數(shù)電第3章四川理工ppt課件

1、 本章總的要求： 熟練掌握TTL和CMOS集成門電路輸出與輸入間的邏輯關系、外部電氣特性，包括電壓傳輸特性、輸入特性、輸出特性和動態(tài)特性等；掌握各類集成電子器件正確的運用方法。 重點： TTL電路與CMOS電路的構造與特點. 3.1 概述概述 門電路是用以實現(xiàn)邏輯運算的電子電路，與曾經(jīng)講過的邏輯運算相對應。常用的門電路在邏輯功能上有與門、或門、非門、與非門、或非門、與或非門、異或門等。正邏輯：高電平表示邏輯正邏輯：高電平表示邏輯1 1、低電平表示邏輯、低電平表示邏輯0 0。負邏輯：高電平表示邏輯負邏輯：高電平表示邏輯0 0、低電平表示邏輯、低電平表示邏輯1 1。獲得高、低電平的根本方法：利用半

2、導體開關元件的獲得高、低電平的根本方法：利用半導體開關元件的 導通、截止即開、關兩種任務形狀。導通、截止即開、關兩種任務形狀。3.2 半導體二極管門電路半導體二極管門電路3.2.1 半導體二極管的開關特性 IF 0.5 0.7iD(mA) uD(V)伏安特性UBR0Ui0.5V時，二時，二極管導通。極管導通。Ui0時時vGS足夠大時足夠大時vGSVGS(th)，構成電場構成電場GB,把把襯底中的電子吸引襯底中的電子吸引到上外表，除復合到上外表，除復合外，剩余的電子在外，剩余的電子在上外表構成了上外表構成了N型型層反型層為層反型層為D、S間的導通提供了間的導通提供了通道。通道。VGS(th)稱為

3、閾值電壓稱為閾值電壓(開啟電壓開啟電壓源極與源極與襯底接襯底接在一同在一同N溝道溝道可以經(jīng)過改動可以經(jīng)過改動vGS的大小來控制的大小來控制iD的大小。的大小。二、MOS管的輸入、輸出特性 對于共源極接法的電路，柵極和襯底之間被二氧對于共源極接法的電路，柵極和襯底之間被二氧化硅絕緣層隔離，所以柵極電流為零。化硅絕緣層隔離，所以柵極電流為零。輸出特性曲線輸出特性曲線漏極特性曲線漏極特性曲線 用途：做無觸點的、斷開形狀的電子開關。用途：做無觸點的、斷開形狀的電子開關。條件：整個溝道都夾斷 )(thGSGSvv0Di特點：特點特點:(1)當當vGS 為定值為定值時時,iD 是是 vDS 的線性函的線性

4、函數(shù)，管子的漏源間呈現(xiàn)數(shù)，管子的漏源間呈現(xiàn)為線性電阻，且其阻值為線性電阻，且其阻值受受 vGS 控制?？刂?。 2管壓降管壓降vDS 很小。很小。用途：做壓控線性電阻和無觸點的、閉合形狀的用途：做壓控線性電阻和無觸點的、閉合形狀的電子開關。電子開關。條件：源端與漏端溝道都不夾斷 恒流區(qū)：恒流區(qū)：(又稱飽和區(qū)或放大區(qū)又稱飽和區(qū)或放大區(qū)特點特點:(1)受控性：受控性： 輸入電壓輸入電壓vGS控制輸出電流控制輸出電流2)(1thGSGSDSDVvIi(2)恒流性：輸出電流恒流性：輸出電流iD 根本上不受輸出電壓根本上不受輸出電壓vDS的影的影響。響。條件條件:(1)源端溝道未夾斷源端溝道未夾斷 (2)

5、漏端溝道予夾斷漏端溝道予夾斷 用途用途:可做放大器和恒流源?？勺龇糯笃骱秃懔髟础Ｈ?、MOS管的根本開關電路 當當vI=vGSVGS(th)且且vI繼續(xù)升高時，繼續(xù)升高時，MOS管任務在可管任務在可變電阻區(qū)。變電阻區(qū)。MOS管導通內阻管導通內阻RON很小，很小，D-S間相當于間相當于閉合的開關閉合的開關,vO0。四、MOS管的四種根本類型GSDN 溝道耗盡型溝道耗盡型GSDN溝道加強型溝道加強型GSDP 溝道加強型溝道加強型GSDP 溝道耗盡型溝道耗盡型在數(shù)字電路中，多采用加強型。在數(shù)字電路中，多采用加強型。3.3.2 CMOS反相器任務原理 PMOS管管NMOS管管CMOS電路電路VDDT1T

