數(shù)字電子技術(shù)（第2版）課件 ch03邏輯門電路

第3章邏輯門電路電子電氣基礎(chǔ)課程規(guī)劃教材數(shù)字電子技術(shù)(第2版）01概述PARTONE實現(xiàn)基本邏輯運算和常用邏輯運算的單元電路通稱為邏輯門電路，如實現(xiàn)“與”運算的電子電路稱為與邏輯門，簡稱與門。常用的邏輯門電路有與門、或門、非門、與非門、或非門、與或非門、異或門等。邏輯門電路是設(shè)計數(shù)字電路系統(tǒng)的最小單元。根據(jù)制造工藝的不同，邏輯門電路有兩大類，一類是以晶體管為主要元件的雙極型邏輯門電路，常見的雙極型門電路有：①TTL門電路——晶體管-晶體管邏輯門電路；②ECL門電路一射極耦合邏輯門電路；③HTL門電路——高閾值邏輯門電路；④I2L門電路——集成注入邏輯門電路。另一類是以MOS場效應管為主要元件的MOS型邏輯門電路，常見的MOS型門電路有：①PMOS門電路；②NMOS門電路；③CMOS門電路。另外，根據(jù)門電路輸出端結(jié)構(gòu)的不同，又可分為基本輸出門電路，開路輸出門電路（0C門、0D門），三態(tài)門電路（TS門）。基本輸岀門電路可以完成基本的邏輯功能；開路輸出門電路不僅可實現(xiàn)基本的邏輯功能，還能實現(xiàn)邏輯電平之間的轉(zhuǎn)換，提高負載驅(qū)動能力；三態(tài)門電路可實現(xiàn)基本邏輯功能，并在輸出的高、低兩種電平的基礎(chǔ)上增加了另一個狀態(tài)——高阻狀態(tài)，可用于數(shù)字系統(tǒng)中的總線連接。常用的邏輯門電路一般制作在集成電路芯片上，集成電路按集成密度的不同，可分為小規(guī)模集成電路（SSLSmallScaleIntegration）,中規(guī)模集成電路（MSI,MiddleScaleIntegration）,大規(guī)模集成電路（LSI,LargeScaleIntegration）和超大規(guī)模集成電路（VLSLVeryLargeScaleIntegration）。中小規(guī)模數(shù)字集成電路（SSI和MSI）器件，是工程應用中實現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)的基本器件。隨著大規(guī)模（LSI）和超大規(guī)模集成電路（VLSI）的發(fā)展，可編程邏輯器件（ASIC、PLD）的應用越來越廣泛?？删幊踢壿嬈骷侵笍S家提供的器件只有構(gòu)成數(shù)字邏輯電路的基本單元電路，器件的具體功能可以由用戶通過專門的硬件描述語言編程寫入來確定。本章主要討論實現(xiàn)基本邏輯運算和常見邏輯運算的門電路，著重介紹它們的邏輯功能和外特性，對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)只作一般性介紹。02門電路邏輯符號及其外部特性PARTTWO簡單邏輯門電路1.與門實現(xiàn)與運算邏輯功能的邏輯器件稱為與門，每個與門有兩個或兩個以上的輸入端和一個輸出端，兩輸入端與門的邏輯符號如圖3.2.1（a）所示。在圖3.2.1(a)中，A.3為輸入端，Y為輸出端，其輸出和輸入的電壓關(guān)系如表3.2.1所示。假定高電平弓用邏輯值1表示，低電平丘用邏輯值0表示，則與門的真值表如表3.2.2所示。與門輸出Y和輸入A、B之間的邏輯關(guān)系表達式為Y=A-B(3.2.1)簡單邏輯門電路簡單邏輯門電路2.或門實現(xiàn)或邏輯運算功能的邏輯器件稱為或門。每個或門有兩個或兩個以上的輸入端和一個輸出端，兩輸入端或門的邏輯符號如圖3.2.1(b)所示。