第2章-集成邏輯門電路-課件

第2章集成邏輯門電路2.1分立元件門電路2.2TTL集成邏輯門電路2.3CMOS集成邏輯門電路2.4集成邏輯門電路的應(yīng)用1ppt課件2.1分立元件門電路下一頁(yè)返回用以實(shí)現(xiàn)各種基本邏輯關(guān)系的電子電路稱為門電路；門電路的主要類型：門電路的主要類型有與門、或門、非門、與非門、或非門、與或非門、異或門等。1、門電路的概念2、邏輯變量與兩狀態(tài)開(kāi)關(guān)

在二值邏輯中，邏輯變量的取值不是0就是1，是一種二值量。在數(shù)字電路中，與之對(duì)應(yīng)的是電子開(kāi)關(guān)的兩種狀態(tài)。半導(dǎo)體二極管、三極管和MOS管是構(gòu)成這種電子開(kāi)關(guān)的基本開(kāi)關(guān)元件。2ppt課件3、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。3ppt課件2.1.1二極管門電路1.半導(dǎo)體的開(kāi)關(guān)特性1）靜態(tài)特性

斷開(kāi)時(shí)，其等效電阻ROFF＝∞，通過(guò)其中的電流IOFF＝0。

閉合時(shí)，其等效電阻RON＝0，其兩端電壓UAK＝0。2）動(dòng)態(tài)特性

開(kāi)通時(shí)間ton＝0，即開(kāi)關(guān)由斷開(kāi)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到閉合狀態(tài)不需要時(shí)間，可以瞬間完成。

關(guān)斷時(shí)間toff＝0，即開(kāi)關(guān)由閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)換到斷開(kāi)狀態(tài)不需要時(shí)間，可以瞬間完成。AKS理想開(kāi)關(guān)4ppt課件半導(dǎo)體二極管最顯著的特點(diǎn)是具有單向?qū)щ娦阅堋?、半導(dǎo)體二極管的開(kāi)關(guān)特性R導(dǎo)通截止相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合S3V0VSRRD3V0V5ppt課件（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。6ppt課件

2、半導(dǎo)體二極管的開(kāi)關(guān)作用

⑴開(kāi)關(guān)應(yīng)用舉例下圖是最簡(jiǎn)單硅半導(dǎo)體二極管開(kāi)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(kāi)了的開(kāi)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(kāi)關(guān)，直流等效電路如圖(c)。

7ppt課件

⑵、靜態(tài)開(kāi)關(guān)特性硅半導(dǎo)體二極管具有下列靜態(tài)開(kāi)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(kāi)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(kāi)了的開(kāi)關(guān)。8ppt課件（二）動(dòng)態(tài)特性

1、二極管的電容效應(yīng)二極管存在結(jié)電容Cj和擴(kuò)散電容CD，Cj和CD的存在極大地影響了二極管的動(dòng)態(tài)特性，無(wú)論是開(kāi)通還是關(guān)斷，伴隨著Cj、CD的充、放電過(guò)程，都要經(jīng)過(guò)一段延遲時(shí)間才能完成。

2、二極管的開(kāi)關(guān)時(shí)間下圖所示是一個(gè)簡(jiǎn)單的二極管開(kāi)關(guān)電路及相應(yīng)的uI和iD的波形。9ppt課件

⑴開(kāi)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(kāi)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

10ppt課件3、二極管與門1）電路組成及邏輯符號(hào)11ppt課件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。2）工作原理電壓關(guān)系表

整理上述估算結(jié)果，可得右表所示電壓關(guān)系表。12ppt課件返回真值表

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)了與的邏輯功能Y=A·B，所以是一個(gè)二極管與門。13ppt課件4、

二極管或門上一頁(yè)下一頁(yè)返回1）電路組成及邏輯符號(hào)14ppt課件2）工作原理⑴電壓關(guān)系表①uA=uB=0時(shí)，D1、D2均截止uY=0V。

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。電壓關(guān)系表15ppt課件返回真值表

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。16ppt課件2.1.2

晶體管門電路1、半導(dǎo)體晶體管的開(kāi)關(guān)特性飽和截止3V0VuO0相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合uOUCC+UCCuiRBRCuOTuO+UCCRCECuO+UCCRCEC3V0V17ppt課件