6、2vIvO一、電路構造一、電路構造 當當NMOS管和管和PMOS管成對出如今電路中，管成對出如今電路中，且二者在任務中互補，稱為且二者在任務中互補，稱為CMOS管管(意為互補意為互補)。VDDTPTNvIvOvI=0截止截止 vo=“導導 通通vI=1VDDT1T2vIvO導通導通 vo=“截止截止 靜態(tài)下，無論vI是高電平還是低電平，T1、T2總有一個截止，因此CMOS反相器的靜態(tài)功耗極小。二、電壓傳輸特性和電流傳輸特性二、電壓傳輸特性和電流傳輸特性 電壓傳輸特性閾值電壓閾值電壓VTHT1導通T2截止T2導通T1截止T1T2同時導通電流傳輸特性T2截止T1截止CMOS反相器在運用時應盡量防止

7、長期工作在BC段。(max)(max)OLILNLVVV輸入低電平常噪聲容限：輸入低電平常噪聲容限： 在保證輸出高、低電平根本不變的條件下,輸入電平的允許動搖范圍稱為輸入端噪聲容限。(min)(min)IHOHNHVVV輸入高電平常噪聲容限：輸入高電平常噪聲容限：三、輸入端噪聲容限三、輸入端噪聲容限 噪聲容限衡量門電路的抗干擾才干。噪聲容限衡量門電路的抗干擾才干。噪聲容限越大，闡明電路抗干擾才干越強。噪聲容限越大，闡明電路抗干擾才干越強。 測試闡明：測試闡明：CMOS電路噪聲容限電路噪聲容限VNH=VNL30VDD，且隨，且隨VDD的添加而的添加而加大。加大。 由于由于MOS管的柵極和襯底之間

8、存在著以管的柵極和襯底之間存在著以SiO2為介質的輸入電容，而絕緣介質非常薄，極易被為介質的輸入電容，而絕緣介質非常薄，極易被擊穿，所以應采取維護措施。擊穿，所以應采取維護措施。3.3.3 CMOS反相器的靜態(tài)輸入輸出特性 一、輸入特性一、輸入特性 iI (mA)-0.7 0VDD + 0.7 vI (V) 在正常的輸入信號范圍內，在正常的輸入信號范圍內，即即0.7V vI (VDD+0.7)V時輸時輸入電流入電流iI 0。(由于由于CMOS門電門電路的路的GS間有一層絕緣的間有一層絕緣的SiO2薄薄層。層。)在在0.7V (VDD+0.7)V以外以外的區(qū)域，的區(qū)域， iI從零開場增大，并從零

9、開場增大，并隨隨vI添加急劇上升，緣由是維添加急劇上升，緣由是維護電路中的二極管已進入導通護電路中的二極管已進入導通形狀。形狀。留意：由于門電路輸入端的留意：由于門電路輸入端的絕緣層使輸入的阻抗極高，絕緣層使輸入的阻抗極高，假設有靜電感應會在懸空的假設有靜電感應會在懸空的輸入端產(chǎn)生不定的電位，故輸入端產(chǎn)生不定的電位，故CMOSCMOS門電路的輸入端不允許門電路的輸入端不允許懸空。懸空。二、輸出特性二、輸出特性 低電平輸出特性低電平輸出特性高電平輸出特性高電平輸出特性VOL0VOHVDD3.3.4 CMOS反相器的動態(tài)特性 一、傳輸延遲時間一、傳輸延遲時間 tviotvoo50%50%tpdHL

10、tpdLH平均傳輸時間平均傳輸時間)(21pHLpLHpdttt二、交流噪聲容限二、交流噪聲容限 噪聲電壓作用時間越短、電源電壓越高，交流噪聲容噪聲電壓作用時間越短、電源電壓越高，交流噪聲容限越大。限越大。三、動態(tài)功耗三、動態(tài)功耗 反相器從一種穩(wěn)定形狀忽然變到另一種穩(wěn)定形狀的過反相器從一種穩(wěn)定形狀忽然變到另一種穩(wěn)定形狀的過程中，將產(chǎn)生附加的功耗，即為動態(tài)功耗。程中，將產(chǎn)生附加的功耗，即為動態(tài)功耗。 動態(tài)功耗包括：負載電容充放電所耗費的功率動態(tài)功耗包括：負載電容充放電所耗費的功率PC和和PMOS、NMOS同時導通所耗費的瞬時導通功耗同時導通所耗費的瞬時導通功耗PT。 在任務頻率較高的情況下，在任

