數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程第2章門電路課件

肖合九教授數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程

1第2章

門電路

2第2章門電路概述2.1半導(dǎo)體二極管、三極管和MOS管的開關(guān)特性2.2分立元器件門電路2.3CMOS集成門電路2.4TTL集成門電路31、高電平和低電平：高電平和低電平是兩種狀態(tài)，是兩個(gè)不同的可以截然區(qū)別開來(lái)的電壓范圍。右圖2.4～5V范圍內(nèi)的電壓，都稱為高電平，用UH表示。

0～0.8V范圍內(nèi)的電壓，都稱為低電平，用UL表示。2、正邏輯和負(fù)邏輯：用1表示高電平，用0表示低電平，稱為正邏輯賦值，簡(jiǎn)稱正邏輯。用1表示低電平，用0表示高電平，稱為負(fù)邏輯賦值，簡(jiǎn)稱負(fù)邏輯。三、高、低電平與正、負(fù)邏輯5四、分立元件門電路和集成門電路1、用分立的元器件和導(dǎo)線連接起來(lái)構(gòu)成的門電路，稱為分立元件門電路。2、把構(gòu)成門電路的元器件和連線都制作在一塊半導(dǎo)體芯片上，再封裝起來(lái)，便構(gòu)成了集成門電路。2、數(shù)字集成電路按照集成度分類小規(guī)模集成電路(SSI)：＜100個(gè)元器件/片中規(guī)模集成電路(MSI)：100～999個(gè)元器件/片大規(guī)模集成電路(LSI)：1000～99999個(gè)元器件/片超大規(guī)模集成電路(VLSI)：＞100000個(gè)元器件/片五、數(shù)字集成電路的集成度

1、集成度：一般把在一塊芯片中含有等效邏輯門的個(gè)數(shù)或元器件的個(gè)數(shù)，定義為集成度。62.1半導(dǎo)體二極管、三極管和MOS管的開關(guān)特性2.1.1理想開關(guān)的開關(guān)特性一、靜態(tài)特性

1、斷開時(shí)，其等效電阻ROFF＝∞，通過(guò)其中的電流IOFF＝0。2、閉合時(shí)，其等效電阻RON＝0，其兩端電壓UAK＝0。二、動(dòng)態(tài)特性

1、開通時(shí)間ton＝0，即開關(guān)由斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)換到閉合狀態(tài)不需要時(shí)間，可以瞬間完成。2、關(guān)斷時(shí)間toff＝0，即開關(guān)由閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)換到斷開狀態(tài)不需要時(shí)間，可以瞬間完成。AKS理想開關(guān)7一、靜態(tài)特性

1、半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)示意圖、符號(hào)和伏安特性半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)示意圖、符號(hào)和伏安特性如下圖所示。9

2、半導(dǎo)體二極管的開關(guān)作用⑴開關(guān)應(yīng)用舉例

下圖是最簡(jiǎn)單硅半導(dǎo)體二極管開關(guān)電路。輸入電壓為uI,其低電平UIL＝－2V,高電平為UIH＝3V。①

uI＝UIL時(shí)，半導(dǎo)體二極管反偏，D處于反向截止區(qū)，如同一個(gè)斷開了的開關(guān)，直流等效電路如圖(b)。②uI＝UIH時(shí)，半導(dǎo)體二極管正偏，D工作在正向?qū)▍^(qū)，如同一個(gè)具有0.7V壓降、閉合了的開關(guān)，直流等效電路如圖(c)。

10

⑵、靜態(tài)開關(guān)特性硅半導(dǎo)體二極管具有下列靜態(tài)開關(guān)特性：①導(dǎo)通條件及導(dǎo)通時(shí)的特點(diǎn)：

當(dāng)外加正向電壓UD＞0.7V時(shí)，二極管導(dǎo)通，硅半導(dǎo)體二極管如同一個(gè)具有0.7V壓降、閉合了的開關(guān)。

②截止條件及截止時(shí)的特點(diǎn)：當(dāng)外加正向電壓UD＜0.5V時(shí)，二極管截止，硅半導(dǎo)體二極管如同一個(gè)斷開了的開關(guān)。11

⑴開通時(shí)間當(dāng)輸入電壓uI由UIL跳變到UIH時(shí)，二極管D要經(jīng)過(guò)延遲時(shí)間td、上升時(shí)間tr之后，才能由截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通狀態(tài)。半導(dǎo)體二極管的開通時(shí)間為：ton=td＋tr

⑵關(guān)斷時(shí)間當(dāng)輸入電壓uI由UIH跳變到UIL時(shí)，二極管D要經(jīng)過(guò)存儲(chǔ)時(shí)間ts、下降時(shí)間（也稱為渡越時(shí)間）tf之后，才能由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顟B(tài)。半導(dǎo)體二極管的關(guān)斷時(shí)間為：toff=ts＋tf

132.1.3半導(dǎo)體三極管的開關(guān)特性飽和截止3V0VuO0相當(dāng)于開關(guān)斷開相當(dāng)于開關(guān)閉合uOUCC+UCCuiRBRCuOTuO+UCCRCECuO+UCCRCEC3V0V14一、靜態(tài)特性

1、結(jié)構(gòu)示意圖、符號(hào)和輸入、輸出特性半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖、符號(hào)如下圖所示。152、半導(dǎo)體三極管的靜態(tài)開關(guān)特性⑴飽和導(dǎo)通條件及飽和時(shí)的特點(diǎn)飽和導(dǎo)通條件：三極管基極電流iB大于其臨界飽和時(shí)的數(shù)值IBS時(shí)，飽和導(dǎo)通。飽和導(dǎo)通時(shí)的特點(diǎn)：對(duì)于硅三極管，飽和導(dǎo)通后

uBE≈0.7V，uCE＝UCES≤0.3V如同閉合的開關(guān)。17⑵截止條件及截止時(shí)的特點(diǎn)截止條件：uBE＜Uo＝0.5V式中，Uo是硅三極管發(fā)射結(jié)的死區(qū)電壓。截止時(shí)的特點(diǎn)：iB≈0，iC≈0如同斷開的開關(guān)。18二、動(dòng)態(tài)特性半導(dǎo)體三極管和二極管一樣，在開關(guān)過(guò)程中也存在電容效應(yīng)，都伴隨著相應(yīng)電荷的建立和消散過(guò)程，因此都需要一定時(shí)間。

右圖所示是三極管開關(guān)電路中uI為矩形脈沖時(shí)，相應(yīng)iC和uO的波形。19MOS管最顯著的特點(diǎn)也是具有放大能力。不過(guò)它是通過(guò)柵極電壓uGS控制其工作狀態(tài)的，是一種具有放大特性的由電壓uGS控制的開關(guān)元件。一、靜態(tài)特性