圖中A、B為輸入端，Y為輸出端，其輸出和輸入之間的電壓關(guān)系如表3.2.3所示。同樣假定高電平辦用邏輯值1表示，低電平丘用邏輯值0表示，則或門的真值表如表3.2.4所示?；蜷T輸岀和輸入之間的邏輯關(guān)系表達式為Y=A+B(3.2.2)簡單邏輯門電路3.非門實現(xiàn)非邏輯運算功能的邏輯器件稱為非門，非門也稱作反相器，每個非門有一個輸入端和一個輸出端，其邏輯符號如圖3.2.1(c)所示。圖中H為輸入端，Y為輸出端，其輸出和輸入之間的電壓關(guān)系如表3.2.5所示。同樣假定高電平丘用邏輯值1表示，低電平*用邏輯值0表示，則非門的真值表如表3.2.6所示。非門輸出和輸入之間的邏輯關(guān)系表達式為Y=A(3.2.3)簡單邏輯門電路在表321、表323和表3.2.5中，高電平VH用1表示，低電平VL用0表示，則分別得到真值表3.2.2、表3.2.4和表3.2.6。輸出和輸入之間的電壓關(guān)系轉(zhuǎn)化成輸出和輸入之間的二值邏輯關(guān)系。那么，在實際的邏輯器件中，“高電平”的電壓值是多高，“低電平”的電壓值又是多低呢？對于不同類型的邏輯門電路，“高電平"和“低電平”的電壓值各不相同。常見的雙極型門電路中：①TTL門電路，“高電平”的典型值為VH=3.6V,“低電平”的典型值為VL=0.4V；②ECL門電路，“高電平”的典型值為VH=0.9V,“低電平”的典型值為VH=-1.75V；③I2L門電路，“高電平”的典型值為VH=0.7V,“低電平”的典型值為VL=0.1V。簡單邏輯門電路MOS型邏輯門電路的高電平和低電平的電壓值一般和電源電壓有關(guān)，在電源電壓為5V時，CMOS門電路高電平的VH=5V，低電平的VL=0V?？梢钥闯?，只有相同類型的門電路，其電平才相匹配，不同類型的門電路，其電平是不相匹配的，如ECL門電路的高電平電壓值比TTL門電路和I2L門電路的低電平電壓值還要低，因此，當某一類型的門電路的輸岀信號要作為另一類型門電路的輸入信號時，必須在它們之間增加一種電平轉(zhuǎn)換電路，否則將出現(xiàn)錯誤的輸出。復合邏輯門電路從理論上講，由與、或、非這3種門電路可以實現(xiàn)各種邏輯功能，但在實際應用中人們發(fā)現(xiàn)，不論是何種制造工藝的與、或、非門在性能上都存在諸多不足，如帶負載能力弱，抗干擾能力差等。而實現(xiàn)復合邏輯的復合邏輯門電路，在帶負載能力、穩(wěn)定性和可靠性等方面都有顯著提高，所以在實際使用中我們一般會選擇復合邏輯門電路，最常用的復合邏輯門有與非門、或非門、與或非門和異或門等，其邏輯符號如圖3.2.2所示：復合邏輯門電路1.與非門實現(xiàn)與非運算的邏輯電路稱為與非門。與非門有兩個或兩個以上的輸入端和一個輸出端，兩輸入端與非門的邏輯符號如圖3.2.2(a)所示。圖中2、3為輸入端，F(xiàn)為輸出端。假定高電平為匕=+5V，低電平為弓=0V,輸出Y和輸入Z、B的電壓關(guān)系如表3.2.7所示，高電平5V用邏輯值1表示，低電平0V用邏輯值0表示，則電壓關(guān)系轉(zhuǎn)換為二值邏輯關(guān)系的真值表如表3.2.8所示。輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系表達式為使用與非門可實現(xiàn)任何邏輯功能的邏輯電路，因此，與非門是通用邏輯門的一種。復合邏輯門電路2.或非門實現(xiàn)或非運算的邏輯電路稱為或非門。或非門也是一種通用邏輯門。一個或非門有兩個或兩個以上的輸入端和一個輸出端。兩輸入端或非門的邏輯符號如圖3.2.2(b)所示，圖中，A、B為輸入端，Y為輸出端。假定高電平為VH=+5V，低電平為VL=OV,輸出Y和輸入A、B的電壓關(guān)系如表3.2.9所示。