第2章邏輯門電路2019ppt課件

1、第第2章章 集成邏輯門電路集成邏輯門電路本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容介紹基本門電路的概念介紹基本門電路的概念討論數(shù)字集成電路的幾種主要類型，重點是討論數(shù)字集成電路的幾種主要類型，重點是雙極型雙極型TTL集成門電路集成門電路MOS型數(shù)字集成電路型數(shù)字集成電路第第2章章 集成邏輯門電路集成邏輯門電路集成邏輯門電路，是把門電路的所有元器集成邏輯門電路，是把門電路的所有元器件及連接導(dǎo)線制作在同一塊半導(dǎo)體基片上件及連接導(dǎo)線制作在同一塊半導(dǎo)體基片上構(gòu)成的。構(gòu)成的。它屬于小規(guī)模集成電路它屬于小規(guī)模集成電路(SSI)，它是組成一，它是組成一個較大數(shù)字系統(tǒng)的基本單元。個較大數(shù)字系統(tǒng)的基本單元。第第2章章 集成邏輯門

2、電路集成邏輯門電路小規(guī)模小規(guī)模(Small Scale Integrated Circuit ,SSI)是由十幾個門電路構(gòu)成的。是由十幾個門電路構(gòu)成的。中規(guī)模中規(guī)模(Medium Scale Integrated Circuit, MSI)是由上百個門電路構(gòu)成的。是由上百個門電路構(gòu)成的。大規(guī)模大規(guī)模(Large Scale Integrated Circuit ,LSI)是由幾百個至幾千個門電路構(gòu)成的。是由幾百個至幾千個門電路構(gòu)成的。超大規(guī)模超大規(guī)模(Very Large Scale Integrated Circuit ,VLSI)是由一萬個以上門電路構(gòu)成是由一萬個以上門電路構(gòu)成的。的。第第

3、2章章 集成邏輯門電路集成邏輯門電路目前，廣泛使用的邏輯門有目前，廣泛使用的邏輯門有TTL (Transistor-Transistor Logic)和和CMOS兩個兩個系列。系列。TTL門電路屬雙極型數(shù)字集成電路，其輸入門電路屬雙極型數(shù)字集成電路，其輸入級和輸出級都是三極管結(jié)構(gòu)，故稱級和輸出級都是三極管結(jié)構(gòu)，故稱TTL。CMOS門電路是由門電路是由NMOS管和管和PMOS管組成管組成的互補的互補MOS集成電路，屬單極性數(shù)字集成集成電路，屬單極性數(shù)字集成電路。電路。第第2章章 集成邏輯門電路集成邏輯門電路我國我國TTL系列數(shù)字集成電路型號與國際型系列數(shù)字集成電路型號與國際型號對應(yīng)列入表號對應(yīng)列

4、入表2-1中中 規(guī)范規(guī)范(通用系列通用系列)高速系列高速系列肖特基系列肖特基系列低功耗肖特基系列低功耗肖特基系列 54/7454/74H54/74S54/74LSCT1000CT2000CT3000CT4000TTL系列系列分類名稱分類名稱國際型號國際型號國產(chǎn)型號國產(chǎn)型號系列系列獲得高低電平的基本原理獲得高低電平的基本原理電子電路中用高、低電平分別表示二值邏輯的1和0兩種邏輯狀態(tài)。二極管的開關(guān)特性二極管的開關(guān)特性二極管導(dǎo)通條件：正向電壓VF0.7V(0.2V)。二極管截止條件：VF0.5V(鍺管0.1V)。二極管反向恢復(fù)時間treVF-VRt1vI0t(b)輸入電壓波形輸入電壓波形二極管的開關(guān)

5、特性二極管的開關(guān)特性二極管反向恢復(fù)時間tre產(chǎn)生反向恢復(fù)時間tre的原因反向恢復(fù)時間反向恢復(fù)時間tre為為納秒數(shù)量級，納秒數(shù)量級， tre值值愈小，開關(guān)速度愈快，愈小，開關(guān)速度愈快，允許信號頻率愈高。允許信號頻率愈高。三極管的開關(guān)特性三極管的開關(guān)特性截止、飽和的條件截止：VBE 0V(0.5V)飽和：IBIBS臨界飽和：VCE=VBE此時：CCCCCCCS7 . 0RVRVI 一般一般VCES=0.10.3V三極管的開關(guān)特性三極管的開關(guān)特性三極管的開關(guān)時間0.9ICS0.1ICS延遲時間延遲時間td上升時間上升時間tr開啟時間開啟時間ton=td+tr存儲時間存儲時間ts下降時間下降時間tf關(guān)

6、閉時間關(guān)閉時間toff=ts+tf一般地一般地toffton，ts tf并且開關(guān)時間為納秒數(shù)量并且開關(guān)時間為納秒數(shù)量極極2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路二極管與門實現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。 VA=VB=3V。由于。由于R接接 到電源到電源+12V上，故上，故DA、DB均導(dǎo)通均導(dǎo)通VF= 3+0.7V=3.7V3V2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路二極管與門實現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。 VA=3V，VB=0V由于由于DB導(dǎo)通，導(dǎo)通，VF=0.7V，因而因而DA截止截止通常將通常將DB導(dǎo)通，使導(dǎo)通，使VF=0+0.7V=0.7V0V稱稱為箝位。為箝位。2.1 基本邏輯門電路基本邏輯