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。18ppt課件

半導(dǎo)體三極管的輸入、輸出特性如下圖所示。

輸入特性指的是基極電流iB和基極-發(fā)射極間電壓uBE之間的關(guān)系曲線。輸出特性指的是基極電流iC和集電極-發(fā)射極間電壓uCE之間的關(guān)系曲線。在數(shù)字電路中，半導(dǎo)體三極管不是工作在截止區(qū)，就是工作在飽和區(qū)，而放大區(qū)僅僅是一種瞬間即逝的工作狀態(tài)。19ppt課件2、半導(dǎo)體三極管的靜態(tài)開(kāi)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(kāi)關(guān)。20ppt課件⑵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(kāi)的開(kāi)關(guān)。21ppt課件

二、動(dòng)態(tài)特性半導(dǎo)體三極管和二極管一樣，在開(kāi)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(kāi)關(guān)電路中uI為矩形脈沖時(shí)，相應(yīng)iC和uO的波形。22ppt課件

⑴開(kāi)通時(shí)間當(dāng)輸入電壓uI由UIL＝－2V跳變到UIH＝3V時(shí)，三極管需要經(jīng)過(guò)延遲時(shí)間td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(kāi)通時(shí)間為

ton=td＋tr

⑵關(guān)斷時(shí)間當(dāng)輸入電壓uI由UIH＝3V

跳變到UIL＝－2V時(shí)，三極管需要經(jīng)過(guò)存儲(chǔ)時(shí)間ts、下降時(shí)間tf之后，才能由飽和導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顟B(tài)。半導(dǎo)體三極管的關(guān)斷時(shí)間為

toff=ts＋tf

半導(dǎo)體三極管開(kāi)關(guān)時(shí)間的存在，影響了開(kāi)關(guān)電路的工作速度。由于toff＞ton，所以減少飽和時(shí)基區(qū)存儲(chǔ)電荷的數(shù)量，盡可能地加速其消散過(guò)程，即縮短存儲(chǔ)時(shí)間tS，是提高半導(dǎo)體三極管開(kāi)關(guān)速度的關(guān)鍵。23ppt課件2、

三極管非門上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.電路組成及邏輯符號(hào)24ppt課件設(shè)輸入信號(hào)為+5V或0V:(1)A=0V時(shí)，三極管截止，Y=5V。

(2)A=5V時(shí)，三極管工作于飽和狀態(tài)，Y=0.3≈0V。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.工作原理25ppt課件若用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，下圖所示電路實(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。26ppt課件1）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(kāi)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。2.1.3高、低電平與正、負(fù)邏輯27ppt課件2.2TTL集成邏輯門電路下一頁(yè)返回晶體管一晶體管邏輯(Transistor-TransistorLogic)門電路，簡(jiǎn)稱TTL電路2.2.1TTL反相器1、電路組成

一、電路組成及其工作原理

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)3.6V0V3.6V0VD128ppt課件2、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＝0.3V29ppt課件②、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≈03.6V

綜上所述可知，上圖所示電路確實(shí)實(shí)現(xiàn)了非運(yùn)算，是非門，即反相器。30ppt課件

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31ppt課件①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：32ppt課件③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(kāi)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(kāi)門電阻Ron。33ppt課件

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。34ppt課件2、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。

35ppt課件①

uI=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2.4.536ppt課件圖2.4.4

②

uI=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37ppt課件3、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(kāi)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38ppt課件

CD段：對(duì)應(yīng)uI≥1.3V，T4開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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39ppt課件

(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(kāi)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(kāi)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)。40ppt課件

(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(kāi)態(tài)，輸入高電平加上瞬態(tài)干擾信號(hào)不應(yīng)低于開(kāi)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。41ppt課件1、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。42ppt課件2、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43ppt課件

(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。44ppt課件3、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(kāi)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。45ppt課件2.2.2TTL與非門電路1.TTL與非門的基本結(jié)構(gòu)46ppt課件AB&

左圖電路除了輸入級(jí)T1采用了多發(fā)射極三極管外，其余部分和圖2-10所示反相器電路沒(méi)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47ppt課件2、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)3.6V3.6V4.3V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＝0.3V48ppt課件②、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≈049ppt課件+VCC+5V4kAD2T1T2T3T4D1.6k1k130Y輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)D1BR1R2R3R4TTL與非門1110ABY000110112.工作原理50ppt課件1、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)51ppt課件TTL與非門的電壓傳輸特性及主要參數(shù)上一頁(yè)下一頁(yè)返回電壓傳輸特性曲線：輸出電壓與輸入電壓之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，即uo=f(uI)52ppt課件3.電壓傳輸特性：AB0uO/VuI/V12341234AB段：uI<0.5V

