(shè)輸出為高電平時，可以帶N1個同類邏輯門，則 2N1IIHIOH設(shè)輸出為低電平時，可以帶N2個邏輯門，則N2IILIOL故取N123.5.5 其他類型的TTL與非門2.或非門如圖3.5.32為TTL或非門的電路，其輸出為3.5.5 其他類型的TTL與非門圖3.5.32 TTL或非門的電路3.與或非門3.5.5 其他類型的TTL與非門 與或非門電路如圖3.5.33所示，圖3.5.33 與或非門電路 與或門相比，輸入管T1和T1都是多發(fā)射極的三極管，構(gòu)成與門電路，其輸出為4.異或門 異或門電路如圖3.5.34所示，則注：與門和或門是在與非門和或非門的基礎(chǔ)上加了一級反相器構(gòu)成。3.5.5

47、其他類型的TTL與非門圖3.5.34 異或門電路AB（AB）二 集電極開路與非門（OC門 Open Collector Gate）1.推拉式輸出電路結(jié)構(gòu)的局限性： 與OD門一樣，為了實(shí)現(xiàn)線與構(gòu)，TTL與非門也可以采用集電極開路的形式3.5.5 其他類型的TTL與非門 如圖3.3.35所示將推拉式TTL與非門的輸出端并聯(lián)，則當(dāng)某一門的輸出端為低電平，如Y2=0,則當(dāng)Y1=1時，會有G1門的電流通過G2門的T5管，這個電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常工作電路，有可能使T5管損壞圖3.3.353.5.5 其他類型的TTL與非門 輸出電平不可調(diào) 負(fù)載能力不強(qiáng)，尤其是高電平輸出 輸出端不能并聯(lián)使用 為了使TTL與非門能

48、實(shí)現(xiàn)線與功能，把輸出級的去掉T3 、T4管，使T5管的集電極開路，就構(gòu)成集電極開路門，即OC門。推拉式輸出電路結(jié)構(gòu)的局限性圖3.3.352. OC門的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圖3.3.36 如圖3.3.36所示為OC門的電路和結(jié)構(gòu)和符號，輸出管的集電極開路3.5.5 其他類型的TTL與非門 工作時需外接負(fù)載和電源，如圖3.5.37所示3.5.5 其他類型的TTL與非門 若利用OC門實(shí)現(xiàn)線與功能，則將幾個OC門的輸出并聯(lián)起來用一個上拉電阻即可，如圖3.3.38所示圖3.3.383. 線與的實(shí)現(xiàn)工作原理：3.5.5 其他類型的TTL與非門 對于圖3.5.39所示電路，只有Y1、Y2有一個為低電平，Y即為低電平；只

49、有Y1、Y2同時為高電平，Y才為高電平；即圖3.5.394、外接負(fù)載電阻RL的計算3.5.5 其他類型的TTL與非門 外接電阻RL的取值合適與否，決定驅(qū)動門輸出電平是否在允許值之內(nèi) 當(dāng)輸出為高電平時，所有的驅(qū)動管都截止。RL取值不能太大，否則VOH會降低，小于VOH（min），如圖3.5.40所示a. 驅(qū)動管輸出為高電平時圖3.5.40 輸出為高電平的情況VOHIOHIIH則3.5.5 其他類型的TTL與非門圖3.5.40 輸出為高電平的情況VOHIOHIIH其中n驅(qū)動管的個數(shù) m負(fù)載管輸入端的個數(shù)IOH每個OC門T5管截止時的漏電流；IIH負(fù)載門每個輸入端的高電平輸入電流b. 驅(qū)動管輸出為低

50、電平時3.5.5 其他類型的TTL與非門 當(dāng)驅(qū)動管輸出為低電平時，若只有一個驅(qū)動門的T5管導(dǎo)通，則RL取值不能太小，否則VOL會提高，大于VOL（max），如圖3.5.41所示則：圖3.5.41 輸出為高電平的情況VOLIOLIIL其中：m負(fù)載管短路電流的個數(shù)；IOLOC門T5管導(dǎo)通時的電流；IIL負(fù)載門每個輸入端的短路輸入電流4.OC門的應(yīng)用a.實(shí)現(xiàn)與或非邏輯線與如圖3.5.38的線與電路，其輸出為實(shí)現(xiàn)電路比較簡單3.5.5 其他類型的TTL與非門圖3.5.38b.電平轉(zhuǎn)換 與OD門一樣，由于OC門的高電平可以通過外加電源改變，故它可作為電平轉(zhuǎn)換電路。c.實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集 如圖3.5. 43,可