7、門電路二極管與門實現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。 VA=0V，VB=3V由于由于DA導(dǎo)通導(dǎo)通VF=0+0.7V=0.7V0V，DB截止。截止。2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路二極管與門實現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。 VA=VB=0VVF=0.7V，此時，此時DA、DB均導(dǎo)通。均導(dǎo)通。 VF=0+0.7V=0.7V0V2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路二極管與門實現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。 結(jié)論：結(jié)論：(1)VA=VB=0V，VF0V(2)VA=0V, VB=3V，VF0V(3)VA=3V, VB=0V， VF0V(4)VA=VB=3V VF3V2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路二

8、極管與門實現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。 0003 0 0 0 3 3 0 3 3輸出輸出VF(V)輸入輸入 VF(V) VF(V) 電位關(guān)系電位關(guān)系2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路二極管與門實現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。 A B0 00 11 01 1F0001真值表真值表2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路或門實現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。 VA=VB=3V，由于，由于R接到電源接到電源-VEE（-12V上，故上，故DA、DB均導(dǎo)通。均導(dǎo)通。VF因此為因此為VA-VD=2.3V 3V 。2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路或門實現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。 VA=0V，VB=3V

9、，此，此時時DB導(dǎo)通，將導(dǎo)通，將VF鉗位在鉗位在2.3V，DA加反向電壓截止。加反向電壓截止。因而因而VF=VB-VD=2.3V3V 。2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路或門實現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。 VA=3V，VB=0V，此，此時時DA導(dǎo)通，導(dǎo)通，DB截止，截止，VF=VA-VD=2.3V 3V 。2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路或門實現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。 VA=VB=0V，DA、DB均導(dǎo)通，均導(dǎo)通，VF=0-VD=-0.7V 0V 。 2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路或門實現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。 結(jié)論結(jié)論(1)VA=VB=0V:VF0V(2) VA=0V

10、, VB=3V: VF3V(3) VA=3V, VB=0V: VF3V(4)VA=VB=3V: VF3V2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路或門實現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。 0333 0 0 0 3 3 0 3 3輸出輸出VF(V)輸輸 入入 VA(V) VB(V) 電位關(guān)系電位關(guān)系2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路或門實現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。 A B0 00 11 01 1F0111真值表真值表2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路非門(反相器) 實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門數(shù)字電路中，二極數(shù)字電路中，二極管，三極管均工作在管，三極管均工作在開關(guān)狀態(tài)。三極管工開關(guān)狀態(tài)。三極管

11、工作在飽和狀態(tài)和截止作在飽和狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)。狀態(tài)。12V12V2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路非門(反相器) 實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門飽和時，其集電極輸出飽和時，其集電極輸出為低電平為低電平VO=Vces）；）；截止時，其集電極輸出截止時，其集電極輸出高電平無箝位時，高電平無箝位時，VO=VCC，有箝位電路時，有箝位電路時，VO高電平將使高電平將使DQ導(dǎo)通，導(dǎo)通，由于由于VQ=2.5V，故，故VO=2.5V+0.7V=3.2V）。）。 -12V12V2.5V2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路非門(反相器) 實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門VI=0.3V時，一般硅管時，一般硅管死區(qū)

12、電壓為死區(qū)電壓為0.5V，故，故T可可能截止，只考慮到能截止，只考慮到VEE時時VkkkVV923. 05 . 1185 . 112B 只考慮到只考慮到VI時時 VkkkVV277.05 .118183 .0B -12V12V2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路非門(反相器) 實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門總的總的VB=-0.646V，T截止，截止，VO為高電平。為高電平。由于此時鉗位二極管由于此時鉗位二極管D Q 導(dǎo) 通 ， 故導(dǎo) 通 ， 故VO=VQ+VDQ=3.2V 3V。 -12V12V2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路非門(反相器) 實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門VkkVVkV

13、646. 012354.11125 . 1183 . 01218B 或：或：-12V12V2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路非門(反相器) 實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門CCESCCBSBRVVII 當(dāng)當(dāng)VI=3.2V時，時，輸入高電平，輸入高電平，T應(yīng)應(yīng)飽和，即飽和，即 -12V12V2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路非門(反相器) 實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門在本例中在本例中 mARVVI7 .1113 . 012CCESCCCS mAII39. 0307 .11CSBS -12V12V2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路非門(反相器) 實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門BSRRB

14、ImAIII 96. 0706. 0667. 118)12(7 . 05 . 17 . 02 . 321實際上實際上-12V12V2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路非門(反相器) 實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門IBIBS，三極管飽，三極管飽和。輸出為低電平和。輸出為低電平VO=Vces=0.3V0V采用正邏輯，可列采用正邏輯，可列出非門的真值表。出非門的真值表。-12V12V2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路非門(反相器) 實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門3003VF (V)VI (V) 電位關(guān)系電位關(guān)系1001FA真值表真值表-12V12V2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路4.與非門

15、電路與非門電路2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路5.或非門電路或非門電路2.2 TTL集成邏輯門電路集成邏輯門電路 TTL與非門的工作原理 TTL與非門的典型電路TTL與非門的典型與非門的典型電路如圖電路如圖2-6所示，所示，它分成輸入級、中它分成輸入級、中間級和輸出級三個間級和輸出級三個部分。部分。輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級 TTL與非門的典型電路與非門的典型電路輸入級由多發(fā)射極晶體管T1和電阻R1組成，通過T1的各個發(fā)射極實現(xiàn)與邏輯功能。多發(fā)射極晶體管多發(fā)射極晶體管 T1 的等效電路的等效電路 TTL與非門的典型電路與非門的典型電路中間級由T2、R2、R3組成。其主要作用是從T

