第5講邏輯門電路2

第5講邏輯門電路25-1其他TTL集成門5-2CMOS集成邏輯門Vcc(5V)Rb14kΩRc21.6kΩRc4130ΩRe21kΩT1T2T4T3DABCL多發(fā)射極三極管在功能上相當(dāng)于三個(gè)三極管的并聯(lián)運(yùn)用。bceCeBeAbceCeBeA采用多發(fā)射極管提高工作速度5-1其他類型的TTL門電路一、與非門Vcc(5V)Rb14kΩRc21.6kΩRc4130ΩRe21kΩT1T2T4T3DABCL輸入、輸出的邏輯關(guān)系式：工作原理（1）當(dāng)輸入端全接高電平(3.6v)時(shí)T1倒置工作，T2飽和，T4截止，T3飽和。

（2）當(dāng)輸入有低電平(0.3v)時(shí)T1深度飽和，T2、T3截止，T4微飽和。

輸入有低，輸出為高。

輸入全高，輸出為低。

兩方框中電路相同A為高電平時(shí)，T2、T5同時(shí)導(dǎo)通，T4截止，輸出Y為低電平。B為高電平時(shí)，T2′、T5同時(shí)導(dǎo)通，T4截止，輸出Y為低電平。A、B都為低電平時(shí)，T2、T2′同時(shí)截止，T5截止，T4導(dǎo)通，輸出Y為高電平。二、或非門三.與或非門四.異或門六、集電極開路的與非門（OC門）（1）問題的提出標(biāo)準(zhǔn)TTL與非門進(jìn)行與運(yùn)算:&ABEF&CD&G1&ABEF&CDG

能否“線與”？（OpenCollector)+5VR4R2T3T4T5R3TTL與非門的輸出電阻很低。這時(shí)，直接線與會(huì)使電流i

劇烈增加。i功耗T4熱擊穿UOL與非門2：不允許直接“線與”與非門1

截止與非門2

導(dǎo)通UOHUOL與非門1：i+5VR4R2T3T4T5R3問題：TTL與非門能否直接線與？RLUCC輸入全1時(shí)，輸出=0；輸入任0時(shí)，輸出懸空+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC應(yīng)用時(shí)輸出端要接一上拉負(fù)載電阻RL。&（2）電路與符號(hào)符號(hào)①OC門可以實(shí)現(xiàn)“線與”功能。分析：F1、F2、F3任一導(dǎo)通，則F=0。F1、F2、F3全截止，則F=1。輸出級(jí)UCCRLT5T5T5F=F1F2F3（3）OC門的應(yīng)用&&&UCCF1F2F3FRL&&&②實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)移。③用作驅(qū)動(dòng)器。（4）負(fù)載電阻RL和電源VCC可以根據(jù)情況選擇。&VCCRL&E—控制端（使能端）+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABDE（1）結(jié)構(gòu)七、三態(tài)門（TSL門）（2）工作原理當(dāng)E=0時(shí)01截止E—控制端（使能端）+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABDE（2）工作原理當(dāng)E=0時(shí)10當(dāng)E=1時(shí)導(dǎo)通截止截止高阻態(tài)輸出為高阻狀態(tài)功能表功能表使能端高電平起作用使能端低電平起作用（3）符號(hào)及功能表符號(hào)&ABFEN&ABF符號(hào)EN（4）TSL門的應(yīng)用：①作多路開關(guān)：E=0時(shí)，門G1使能，G2禁止，Y=A；E=1時(shí)，門G2使能，G1禁止，Y=B。②信號(hào)雙向傳輸：E=0時(shí)信號(hào)向右傳送，B=A；E=1時(shí)信號(hào)向左傳送，A=B。③構(gòu)成數(shù)據(jù)總線：讓各門的控制端輪流處于低電平，即任何時(shí)刻只讓一個(gè)TSL門處于工作狀態(tài)，而其余TSL門均處于高阻狀態(tài)，這樣總線就會(huì)輪流接受各TSL門的輸出。①74標(biāo)準(zhǔn)系列：前面介紹的TTL門電路都屬于74系列，其典型電路與非門的平均傳輸時(shí)間tpd＝10ns，平均功耗P＝10mW。②74H高速系列：是在74系列基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的，其典型電路與非門的平均傳輸時(shí)間tpd＝6ns，平均功耗P＝22mW。③74S肖特基系列：是在74H系列基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的，其典型電路與非門的平均傳輸時(shí)間tpd＝3ns，平均功耗P＝19mW。④74LS低功耗肖特基系列：是在74S系列基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的，其典型電路與非門的平均傳輸時(shí)間tpd＝9ns，平均功耗P＝2mW。74LS系列產(chǎn)品具有最佳的綜合性能，是TTL集成電路的主流，是應(yīng)用最廣的系列。TTL數(shù)字集成電路的各種系列74AS系列：電路結(jié)構(gòu)與74LS系列相似，采用低阻值，提高了工作速度，但功耗較大。74ALS系列：其延遲－功耗積是TTL電路所有系列中最小的一種。54、54H、54S、54LS系列：54系列與74系列電路具有完全相同的電路結(jié)構(gòu)和電氣性能參數(shù)。54系列工作溫度范圍更寬，電源允許的工作范圍更大。74系列：溫度0～70℃，電源電壓5V±5%;54系列:溫度-55～+125℃，電源電壓5V±10%。型號(hào)名稱主要功能74LS00四2輸入與非門