51、實(shí)現(xiàn)母線（總線）的數(shù)據(jù)的接收和傳送 一般TTL與非門的電平為0 3.6V,若需要邏輯電平為0 12V的邏輯電平，只要將負(fù)載電阻接到12V電源即可，其電路如圖3.5.42所示3.5.5 其他類型的TTL與非門例3.5.6 試為圖2.3.35電路中的外接電阻RL選定合適的阻值。已知G1、G2為OC門，輸出管截止時的漏電流為IOH200A，輸出管導(dǎo)通時允許的最大負(fù)載電流為IOLmax16mA。G3、G4和G5均為74系列與非門，它們的低電平輸入電流為IIL1mA，高電平輸入電流為IIH40A。，要求OC門的高電平VOH3.0V，低電平VOL0.4V. 解：當(dāng)輸出為高電平時當(dāng)輸出為高電平時3.5.5

52、其他類型的TTL與非門例2.3.4 如圖2.3.36所示電路，各門均為TTL電路，輸出高電平為VOH3.6V，VOL0.3V。電壓表滿量程為50V，內(nèi)阻為20K/V，試問對應(yīng)給定輸入信號A、B、C的取值（如表一)，開關(guān)S斷開和閉合時V1和V2的值。3.5.5 其他類型的TTL與非門則當(dāng)S斷開時，相當(dāng)此端加高電平，T2、T5導(dǎo)通，將T1的基極電位鉗位在2.1V，故V12.1-0.7=1.4V；當(dāng)S閉合時，若此端輸入為低電平，則相應(yīng)的be結(jié)導(dǎo)通，將T1的基極電位鉗位在0.3+0.7=1V，故V11-0.7=0.3V；此端輸入為高電平則與S斷開相同解：對于門G2的輸入端可以用圖2.3.37所示電路來

53、等效3.5.5 其他類型的TTL與非門故對應(yīng)的輸入輸出如表二3.5.5 其他類型的TTL與非門三、三態(tài)TTL與非門（TSLThree State Logic Gate） 三態(tài)TTL與非門又叫三態(tài)門，它是在普通與非門電路的基礎(chǔ)上附加控制電路構(gòu)成的。其特點(diǎn)是除了輸出高、低電平兩個狀態(tài)外，還有第三種狀態(tài)，即高阻狀態(tài)。 其典型電路如圖3.5.46所示 它與普通與非門電路的主要差別是輸入級多了一個使能端EN和一個二極管D。圖3.5.463.5.5 其他類型的TTL與非門1.電路結(jié)構(gòu)其邏輯符號及邏輯功能如圖3.5.47所示，控制端為低電平有效圖3.5.47圖3.5.463.5.5 其他類型的TTL與非門2

54、.工作原理（1）當(dāng)EN0時，P1，D截止，與非門為正常工作狀態(tài)，即（2）當(dāng)EN1時，P0，D導(dǎo)通， T4截止；而P0使得T1導(dǎo)通， T2、T5截止，與非門為高阻態(tài)，即YZ 圖3.5.48所示是控制端為高電平有效的三態(tài)門，其符號如圖3.5.49所示3.5.5 其他類型的TTL與非門（1）當(dāng)EN1時，P1，D截止，與非門為正常工作狀態(tài)，即Y（AB）（2）當(dāng)EN0時，P0，D導(dǎo)通， T4截止；而P0使得T1導(dǎo)通， T2、T5截止，與非門為高阻態(tài)，即YZ3.三態(tài)門的用途3.5.5 其他類型的TTL與非門圖3.5.51 總線結(jié)構(gòu)圖3.5.50 數(shù)據(jù)的雙向傳輸 TTL三態(tài)門除了電平轉(zhuǎn)換，也可以構(gòu)成數(shù)據(jù)的雙

55、向傳輸和總線結(jié)構(gòu)，如圖3.5.50和圖3.5.51所示 電路如圖3.5.52所示，試用表格方式列出各門電路的名稱、輸出邏輯式及當(dāng)ABCD1001時各輸出邏輯函數(shù)的取值。練習(xí)：3.5.5 其他類型的TTL與非門答案：3.5.5 其他類型的TTL與非門3.5.6 TTL電路的改進(jìn)系列(自學(xué)） 為了滿足用戶的要求，即提高工作速度和降低功耗兩個方面，在74系列邏輯門電路的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了74H系列、74S系列、74LS系列、74AS系列和74ALS系列。下面簡單介紹它們的電路結(jié)構(gòu)和電氣特性。門電路的綜合性能指標(biāo)dp積：將傳輸延遲時間tpd和功耗P的乘積稱為dp積，即對于門電路，dp值越小越好，說明門電路