其二值邏輯關(guān)系的真值表如表3.2.10所示?；蚍沁\算的邏輯表達式為復合邏輯門電路3.與或非門實現(xiàn)與或非運算的邏輯電路稱為與或非門。它也是一種通用邏輯門。圖3.2.2(c)所示為與或非門的邏輯符號，高電平用邏輯值1表示，低電平用邏輯值0表示，與或非門電路輸岀Y和輸入A、B、C、D的邏輯關(guān)系的真值表如表3.2.11所示，其邏輯表達式為復合邏輯門電路4.異或門實現(xiàn)異或邏輯運算的邏輯電路稱為異或門。異或門有且僅有兩個輸入端，一個輸岀端。圖3.2.2(d)所示為異或門的邏輯符號，圖中，輸出丫和輸入』、3的邏輯關(guān)系的真值表如表3.2.12所示，相應的邏輯表達式為異或運算之后再進行非運算，則稱為同或運算，相應的真值表如表3.2.13所示，同或運算的邏輯表達式為正負邏輯問題上述討論中，電子電路中的高電平和低電平分別表示為二值邏輯的1和0兩種邏輯狀態(tài)，高電平VH和低電平VL是兩個不同的可以截然區(qū)別開來的電壓范圍。例如，在圖3.2.3中，2.4?5V范圍內(nèi)的電壓，都稱作高電平，對應于VH；而在0?0.8V范圍內(nèi)的電壓，都稱作低電平，對應于VL。正負邏輯的概念反映高電平VH和低電平VL所代表的意義，規(guī)定如下。正邏輯關(guān)系：高電平弓用邏輯值VH表示，低電平VL用邏輯值0表示。負邏輯關(guān)系：高電平VH用邏輯值0表示，低電平VL用邏輯值1表示。正負邏輯問題正邏輯和負邏輯之間有一定的轉(zhuǎn)換關(guān)系，如表3.2.1所示與門的輸出和輸入電壓關(guān)系用負邏輯表示，則相應的真值表如表3.2.14所示。其與表3.2.4所示兩輸入端或門真值表完全一致。同樣表3.2.3所示或門的輸出和輸入電壓關(guān)系，用負邏輯表示，相應的真值表如表3.2.15所示，其與表3.2.2所示兩輸入端與門真值表完全一致?？梢钥闯?，正邏輯中的與門是負邏輯中的或門，正邏輯中的或門是負邏輯中的與門。本書若無特別說明，一律釆用正邏輯關(guān)系。實際上，正、負邏輯之間的變換可以利用反演律(或稱摩根定律)來證明。例如，有一個兩輸入端正與門，輸入為A、B,輸出為Y,則有正負邏輯問題對式(3.2.9)兩邊同時取非，由反演律，可得在式(3.2.10)中，令顯然，Y、A、B的值取1時，而Y′、A′、B′的值為0,即正邏輯變?yōu)樨撨壿?，由?3.2.9)表示的正邏輯關(guān)系與門變成由式(3.2.12)表示的負邏輯關(guān)系或門。正負邏輯問題圖3.2.4給出了幾種常用的正負邏輯符號的等效變換。正負邏輯問題由圖3.2.4可知，從正邏輯符號變換成負邏輯符號時，在門電路符號輸入端和輸出端同時加小圓圈，表示反相。如果該處原來有小圓圈，按非非相消的原則，可把小圓圈刪掉。同時，將與門符號變?yōu)榛蜷T符號，或門符號變?yōu)榕c門符號，就危岀貝邏對符號。應當指出，在負邏輯符號中，A、B、Y取正邏輯值，A、B、Y才是負邏輯值，在正輯中小圓圈表示反相，也可表示負邏輯。利用負邏輯的表示方法，通過符號置換，給邏輯電路的分析與綜合帶來方便。下面舉例說明。例3.2.1在圖3.2.5(a)所示三級與非門組成的邏輯電路中，試求出其邏輯表達式。正負邏輯問題解：若直接由邏輯圖寫出邏輯表達式，則然后，需要多次應用反演律才可將表達式轉(zhuǎn)換成與或表達式，且演算過程復雜。如果將輸出級和奇數(shù)級上的與非門進行置換，正與非門置換為負或非門，如圖3.2.5(b)所示。在圖3.2.5(b)中,第I級輸入端的小圓圈可與第II級輸出端的小圓圈相互抵消，即非非相消，第II級就變成了與門。