1、結(jié)構(gòu)示意圖、符號(hào)、漏極特性和轉(zhuǎn)移特性

N溝道增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)示意圖、符號(hào)如下圖所示。2.1.4MOS管的開關(guān)特性N+N+SGD二氧化硅P-Si(a)結(jié)構(gòu)示意圖金屬鋁(b)符號(hào)SGD21N溝道增強(qiáng)MOS管的漏極特性和轉(zhuǎn)移特性如下圖所示。反映漏極電流iD和漏極-源極電壓uDS之間的關(guān)系曲線族稱為漏極特性。反映漏極電流iD和柵極-源極電壓uGS之間的關(guān)系曲線稱為轉(zhuǎn)移特性。222、MOS管的靜態(tài)開關(guān)特性⑴截止條件和截止時(shí)的特點(diǎn)截止條件：當(dāng)MOS管柵源電壓uGS小于其開啟電壓UTN時(shí)，將處于截止?fàn)顟B(tài)。截止時(shí)的特點(diǎn)：iD＝0，MOS管如同一個(gè)斷開了的開關(guān)。23二、動(dòng)態(tài)特性1、MOS管極間電容

MOS管三個(gè)電極之間，均有電容存在，它們分別是柵源電容CGS、柵漏電容CGD和漏源電容CDS。在數(shù)字電路中，MOS管的動(dòng)態(tài)特性，即開關(guān)速度是受這些電容充、放電過(guò)程制約的。

2、開關(guān)時(shí)間右圖所示MOS管開關(guān)電路中，當(dāng)uI為矩形波時(shí)，相應(yīng)iD和uO的波形。25

⑴開通時(shí)間當(dāng)輸入電壓uI由UIL＝0V跳變到UIH＝VDD時(shí)，MOS管需要經(jīng)過(guò)導(dǎo)通延遲時(shí)間td1和上升時(shí)間tr之后，才能由截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換到飽和導(dǎo)通狀態(tài)。開通時(shí)間為

ton=td1＋tr

⑵關(guān)斷時(shí)間當(dāng)輸入電壓uI由UIH＝VDD跳變到UIL＝0V時(shí)，MOS管需要經(jīng)過(guò)關(guān)斷延遲td2、下降時(shí)間tf之后，才能由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顟B(tài)。關(guān)斷時(shí)間為

toff=td2＋tf

MOS管電容上電壓不能突變是造成iD(uO)滯后uI變化的主要原因。而且，由于MOS管的導(dǎo)通電阻比三極管的飽和導(dǎo)通電阻要大得多，RD也比RC大，所以它的開通和關(guān)斷時(shí)間也比三極管長(zhǎng)，即其動(dòng)態(tài)特性較差。262.2分立元器件門電路

2.2.1二極管與門和或門一、二極管與門

1、電路與符號(hào)

2、工作原理⑴電壓關(guān)系表①uA=uB=0時(shí)，D1、D2均導(dǎo)通uY=uA+uD1=uB+uD2=0+0.7V=0.7V

②uA=0、uB=3V時(shí)，由于uA、uB電平不同，當(dāng)D1導(dǎo)通后，使uY=uA+uD1=0+0.7V=0.7V導(dǎo)致uD2=uY－uB=0.7－3＝－2.3V，故D2截止。D1導(dǎo)通后，uY被鉗位在0.7V。③uA=3V、uB=0V時(shí)，與②類似，D2導(dǎo)通，D1截止，D2導(dǎo)通后，uY被鉗位在0.7V。④uA=3V、uB=3V時(shí)，D1、D2都導(dǎo)通。uY被鉗位在3.7V。27二、二極管或門

1、電路與符號(hào)

2、工作原理

⑴電壓關(guān)系表①uA=uB=0時(shí)，D1、D2均導(dǎo)通uY=0－0.7V=－0.7V。

②uA=0V、uB=3V時(shí)，D2導(dǎo)通，D1截止，uY=3－0.7V=2.3V。③uA=3V、uB=0V時(shí)，D1導(dǎo)通，D2截止，uY=3－0.7V=2.3V。④uA=3V、uB=3V時(shí)，D1、D2均導(dǎo)通。uY=3－0.7V=2.3V。整理分析估算結(jié)果，即可得到電壓關(guān)系表如右表所示。－0.72.32.32.300033033uY/VuA/VuB/V電壓關(guān)系表29011100011011YAB或門邏輯真值表

⑵設(shè)定變量、狀態(tài)賦值、列真值表①設(shè)定變量：用A、B、Y分別表示uA、uB、uY。②狀態(tài)賦值：用0表示低電平，用1表示高電平。③列真值表：根據(jù)設(shè)定的變量和狀態(tài)賦值情況，由電壓關(guān)系表可列出右下表所示的與門的邏輯真值表。綜上所述，該電路確實(shí)實(shí)現(xiàn)了或的邏輯功能Y=A+B，所以是一個(gè)二極管或門。30對(duì)于圖2.2.1（a）所示電路的電壓關(guān)系表（如下），在狀態(tài)賦值時(shí)若采用正邏輯，即用1表示高電平、用0表示低電平，就得到前面所講的正與門邏輯真值表。0.70.70.73.700033033uY/VuA/VuB/V電壓關(guān)系表000100011011YAB正與門邏輯真值表011100011011YAB負(fù)或門邏輯真值表若在狀態(tài)賦值時(shí)若采用負(fù)邏輯，即用0表示高電平、用1表示低電平，就得到下面的負(fù)或門邏輯真值表。所以說(shuō)圖2.2.1（a）二極管電路，既是正與門又是負(fù)或門。312.2.2三極管非門（反相器）一、半導(dǎo)體三極管非門

1、電路與符號(hào)

2、工作原理①uI=uIL=0V時(shí)，三極管T截止，iB=0、iC=0，∴uO=UOH＝VCC=5V。

②uI=uIH=5V時(shí)，

由于iB＞IBS，T飽和導(dǎo)通，有uO=UOL＝UCES≤0.3V。整理分析估算結(jié)果，即可得到電壓關(guān)系表如下表所示。50.305uO/VuI/V32圖2.2.3（a）若用A、Y分別表示uI、uO，用0表示低電平，用1表示高電平。則可由左下表所示的電壓關(guān)系表得到右下表所示的真值表。由右下表可知，圖2.2.3（a）所示電路實(shí)現(xiàn)了非邏輯功能，是一個(gè)三極管組成的非門。50.305uO/VuI/V非門電壓關(guān)系表1001YA非門真值表半導(dǎo)體三極管飽和導(dǎo)通以后也有鉗位作用。如果發(fā)射極電位是不變的，那么它的集電極電位就被固定在比發(fā)射極高0.3V的電位上；反之，若其集電極電位是不變的，那么它的發(fā)射極電位就被固定在比集電極低0.3V的電位上。33二、MOS三極管非門