16、2管的集電極c2和發(fā)射極e2同時輸出兩個相位相反的信號，分別驅(qū)動T3和T5管，來保證T4和T5管有一個導(dǎo)通時，另一個就截止。 TTL與非門的典型電路與非門的典型電路輸出級由R4、R5、T3、T4、T5組成，T5是反相器，T3、T4組成復(fù)合管構(gòu)成一個射隨器，作為T5管的有源負(fù)載，并與T5組成推拉式電路，使輸出無論是高電平或是低電平，輸出電阻都很小，提高了帶負(fù)載能力。工作原理工作原理則VB1=VIL+VBE1 =0.3+0.7=1VVB2 =VC1=VCES1+VIL =0.1+0.3=0.4V0.3V3.6V3.6VDA導(dǎo)通！導(dǎo)通！設(shè)設(shè)A=0 B=1 C=1 (VIL=0.3V) ，1V0.4V

17、所以：所以：T2 、T5 截截止止T3 、T4 導(dǎo)通導(dǎo)通VF = 5UBE3UBE4 50.70.7 = 3.6V拉電流拉電流F = 1工作原理工作原理設(shè)設(shè)A = B = C =1，即，即VA=VB=VC=VIH=3.6V，3.6V3.6V3.6V2.1VT1管的基極電位升管的基極電位升高，使高，使T1管的集電管的集電結(jié)、結(jié)、T2和和T5的發(fā)射的發(fā)射結(jié)正向偏置而導(dǎo)通，結(jié)正向偏置而導(dǎo)通，T1管的基極電位管的基極電位VB1被箝位在被箝位在2.1V。1.4V故故T1管處于倒置管處于倒置工作狀態(tài)：發(fā)射結(jié)工作狀態(tài)：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)反向運用和集電結(jié)反向運用狀態(tài)，發(fā)射結(jié)反向狀態(tài)，發(fā)射結(jié)反向偏置、集電結(jié)正向偏置

18、、集電結(jié)正向偏置。偏置。T3 導(dǎo)通導(dǎo)通 ，T4 截止截止 VF = 0.3V ， F = 0VF =0.3V灌電流灌電流結(jié)論：結(jié)論：電路只要輸入有一個為低電平時，輸出就為高電平；只有輸入全為高電平時，輸出才為低電平。該門為與非門。即1.輸入不全為1時，輸出為12.輸入全為1時，輸出為0真值表為：ABCF 111111100 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 01 0 11 1 01 1 1 FA B C 真值表真值表2.TTL與非門的電壓傳輸特性及與非門的電壓傳輸特性及 抗干擾能力抗干擾能力電壓傳輸特性電壓傳輸特性是描述輸出電壓vO與輸入電壓vI之間對應(yīng)關(guān)系的曲線，如圖2-7所示

19、。 TTL與非門的電壓傳輸特性與非門的電壓傳輸特性AB段截止區(qū)）：vI0.6V，輸出電壓vO不隨輸入電壓vI變化，保持在高電平VH。VC10.7V，T2和T5管截止，T3、T4管導(dǎo)通，輸出高電平，VOH=3.6V。由于T2和T5管截止，故稱截止區(qū)。 TTL與非門的電壓傳輸特性與非門的電壓傳輸特性BC段(線性區(qū))：0.6VvI1.3V，0.7VVC11.4V。這時T2管開始導(dǎo)通并處于放大狀態(tài)，T2管的集電極電壓VC2和輸出電壓vO隨輸入電壓vI的增大而線性降低，故該段稱為線性區(qū)。由于由于T5管的基極電位還低于管的基極電位還低于0.7V，故，故T5管仍截止管仍截止。T3、T4管還是處于導(dǎo)通狀態(tài)。管

20、還是處于導(dǎo)通狀態(tài)。 TTL與非門的電壓傳輸特性與非門的電壓傳輸特性CD段(過渡區(qū))：1.3VvI1.4V，T5管開始導(dǎo)通，T2、T3、T4管也都處于導(dǎo)通狀態(tài)，T4、T5管有一小段時間同時導(dǎo)通，故有很大電流流過R4電阻，T2管提供T5管很大的基極電流;T2、T5管趨于飽和導(dǎo)通，管趨于飽和導(dǎo)通，T4管趨于截止，輸出電管趨于截止，輸出電壓壓vO急劇下降到低電平急劇下降到低電平vO=0.3V。由于由于vI的微小變化而引起輸出電壓的微小變化而引起輸出電壓vO的急劇下降的急劇下降，故此段稱為過渡區(qū)或轉(zhuǎn)折區(qū)。，故此段稱為過渡區(qū)或轉(zhuǎn)折區(qū)。 TTL與非門的電壓傳輸特性與非門的電壓傳輸特性CD段(過渡區(qū))：CD段