第III級輸入端的小圓圈可號入變量，如原輸入量為A，小圓圈刪掉后，輸入量變?yōu)锳=A,原輸入量8、C小圓圈刪掉后，輸入量變?yōu)锽、C,如圖3.2.6所示。這樣置換后，很容易寫出輸出表達式03典型邏輯門電路及其主要技術(shù)參數(shù)PARTTHREE在電路中，邏輯門中的高、低電平可通過電子開關(guān)的控制來獲得，其基本原理如圖3.3.1所示，當開關(guān)S斷開時，輸出電壓“u0=5V,為高電平;而當開關(guān)S閉合時，輸出電壓“u0=0V,為低電平。圖中開關(guān)S是由輸入信號u1控制的電子開關(guān)。半導體二極管、三極管或場效應管(M0S管)都可以組成電子開關(guān)S,如圖3.3.2所示。圖3.3.2(a)中，輸入的控制信號u1=0V(低電平)時，二極管D正向?qū)?，等效于圖3.3.1中的開關(guān)S閉合，輸出電壓“0等于二極管的正向?qū)▔航祏D，若是硅二極管，則u0=uD=0.7V(低電平)；相反，當輸入的控制信號“uI=+5V(高電平)時，二極管處于反向截止狀態(tài)，等價于開關(guān)S斷開，沒有電流通過電阻R,輸出電壓u0=VCC=5V(高電平)。圖3.3.2(b)中，輸入的控制信號uI接在三極管的基極與發(fā)射極之間，當uI的值小于PN結(jié)閾值電壓時(如uI=0.3V),三極管工作在截止狀態(tài)，等價于開關(guān)S斷開，三極管集電極電流約為零，輸出電壓u0≈VCC=5V(高電平)；相反，在輸入的控制信號uI大于PN結(jié)閾值電壓時，因電阻t取值較小，三極管的基極電流較大，從而使三極管工作在飽和狀態(tài)，等價于開關(guān)S閉合，輸出電壓等于三極管的飽和壓降，即Wo=VCE(sat)≈0.3V,是低電平。圖3.3.2(c)中，輸入的控制信號我I接在MOS管的柵極和源極之間，當與的值小于MOS管的開啟電壓VGS(th)時，MOS管的漏源之間沒有導電溝道，其電流為零，相當于開關(guān)S斷開，輸出電壓u0=5V(高電平)；反之，當為的值大于MOS管的開啟電壓VGS(th)時，漏源之間的導電溝道電阻很小，等價于開關(guān)S的閉合，輸岀電壓u0=0V。圖3.3.2所示的幾種電子開關(guān)電路是構(gòu)成實際邏輯門電路的基礎(chǔ)。根據(jù)上述討論，對于用不同器件來做電子開關(guān)，低電平電壓的取值范圍及高電平電壓的取值范圍不相同，如對二極管，電壓值0V?0.7V認為是低電平；對MOS管，電壓取值小于其開啟電壓焰的)視為是低電平等。這是導致不同類型的門電路的高、低電平相差很大的原因之一。圖3.3.3所示的高電平和低電平的取值范圍是TTL門電路(見本節(jié))的情況。應當指出，不論釆用何種類型的電子開關(guān)來獲得高、低電平，從控制信號uI的出現(xiàn)到輸出電壓u0的產(chǎn)生，總要經(jīng)歷(或等待)一段時間。以圖3.3.2(b)為例，設(shè)輸入的控制信號uII隨時間的變化如圖3.3.3(a)所示。因為類似的原因，不僅三極管構(gòu)成的電子開關(guān)具有開關(guān)時間，二極管、M0S管構(gòu)成的電子開關(guān)也具有一定的開關(guān)時間。二極管門電路1.二極管的開關(guān)特性二極管門電路當輸入電壓uI隨時間變化時，如果把圖3.3.4(a)中二極管看成是理想二極管，其等效的開關(guān)也是理想開關(guān)，在外加跳變電壓作用下，由導通到截止，或者由截止到導通，對應的iD和uO沒有開關(guān)時間，理想二極管的導通和截止都是在瞬間完成的，如圖3.3.5所示。二極管門電路但在現(xiàn)實中，理想二極管是不存在的，實際二極管由導通到截止需要一定的時間，因為外加電壓突然由正向變?yōu)榉聪驎r，在存儲電荷反向電場的作用下，會形成較大的反相電流，隨著存儲電荷的減少，反向電流會迅速衰減趨于反向飽和電流，二極管進入截止狀態(tài)，所需要的時間我們稱之為開關(guān)關(guān)閉時間婦曰二極管由截止到導通也需要一定的時間，當外加電壓突然由反向變?yōu)檎驎r，由于二極管兩端電壓不能突變，電路中會產(chǎn)生瞬時大電流，在大電流的作用下，二極管會迅速導通，所需要的時間我們稱之為開關(guān)開通時間ton，一般情況下電