11、務頻率較高的情況下，CMOS反相器的動態(tài)功耗反相器的動態(tài)功耗要比靜態(tài)功耗大得多，靜態(tài)功耗可忽略不計。要比靜態(tài)功耗大得多，靜態(tài)功耗可忽略不計。3.3.5 其他類型CMOS門電路 1.與與非非門門)(BAY一、其他邏輯功能的一、其他邏輯功能的CMOS門電路門電路任一輸入端為低，設任一輸入端為低，設vA=0vA=0斷開斷開 導通導通 vO=1輸入全為高電平輸入全為高電平vA=1vB=1導通導通 斷開斷開 vO=02.或非門或非門)(BAY任一輸入端為高，設任一輸入端為高，設vA=1vA=1導通導通 斷開斷開 vO=0輸入端全為低輸入端全為低vA=0vB=0斷開斷開 導通導通 vO=13. 帶緩沖級的

12、帶緩沖級的CMOS門電路門電路)()( BABAY)()( BABAY 帶緩沖級的門電路其輸出電阻、輸出高、低電平以及電壓傳輸特性將不受輸入端形狀的影響。電壓傳輸特性的轉機區(qū)也變得更陡。二、漏極開路輸出門電路二、漏極開路輸出門電路OD門門為什么需求為什么需求OD門？門？普通與非門輸出不能普通與非門輸出不能直接連在一同實現(xiàn)直接連在一同實現(xiàn)“線與！線與！ABYCD)()( CDABY10產(chǎn)產(chǎn)生生一一個個很很大大的的電電流流需將一個需將一個MOS管的漏極開路構成管的漏極開路構成OD門。門。需加一上拉電阻)(BAYABYOD輸出與非門的邏輯符號及函數(shù)式輸出與非門的邏輯符號及函數(shù)式ODOD門輸出端可直接

13、銜接實現(xiàn)線與。門輸出端可直接銜接實現(xiàn)線與。)()()(21 CDABCDABYYYABYCDVDDRLRL的選擇：的選擇：(max)LIHOHOHDDLRmInIVVRIOHIIHn個m個OHLIHOHDDVRmInIV)(VDDVILVILVILRLVOHn是并聯(lián)是并聯(lián)OD門的數(shù)目，門的數(shù)目，m是負載門電路高電平輸入電流的數(shù)目。是負載門電路高電平輸入電流的數(shù)目。VIHVILVILVDDRLVOLm個IOLIIL(max)/ )(OLILLOLDDIImRVV(min)(max)|LILOLOLDDLRImIVVR例例3.3.2 m是負載門電路低電平輸入電流的數(shù)目。在負載門為是負載門電路低電平

14、輸入電流的數(shù)目。在負載門為CMOS門電路的情況下，門電路的情況下，m和和m相等。相等。C0、 ，即，即C 端為低電平端為低電平0V、 端為高電平端為高電平VDD時，時， T1和和T2都不具備開啟條件而截止，輸都不具備開啟條件而截止，輸入和輸出之間相當于開關斷開一樣，呈高阻態(tài)。入和輸出之間相當于開關斷開一樣，呈高阻態(tài)。1CC三、三、CMOS傳輸門傳輸門C1、 ，即，即C 端為端為高電平高電平VDD、 端端為低電平為低電平0V時，時，T1和和T2至少有一個導通，輸入和至少有一個導通，輸入和輸出之間相當于開關接通一輸出之間相當于開關接通一樣，呈低阻態(tài)，樣，呈低阻態(tài)，vovi 。0CC TG1TG2A

15、BYA=1、B=0時，時，TG1截止，截止，TG2導通，導通，Y=B =1;TG1TG2ABYA=0、B=1時，時，TG2截止，截止，TG1導通，導通，Y=B =1;TG1TG2ABYA=0、B=0時，時，TG2截止，截止，TG1導通，導通，Y=B =0;TG1TG2ABYA=1、B=1時，時，TG1截止，截止，TG2導通，導通，Y=B =0;BAY雙向模擬開關雙向模擬開關1NE , G4輸出高電平，輸出高電平，G5輸出低電平，輸出低電平，T1、T2 同時截止，輸出呈高阻態(tài)；同時截止，輸出呈高阻態(tài)；四、三態(tài)門四、三態(tài)門 AYEN邏輯符號邏輯符號101100NEAYAYEN邏輯符號邏輯符號010