21、中點對應(yīng)的輸入電壓，既是T5管截止和導(dǎo)通的分界線，又是輸出高、低電平的分界線，故此電壓稱閾值電壓VT門檻電壓），VT=1.4V。VT是決定與非門狀態(tài)的重要參數(shù)。當(dāng)是決定與非門狀態(tài)的重要參數(shù)。當(dāng)vIVT時，時，與非門截止，輸出高電平。與非門截止，輸出高電平。當(dāng)當(dāng)vIVT時，與非門飽和導(dǎo)通，輸出低電平。時，與非門飽和導(dǎo)通，輸出低電平。VT TTL與非門的電壓傳輸特性與非門的電壓傳輸特性DE段飽和區(qū)）：vI1.4V以后，T1管處于倒置工作狀態(tài)，VB1被箝位在2.1V，T2、T5管進(jìn)入飽和導(dǎo)通狀態(tài)，T3管微導(dǎo)通，T4管截止。由于T2、T5管飽和導(dǎo)通，故稱該段為飽和區(qū)?？垢蓴_能力抗干擾能力(輸入噪聲容限

22、輸入噪聲容限)關(guān)門電平VOFF：輸出為標(biāo)準(zhǔn)高電平VSH時所允許的最大輸入低電平值。通常VOFF=0.8V。開門電平VON：輸出為標(biāo)準(zhǔn)低電平VSL時所允許的最小輸入高電平值。通常VON=1.8V。 VNL抗干擾能力輸入噪聲容限）：不破壞與抗干擾能力輸入噪聲容限）：不破壞與非門輸出邏輯狀態(tài)所允許的最大干擾電壓。非門輸出邏輯狀態(tài)所允許的最大干擾電壓。V NHVOFFVON輸入低電輸入低電平的抗干平的抗干擾能力擾能力 輸入高電平輸入高電平的抗干擾能的抗干擾能力力 抗干擾能力抗干擾能力(輸入噪聲容限輸入噪聲容限)VNL=VILmax-VOLmaxVNH=VOHmin-VIHminTTL與非門的輸入特性、

23、輸出與非門的輸入特性、輸出特性和帶負(fù)載能力特性和帶負(fù)載能力 了解輸入輸出特性，可正確處理了解輸入輸出特性，可正確處理TTL與非與非門之間和其它電路之間的連接問題。只要門之間和其它電路之間的連接問題。只要輸入端、輸出端的電路結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)與輸入端、輸出端的電路結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)與TTL與非門相同，輸入、輸出特性對其它與非門相同，輸入、輸出特性對其它TTL電路也適用。電路也適用。TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 輸入特性是描述輸入電流與輸入電壓之間的關(guān)系曲線，如圖2-8所示的特性曲線。規(guī)定輸入電流流入輸入端為正，而從輸入端流出為負(fù)。TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 當(dāng)vI小于0.6V時T2

24、是截止的，T1基極電流均經(jīng)其發(fā)射極流出因集電極的負(fù)載電阻很大，IC1可以忽略不計），這時電流大小可以近似計算為iI=-(VCC-VBE1-vI)/R1。TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 當(dāng)vI=0時，相當(dāng)于輸入端接地，故將此時的輸入電流稱為輸入短路電流IIS，IIS=(VCC-VBE1)/R1=(5-0.7)/31.4mA。輸入短路電流輸入短路電流IIS=1.4mATTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 當(dāng)vI等于0.6V時T2管開始導(dǎo)通，T2管導(dǎo)通以后IB1一部分就要流入T2管的基極，iI的絕對值隨之略有減小；vI繼續(xù)增加，IB2要繼續(xù)增大，而iI的絕對值繼續(xù)減小。 0.6VTTL與非

25、門的輸入特性與非門的輸入特性 當(dāng)vI增加到1.3V以后，T5管開始導(dǎo)通，VB1被箝位在2.1V左右；以后，iI的絕對值隨vI的增大而迅速減小。 TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 IB1絕大部分經(jīng)T1集電結(jié)流入T2的基極。當(dāng)vI大于1.4V以后，T1就進(jìn)入倒置工作狀態(tài)，iI的方向由負(fù)變?yōu)檎?，就是說iI由e1端流入輸入端，此時的輸入電流稱為輸入漏電流IIH，其值約為10A。IIHTTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 輸入短路電流IIS1.4mA。輸入漏高電平電流IIH10A。IIHIISTTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 在實際應(yīng)用中，有時與非門的輸入端需要經(jīng)外接電阻RI接地。如圖2-

26、9(a)圖所示。此時就有電流II流過RI，并在其上產(chǎn)生電壓降vI。TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 當(dāng)輸入端所接電阻RI=0時，即輸入端接地時，輸出為高電平；而RI=時，輸入電流沒有通路，與輸入端加高電平等效，此時輸出為低電平。TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 即RI比較小時，與非門截止，輸出高電平；RI較大時，與非門飽和，輸出為低電平；RI不大不小時，與非門工作在線性區(qū)或轉(zhuǎn)折區(qū)。TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 TTL門輸入端所接電阻的大小會影響輸出狀態(tài)。vI和RI之間的關(guān)系曲線叫做輸入端負(fù)載特性。TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 發(fā)射結(jié)導(dǎo)通時 )(BE1CC1III

27、VVRRRv TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 在RIR1條件下，vI幾乎和RI成正比，vI隨RI增加而增加。如圖2-9(b)所示。)(BE1CC1IIIVVRRRv RI ，vI=1.4V，T5管導(dǎo)通，管導(dǎo)通，VB1被箝位在被箝位在2.1V。RI，vI=1.4V。則公式不再適用。則公式不再適用。 TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 關(guān)門電阻ROFF：保證TTL與非門關(guān)閉，輸出為標(biāo)準(zhǔn)高電平時，所允許的RI最大值。一般ROFF=0.8k。RIROFF時，與非門輸出高電平。時，與非門輸出高電平。 TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 開門電阻RON：保證TTL與非門導(dǎo)通，輸出為標(biāo)準(zhǔn)低電