74LS02四2輸入或非門

74LS04六反相器

74LS05六反相器OC門74LS08四2輸入與門

74LS13雙4輸入與非門施密特觸發(fā)74LS308輸入與非門

74LS32四2輸入或門

74LS644-2-3-2輸入與或非門

74LS13313輸入與非門

74LS136四異或門OC輸出74LS365六總線驅(qū)動(dòng)器同相、三態(tài)、公共控制74LS368六總線驅(qū)動(dòng)器反相、三態(tài)、兩組控制

TTL集成門電路系列以TTL門電路芯片（四2輸入與非門，型號(hào)74LS00)為例地GND外形&&&1413121110981234567&管腳電源VCC（+5V）

TTL門電路芯片簡(jiǎn)介5-2CMOS邏輯門電路結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管MOS場(chǎng)效應(yīng)管有兩種:N溝道P溝道耗盡型增強(qiáng)型耗盡型增強(qiáng)型MOS電路的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)1.工藝簡(jiǎn)單，集成度高。缺點(diǎn)：工作速度比TTL低。2.是電壓控制元件，靜態(tài)功耗小。3.允許電源電壓范圍寬（318V）。4.扇出系數(shù)大，抗噪聲容限大。5.2.1MOS反相器0UDSID負(fù)載線ui=“1”ui=“0”uo=“0”uo=“1”UCCuiuo5.2.2CMOS反相器工作原理PMOS管NMOS管CMOS電路VDDT1T2vIvO（一）電路結(jié)構(gòu)

當(dāng)NMOS管和PMOS管成對(duì)出現(xiàn)在電路中，且二者在工作中互補(bǔ)，稱為CMOS管(意為互補(bǔ))。VDDTPTNvIvOvI=0截止vo=“１”導(dǎo)通vI=1VDDT1T2vIvO導(dǎo)通vo=“０”截止

靜態(tài)下，無(wú)論vI是高電平還是低電平，T1、T2總有一個(gè)截止，因此CMOS反相器的靜態(tài)功耗極小。iD+VDD+vI-vOTNTPABCDEF0iD/mAvI/VVTHABCDEFVDDVTH0vO/VvI/V電壓傳輸特性電流傳輸特性AB、EF

段：

TN、TP總有一個(gè)為截止?fàn)顟B(tài)，故iD0。CD段：

TN、Tp均導(dǎo)通，流過(guò)兩管的漏極電流達(dá)到最大值

iD=iD（max)

。VTH=0.5VDD（VDD=3~18V）（二）傳輸特性(1)CMOS反相器靜態(tài)功耗近似等于0

ABCDEF0iD/mAvI/VVTHABCDEFVDDVTH0vO/VvI/V電壓傳輸特性電流傳輸特性動(dòng)態(tài)功耗隨狀態(tài)轉(zhuǎn)換的次數(shù)增加