，uB1<1.3V

，T2、T4截止，T3、D導(dǎo)通。截止區(qū)3.6VBC段：T2開(kāi)始導(dǎo)通(放大區(qū))，T4仍截止。C線性區(qū)D轉(zhuǎn)折區(qū)E飽和區(qū)0.3VCD段：反相器的閾值電壓(或門檻電壓)DE段：uI>1.4V

，T2、T4飽和導(dǎo)通，T3、D截止。uO=UOL≤0.3V閾值電壓53ppt課件TTL集成邏輯門電路的幾個(gè)重要參數(shù)①輸出高電平UoHUoH的理論值為3.6V，最小值UoH(min)=2.4V②輸出低電平UoL。UoL的理論值為0.3V，最大值UoL(max)=0.4V③關(guān)門電平UOFF—保證輸出為額定高電平時(shí)所允許輸入低電平的最大值。

UOFF≈0.8V。④開(kāi)門電平電壓UON

—保證輸出為額定低電平時(shí)所允許的輸人高電平的最小值。UON≈1.5

V。上一頁(yè)下一頁(yè)返回54ppt課件⑤閾值電壓（門檻電壓）Uth。電壓傳輸特性曲線上轉(zhuǎn)折區(qū)中點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值。（輸出電壓發(fā)生跳變所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值）。Uth≈1.4V⑥噪聲容限。輸入信號(hào)上允許疊加的噪聲電壓值，稱為噪聲容限。它是反映門電路抗干擾能力強(qiáng)弱的參數(shù)。輸入低電平噪聲容限UNL輸入高電平噪聲容限UNH。⑦扇出系數(shù)價(jià)N0。與非門正常工作時(shí)能驅(qū)動(dòng)的同類門的個(gè)數(shù)。對(duì)于典型電路,N0≧8。上一頁(yè)下一頁(yè)返回55ppt課件2.2.3

其他功能的TTL門電路1.集電極開(kāi)路與非門(OC門)上一頁(yè)下一頁(yè)返回

下圖給出的是集電極開(kāi)路與非門。電路輸出級(jí)三極管T4的集電極是開(kāi)路的，故名集電極開(kāi)路門(OpenCollectorGate),簡(jiǎn)稱OC門。OC門必須外接負(fù)載電阻RC和電源V’CC才能正常工作。56ppt課件OC門的應(yīng)用返回①實(shí)現(xiàn)線與57ppt課件②電平轉(zhuǎn)換返回③驅(qū)動(dòng)電路58ppt課件2.三態(tài)輸出門(簡(jiǎn)稱TS門)上一頁(yè)下一頁(yè)返回輸出三態(tài)：高電平、低電平、高阻狀態(tài)EN為控制端(又稱使能端)EN=0正常工作EN=1正常工作59ppt課件②工作原理在圖(a)電路中，當(dāng)EN=0，即P=1，D3截止，電路處于工作狀態(tài)，即Y=A·B·P=A·B。當(dāng)EN=1時(shí)，即P=0，T2、T4截止，而導(dǎo)通的二極管D3把uQ鉗位在小于或等于1V的電平上，使T3、D不能導(dǎo)通，因此輸出端Y對(duì)電源VCC、對(duì)地都是斷開(kāi)的，呈現(xiàn)為高阻抗?fàn)顟B(tài)，并記為：Y=Z。可見(jiàn)圖(a)電路的輸出端有三種狀態(tài)：高電平、低電平、高阻抗。圖(b)電路是高電平使能的電路，即當(dāng)使能控制端為高電平時(shí)電路處于工作狀態(tài)，Y=A·B，為低電平時(shí)電路被禁止，Y=Z。60ppt課件三態(tài)門的應(yīng)用返回單向總線61ppt課件EN1EN1EN1…G1G2GnA1A2An數(shù)據(jù)總線011…101…110…注意：任何時(shí)刻，只允許一個(gè)三態(tài)門使能，其余為高阻態(tài)。三態(tài)門的應(yīng)用62ppt課件用做多路開(kāi)關(guān)YA11EN1ENA21G1G2使能端10禁止使能01使能禁止在右圖中兩個(gè)三態(tài)輸出反相器是并聯(lián)起來(lái)的，EN是整個(gè)電路的使能端。當(dāng)EN=O時(shí)．G1使能、G2禁止,Y=A1；當(dāng)EN=1時(shí)G1禁止、G2使能，Y＝A2。G1、G2構(gòu)成兩個(gè)開(kāi)關(guān)，可以根據(jù)需要將A1或A2反相后送到輸出端。63ppt課件用于信號(hào)雙向傳輸A11EN1ENA21G1G201禁止使能10使能禁止