16、1110假設假設A=1，那么，那么G4、G5輸出均為高電平，輸出均為高電平，T1截止、截止、T2導通，導通，Y=0；假設假設A=0，那么，那么G4、G5輸出均為低電平，輸出均為低電平，T1導通、導通、T2截止，截止，Y=1；0001AYENAYEN低電平有效低電平有效) 1()0(NEZNEAY高電平有效高電平有效)0() 1(ENZENAY三態(tài)門有三種形狀三態(tài)門有三種形狀:高電平、低電平、高阻態(tài)。高電平、低電平、高阻態(tài)。3.3.6 CMOS電路的特點 CMOS電路的優(yōu)點電路的優(yōu)點1. 靜態(tài)功耗小。靜態(tài)功耗小。2. 允許電源電壓范圍寬允許電源電壓范圍寬(3 18V。3. 扇出系數(shù)大，噪聲容限大

17、。扇出系數(shù)大，噪聲容限大。 1 1輸入電路的靜電維護輸入電路的靜電維護 CMOS CMOS電路的輸入端設置了維護電路，給運用者帶電路的輸入端設置了維護電路，給運用者帶來很大方便。但是，這種維護還是有限的。由于來很大方便。但是，這種維護還是有限的。由于CMOSCMOS電路的輸入阻抗高，極易產(chǎn)生感應較高的靜電電壓，電路的輸入阻抗高，極易產(chǎn)生感應較高的靜電電壓，從而擊穿從而擊穿MOSMOS管柵極極薄的絕緣層，呵斥器件的永久管柵極極薄的絕緣層，呵斥器件的永久損壞。為防止靜電損壞，應留意以下幾點：損壞。為防止靜電損壞，應留意以下幾點： CMOS電路的正確運用電路的正確運用 1 1一切與一切與CMOSCM

18、OS電路直接接觸的工具、儀表電路直接接觸的工具、儀表等必需可靠接地。等必需可靠接地。 2 2存儲和運輸存儲和運輸CMOSCMOS電路，最好采用金屬屏電路，最好采用金屬屏蔽層做包裝資料。蔽層做包裝資料。2 2多余的輸入端不能懸空。多余的輸入端不能懸空。輸入端懸空極易產(chǎn)生感應較高的靜電電壓，輸入端懸空極易產(chǎn)生感應較高的靜電電壓，呵斥器件的永久損壞。對多余的輸入端，可以按呵斥器件的永久損壞。對多余的輸入端，可以按功能要求接電源或接地，或者與其它輸入端并聯(lián)功能要求接電源或接地，或者與其它輸入端并聯(lián)運用。運用。3輸入電路需過流維護輸入電路需過流維護3.5 TTL門電路門電路3.5.1 雙極型三極管的開關

19、特性一、雙極型三極管的構造一、雙極型三極管的構造 BECNNP基極基極 發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極BECNPN型三極管型三極管PNP集電極集電極 基極基極 發(fā)射極發(fā)射極 BCEBECPNP型三極管型三極管二、雙極型三極管的輸入特性和輸出特性二、雙極型三極管的輸入特性和輸出特性 IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100AIB(A)UBE(V)204060800.40.8輸入特性曲線輸入特性曲線輸出特性曲線輸出特性曲線開啟電壓開啟電壓飽飽和和區(qū)區(qū)截止區(qū)截止區(qū)放大區(qū)放大區(qū)三、雙極型三極管的根本開關電路三、雙極型三極管的根本開關電路 在數(shù)字電路中，三極管作為開關

20、元件，主要任務在飽和在數(shù)字電路中，三極管作為開關元件，主要任務在飽和和截止兩種開關形狀，放大區(qū)只是極短暫的過渡形狀。和截止兩種開關形狀，放大區(qū)只是極短暫的過渡形狀。三極管臨界飽和三極管臨界飽和時的基極電流：時的基極電流：mA094. 0mA1503 . 05cCESCCBSRUVIui=1V時，三極管導通，基極電流：時，三極管導通，基極電流：mA03. 0mA107 . 01bBEiBRuuiuo=uCE=VCC-iCRc=5-0.03501=3.5Vui=0.3Vui=0.3V時，由于時，由于uBE0.5VuBE0.5V，iB=0iB=0，三極管任務在，三極管任務在 截止形狀，截止形狀，ic