1、電路與符號(hào)

2、工作原理①uI=uIL=0V時(shí)，uGS=uIL=0V，小于開啟電壓UTN＝2V，所以MOS管是截止的，故uO=UOH＝VDD=10V

②uI=uIH=10V時(shí)，uGS=uIH=10V，大于開啟電壓UTN＝2V，MOS管導(dǎo)通且工作在可變電阻區(qū)，導(dǎo)通電阻很小，只有幾百歐，故

整理分析估算結(jié)果，即可得到電壓關(guān)系表如下表所示。100010uO/VuI/V34若用A、Y分別表示uI、uY且采用正邏輯后得到的邏輯真值表如右下表。100010uO/VuI/VMOS管非門電壓關(guān)系表1001YA非門真值表由右上表可知，圖2.2.4（a）所示電路確實(shí)是MOS三極管非門。圖2.2.4（a）35作業(yè)題P135題2.2P136題2.3(a)36一、填空題

1、三極管截止時(shí)的特點(diǎn)是()；三極管飽和導(dǎo)通時(shí)的特點(diǎn)是()。

uBE≈0.7V，uCE=UCES≤0.3ViB≈0，iC≈0

2、MOS管截止時(shí)，iD＝0，MOS管如同一個(gè)()了的開關(guān)。MOS管導(dǎo)通后，如同一個(gè)具有一定導(dǎo)通電阻RON()了的開關(guān)。

斷開閉合

3、正邏輯的與門是負(fù)邏輯的()；正邏輯的或門是負(fù)邏輯的()?；蜷T與門二、單項(xiàng)選擇題1、如果晶體三極管的（），則該管工作于飽和區(qū)。A、發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏 B、發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏C、發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)正偏 D、發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。B372.3CMOS集成門電路

MOS管有N溝道和P溝道之分，每種又有增強(qiáng)型和耗盡型兩種。在數(shù)字電路中，多采用增強(qiáng)型。CMOS集成電路的許多最基本的邏輯單元都是用P溝道增強(qiáng)型MOS管（稱為PMOS管)和N溝道增強(qiáng)型MOS管（稱為NMOS管)按照互補(bǔ)對(duì)稱形式連接起來(lái)構(gòu)成的。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(ComplementaryMetalOxideSemiconductor－互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體

)。這種電路具有電壓控制、功耗極小、連接方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣泛的集成電路之一。38NMOS管的電路符號(hào)及轉(zhuǎn)移特性(a)電路符號(hào)（b）轉(zhuǎn)移特性D接正電源截止導(dǎo)通導(dǎo)通電阻相當(dāng)小

NMOS管的開關(guān)特性

2.3.1CMOS反相器39PMOS管的電路符號(hào)及轉(zhuǎn)移特性(a)電路符號(hào)（b）轉(zhuǎn)移特性D接負(fù)電源

PMOS管的開關(guān)特性

導(dǎo)通導(dǎo)通電阻相當(dāng)小截止40一、電路組成及其工作原理

1、電路組成

TP是P溝道增強(qiáng)型MOS管，TN是N溝道增強(qiáng)型MOS管，兩者按照互補(bǔ)對(duì)稱形式連接起來(lái)便構(gòu)成了CMOS反相器。它們的柵極G1、G2連接起來(lái)做為信號(hào)的輸入端，漏極D1、D2連接起來(lái)做為信號(hào)的輸出端，TN的源極S1接地，TP的源極S2接電源VDD。開啟電壓|UTP|=UTN，且小于VDD

+VDDTPTN(a)電路圖B1uAuYG2G1D1D2SS1B2+10V0V10V0V10V412、工作原理

（1）uA＝0V時(shí)，TN截止，TP導(dǎo)通。輸出電壓uY=VDD=10V。簡(jiǎn)化等效電路如圖(b)所示。（2）uA＝VDD=10V時(shí)，TN導(dǎo)通，TP截止。輸出電壓uY=0V。簡(jiǎn)化等效電路如圖(c)所示。實(shí)現(xiàn)了非邏輯運(yùn)算SRONP(b)

TN截止、TP導(dǎo)通uY+VDD+10V+10VSRONN0V(c)TN導(dǎo)通、TP截止uY+VDD+10V+VDDTPTN(a)電路圖B1uAuYG2G1D1D2SS1B2+10V0V10V0V10V423、輸入端保護(hù)電路

為了保護(hù)柵極和溝道之間的二氧化硅絕緣層不被擊穿，CMOS輸入端都加有保護(hù)電路。右圖是帶輸入端保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的CMOS反相器。圖中D1、D2、D3和RS組成二極管保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。D1、D2、D3的正向?qū)▔航祏DF=0.5~0.7V，反向擊穿電壓在30V左右，RS＝1.5~2.5kΩ,C1、C2是柵極等效輸入電容。由于二極管的鉗位作用，使得MOS管在正或負(fù)尖峰脈沖作用下不易發(fā)生損壞。在正常工作時(shí)，uA在0V和VDD之間變化，保護(hù)二極管均處在截止?fàn)顟B(tài)，不影響電路功能。當(dāng)uA高于VDD＋uDF或低于－uDF時(shí)，相應(yīng)保護(hù)二極管就會(huì)導(dǎo)通，從而把TN、TP柵極電位限制在－uDF～(VDD＋uDF)范圍內(nèi)，因此不會(huì)發(fā)生SiO2介質(zhì)被擊穿的現(xiàn)象。+VDDTPTNuAuYC2C1D2D3D1RSVSS43二、靜態(tài)特性

1、輸入特性反映iI=f(uI)的曲線稱為輸入伏安特性曲線簡(jiǎn)稱輸入特性。當(dāng)uI在－uDF和VDD＋uDF之間變化時(shí)，iI≈0；當(dāng)uI＞VDD＋uDF時(shí)，D3導(dǎo)通，iI從輸入端經(jīng)D3流入VDD，iI將隨著uI的增加而急劇增加，反映了D3正向?qū)ǖ那闆r；當(dāng)uI＜－uDF時(shí)，D1導(dǎo)通，iI經(jīng)D1、RS從輸入端流出，輸入特性中相應(yīng)曲線部分的斜率為1/RS。CMOS反相器輸入特性所反映的，實(shí)際是輸入保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的特性。+VDDTPTNiIuOC2C1D2D3D1RSVSS+_(a)uI+VDDiIuO(b)+_uI144