在圖中兩個(gè)三態(tài)輸出反相器反并聯(lián)起來(lái)構(gòu)成雙向開(kāi)關(guān)，當(dāng)EN=O時(shí)信號(hào)向右傳送，A2＝A1；當(dāng)EN=1時(shí)，信號(hào)向左傳送，A1＝A2。64ppt課件2.2.3TTL集成邏輯門電路系列上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.CT54系列和CT74系列65ppt課件2.TTL集成邏輯門電路的子系列及比較①CT74標(biāo)準(zhǔn)系列②CT74H高速系列。③CT74L低功耗系列④CT74S肖特基系列⑤CT74LS低功耗肖特基系列⑥CT74AS先進(jìn)肖特基⑦CT74ALS先進(jìn)低功耗肖特基系列。上一頁(yè)下一頁(yè)返回66ppt課件2.2.4TTL集成邏輯門電路的使用規(guī)則1.電源應(yīng)盡量消除干擾。（1）電源電壓范圍為5V±10%，有的要求5V±5%。（2）電源入口處應(yīng)接20~50μF的濾波電容以濾除紋波電壓。（3）在芯片的電源引腳處接0.01~0.1μF的濾波電容過(guò)濾高頻干擾。（4）邏輯電路和其他強(qiáng)電回路應(yīng)分別接地。2.輸出端的連接TTL門電路的輸出端不允許直接并聯(lián)使用。輸出端不允許直接接電源VCC或直接接地。3.閑置(多余)輸入端的處理TTL集成門電路使用時(shí)，對(duì)于閑置(不用的)輸入端一般不懸空。(1)與門、與非門的閑置輸入端，可直接接電源或通過(guò)1～10kΩ的電阻接電源VCC。(2)如果前級(jí)驅(qū)動(dòng)能力允許,可將閑置輸入端與有用端并聯(lián)使用。

(3)或門、或非門不使用的閑置輸入端應(yīng)接地，或通過(guò)較小電阻(1kΩ以下)接地。

(4)對(duì)與或非門中整個(gè)不用的與門，至少應(yīng)有一個(gè)輸入端接地。上一頁(yè)下一頁(yè)返回67ppt課件2.3CMOS集成邏輯門電路

MOS集成邏輯門是采用單極型場(chǎng)效應(yīng)三極管(MOS管)作為開(kāi)關(guān)元件的數(shù)字集成電路。MOS門電路有PMOS,NMOS和CMOS這3種類型。優(yōu)點(diǎn)：是靜態(tài)功耗低抗干擾能力強(qiáng)工作穩(wěn)定性好下一頁(yè)返回68ppt課件2.3.1CMOS反相器1.MOS管的開(kāi)關(guān)特性(1)NMOS管的開(kāi)關(guān)特性。開(kāi)啟電壓用UGS（th)表示，為正值。當(dāng)柵極和源極之間的電壓UGS>UGS（th)

時(shí)，NMOS管導(dǎo)通，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)接通;當(dāng)uGSN<UGSN時(shí)，NMOS管截止，相當(dāng)寸開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回69ppt課件開(kāi)啟電壓為負(fù)值。當(dāng)柵源電壓IuGSI>IUGS(th)I時(shí)，PMOS管導(dǎo)通，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)接通;當(dāng)IuGSPI<IUGS(th)I時(shí)，PMOS管截止，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回(2)PMOS管的開(kāi)關(guān)特性70ppt課件(1)電路組成(2)工作原理輸入為低電平：uI=UIL=0，TN管截止、TP管導(dǎo)通；輸出電壓uO=UOH≈VDD。輸入為高電平：UI=UIH=VDD,TN管導(dǎo)通，TP管截止，輸出電壓uO=UOL≈0V。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.CMOS反相器71ppt課件2.3.2其他功能的CMOS門電路1.CMOS傳偷門(TG門)(1)電路結(jié)構(gòu)上一頁(yè)下一頁(yè)返回控制電壓C接高電平VDD,

接低電平0V時(shí)，TN導(dǎo)通，TP導(dǎo)通，輸出uO=uI，傳輸門開(kāi)通(2)工作原理72ppt課件CMOS模擬開(kāi)關(guān)返回73ppt課件2.CMOS漏極開(kāi)路與非門(OD門)上一頁(yè)下一頁(yè)返回74ppt課件2.3.3CMOS數(shù)字集成電路系列及特點(diǎn)1.CMOS數(shù)字集成電路系列

(1)CMOS4000系列。工作電源電壓范圍為3~18V,具有功耗低、噪聲容限大、扇出系數(shù)大等優(yōu)點(diǎn)。缺