28、平時，所允許的RI最小值。一般RON=2k。RIRON時，與非門輸出低電平。時，與非門輸出低電平。 輸入負(fù)載特性是輸入負(fù)載特性是TTL與非門特有的，與非門特有的，不能用于不能用于CMOS門。門。TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 與非門多余端的處理：輸入信號數(shù)目少于與非門輸入端個數(shù)，出現(xiàn)多余端。與非門輸入端懸空相當(dāng)于接高電平實際使用時，不采用懸空的方法，防止干擾信號引入多余輸入端接電源的正端或固定高電平并聯(lián)使用TTL與非門的輸出特性與非門的輸出特性 TTL與非門實際工作時，輸出端總要接負(fù)載，產(chǎn)生負(fù)載電流，此電流也在影響輸出電壓的大小。輸出電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系曲線，稱為輸出特性。輸出電壓

29、有高電平、低電平兩種狀態(tài)，所以有兩種輸出特性。 TTL與非門的輸出特性與非門的輸出特性 與非門輸入全為高電平時，輸出為低電平。T1管倒置工作，T2、T5管飽和導(dǎo)通，T3管微導(dǎo)通，T4管截止。這時輸出級等效電路如圖2-10(a)所示，其基極電流很大，是灌電流負(fù)載。 輸出為低電平時的輸出特性輸出為低電平時的輸出特性 TTL與非門的輸出特性與非門的輸出特性 輸出為低電平時的輸出特性 是三極管在基極電流為某一值時是三極管在基極電流為某一值時共射極接法的輸出特性曲線如圖共射極接法的輸出特性曲線如圖2-10(b)所示。所示。T5飽和，其導(dǎo)通電阻飽和，其導(dǎo)通電阻rce很小很小十幾歐姆），所以十幾歐姆），所以

30、iL增加時增加時vO僅稍有增加，輸出低電平僅稍有增加，輸出低電平VOL。當(dāng)當(dāng)iL增加到大于某值后，增加到大于某值后，T5管管退出飽和進(jìn)入放大，退出飽和進(jìn)入放大，vO迅速上迅速上升，破壞了輸出為低電平的邏輯升，破壞了輸出為低電平的邏輯關(guān)系，因此對灌電流值要有限制。關(guān)系，因此對灌電流值要有限制。 IOLmaxVOLmaxTTL與非門的輸出特性與非門的輸出特性 輸出為高電平時的輸出特性 當(dāng)與非門輸入端其中有當(dāng)與非門輸入端其中有一端為低電平時，輸出為一端為低電平時，輸出為高電平。高電平。T1管處于飽和狀態(tài)，管處于飽和狀態(tài)，T2、T5管截止，管截止，T3、T4管導(dǎo)通。管導(dǎo)通。這時輸出級等效電路如這時輸出

31、級等效電路如圖圖2-11(a)所示，負(fù)載是拉所示，負(fù)載是拉電流負(fù)載。電流負(fù)載。 TTL與非門的輸出特性與非門的輸出特性 輸出為高電平時的輸出特性 在在iL較小時，較小時，T3處于飽和邊處于飽和邊緣，緣，T4管放大，管放大，T3、T4組成組成的復(fù)合管有一定的放大作用，的復(fù)合管有一定的放大作用，輸出特性曲線如圖輸出特性曲線如圖2-11(b)所示。所示。輸出電阻很小，輸出電阻很小，TTL與非與非門的輸出電壓門的輸出電壓vO 隨隨iL變化變化不大，故輸出高電平不大，故輸出高電平VOH。當(dāng)當(dāng)iL增加到大于某值后，增加到大于某值后，R4上壓降增大，上壓降增大，VC3下降，使下降，使T3進(jìn)入深飽和，進(jìn)入深飽

32、和， 復(fù)合管跟隨器處于飽和狀態(tài)，復(fù)合管跟隨器處于飽和狀態(tài)，失去跟隨作用，失去跟隨作用，輸出電壓輸出電壓vO隨負(fù)載電流的隨負(fù)載電流的增加而迅速下降，增加而迅速下降，vOVCC-VCES3-VBE4-iLR4。 為了保證為了保證vO為標(biāo)準(zhǔn)高電平。為標(biāo)準(zhǔn)高電平。對拉電流值要有限制。對拉電流值要有限制。 IOHmaxVOHmin帶負(fù)載能力帶負(fù)載能力TTL與非門的輸出端接上負(fù)載后，負(fù)載有灌電流負(fù)載和拉電流負(fù)載。圖2-12分別表示灌電流負(fù)載和拉電流負(fù)載。 拉電流負(fù)載增加會使與非門拉電流負(fù)載增加會使與非門的輸出高電平下降；的輸出高電平下降；灌電流負(fù)載增加會使與非門的灌電流負(fù)載增加會使與非門的輸出低電平上升。