21、=0ic=0。由于。由于ic=0ic=0，所以輸出電壓：，所以輸出電壓：uo=VCC=5V 截止形狀截止形狀ui=UIL0.5Vuo=+VCC+VCCRbRcbcemA094. 0mA1503 . 05cCESCCBSRUVIui ui3V3V時，三極管導通，基極電流：時，三極管導通，基極電流：mA23. 0mA107 . 03BiuoUCES0.3V三極管飽和三極管飽和飽和形狀飽和形狀iBIBSui=UIHuo=0.3VRbRc+VCCbce0.7V0.3V四、雙極型三極管的開關等效電路四、雙極型三極管的開關等效電路 開關等效電路開關等效電路(1) 截止形狀 條件：發(fā)射結反偏特點：電流約為0

22、 (2)飽和形狀條件：發(fā)射結正偏，集電結正偏特點：UBES=0.7V，UCES=0.3V/硅三極管開關等效電路(a) 截止時 (b) 飽和時uituot+Vcc0.3V五、雙極型三極管的動態(tài)開關特性五、雙極型三極管的動態(tài)開關特性 BJTBJT的開關時間：是指的開關時間：是指BJTBJT管由截止到飽和導通管由截止到飽和導通 或者由飽和導通到截止所需求的時間?；蛘哂娠柡蛯ǖ浇刂顾枨蟮臅r間。延遲時間延遲時間tdtd從從+VB2+VB2加到集加到集電極電流電極電流icic上升到上升到0.1ICS0.1ICS所所需求的時間；需求的時間； 上升時間上升時間trictric從從0.1ICS0.1ICS到

23、到0.9ICS0.9ICS所需求的時間；所需求的時間； 開通時間開通時間ton=td+trton=td+tr就是建立基區(qū)電荷時就是建立基區(qū)電荷時間間存儲時間存儲時間tsts從輸入信號降從輸入信號降到到-VB1-VB1到到icic降到降到0.9ICS 0.9ICS 所所需求的時間；需求的時間； 下降時間下降時間tfictfic從從0.9ICS0.9ICS降降到到0.1ICS0.1ICS所需求的時間。所需求的時間。 封鎖時間封鎖時間toff=ts+tftoff=ts+tf就就是存儲電荷散失的時間是存儲電荷散失的時間 參與VEE的目的是確保即使輸入低電平信號稍大于零時，也能使三極管基極為負電位，從而

24、使三極管 可靠截止，輸出為高電平。AY六、三極管反相器六、三極管反相器 AY集成門電路集成門電路雙極型雙極型TTL (Transistor-Transistor Logic Integrated Circuit , TTL)ECLNMOSCMOSPMOSMOSMOS型型Metal-Oxide-Metal-Oxide- Semiconductor Semiconductor，MOSMOSTTL 晶體管晶體管-晶體管邏輯集成電路晶體管邏輯集成電路MOS 金屬氧化物半導體場效應管集成電路金屬氧化物半導體場效應管集成電路3.5.2 TTL反相器輸入級倒相級輸出級稱為推拉式稱為推拉式電路或圖騰電路或圖騰

25、柱輸出電路柱輸出電路一、一、TTL反相器的電路構造和任務原理反相器的電路構造和任務原理1.輸入為低電平輸入為低電平0.2V時時三個三個PN結結導通需導通需2.1V0.9V缺乏以讓缺乏以讓T2、T5導通導通T2、T5截截止止1.輸入為低電平輸入為低電平0.2V時時vovo=5vR2vbe4vD23.4V 輸出高電輸出高電平平2.輸入為高電平輸入為高電平3.4V時時電位被嵌電位被嵌在在2.1V全導通全導通 vB1=VIH+VON=4.1V發(fā)射結反偏 1V截止T2、T5飽和導通飽和導通2.輸入為高電平輸入為高電平3.4V時時vo =VCE50.3V 輸出低電平輸出低電平 可見，無論輸入如何，可見，無

26、論輸入如何，T4和和T5總是一管總是一管導通而另一管截止。導通而另一管截止。 這種推拉式任務方式，帶負載才干很強。這種推拉式任務方式，帶負載才干很強。AB段：段：vI0.6V, vB10.7V, vI1.4V, vI繼續(xù)升高繼續(xù)升高,vo不再變化，不再變化，堅持低電平堅持低電平0.3V。飽和區(qū)飽和區(qū)二、電壓傳輸特性二、電壓傳輸特性 輸出高電平輸出高電平VOH、輸出低電平、輸出低電平VOL VOH2.4V VOL 0.4V 便以為合格。便以為合格。 典型值典型值VOH=3.4V VOL 0.3V 。 閾值電壓閾值電壓VTH(門檻電壓門檻電壓)vIVTH時，以為時，以為vI是高電平。是高電平。VT