2、輸出特性反映uO=f(iO)的曲線稱為輸出伏安特性，簡(jiǎn)稱輸出特性。當(dāng)uI為低電平，即uI=UIL=0V時(shí)，TN截止、TP導(dǎo)通，uO為高電平，即uO=UOH，帶拉電流負(fù)載。電流iO從VDD經(jīng)TP流出，供給負(fù)載RL，由于這時(shí)負(fù)載RL是向反相器索取電流，所以形象地稱為拉電流負(fù)載，并把反相器能夠輸出的最大電流IOH，稱為帶拉電流負(fù)載的能力。特性曲線如圖(c)左邊部分所示。45

當(dāng)uI為高電平，即uI=UIH=VDD時(shí)，TN導(dǎo)通、TP截止，uO為低電平，即uO=UOL，帶灌電流負(fù)載。電流iO從VDD經(jīng)負(fù)載RL流入反相器。由于這時(shí)負(fù)載電流iO是流入反相器的，所以形象地稱為灌電流負(fù)載，并把反相器能吸收即允許灌入的最大電流IOL，稱為帶灌電流負(fù)載的能力。特性曲線如圖(c)右邊部分所示。46

3、傳輸特性反映uO=f(uI)的曲線形象具體地描述了輸出電壓uO與輸入電壓uI的關(guān)系,稱為電壓傳輸特性。反映iD=f(uI)的曲線形象具體地描述了漏極電流iD與輸入電壓uI的關(guān)系,稱為電流傳輸特性。47

①AB段：uI＜UTN，TN截止，TP導(dǎo)通。uO=VDD、iD=0，功耗極小。②BC段：uI＞UTN，TN導(dǎo)通，但導(dǎo)通電阻較大，故uO略有下降，iD開始出現(xiàn)，并逐漸增加，功耗也隨之增加。③CD段：uI在0.5VDD附近，TN、TP均導(dǎo)通，且導(dǎo)通電阻都較小，是uO隨uI改變而急劇變化的區(qū)域，iD也最大，功耗也最大。相應(yīng)地，把輸入電壓uI=0.5VDD稱為反相器的轉(zhuǎn)折電壓或閾值電壓，用UTH表示。④DE、EF段與BC、AB段是對(duì)應(yīng)的，只不過(guò)TN、TP的工作狀態(tài)，DE和BC段、EF和AB段時(shí)的情況正好相反。輸入端噪聲容限是指uO為規(guī)定值時(shí)，允許uI波動(dòng)的最大范圍。UNL：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。48三、動(dòng)態(tài)特性

1、傳輸延遲時(shí)間下圖所示是CMOS反相器帶電容性負(fù)載時(shí)的電路和輸入、輸出電壓波形。當(dāng)uI改變?nèi)≈禃r(shí)CMOS反相器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換總是伴隨著輸入、輸出電容的充、放電過(guò)程。電容上電壓是不能突變的，所以反相器輸出電壓uO的變化總是滯后于輸入電壓uI的，尤其是在輸出端接有負(fù)載電容CL時(shí)，滯后時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。

tPHL:輸出電壓由高電平變?yōu)榈碗娖降难舆t時(shí)間。

tPLH:輸出電壓由低電平變?yōu)楦唠娖降难舆t時(shí)間。50%50%tPHLtPLHuIuO49

2、輸出端狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間當(dāng)輸入電壓uI改變?nèi)≈禃r(shí)，輸出端狀態(tài)將產(chǎn)生相應(yīng)變化，相伴隨的是CL的充、放電過(guò)程，狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間基本上就是CL的充、放電時(shí)間。

tTHL:當(dāng)uI改變?nèi)≈禃r(shí)，輸出電壓uO從90％下降到10％所經(jīng)歷的時(shí)間。

tTLH:當(dāng)uI改變?nèi)≈禃r(shí)，輸出電壓uO從10％上升到90％所經(jīng)歷的時(shí)間。tTHLtTLHuIuO10%90%50

3、交流噪聲容限一般地說(shuō)，干擾噪聲都是一些無(wú)規(guī)則的脈沖信號(hào)，用交流噪聲容限可以表示反相器對(duì)這些脈沖信號(hào)的抗干擾能力。反相器對(duì)輸人信號(hào)的響應(yīng)總是有一定的延時(shí)，如果干擾脈沖持續(xù)的時(shí)間很短，以至于輸出端狀態(tài)還沒有任何變化，干擾脈沖就消失了顯然這樣的脈沖信號(hào)對(duì)電路不會(huì)起作用。所以，反相器對(duì)窄脈沖的噪聲容限要高于其直流噪聲容限。下圖是干擾脈沖寬度不同時(shí)交流噪聲容限的曲線。圖中tNW表示干擾脈沖寬度，UNA表示干擾脈沖幅度。51

4、動(dòng)態(tài)功耗在狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，CMOS反相器瞬態(tài)電流很大，因此會(huì)產(chǎn)生所謂動(dòng)態(tài)功耗。動(dòng)態(tài)功耗的大小，與電源電壓VDD、uI變化的重復(fù)頻率，負(fù)載電容的容量等因素有關(guān)，它們的數(shù)值越大，動(dòng)態(tài)功耗也越大。CMOS反相器的靜態(tài)功耗很小，在常溫下只有幾個(gè)微瓦，?？珊雎圆挥?jì)。522.3.2CMOS與非門、或非門、與門和或門一、CMOS與非門1、電路組成及符號(hào)

右圖是與非門的電路圖，兩個(gè)P溝道增強(qiáng)型MOS管TP1、TP2并聯(lián)，兩個(gè)N溝道增強(qiáng)型MOS管TN1、TN2串聯(lián)，TP2、TN2的柵極連接起來(lái)成為輸入端A，TP1、TN1的柵極連接起來(lái)成為輸入端B。下圖是與非門的邏輯符號(hào)。B+VDDATP1TN1TN2TP2uAuBuYYYAB&53①A、B當(dāng)中有一個(gè)或全為低電平時(shí)，TN1、TN2中有一個(gè)或全部截止，TP1、TP2中有一個(gè)或全部導(dǎo)通，輸出Y為高電平。②只有當(dāng)輸入A、B全為高電平時(shí)，TN1和TN2才會(huì)都導(dǎo)通，TP1和TP2才會(huì)都截止，輸出Y才會(huì)為低電平。2、工作原理

B+VDDATP1TN1TN2TP2uAuBuYY54二、CMOS或非門1、電路組成及符號(hào)

右圖是或非門的電路圖，串聯(lián)起來(lái)的是兩個(gè)P溝道增強(qiáng)型MOS管，

并聯(lián)起來(lái)的是兩個(gè)N溝道增強(qiáng)型MOS管，TP1、TN1的柵極連接起來(lái)是輸入端A，TP2、TN2的柵極連接起來(lái)是輸入端B。下圖是或非門的邏輯符號(hào)。B+VDDATN2TP2TN1TP1YAB≥155①只要輸入A、B當(dāng)中有一個(gè)或全為高電平，TP1、TP2中有一個(gè)或全部截止，TN1、TN2中有一個(gè)或全部導(dǎo)通，輸出Y為低電平。②只有當(dāng)A、B全為低電平時(shí)，TP1和TP2才會(huì)都導(dǎo)通，TN1和TN2才會(huì)都截止，輸出Y才會(huì)為高電平。2、工作原理