，如圖3.3.6所示。二極管門電路二極管門電路二極管門電路二極管門電路(2)二極管或門圖3.3.8(a)所示是由二極管組成的或門電路，A、B、C為輸入端，Y為輸出端，圖3.3.8(b)為或門的邏輯符號。二極管門電路二極管門電路三極管邏輯非門1.三極管非門三極管邏輯非門三極管邏輯非門2.復合門電路利用圖3.3.7(a)所示的二極管與門，圖3.3.8(a)所示的二極管或門和圖3.3.9(a)所示的三極管非門的組合，可構(gòu)成復合門，這種組合除了可擴展其邏輯功能，更主要的可通過組合來提高門電路的性能，比如，二極管門電路的帶負載能力較差，而三極管非門的帶負載能力較強，二極管門電路與三極管非門串接后，可提高其帶負載能力。但是，不同類型的門電路其高電平，低電平不相匹配，簡單的串接會導致錯誤的結(jié)果。一般情況下，必須在兩者之間增加電平匹配電路。圖3.3.10(a)所示是由二極管與門和三極管非門串接而成的復合門電路，稱為二極管-三極管與非門，簡稱DTL與非門，圖3.3.10(b)為相應的邏輯符號。圖中二極管D4、D5與電阻R2組成分壓器，構(gòu)成電平匹配電路。三極管邏輯非門TTL集成邏輯門1.典型TTL邏輯門由于二極管-三極管邏輯門電路的電氣特性較差(如工作速度低)，后來發(fā)展成三極管-三極管邏輯門電路，簡稱TTL門電路，如圖3.3.11所示。TTL門電路一般分為3個部分：輸入級、中間級和輸出級。T1管和電阻&組成輸入級；T2管和電阻R2、R3組成中間級；T3、T4管和電阻R4、二極管D組成輸出級。TTL集成邏輯門與圖3.3.10(a)所示的DTL相對比，圖3.3.11中多發(fā)射極三極管T】的發(fā)射結(jié)起著輸入二極管D1、D2、D3的作用，T1的集電結(jié)代替了圖3.3.10(a)中的D4,而中間級三極管T2的發(fā)射結(jié)代替了D5,圖3.3.10(a)的三極管T,就是輸出級中的三極管T3,其集電極電阻&在圖3.3.11中用由T4和D構(gòu)成的有源負載替換，其目的是為了提高TTL門電路的帶負載能力和提高開關(guān)速度。TTL集成邏輯門(1)TTL與非門的工作原理多發(fā)射極三極管與普通三極管相同，以圖中T1(NPN型)三極管為例，只是在P型基區(qū)制作了多個高摻雜N型區(qū)，形成了多個發(fā)射極，如圖3.3.12所示。TTL集成邏輯門下面分析圖3.3.11所示TTL與非門的邏輯關(guān)系，并估算電路中有關(guān)各點的電位，以得到輸出高、低電平的簡單定量概念。設(shè)電源電壓Vcc=+5V,輸入信號的高、低電平分別VIH=3.6V,VIL=0.3V,三極管PN結(jié)的正向?qū)▔航禐?.7V,二極管的正向?qū)▔航禐?.7V。TTL集成邏輯門TTL集成邏輯門TTL集成邏輯門（2）推拉輸出電路和多發(fā)射極三極管的作用推拉輸出電路的主要作用是提高帶負載能力。當圖3.3.11所示與非門電路處于關(guān)態(tài)時，由于T4和D均處于導通狀態(tài)，使輸出級工作于射極輸出狀態(tài)，呈現(xiàn)低阻抗輸出；當電路處于開態(tài)時，由于T3處于飽和狀態(tài)，輸出電阻也是很低的。