56、速度快，功耗低。圖3.5.523.5.6 TTL電路的改進(jìn)系列(自學(xué)）一、高速系列74H/54H （High-Speed TTL）1.電路結(jié)構(gòu)的改進(jìn)：a. 是輸出級采用達(dá)林頓結(jié)構(gòu)（減小輸出電阻Ro）b. 所有的電阻阻值降低了將近一倍電路如圖3.5.52所示標(biāo)準(zhǔn)74系列3.5.6 TTL電路的改進(jìn)系列2. 性能特點(diǎn) 與74系列相比采用達(dá)林頓管，其提高，輸出高電平時輸出電阻減小，縮短對負(fù)載電容的充電速度；電阻的減小使得電平的轉(zhuǎn)換加快，故其平均傳輸延遲時間比74系列門電路縮短一半，通常為10ns以內(nèi)。但電阻減小又使得功耗增大二、肖特基系列74S/54S（Schottky TTL）3.5.6 TTL電

57、路的改進(jìn)系列圖3.5.54電路如圖3.5.54所示 a. 在74S系列的門電路中采用抗飽和三極管（或稱為肖特基三極管）。是由普通的雙極型三極管和勢壘二極管（SBDSchottky Barrier Diode)組合而成。1.電路結(jié)構(gòu)的改進(jìn) 由于勢壘二極管SBD的開啟電壓很低，只有0.3V0.4V，故三極管的集電結(jié)（bc結(jié)）正向偏置后，SBD先導(dǎo)通，并把bc結(jié)電壓鉗位在0.3V0.4V。而且從基極流過來的過驅(qū)動電流也從SBD分流，從而有效地制止三極管進(jìn)入過飽和狀態(tài)。從而提高管子的開關(guān)速度，降低傳輸延遲時間3.5.6 TTL電路的改進(jìn)系列3.5.6 TTL電路的改進(jìn)系列b. 用有源泄放電路代替74H

58、系列中的R3，加快輸出管T5的導(dǎo)通和截止，從而縮短了電路的傳輸延遲時間；圖3.5.54c.引進(jìn)有源泄放電路可以改善門電路的電壓傳輸特性，沒有線性區(qū),如圖3.5.55 所示。圖3.5.55d. 減小電阻值 ，功耗增加；由于T5為淺飽和，故低電平升高。三、低功耗肖特基系列74LS/54LS （Low-Power Schottky TTL）3.5.6 TTL電路的改進(jìn)系列電路如圖3.5.42所示(P137)。1.電路結(jié)構(gòu)的改進(jìn)：a. 仍然采用抗飽和三極管和有源泄放電路；b. 用肖特基二極管SBD代替多發(fā)射極三極管；c. 為了加快管子的開關(guān)速度，增加了D3和D4兩個SBD管子。d. 大幅度提高電路中各

59、個電阻的阻值，另將R5接地改為接到輸出端。2. 74LS系列的優(yōu)點(diǎn)傳輸延遲時間短,功耗降低3.5.6 TTL電路的改進(jìn)系列1. 74AS系列（Advanced Schottky TTL）：2. 74ALS系列（Advanced Low-Power Schottky TTL） 為了降低延遲功率積（dp積），采用較高阻值電阻，縮小器件的尺寸，在電路也做了局部的改進(jìn)。其dp積是74系列門電路中最小的一種。 電路和74LS系列相似，但采用低阻值電阻，故傳輸延遲時間較短，工作速度提高。但功耗要比74LS系列的大些。四 、74AS和74ALS系列注：在不同系列的TTL器件中，只要器件型號的后幾位數(shù)碼相同，

60、則其邏輯功能、外形尺寸、引腳排列就完全相同。3.6 其他類型的雙極型數(shù)字集成電路*（自學(xué)）DTL：輸入為二極管門電路，速度低，已經(jīng)不用HTL：電源電壓高，Vth高，抗干擾性好，已被CMOS替代ECL：非飽和邏輯，速度快，用于高速系統(tǒng)I2L：屬飽和邏輯，電路簡單，用于LSI（大規(guī)模集成電路）的內(nèi)部電路 3.7 BiCMOS電路*（自學(xué)）3.8 TTL電路與CMOS電路的接口* 由于現(xiàn)在大規(guī)模集成電路中，存在著TTL和CMOS兩種邏輯電路，故經(jīng)常會遇到兩種電路連接問題，即TTL和CMOS 電路的接口問題。 對于圖3.8.1所示電路，無論何種門作為驅(qū)動門，都必須為負(fù)載門提供合乎標(biāo)準(zhǔn)的高、低電平和足夠