B+VDDATN2TP2TN1TP156三、CMOS與門和或門1、CMOS與門

在基本CMOS與非門電路的輸出端，再加一個(gè)反相器，便構(gòu)成了與門，邏輯圖如下圖所示。2、CMOS或門

在基本CMOS或非門電路的輸出端，再加一個(gè)反相器，便構(gòu)成了或門，邏輯圖如下圖所示。YAB&1YAB&＝Y(jié)AB≥11YAB＝≥157四、帶緩沖的CMOS與非門和或非門1、基本電路的主要缺點(diǎn)與非門BA+VDDVSSY+VDDVSSBATP1TP2TN2TN1Y或非門右圖所示CMOS與非門和或非門的基本電路，從輸出端看，其結(jié)構(gòu)是不對(duì)稱的。在與非門中，兩個(gè)PMOS管是并聯(lián)起來(lái)的，兩個(gè)NMOS管是串聯(lián)起來(lái)的；而在或非門中，情況正好相反并聯(lián)起來(lái)的是兩個(gè)NMOS管，串聯(lián)起來(lái)的是兩個(gè)PMOS管。這種不對(duì)稱帶來(lái)兩個(gè)問題：⑴使電路的輸出特性不對(duì)稱。⑵使電路的電壓傳輸特性發(fā)生偏移，閾值電壓不再是0.5VDD，因此導(dǎo)致了噪聲容限下降。不難理解，隨著輸入端數(shù)目的增加，電路結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的程度會(huì)變大，因而帶來(lái)的問題也會(huì)更突出。一個(gè)比較有效的解決辦法，就是加緩沖電路582、帶緩沖的門電路在基本電路的輸入端和輸出端附加上反相器,便構(gòu)成了帶緩沖的門電路。加了反相器后，其輸入、輸出特性就與反相器沒有區(qū)別了，這就改善了電路的電氣特性，同時(shí)也給使用者帶來(lái)了方便。

BA+VDDVSSY111或非門與非門+VDDVSSBATP1TP2TN2TN1Y111≥11Y11AB&11AB1Y592.3.3CMOS與或非門和異或門一、CMOS與或非門1、電路組成及符號(hào)

由三個(gè)與非門基本電路和一個(gè)反相器構(gòu)成。圖(a)是其電路圖，圖(b)是它的等效邏輯圖，圖(c)是其邏輯符號(hào)。+VDDVSSBA+VDDVSSDC+VDDVSS+VDDVSSY(a)(c)ABCDY&≥1&&&1ABCDY(b)602、工作原理

由圖(b)可以容易地得到

可見圖(a)所示的電路確實(shí)實(shí)現(xiàn)了與或非運(yùn)算，是CMOS與或非門。YAB&1CD&&61二、CMOS異或門1、電路組成及符號(hào)

圖(a)是CMOS異或門的電路圖。TP1、TP2、TN1、TN2組成或非門，其輸出P控制著TP5和TN5的狀態(tài)，當(dāng)P＝0時(shí)，TP5導(dǎo)通、TN5截止；當(dāng)P＝1時(shí)，TP5截止、TN5導(dǎo)通。而當(dāng)TP5導(dǎo)通、TN5截止時(shí)，TP3、TP4、TN3、TN4組成與非門；當(dāng)TP5截止、TN5導(dǎo)通時(shí)，Y通過(guò)TN5接到公共端——地。圖(b)是異或門的邏輯符號(hào)。+VDDVSS+VDDVSSBATP2TP1TN1TN2TP4TP3TN3TN4+VDDVSSYTN5TP5P(a)YAB=1(b)622、工作原理

由圖(a)所示電路知當(dāng)P＝0時(shí)，因?yàn)門P5導(dǎo)通，TN5截止，TP3、TP4、TN3、TN4組成了與非門，所以有當(dāng)P＝1時(shí)，由于TP5截止，

，TN5導(dǎo)通，故Y＝0。0110100000011011YPAB整理上述結(jié)果，可以列出右表所示的邏輯真值表。由右表可得所以圖(a)所示電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)A、B的異或運(yùn)算。+VDDVSS+VDDVSSBATP2TP1TN1TN2TP4TP3TN3TN4+VDDVSSYTN5TP5P(a)63

直接用與非門也可以很容易地組合起來(lái)構(gòu)成異或門，下圖是它的邏輯圖。由圖可得64①C＝0、，即C端為低電平（0V）、端為高電平（＋VDD）時(shí)，TN和TP都不具備開啟條件而截止，輸入和輸出之間相當(dāng)于開關(guān)斷開一樣。②C＝1、，即C端為高電平（＋VDD）、端為低電平（0V）時(shí)，TN和TP都具備了導(dǎo)通條件，輸入和輸出之間相當(dāng)于開關(guān)接通一樣，uo＝ui。CVDDuI/uOTPTNC(a)電路SSGGDDuO/uITGCC(b)符號(hào)uI/uOuO/uI2.3.4CMOS傳輸門、三態(tài)門和漏極開路門一、CMOS傳輸門65二、CMOS三態(tài)門1AENTP2TP1YTN1TN2+VDD(a)電路1ENAENY(b)符號(hào)①EN=1時(shí)，TP2、TN2均截止，Y與地和電源都斷開了，輸出端呈現(xiàn)為高阻態(tài)。②EN=0時(shí)，TP2、TN2均導(dǎo)通，TP1、TN1構(gòu)成反相器?？梢婋娐返妮敵鲇懈咦钁B(tài)、高電平和低電平3種狀態(tài)，是一種三態(tài)門。66三、CMOS漏極開路門（OD門）1、電路組成及符號(hào)

圖(a)是CMOS漏極開路門的電路圖，圖(b)是它的邏輯符號(hào)。(a)電路圖+V’DDYB1DVSSB1&ARD外接YAB&(b)邏輯符號(hào)672、主要特點(diǎn)

①輸出MOS管的漏極是開路的，工作時(shí)必須外接電源V’DD和電阻RD，實(shí)現(xiàn)的邏輯功能是Y＝A·B。②可以實(shí)現(xiàn)線與功能，即可以把幾個(gè)OD門的輸出端連接起來(lái)實(shí)現(xiàn)與運(yùn)算。③可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯電平變換。④帶負(fù)載能力強(qiáng)。輸出為高電平時(shí)帶拉電流負(fù)載能力IOH決定于外接電源V’DD和電阻RD；輸出為低電平時(shí)帶灌電流負(fù)載能力IOL由輸出級(jí)MOS管的容量決定，比較大。68作業(yè)題P136題2.4(a)(d)(f)(k)題2.5(a)(b)題2.6(c)(d)69一、填空題