這樣，在穩(wěn)態(tài)時不論電路是開態(tài)還是關(guān)態(tài)，均具有較低的輸出電阻，因而大大提高了帶負載能力。TTL集成邏輯門推拉輸出電路和多發(fā)射極晶體管大大提高了電路的開關(guān)速度。首先，由于用多發(fā)射極晶體管代替了DTL電路的輸入二極管，當電路由開態(tài)向關(guān)態(tài)轉(zhuǎn)換時，即在全部為高電平輸入的輸入信號中，有一個或幾個突然變?yōu)榈碗娖綍r，Ti管由原來倒置工作狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎７糯鬆顟B(tài)，將有一個較大的集電極電流產(chǎn)生，這個電流的方向是從T2管的基極流出，恰好是T2管的反向驅(qū)動基流，使T2管在飽和時基區(qū)的存儲電荷迅速消失，加速了T2管由飽和向截止的轉(zhuǎn)換。T2管的截止，使得T2管集電極電位迅速提高，T4管也由截止迅速轉(zhuǎn)為導通，這樣就使T3管集電極有了一個瞬時的大集電極電流，從而加速了T3管脫離飽和的速度。所以多發(fā)射極晶體管和推拉輸出電路的共同作用，大大加速了電路轉(zhuǎn)換，從而提高了電路的速度。一般TTL與非門的平均延退時間可以縮短到幾十納秒。TTL集成邏輯門2.TTL與非門的主要技術(shù)參數(shù)(1)電壓傳輸特性TTL集成邏輯門TTL集成邏輯門TTL集成邏輯門TTL集成邏輯門③抗干擾能力在集成電路中，經(jīng)常以噪聲容限的數(shù)值來定量地說明門電路的抗干擾能力。當輸入信號為低電平時，電路應處于穩(wěn)定的關(guān)態(tài)，在受到噪聲干擾時，電路能允許的噪聲干擾以不破壞其關(guān)態(tài)為原則。所以，輸入低電平時，允許的干擾信號不應超過關(guān)門電平Voff。因此，在輸入低電平時，允許的干擾容限為稱為低電平噪聲容限。同理，在輸入高電平時，為了保證穩(wěn)定在開態(tài)，輸入高電平加上瞬態(tài)的干擾信號不應低于開門電平Von。因此，在輸入高電平時，允許的干擾容限為稱為高電平噪聲容限。最后必須說明，在一般工作條件下，影響電壓傳輸特性的主要因素是環(huán)境溫度和電源電壓?？偟内厔菔?，隨溫度的升高，輸出高電平和輸岀低電平都有會升高，閾值電壓片VTH卻降低。電源電壓的變化主要影響輸出高電平，一般,輸出低電平影響不大。TTL集成邏輯門TTL集成邏輯門TTL集成邏輯門TTL集成邏輯門TTL集成邏輯門(4)TTL與非門輸出特性①高電平輸出特性TTL與非門處于關(guān)態(tài)，Y端輸出高電平，T3管截止，T4、D導通，有電流由電源片Vcc經(jīng)R4、T4、D流向負載門，如圖3.3.17所示，由與非門流出的電流稱為拉電流。TTL集成邏輯門TTL集成邏輯門TTL集成邏輯門TTL集成邏輯門TTL集成邏輯門3.集電極開路的TTL與非門（OC門）在應用分立元件邏輯門時，輸出端是可以直接相連接的。圖3.3.20所示為兩個反相器（非門）的輸出端直接連接的情況。當輸入端云或者8處于高電平時，Y輸出為低電平。只有在A和B同時都處于低電平時，Y才輸出高電平。因此，其輸出與輸入的邏輯關(guān)系為也就是說，兩個邏輯門輸出端相連，可以實現(xiàn)兩輸出相與的功能，稱為線與。在用門電路組合各種邏輯電路時，如果能將輸出端直接并接，有時能大大簡化電路。TTL集成邏輯門前面介紹的推拉式輸出結(jié)構(gòu)的TTL門電路（見圖3.3.11）是不能將兩個門的輸出端直接并接的。如圖3.3.21所示的連接中，如果Y1輸出為高電平，Y2輸出為低電平，因為推拉式輸出級不論門電路處于開態(tài)還是關(guān)態(tài)，都呈現(xiàn)低阻抗，因而將會有一個很大的負載電流流過兩個輸出級，這個相當大的電流遠遠超過了正常工作電流，甚至會損壞門電路。