（三）輸出特性低電平輸出特性高電平輸出特性VOL≈0VOH≈VDD5.2.3其他CMOS門電路與非門1、CMOS與非門+VDD+10VTP1TN1TP2TN2ABYAB&Y=(a)電路結(jié)構(gòu)或非門2、CMOS或非門+VDD+10VTP1TN1TN2TP2ABLAB≥1（1）漏極開路門的結(jié)構(gòu)與邏輯符號(hào)+VDDTP1TN1TP2TN2ABL電路邏輯符號(hào)漏極開路門輸出連接(a)工作時(shí)必須外接電源和電阻;(b)與非邏輯不變3.CMOS漏極開路（OD）門111高阻

×0

輸出L輸入A使能EN001邏輯功能：高電平有效的同相三態(tài)門4.CMOS三態(tài)輸出門電路三態(tài)輸出門電路邏輯符號(hào)1.CMOS傳輸門電路電路υI/υO(shè)υo/υIC等效電路5.2.4CMOS傳輸門(雙向模擬開關(guān))(TG門—TransmissionGate)CIO/OI/TG2.工作原理：TN、TP總有一個(gè)導(dǎo)通TN、TP均截止，導(dǎo)通電阻小(幾百歐姆)關(guān)斷電阻大(

≥109)2、CMOS傳輸門電路的工作原理

設(shè)TP:|VTP|=2V，TN:VTN=2I的變化范圍為－5V到+5V。

5V+5V5V到+5VGSN<VTN,TN截止GSP=5V(-5V到+5V)=(10到0)V開關(guān)斷開，不能轉(zhuǎn)送信號(hào)GSN=-5V(－5V到+5V)=(0到-10)VGSP>0,TP截止1）當(dāng)c=0，c=1時(shí)c=0=-5V，c

=1=+5VI/0O/I

C

TP

vO/vI

vI/vO

+5V

–5V

TN

C

+5V5V－5V~+3VGSP=5V

(－3V~+5V)=2V~10VGSN=5V(－5V~+3V)=(10~2)Vb、I=3V~5VGSN>VTN,TN導(dǎo)通a、I=5V~3VTN導(dǎo)通，TP導(dǎo)通GSP>|VT|,TP導(dǎo)通C、I=3V~3V－3V~+5V－3V~+3V2）當(dāng)c=1，c=0時(shí)TG1TG2ABY傳輸門組成的應(yīng)用A=1、B=0時(shí)，TG1截止，TG2導(dǎo)通，Y=B=1;TG1TG2ABYA=0、B=1時(shí)，TG2截止，TG1導(dǎo)通，Y=B=1;TG1TG2ABYA=0、B=0時(shí)，TG2截止，TG1導(dǎo)通，Y=B=0;TG1TG2ABYA=1、B=1時(shí)，TG1截止，TG2導(dǎo)通，Y=B=0;雙向模擬開關(guān)(1)功耗極低。LSI：幾個(gè)μW，MSI：100μW(2)電源電壓范圍寬。CC4000系列：VDD=3~18V(3)抗干擾能力強(qiáng)。輸入端噪聲容限=0.3VDD~0.45VDD(4)邏輯擺幅大。(5)輸入阻抗極高。(6)扇出能力強(qiáng)。(7)集成度很高，溫度穩(wěn)定性好。(8)抗輻射能力強(qiáng)。CC4000系列：≥50個(gè)≥5.2.5CMOS電路的特點(diǎn)

1．輸入電路的靜電保護(hù)

CMOS電路的輸入端設(shè)置了保護(hù)電路，給使用者帶來(lái)很大方便。但是，這種保護(hù)還是有限的。由于CMOS電路的輸入阻抗高，極易產(chǎn)生感應(yīng)較高的靜電電壓，從而擊穿MOS管柵極極薄的絕緣層，造成器件的永久損壞。為避免靜電損壞，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：CMOS電路的正確使用

（1）所有與CMOS電路直接接觸的工具、儀表等必須可靠接地。（2）存儲(chǔ)和運(yùn)輸CMOS電路，最好采用金屬屏蔽層做包裝材料。2．多余的輸入端不能懸空。輸入端懸空極易產(chǎn)生感應(yīng)較高的靜電電壓，造成器件的永久損壞。對(duì)多余的輸入端，可以按功能要求接電源或接地，或者與其它輸入端并聯(lián)使用。3．輸入電路需過(guò)流保護(hù)CMOS電路與TTL電路比較：（1）CMOS電路的工作速度比TT