1、在CMOS反相器是由()管和()管組成的()電路。NMOS互補(bǔ)

2、當(dāng)MOS門電路輸入端通過(guò)電阻（不論電阻阻值為多少）接到VDD時(shí)，其邏輯狀態(tài)相當(dāng)于()；當(dāng)MOS門電路輸入端通過(guò)電阻（不論電阻阻值為多少）接到地時(shí)，其邏輯狀態(tài)相當(dāng)于()。10二、分析題

1、試寫出下圖CMOS門電路各個(gè)輸出信號(hào)的邏輯表達(dá)式。PMOS702.4TTL集成門電路

2.4.1TTL反相器1、電路組成

一、電路組成及其工作原理

TTL是晶體管-晶體管邏輯(Transistor-TransistorLogic)的簡(jiǎn)稱。TTL邏輯門由若干晶體三極管、二極管和電阻組成。①輸入級(jí)由T1、R1、D1組成，D1是保護(hù)二極管，是為防止輸入端電壓過(guò)低而設(shè)置的；②中間級(jí)由T2、R2、R3組成，T2集電極輸出驅(qū)動(dòng)T3，發(fā)射極輸出驅(qū)動(dòng)T4；③輸出級(jí)由T3、T4、D和R4組成。圖(a)是TTL反相器的典型電路圖，它有三部分組成：中間級(jí)(a)AR14kΩT3T2T1YR4+5VT4R21.6kΩR3130Ω1kΩuIuOD+VCC輸入級(jí)輸出級(jí)3.6V0V3.6V0VD1712、工作原理①、當(dāng)電路輸入端A接高電平（3.6V）時(shí)3.6V3.6V4.3V全導(dǎo)通0.7V×21.4V電位鉗在2.1V發(fā)射結(jié)反偏UBE1＝2.1－3.6＝－1.5V＜0

T1管發(fā)射結(jié)處于反向偏置，而集電結(jié)處于正向偏置，所以，T1管處于發(fā)射結(jié)和集電結(jié)倒置使用的工作狀態(tài)。1VUC2＝UCES2＋Ube4＝0.3＋0.7≈1V∵UC2≈1V，該值不足以使T3、D導(dǎo)通，故T3、D截止。輸入為1輸出為0uO＝0.3VVCC(+5V)YR21.6KΩR14KΩT1AR31KΩR4130ΩD1DT2T3T472②、當(dāng)電路輸入端接低電平(0V)時(shí)0V截止發(fā)射結(jié)導(dǎo)通Ub1≈0＋0.7＝0.7V

∵Ub1≈0.7V，作用于T1管的集電結(jié)和T2、T4管的發(fā)射結(jié)，不足以讓T2、T4導(dǎo)通。故T2、T4截止。uO≈VCC－Ube3－UD＝5－0.7－0.7＝3.6V輸入為0輸出為1≈5V4.3V0.7V由于T2截止，VCC通過(guò)R2、T3和D管使之工作在導(dǎo)通狀態(tài)，T3發(fā)射結(jié)和D的導(dǎo)通壓降均為0.7V。ib3≈0VCC(+5V)YR21.6KΩR14KΩT1AR31KΩR4130ΩD1DT2T3T43.6V

綜上所述可知，圖2.4.1(a)所示電路確實(shí)實(shí)現(xiàn)了非運(yùn)算，是非門，即反相器。73

輸入特性是指輸入電流與輸入電壓之間的關(guān)系曲線，即II=f(uI)的函數(shù)關(guān)系。典型的輸入特性如圖所示。

二、靜態(tài)特性

1、輸入特性74①輸入端短路電流IIS

當(dāng)uI=UIL=0V時(shí)的輸入電流稱為輸入端短路電流IIS，是uI=0即輸入端對(duì)地短接時(shí)，由反相器輸入端流出來(lái)的電流。數(shù)值為：

②輸入漏電流IIH。

當(dāng)uI=UIH=3.6V時(shí)的輸入電流稱為輸入漏電流IIH，即T1倒置工作時(shí)的反向漏電流，其電流值很小，倒置時(shí)其電流放大系數(shù)βi=0.01～0.02，若取βi=0.02，則數(shù)值為：75③輸入端負(fù)載特性

反映接在反相器輸入端電阻Ri兩端的電壓uI和Ri阻值之間關(guān)系的曲線稱為輸入端負(fù)載特性曲線，簡(jiǎn)稱輸入端負(fù)載特性如圖所示。開門電阻Ron

當(dāng)Ri=∞，即輸入端懸空時(shí)，iB1經(jīng)T1集電極流入T2基極，使T2飽和導(dǎo)通。進(jìn)而使T4也飽和導(dǎo)通并導(dǎo)致T3、D截止，反相器處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出電壓uO=UOL≤0.3V，而uB1由于bc1、be2、be4結(jié)的鉗位作用，被固定在2.1V，因此uI=uB1-uBE1=(2.1-0.7)V=1.4V。實(shí)際上，要使反相器工作在導(dǎo)通狀態(tài)，uO≤0.3V，Ri只需大于2.5KΩ就可以了，因此把2.5KΩ稱為反相器電路的開門電阻Ron。76關(guān)門電阻Roff

當(dāng)Ri=0，iB1全部流向T1發(fā)射極，T2、T4截止，T3、D導(dǎo)通，輸出電壓uO=UOH=3.6V，反相器處于截止?fàn)顟B(tài)。而uI=iB1·Ri=0V。實(shí)際上，只要Ri＜0.7KΩ，反相器就會(huì)截止，輸出為高電平，因此又把0.7KΩ稱為反相器電路的關(guān)門電阻，用Roff表示。綜上所述可知，當(dāng)Ri＞Ron時(shí)，其邏輯狀態(tài)相當(dāng)于1，反相器導(dǎo)通，輸出端邏輯狀態(tài)為0；當(dāng)Ri＜Roff時(shí)，其邏輯狀態(tài)相當(dāng)于0，反相器截止，輸出端邏輯狀態(tài)為1。如果Roff＜Ri＜Ron，則反相器將處于不正常狀態(tài)，既不是1也不是0，這種情況是不允許的。77

例：在下圖中，若均為TTL門電路，試寫出各個(gè)輸出信號(hào)的邏輯表達(dá)式。Y1AB≥110kΩ(a)Y2≥1&AB100Ω(b)

解：圖(a)中，Ri=10kΩ＞Ron(2.5kΩ)，輸入端相當(dāng)于接“1”，∴圖(b)中，Ri=100Ω＜Roff(0.7kΩ)，輸入端相當(dāng)于接“0”，∴782、輸出特性