27、H=1.4VOLILNLVVV輸入低電平常噪聲容限：輸入低電平常噪聲容限：IHOHNHVVV輸入高電平常噪聲容限：輸入高電平常噪聲容限：三、輸入端噪聲容限三、輸入端噪聲容限 一一.輸入特性輸入特性:3.5.3 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性輸入短路電輸入短路電流流IIS(IIL)高電平輸入電流高電平輸入電流IIH二二.輸出特性輸出特性TTL反相器高電平輸出特性反相器高電平輸出特性由于遭到功耗的限制手冊上給出的高電平輸出電流的最大值要比5mA小得多。74系列系列IOH(max)=0.4mA二二.輸出特性輸出特性TTL反相器低電平輸出特性反相器低電平輸出特性IOL(max)前后級之間電流的聯(lián)

28、絡前后級之間電流的聯(lián)絡？前級輸出為前級輸出為 高電平常高電平常前級驅動門前級驅動門后級負載門后級負載門前級流出前級流出電流電流IOHIOH拉電流拉電流1發(fā)射結反偏發(fā)射結反偏,輸輸入電流入電流IIH很小很小(幾十幾十A)前級輸出為前級輸出為 低電平常低電平常前級驅動門前級驅動門后級負載門后級負載門0流入前級流入前級的電流的電流IOL (灌灌電流電流)輸入低電輸入低電平常的輸平常的輸入電流入電流IILIIL，大約為大約為1mA1mA。扇出系數(shù)驅動同類門的個數(shù)。扇出系數(shù)驅動同類門的個數(shù)。灌電流任務時：灌電流任務時：ILOLOLIIN拉電流任務時：拉電流任務時：IHOHOHIIN扇出系數(shù)扇出系數(shù)NO取

29、取NOL、 NOH中較小的一個。中較小的一個。扇出系數(shù)衡量門電路的帶負載才干。扇出系數(shù)衡量門電路的帶負載才干。IILIOLIIHIOH例例3.5.2 解：解： VOL=0.2V時，驅動門輸出電流IOL=16mA,每個負載門的輸入電流為IIL=1mA。16116ILOLOLIIN VOH=3.2V時，驅動門輸出電流IOH=7.5mA,但手冊規(guī)定|IOH|0.4mA,故取|IOH|=0.4mA;每個負載門的輸入電流為IIH=40A。1004. 04 . 0IHOHOHIIN扇出系數(shù)扇出系數(shù)NO=10輸入端輸入端“1,“0 ？三三. 輸入端負載特性輸入端負載特性在一定范圍內，uI隨RP的增大而升高。

30、但當輸入電壓uI到達1.4V以后，uB1 = 2.1V，RP增大，由于uB1不變，故uI = 1.4V也不變。這時T2和T5飽和導通，輸出為低電平。1.4開門電阻開門電阻RON (2K左右左右(1) (1) 關門電阻關門電阻ROFF ROFF 在保證門電路輸出在保證門電路輸出為額定高電平的條件下，所允許為額定高電平的條件下，所允許RP RP 的最大值稱為的最大值稱為關門電阻。典型的關門電阻。典型的TTLTTL門電路門電路ROFF 0.7kROFF 0.7k。 (2) (2) 開門電阻開門電阻RON RON 在保證門電路輸出為在保證門電路輸出為額定低電平的條件下，所允許額定低電平的條件下，所允許

31、RP RP 的最小值稱為開的最小值稱為開門電阻。典型的門電阻。典型的TTLTTL門電路門電路RON 2kRON 2k。 數(shù)字電路中要求輸入負載電阻數(shù)字電路中要求輸入負載電阻RP RON或或RP ROFF ，否那么輸入信號將不在高低電平范，否那么輸入信號將不在高低電平范圍內。圍內。振蕩電路那么令振蕩電路那么令 ROFF RP RON使電路使電路處于轉機區(qū)。處于轉機區(qū)。10K例：判別如圖例：判別如圖TTL電路輸出為何形狀？電路輸出為何形狀？Y0=010 Y1=1 Y01110Y1Y2=010VCCY210K1. 懸空的輸入端相當于接高電平。懸空的輸入端相當于接高電平。2. 為了防止干擾，普通應將懸