33、輸出低電平上升。IL=NOIISIL=NOIIH帶負(fù)載能力帶負(fù)載能力電路輸出高、低電平時有輸出電阻，所以輸出的高、低電平隨負(fù)載電流改變，變化小，說明門的帶負(fù)載能力強(qiáng)。用輸出電平變化不超過某一規(guī)定值高電平不低于高電平下限值VOHmin，低電平不高于低電平的上限值VOLmax時的最大負(fù)載電流，來定量描述門電路的帶負(fù)載能力大小。帶負(fù)載能力帶負(fù)載能力負(fù)載電流大，帶負(fù)載能力強(qiáng)；反之，帶負(fù)載能力弱。一個門的輸出電平有高電平、低電平之分，因而，說這個門的帶負(fù)載能力，必須綜合考慮輸出高電平時的帶負(fù)載能力和輸出低電平時的帶負(fù)載能力。帶負(fù)載能力帶負(fù)載能力扇出系數(shù)：門電路驅(qū)動同類門的最大數(shù)目。輸出高電平時的扇出系數(shù)

34、 IHmaxOHmaxOHIIN 輸出低電平時的扇出系數(shù)輸出低電平時的扇出系數(shù) ILmaxOLmaxOLIIN 一個門的扇出系數(shù)只能是一個。若一個門的扇出系數(shù)只能是一個。若NOH和和NOL不同時，應(yīng)取不同時，應(yīng)取NOH和和NOL中小的一個。中小的一個。 TTL與非門的動態(tài)特性與非門的動態(tài)特性 平均傳輸延遲時間 二極管、三極管存在開關(guān)時間，由二極管和三極二極管、三極管存在開關(guān)時間，由二極管和三極管構(gòu)成的管構(gòu)成的TTL電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換需要一定的時間，即電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換需要一定的時間，即輸出不能立即響應(yīng)輸入信號的變化，而有一定的延輸出不能立即響應(yīng)輸入信號的變化，而有一定的延遲。如圖遲。如圖2-13所示。

35、所示。而電阻、二極管、三極管等元器件寄生電容的存而電阻、二極管、三極管等元器件寄生電容的存在，還會使輸出電壓波形的上升沿和下降沿變得不在，還會使輸出電壓波形的上升沿和下降沿變得不那么陡。那么陡。導(dǎo)通傳輸導(dǎo)通傳輸延遲時間延遲時間 截止傳輸截止傳輸延遲時間延遲時間 平均傳輸延遲時間平均傳輸延遲時間 2PLHPHLpdttt 傳輸延遲時間小，傳輸延遲時間小，表明門的工作速度表明門的工作速度可以高，反之，門可以高，反之，門的工作速度必須降的工作速度必須降低。低。TTL與非門的動態(tài)特性與非門的動態(tài)特性 動態(tài)尖峰電流 靜態(tài)時TTL與非門電路的電源電流比較小，在10mA左右。在動態(tài)情況下，由于T5工作在深飽

36、和狀態(tài)，T4必定在T5截止之前就導(dǎo)通了。這樣就出現(xiàn)了瞬間T4和T5都導(dǎo)通的狀態(tài)。這一瞬間電源電流比靜態(tài)時的電源電流大，但持續(xù)時間較短，故稱之為尖峰電流或浪涌電流。輸出由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，也會出現(xiàn)T4、T5都導(dǎo)通，導(dǎo)致ICC出現(xiàn)尖峰。TTL與非門的動態(tài)特性與非門的動態(tài)特性 動態(tài)尖峰電流 如圖2-14所示。在工作頻率較高在工作頻率較高時，尖峰電流對電時，尖峰電流對電源平均電流影響不源平均電流影響不可忽略。它使電源可忽略。它使電源的平均電流增大，的平均電流增大，這就要求加大電源這就要求加大電源的容量。的容量。 電源的尖峰電流電源的尖峰電流在電路內(nèi)部流通時，在電路內(nèi)部流通時，會在電源線和地線會在電源

37、線和地線上產(chǎn)生電壓降，形上產(chǎn)生電壓降，形成一個干擾源，為成一個干擾源，為此，要采取合理的此，要采取合理的接地和去耦措施，接地和去耦措施，使之在允許范圍內(nèi)。使之在允許范圍內(nèi)。 2.3 其他類型的其他類型的TTL門電路門電路 TTL門電路除了與非門外，還有其它邏輯功門電路除了與非門外，還有其它邏輯功能的門電路，如與門、或門、或非門、與或能的門電路，如與門、或門、或非門、與或非門、異或門、同或門、集電極開路門和三非門、異或門、同或門、集電極開路門和三態(tài)門等，還有與擴(kuò)展器、或擴(kuò)展器和與或擴(kuò)態(tài)門等，還有與擴(kuò)展器、或擴(kuò)展器和與或擴(kuò)展器等。展器等。主要介紹集電極開路門和三態(tài)門。主要介紹集電極開路門和三態(tài)門。

38、集電極開路門集電極開路門(OC門門)線與 ：把幾個邏輯門的輸出端直接連在一起實現(xiàn)邏輯與。 TTL與非門直接線與出現(xiàn)的問題：F1=1，F(xiàn)2=0就會在電就會在電源和地之間形成一個低源和地之間形成一個低阻通路，破壞了邏輯關(guān)阻通路，破壞了邏輯關(guān)系，而且還會把截止門系，而且還會把截止門中的導(dǎo)通管中的導(dǎo)通管T4燒壞。燒壞。 集電極開路門集電極開路門(OC門門)集電極開路門(OC門)電路結(jié)構(gòu)：把TTL與非門電路的推拉輸出級改為三極管集電極開路輸出,稱為集電極開路(Open Collector)門電路。RL上上拉拉電電阻阻集電極開路門集電極開路門(OC門門)集電極開路門(OC門)邏輯符號如圖(b)所示。 邏輯