反映輸出電壓uO與輸出電流iO之間的關(guān)系曲線，稱為輸出特性曲線，簡(jiǎn)稱輸出特性，如圖所示。

79①uI=UIH、uO=UOL，帶灌電流負(fù)載時(shí)的特性當(dāng)uI=UIH，為高電平時(shí)，T2、T4飽和導(dǎo)通，T3、D截止，輸出電壓uO低電平，帶灌電流負(fù)載，等效電路如圖2.4.5所示。特性如圖2.4.4(b)右邊部分所示。RL是負(fù)載電阻，由于深度飽和，輸出電阻很小，灌電流iO增加時(shí)，輸出電壓上升緩慢。反相器輸出為低電平時(shí)，帶灌電流負(fù)載的能力IOL可達(dá)16mA。

圖2.4.4R14kΩT2T1+5VR21.6kΩR31kΩuO+VCC+5V+VCCUIH++__T4RLiO圖2.4.580圖2.4.4

②uI=UIL、uO=UOH，帶拉電流負(fù)載時(shí)的特性當(dāng)uI=UIL，為低電平時(shí)，T2、T4截止，T3、D導(dǎo)通，輸出電壓uO為高電平，帶拉電流負(fù)載，等效電路如圖2.4.6所示。特性如圖2.4.4(b)左邊部分所示。RL是負(fù)載電阻，T3工作在射極輸出器狀態(tài)，輸出電阻也不大。當(dāng)拉電流

iO＜5mA時(shí)，T3微飽和，因而輸出高電平UOH變化不大。當(dāng)

iO＞5mA時(shí)，T3進(jìn)入深飽和，由于iR4≈iO，UOH=VCC－Uces2－UD－iOR4，故UOH將隨著

iO增加而降低。圖2.4.6T3R4+5VR21.6kΩ130ΩuOD+VCCRLiO_+iO的實(shí)際方向與參考方向相反813、電壓傳輸特性反映輸出電壓uO與輸人電壓uI關(guān)系的曲線稱為電壓傳輸特性曲線，簡(jiǎn)稱電壓傳輸特性，如圖2.4.7所示。

AB段：uI＜0.6V，T1正向飽和導(dǎo)通，uces1≈0.1V，uC1=＜0.7V，T2、T4截止，T3、D4導(dǎo)通，輸出電壓uO=UOH=3.6V，為高電平。稱為截止區(qū)，電路處于穩(wěn)定的關(guān)態(tài)。

BC段：對(duì)應(yīng)uI≈0.6～1.3V，T1仍正向飽和導(dǎo)通，0.7V≤uC1＜1.4V。T2開始導(dǎo)通，進(jìn)入放大區(qū)，但T4仍截止。T2管的集電極電壓uC2、輸出電壓uO隨著uI的增加而線性地減小。這一段稱為線性區(qū)。UI/V3210123AUO/VBCDEUNHUNLUILUoffUthUon圖2.4.7電壓傳輸特性82

CD段：對(duì)應(yīng)uI≥1.3V，T4開始導(dǎo)通。當(dāng)uI增加時(shí)，輸出電壓急劇下降，T3和D4趨向截止，T4趨向飽和，電路狀態(tài)由關(guān)態(tài)轉(zhuǎn)換為開態(tài)。這一段稱為轉(zhuǎn)折區(qū)。轉(zhuǎn)折區(qū)中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入電壓稱為反相器的閾值電壓，用Uth表示。Uth＝1.4V。

DE段：隨著uI增加，T1進(jìn)入倒置工作狀態(tài)，T2、T4均飽和導(dǎo)通，T3、D4均截止，輸出電壓uO=UOL=0.3V,為低電平，電路進(jìn)入穩(wěn)定的開態(tài)。這一段稱為飽和區(qū)。由于閾值電壓Uth所對(duì)應(yīng)的是電壓傳輸特性轉(zhuǎn)折區(qū)的中心點(diǎn)，所以在簡(jiǎn)化定性分析中，常常把Uth當(dāng)作決定反相器輸出端狀態(tài)的關(guān)鍵值。認(rèn)為uI＜Uth時(shí)反相器是關(guān)斷的，輸出端為高電平，即uO=UOH；uI＞Uth時(shí)反相器是開通的，輸出端為低電平，即uO=UOL。UI/V3210123AUO/VBCDEUNHUNLUILUoffUthUon圖2.4.7電壓傳輸特性83

(1)輸出邏輯高電平和輸出邏輯低電平在電壓傳輸特性曲線截止區(qū)的輸出電壓為輸出邏輯高電平UOH，典型值是3.6V，UOHmin＝2.4V。飽和區(qū)的輸出電壓為輸出邏輯低電平UOL，典型值是0.3V，UOHmax＝0.4V。

(2)開門電平(Uon)和關(guān)門電平(Uoff)輸入低電平UIL的典型值是0.3V，允許的輸入低電平的最大值UILmax＝0.8V，稱為關(guān)門電平Uoff=0.8V，它是保證反相器處于截止?fàn)顟B(tài)所允許的uI的最大值。

輸入高電平UIH的典型值是3.6V，允許的輸入高電平的最小值UIHmin＝2.0V，稱為開門電平Uon=2.0V。

從電壓傳輸特性曲線可以反映出TTL反相器的幾個(gè)主要特性參數(shù)。84

(3)抗干擾能力在集成電路中，經(jīng)常以輸入端噪聲容限的數(shù)值來(lái)定量地說(shuō)明門電路的抗干擾能力。當(dāng)輸入為低電平時(shí)，為保證電路處于穩(wěn)定的關(guān)態(tài)，輸入低電平加上瞬態(tài)干擾信號(hào)不應(yīng)超過(guò)關(guān)門電平Uoff。因此允許的干擾容限為UNL=UILmax－UOLmax＝(0.8－0.4)V＝0.4V

，稱為低電平噪聲容限。當(dāng)輸入為高電平時(shí)，為保證電路處于穩(wěn)定的開態(tài)，輸入高電平加上瞬態(tài)干擾信號(hào)不應(yīng)低于開門電平Uon。因此允許的干擾容限為UNH=UOHmin－UIHmin＝(2.4－2.0)V＝0.4V