32、空的為了防止干擾，普通應將懸空的輸入端接高電平。輸入端接高電平。例例3.5.3解：解：vO1=VOH、vI2VIH(min)時時應滿足：應滿足：VOHIIHRPVIH(min)kIVVRIHIHOHP35(min)vO1=VOL、vI2VIL(max)時時POLILILBECCRVVRVvV(max)1(max)1kRVvVVVRILBECCOLILP69. 01(max)1(max)因此，因此，RP不應大于不應大于690.G1G2RPvO1vI23.5.4 TTL反相器的動態(tài)特性一、傳輸延遲時間一、傳輸延遲時間tviotvoo50%50%tpdHLtpdLH平均傳輸時間平均傳輸時間)(21p

33、dHLpdLHpdttt平均傳輸延遲時間平均傳輸延遲時間tpdtpd表征了門電路的表征了門電路的開關速度。開關速度。 二二. .功耗：功耗： 有靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗。靜態(tài)功耗指的是當有靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗。靜態(tài)功耗指的是當電路沒有形狀轉換時的功耗電路沒有形狀轉換時的功耗;動態(tài)功耗只發(fā)生在形動態(tài)功耗只發(fā)生在形狀轉換的瞬間。對于狀轉換的瞬間。對于TTL電路靜態(tài)功耗是主要的，電路靜態(tài)功耗是主要的，用用PD表示表示 。3.5.5 其他類型的TTL門電路 一一. 其他邏輯功能的門電路其他邏輯功能的門電路輸入端改成多發(fā)輸入端改成多發(fā)射極三極管射極三極管)(BAY1.與與非非門門 TTL集成門電路的封裝：集成門

34、電路的封裝： 雙列直插式雙列直插式 如：如：TTLTTL門電路芯片四門電路芯片四2 2輸入與非門，型號輸入與非門，型號74LS00 )74LS00 )地地GNDGND外外 形形管腳管腳 電源電源VCCVCC+5V+5V74LS00內含4個2輸入與非門，74LS20內含2個4輸入與非門。例：如圖電路，知例：如圖電路，知 74S00門門電路電路GP參數(shù)為：參數(shù)為：IOH/IOL=-1.0mA/20mAIIH/IIL=50A/-1.43mA試求門試求門GP能驅動多少同類能驅動多少同類門？假設將電路中的芯片改門？假設將電路中的芯片改為為74S20，其門電路參數(shù)同，其門電路參數(shù)同74S00，問此時，問此

35、時GP能驅動多能驅動多少同類門？少同類門？GPG1Gn門門GP輸出低電平常，設可帶同類門數(shù)為輸出低電平常，設可帶同類門數(shù)為NOL：1443. 120|ILOLOLIIN解：解：門門GP輸出的高電平常，設可帶同類門數(shù)為輸出的高電平常，設可帶同類門數(shù)為NOH：1005. 020 . 1|2|IHOHOHIIN扇出系數(shù)扇出系數(shù)=10由于與非門的輸入端為多發(fā)射極，當前一級門輸出低電由于與非門的輸入端為多發(fā)射極，當前一級門輸出低電平常，負載門只需一個輸入端為低電平，平常，負載門只需一個輸入端為低電平，T2、T5就截止。就截止。74S20為為4輸入與非門，所以輸入與非門，所以門門GP輸出低電平常，設可帶同

36、類門數(shù)為輸出低電平常，設可帶同類門數(shù)為NOL：1443. 120|ILOLOLIIN門門GP輸出高電平常，設可帶同類門數(shù)為輸出高電平常，設可帶同類門數(shù)為NOH：505. 040 . 1|4|IHOHOHIIN扇出系數(shù)扇出系數(shù)No=5兩方框中電路一樣兩方框中電路一樣A為高電平常，T2、T5同時導通，T4截止，輸出Y為低電平。B為高電平常，T2、T5同時導通，T4截止，輸出Y為低電平。A、B都為低電都為低電平常，平常，T2、T2同時截止，同時截止，T5截止，截止，T4導通，導通，輸出輸出Y為高電平。為高電平。)(BAY2.或非門或非門或非門或非門與或非門與或非門)(DCBAY3.與與或或非非門門4

37、.異或門異或門假設A、B同時為高電平，T6、T9導通，T8截止，輸出低電平；A、B同時為低電平，T4、T5同時截止，使T7、T9導通，T8截止，輸出也為低電平。A、B不同時，T1正向飽和導通，T6截止；T4、T5中必有一個導通，從而使T7截止。T6、T7同時截止，使得T8導通，T9截止，輸出為高電平。74LS86二二.集電極開路門集電極開路門OC門門為什么需求為什么需求OC門？門？普通與非門輸出不能普通與非門輸出不能直接連在一同實現(xiàn)直接連在一同實現(xiàn)“線與！線與！10產(chǎn)生一個很大的電流產(chǎn)生一個很大的電流)()( CDABYABYCD集電極懸空集電極懸空 )(BAYABYOCOC門輸出端可直接銜接