39、功能：邏輯功能：ABF 幾個幾個OC門的門的輸出端直接并輸出端直接并聯(lián)后可共用一聯(lián)后可共用一個集電極負(fù)載個集電極負(fù)載電阻電阻RL和電源和電源VCC。 只要恰當(dāng)?shù)剡x只要恰當(dāng)?shù)剡x擇電源電壓和擇電源電壓和負(fù)載電阻，就負(fù)載電阻，就可以保證輸出可以保證輸出電平的高、低電平的高、低要求，而又有要求，而又有效地防止輸出效地防止輸出管電流過大。管電流過大。 集電極開路門集電極開路門(OC門門)集電極負(fù)載電阻RL的選擇利用OC門可以實現(xiàn)線與功能。當(dāng)有m個OC門直接并聯(lián)，并帶有n個與非門作負(fù)載時，只要公共外接負(fù)載電阻RL選擇適當(dāng)，就可以保證輸出高電平不低于規(guī)定的VOHmin值；又可以保證輸出低電平不高于規(guī)定的VO

40、Lmax。而且也不會在電源和地之間形成低阻通路。 集電極開路門集電極開路門(OC門門)集電極負(fù)載電阻RL的選擇若m個OC與非門的輸出都為高電平直接并聯(lián)，則線與結(jié)果為高電平，如圖2-17所示。為保證并聯(lián)輸出高電為保證并聯(lián)輸出高電平不低于規(guī)定的平不低于規(guī)定的VOHmin值，則要求值，則要求RL取值不能太大，才取值不能太大，才能保證能保證VCC-IRLRLVOHmin。OC門門個數(shù)個數(shù) TTL與非門輸入與非門輸入端的個數(shù)端的個數(shù) OC門輸出管截門輸出管截止時的漏電流止時的漏電流 負(fù)載門每個輸入端負(fù)載門每個輸入端為高電平時的輸入為高電平時的輸入漏電流漏電流 IRL=mIOH+pIIH VCC-(mIO

41、H+pIIH)RLVOHmin RL最大值最大值RLmax為：為： IHOHOHminCCLmaxpImIVVR VCC-IRLRLVOHmin集電極開路門集電極開路門(OC門門)當(dāng)OC門線與輸出為低電平時，從最不利情況考慮，設(shè)只有一個OC門處于導(dǎo)通狀態(tài)，而其它的OC門均截止，如圖2-18所示。 RL不能太小，應(yīng)保證不能太小，應(yīng)保證在所有的負(fù)載電流全部在所有的負(fù)載電流全部流入唯一導(dǎo)通的流入唯一導(dǎo)通的OC門時，門時，線與輸出低電平仍能低線與輸出低電平仍能低于規(guī)定的于規(guī)定的VOLmax值，值，即即VCC-IRLRLVOLmax。 OC門導(dǎo)通時的門導(dǎo)通時的最大負(fù)載電流最大負(fù)載電流 TTL與非門輸與非

42、門輸入短路電流入短路電流 注：無論一個門有注：無論一個門有幾個輸入端接在幾個輸入端接在VOL上，上，IIS都是同樣大。都是同樣大。 IRL=IOL-nIIS VCC-IRLRLVOLmaxVCC-(IOL-nIIS)RLVOLmaxRL最小值最小值RLmin為：為： ISOLOLmaxCCLminnIIVVR RLminRLRLmax 集電極開路門集電極開路門(OC門門)OC門的應(yīng)用：實現(xiàn)與或非邏輯(線與)將幾個OC門的輸出直接并聯(lián)在一起，然后通過一個公共上拉電阻RL接到電源VCC上，如圖2-19所示。111BAF 222BAF nnnBAF ， nnnBABABAFFFF 221121nnB

43、ABABA 2211實現(xiàn)了與或?qū)崿F(xiàn)了與或非的功能非的功能 集電極開路門集電極開路門(OC門門)OC門的應(yīng)用：實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)移 在數(shù)字系統(tǒng)的接口與外部設(shè)備相聯(lián)系的電路需要有電平轉(zhuǎn)換的時候，常用OC門實現(xiàn)，如圖2-20所示電路。 ， 集電極開路門集電極開路門(OC門門)OC門的應(yīng)用：用作驅(qū)動器 用OC門驅(qū)動指示燈、繼電器和脈沖變壓器等。當(dāng)用于驅(qū)動指示燈時，上拉電阻由指示燈代替，指示燈的一端于OC門的輸出相連，另一端接上電源。如果電流過大，可串入一個適當(dāng)?shù)南蘖麟娮琛＃?集電極開路門集電極開路門(OC門門)用作驅(qū)動器 例 試用74LS系列邏輯門，驅(qū)動一只VD=1.5V，ID=6mA的發(fā)光二極管。解：與非門

44、74LS00的IOL為4mA，不能驅(qū)動ID=6mA的發(fā)光二極管。集電極開路與非門74LS01的IOL為6mA，故可選用74LS01來驅(qū)動發(fā)光二極管，其電路如圖所示。， 限流電阻限流電阻 kVVVR5 . 065 . 05 . 156OLDCC三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門TSL門）門）三態(tài)邏輯三態(tài)邏輯Three State Logic輸出門，輸出門，簡稱簡稱TSL門。它是在一般門電路的基礎(chǔ)上增門。它是在一般門電路的基礎(chǔ)上增加控制電路和控制端構(gòu)成的。加控制電路和控制端構(gòu)成的。三態(tài)輸出是指三態(tài)門處于工作狀態(tài)三態(tài)輸出是指三態(tài)門處于工作狀態(tài)高電平高電平低電平低電平非工作狀態(tài)的高阻態(tài)非工作狀態(tài)的高阻態(tài)(禁止態(tài)、開