為了使TTL門電路能夠?qū)崿F(xiàn)線與，通常把輸出級改為集電極開路的結(jié)構(gòu)，簡稱OC門，如圖3.3.22所示，其中圖3.3.22（a）為OC門電路結(jié)構(gòu)，圖3.3.22（b）為邏輯符號。TTL集成邏輯門TTL集成邏輯門TTL集成邏輯門TTL集成邏輯門下面簡要地介紹一個OC門外接負載電阻的計算方法。在圖3.3.24電路中，假定將n個0C門的輸出端并聯(lián)使用，負載是m個TTL與非門的輸入端。當所有OC門同時截止時，輸岀為高電平。為保證高電平不低于規(guī)定的VOH值，顯然RL不能選得過大。據(jù)此可列出計算最大值的公式TTL集成邏輯門TTL集成邏輯門TTL集成邏輯門4.其他邏輯功能的TTL門電路TTL集成門電路，除了上面介紹的與非門，還有與門、或門、或非門、與或非門、異或門等。下面簡要介紹它們的工作原理。TTL集成邏輯門TTL集成邏輯門(2)TTL與或非門將圖3.3.26或非門電路中的每個輸入端改用多發(fā)射極三極管，就得到了圖3.3.27所示的TTL與或非門電路。TTL集成邏輯門TTL集成邏輯門三態(tài)輸出門(TS門)1.電路構(gòu)成三態(tài)輸出門(簡稱TS門)是在普通門電路的基礎(chǔ)上增加控制電路而構(gòu)成的。圖3.3.29給出了TS門的電路結(jié)構(gòu)及邏輯符號，其中圖3.3.29(a)電路在EN=1時為正常的與非工作狀態(tài)，稱為控制端高電平有效；而圖3.3.29(b)電路在EN=0時為正常工作狀態(tài)，故稱為控制端低電平有效。三態(tài)輸出門(TS門)2.工作原理三態(tài)輸出門(TS門)三態(tài)輸出門(TS門)三態(tài)輸出門(TS門)MOS邏輯門MOS邏輯門MOS邏輯門2.CMOS反相器CMOS邏輯門電路是應用較普遍的邏輯電路之一。CMOS集成電路是以增強型P溝道MOS管和增強型N溝道MOS管串聯(lián)互補（反相器）和并聯(lián)互補（傳輸門）為基本單元的組件，因此稱為互補型MOS器件。（1）CMOS反相器工作原理圖3.3.34示出了CMOS反相器的結(jié)構(gòu)示意圖和電路圖，由兩個增強型MOS管串聯(lián)而成，其中P溝道MOS管作為負載，N溝道MOS管作為輸入管，兩個MOS管的柵極并接在一起，作為反相器的輸入端，它們的漏極串接起來，作為反相器的輸出端,P溝道MOS管的源極接。為了保證電路能正常工作，要求電源電壓VDD大于兩個MOS管的開啟電壓的絕對值之和，即MOS邏輯門MOS邏輯門MOS邏輯門從上述分析看出，(為低電平時Tp導通Tn截止，氣為高電平時Tp截止Tn導通，Tp和Tn總是工作在一個導通而另一個截止的狀態(tài)，這就是所謂的互補狀態(tài)。工作在互補狀態(tài)時，無論歩為高電平還是低電平，流過兩個MOS管的電流接近于零，即電路的功耗很小(微瓦數(shù)量級)，這是CMOS電路最突出的優(yōu)點。MOS邏輯門(2)CMOS反相器的主要特性①傳輸特性改變圖3.3.35(a)中的uI，測得相應的u0值，即可得到“。隨歩的變化曲線(電壓傳輸特性曲線)，如圖3.3.35(b)所示。該曲線可分成3個區(qū)，即AB段、BC段和CD段。MOS邏輯門MOS邏輯門MOS邏輯門MOS邏輯門MOS邏輯門③輸入特性輸入電流七隨輸入電壓地的變化曲線，稱為輸入(伏安)特性。MOS邏輯門MOS邏輯門④輸出特性輸出電壓u0隨輸出電流的變化曲線稱做輸岀(伏安)特性。分兩種情況討論：a.低電平輸出特性，即U1=VIH=VDD時，Tn導通、Tp截止，輸