38、實現(xiàn)線與。門輸出端可直接銜接實現(xiàn)線與。VCCVILVILVILRLRL的選擇：的選擇：(max)LIHOHOHCCLRmInIVVRIOHIIHn個m個OHLIHOHCCVRmInIV)(VOH負載門輸入負載門輸入端個數(shù)端個數(shù)VIHVILVILVCCRLVOLm個IOLIIL(max)/ )(OLILLOLCCIImRVV(min)(max)|LILOLOLCCLRImIVVR負載門個數(shù)負載門個數(shù) 由于與非門的輸入端為多發(fā)射極，當前一級門輸出低由于與非門的輸入端為多發(fā)射極，當前一級門輸出低電平常，負載門只需一個輸入端為低電平，電平常，負載門只需一個輸入端為低電平，T2、T5就截止。就截止。假設

39、為或非門，假設為或非門，m是輸入端的個數(shù)，而不是負載門的數(shù)目。是輸入端的個數(shù)，而不是負載門的數(shù)目。例例3.5.5 三三. 三態(tài)門三態(tài)門 TS門門) 三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門(Three-State Output Gate)是是在普通門電路的在普通門電路的根底上附加控制根底上附加控制電路而構成的。電路而構成的。ENAYBENAYB0 截截 止止)( ABY1導導 通通截止截止 截止截止 高阻態(tài)高阻態(tài) 3.5.6 TTL數(shù)字集成電路的各種系列 74H系列：高速系列。其任務速度的提高是用添系列：高速系列。其任務速度的提高是用添加功耗的代價換取的，效果不夠理想。加功耗的代價換取的，效果不夠理想。從提高任務

40、速度、降低功耗兩方面思索進展改良。從提高任務速度、降低功耗兩方面思索進展改良。74S系列：肖特基系列。采用抗飽和三極管，提系列：肖特基系列。采用抗飽和三極管，提高了任務速度，但電路功耗加大，并且輸出的低高了任務速度，但電路功耗加大，并且輸出的低電平升高。電平升高。74LS系列：低功耗肖特基系列。兼顧功耗和速度系列：低功耗肖特基系列。兼顧功耗和速度兩個方面，得到更小的延遲功耗積。兩個方面，得到更小的延遲功耗積。74AS系列：電路構造與系列：電路構造與74LS系列類似，采用低系列類似，采用低 阻值，提高了任務速度，但功耗較大。阻值，提高了任務速度，但功耗較大。74ALS系列：其延遲功耗積是系列：其

41、延遲功耗積是TTL電路一切系電路一切系列中最小的一種。列中最小的一種。54、54H、54S、54LS系列：系列：54系列與系列與74系列電路系列電路具有完全一樣的電路構造和電氣性能參數(shù)。具有完全一樣的電路構造和電氣性能參數(shù)。54系列系列任務溫度范圍更寬，電源允許的任務范圍更大。任務溫度范圍更寬，電源允許的任務范圍更大。74系列：溫度系列：溫度070，電源電壓，電源電壓5V5%;54系列系列: 溫度溫度-55+125，電源電壓，電源電壓5V10%。型 號名 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門門74LS08四2輸

42、入與門 74LS13雙4輸入與非門施密特觸發(fā)74LS308輸入與非門輸入與非門 74LS32四2輸入或門 74LS644-2-3-2輸入與或非門輸入與或非門 74LS13313輸入與非門輸入與非門 74LS四異或門OC輸出輸出74LS365六總線驅動器同相、三態(tài)、公共控制74LS368六總線驅動器反相、三態(tài)、兩組控制 TTL集成門電路系列集成門電路系列 CMOS電路與電路與TTL電路比較：電路比較：1CMOS電路的任務速度比電路的任務速度比TTL電路的低。電路的低。2CMOS帶負載的才干比帶負載的才干比TTL電路強。電路強。3CMOS電路的電源電壓允許范圍較大，約在電路的電源電壓允許范圍較大，約在 318V，抗干擾才干比，抗干擾才干比TTL電路強。電路強。4CMOS電路的功耗比電路的功耗比TTL電路小得多。