，稱為高電平噪聲容限。

另外，隨著溫度的升高，輸出高電平和輸出低電平都會(huì)升高，閾值電壓卻降低。電源電壓的變化主要影響輸出高電平，對(duì)輸出低電平影響不大。851、傳輸延遲時(shí)間50%50%tPHL0011tPLH三、動(dòng)態(tài)特性

tPHL：輸出電壓由高電平變?yōu)榈碗娖降膫鬏斞舆t時(shí)間。tPLH：輸出電壓由低電平變?yōu)楦唠娖降膫鬏斞舆t時(shí)間。

tpd：平均傳輸延遲時(shí)間。862、動(dòng)態(tài)尖峰電流

(1)靜態(tài)電源電流當(dāng)uI=UIL=0V時(shí)，uB1=0.7V，T2、T4截止，在輸出無(wú)負(fù)載情況下

當(dāng)uI=UIH=3.6V時(shí)，uB1=2.1V，T2、T4飽和導(dǎo)通，T3、D截止87

(2)動(dòng)態(tài)電源尖峰電流

在uI由UIL跳變到UIH過(guò)程中，會(huì)略有過(guò)沖。但是，當(dāng)uI由UIH跳變到UIL時(shí)，電路在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間會(huì)出現(xiàn)很大的動(dòng)態(tài)電源尖峰電流。因?yàn)樵趗I＝UIH時(shí)，T2、T4飽和，尤其是T4，其飽和程度很深，當(dāng)uI由UIH跳變到UIL時(shí)，T2很快截止，使T3、D導(dǎo)通，而T4還來(lái)不及退出飽和狀態(tài)，于是從VCC經(jīng)R4、T3、D、T4形成了低阻通路，顯然在這種情況下，電源電流iCC要出現(xiàn)很大的尖峰，如圖所示。883、交流噪聲容限

與CMOS電路相似．在TTL電路中由于半導(dǎo)體三極管的開關(guān)時(shí)間和分布電容的充、放電過(guò)程，輸入信號(hào)變化時(shí)，必須有足夠的變化幅度和作用時(shí)間，才能使輸出端狀態(tài)改變。當(dāng)uI為窄脈沖，而且其寬度接近于門電路的傳輸延遲時(shí)間時(shí)則其幅度只有遠(yuǎn)大于直流情況，輸出端才可能改變狀態(tài)。顯然反相器對(duì)這類窄脈沖的噪聲容限比直流噪聲容限要大。TTL反相器的平均傳輸延遲時(shí)間tpd的典型值是10ns，而絕大多數(shù)的TTL門電路的傳輸延遲時(shí)間都在50ns以內(nèi)，因此，當(dāng)輸入脈沖的寬度達(dá)到微秒數(shù)量級(jí)時(shí)，應(yīng)將其當(dāng)做直流信號(hào)處理。892.4.2TTL與非門、或非門、與門、或門、與或非門和異或門1、電路組成及符號(hào)

一、TTL與非門

圖2.4.12(a)所示電路除了輸入級(jí)T1采用了多發(fā)射極三極管外，其余部分和圖2.4.1(a)所示反相器電路沒有什么區(qū)別。D1、D2為輸入端保護(hù)二極管，是為抑制輸入電壓負(fù)向過(guò)沖而設(shè)置的中間級(jí)(a)R14kΩT3T2T1YR4+5VT4R21.6kΩR3130Ω1kΩuOD+VCC輸入級(jí)輸出級(jí)D1D2ABYAB&(b)90⑵、工作原理①、當(dāng)電路輸入端A、B、C全部接高電平（3.6V）時(shí)VCC(+5V)YR21.6KΩR14KΩT1ABCR31KΩR4130ΩD1D2D3DT2T3T43.6V3.6V4.3V全導(dǎo)通0.7V×21.4V電位鉗在2.1V發(fā)射結(jié)全反偏UBE1＝2.1－3.6＝－1.5V＜0

T1管發(fā)射結(jié)處于反向偏置，而集電結(jié)處于正向偏置，所以，T1管處于發(fā)射結(jié)和集電結(jié)倒置使用的工作狀態(tài)。1VUC2＝UCES2＋Ube4＝0.3＋0.7≈1V∵UC2≈1V，該值不足以使T3、D導(dǎo)通，故T3、D截止。輸入全1輸出為0UY＝0.3V91②、當(dāng)電路輸入端A～C中至少有一個(gè)接低電平(0.3V)時(shí)0.3V3.6V3.6V截止接低電平的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通Ub1≈0.3＋0.7＝1V

∵Ub1≈1V，作用于T1管的集電結(jié)和T2、T4管的發(fā)射結(jié)，不足以讓T2、T4導(dǎo)通。故T2、T4截止。UY≈VCC－Ube3－UD＝5－0.7－0.7＝3.6V輸入有0輸出為13.6V≈5V4.3V1V由于T2截止，VCC通過(guò)R2、T3和D管使之工作在導(dǎo)通狀態(tài)，T3發(fā)射結(jié)和D4的導(dǎo)通壓降均為0.7V。ib3≈0VCC(+5V)YR21.6KΩR14KΩT1ABCR31KΩR4130ΩD1D2D3DT2T3T4921、電路組成二、TTL或非門

右圖所示電路是TTL或非門的電路圖。R1、T1、R’1、T’1構(gòu)成輸入級(jí)；并聯(lián)著的T2、T’2和R2、R3構(gòu)成中間級(jí)；R4、T3、D、T4構(gòu)成輸出級(jí)。2、工作原理輸入A、B中只要有一個(gè)為1，即高電平，例如A=1，那么iB1就會(huì)經(jīng)過(guò)T1集電結(jié)流入T2基極，使T2、T4飽和導(dǎo)通，輸出為低電平，即Y=0。只有當(dāng)A=B=0時(shí)，iB1、i’B1均分別流入T1、T’1發(fā)射極，T2、T’2均截止，T4也截止，T3、D導(dǎo)通，輸出才會(huì)為高電平，即Y=1。歸納上述結(jié)果可列出教材P123頁(yè)的真值表，由表可得Y＝A+BDABR1T3T2T1YR4+VCCT4R2R3T’2T’1R’1輸入級(jí)D1D’1i’B1iB1+5V輸出級(jí)中間級(jí)93三、TTL與門、或門及與或非門

在TTL與非門的中間級(jí)再加一個(gè)反相電路，便可得到與門；在TTL或非門的中間級(jí)，再加一個(gè)反相電路，所得到的就是或門；至于TTL與或非門，則只要將圖2.4.13所示電路中的T1、T’1換成多發(fā)射極三極管即可。圖2.4.14給出了TTL異或門的等效邏輯圖及符號(hào)。由邏輯圖可以很容易地得到四、TTL異或門雖然上述幾種門電路的邏輯功能各不相同，但是它們的輸入級(jí)和輸出級(jí)的電路結(jié)構(gòu)和TTL反相器的輸入級(jí)和輸出級(jí)是相同的。&≥1≥1YAB(a)ABY(b)＝1圖2.4.14942.4.3TTL集電極開路門和三態(tài)門一、集電極開路門（OC門）

下圖給出的是集電極開路與非門。電路輸出級(jí)三極管T4的集電極是開路的，故名集電極開路門(OpenColle