45、路態(tài)禁止態(tài)、開路態(tài))三態(tài)門都有一個EN控制使能端，來控制門電路的通斷。 可以具備這三種狀態(tài)的器件就叫做三態(tài)(門,總線,.)。例：內(nèi)存里面的一個存儲單元，讀寫控制線處于低電位時，存儲單元被打開，可以向里面寫入；當(dāng)處于高電位時，可以讀出，但是不讀不寫，就要用高電阻態(tài)。三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門TSL門）門）三態(tài)與非門的電路結(jié)構(gòu)如圖三態(tài)與非門的電路結(jié)構(gòu)如圖(a) 所示。所示。EN三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門TSL門）門）VEN=0.3V (EN=0),VB1=1.0V,VB3=1.0V, T4、T5截止。 輸出為高阻態(tài)BABAF 1工作原理工作原理VEN=3.6V(EN=1), D截止，就是與非門。截止，就是與非

46、門。1.0V1.0V三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門TSL門）門）三態(tài)門的用途：在總線傳輸中的應(yīng)用三態(tài)門的用途：在總線傳輸中的應(yīng)用利用三態(tài)門向同一個總線MN上輪流傳輸信號不會互相干擾。 工作條件是：在任何時間里只能有一個三態(tài)門處于工作狀態(tài)，其余的門處于高阻態(tài)。 三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門TSL門）門）三態(tài)門的用途：實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸三態(tài)門的用途：實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸EN=0，G1高阻，N經(jīng)G2向M送數(shù)據(jù)。 EN=1，G2高阻，高阻，M經(jīng)經(jīng)G1向向N送數(shù)據(jù)。送數(shù)據(jù)。2.4 MOS邏輯門邏輯門單極型單極型MOS(Metal Oxide Semiconductor)集集成電路分成電路分PMOS、NMOS和和CMOS三種。三

47、種。NMOS電氣性能較好，工藝較簡單，適合制電氣性能較好，工藝較簡單，適合制作高性能的存儲器、微處理器等大規(guī)模集成作高性能的存儲器、微處理器等大規(guī)模集成電路。電路。而由而由NMOS和和PMOS構(gòu)成的互補型構(gòu)成的互補型CMOS電電路以其性能好、功耗低等顯著特點，得到愈路以其性能好、功耗低等顯著特點，得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。來愈廣泛的應(yīng)用。主要介紹主要介紹NMOS和和CMOS門電路。門電路。NMOS管的開關(guān)特性管的開關(guān)特性當(dāng)用增強(qiáng)型NMOS做工作管時，如輸入電壓vI為高電平大于開啟電壓VT則NMOS管導(dǎo)通，開關(guān)閉合，若滿足RDRON，輸出電壓vO為低電平。vIVTNMOS管的開關(guān)特性管的開關(guān)特性輸入

48、電壓vI為低電平時則NMOS管截止，開關(guān)斷開，若滿足RDROFF，輸出電壓vO為高電平。 NMOS 門電路門電路NMOS 反相器反相器NMOS 與非門與非門 NMOS 或非門或非門 NMOS 與或非門與或非門 NMOS 異或門異或門 NMOS 三態(tài)門三態(tài)門NMOS反相器反相器T1管為工作管(驅(qū)動管、控制管)，T2管為負(fù)載管，故此電路稱為有源負(fù)載反相器。vI為高電平且為高電平且vIVT1時，時，T1、T2管同時導(dǎo)通，管同時導(dǎo)通，輸出電壓輸出電壓vO為兩個管子為兩個管子的導(dǎo)通電阻對的導(dǎo)通電阻對VDD的分的分壓，即壓，即當(dāng)輸入電壓當(dāng)輸入電壓vI為低電為低電平時平時(vIVT1)，T1管管截止，輸出為

49、高電平截止，輸出為高電平(vO=VOH=VDD-VT2)。 為滿足為滿足RDS1RDS2，制造時使，制造時使T1、T2在結(jié)構(gòu)上有不同的寬在結(jié)構(gòu)上有不同的寬長比，即長比，即W1/L1W2/L2。 VGD=VGS-VDS=0VTT2管工作在飽和區(qū)，管工作在飽和區(qū)，稱飽和型負(fù)載管，總是稱飽和型負(fù)載管，總是處于導(dǎo)通態(tài)。處于導(dǎo)通態(tài)。DDDS2DS1DS1OVRRRv NMOS反相器反相器飽和型負(fù)載反相器有兩個缺點：輸出高電平低。輸出高電平低。由于負(fù)載管由于負(fù)載管T2導(dǎo)通時，導(dǎo)通時，柵源間至少要保持等柵源間至少要保持等于開啟電壓于開啟電壓VT2的電的電壓，所以輸出高電平壓，所以輸出高電平較電源電壓低一個開

50、較電源電壓低一個開啟電壓值。為了保證啟電壓值。為了保證有足夠高的輸出高電有足夠高的輸出高電平，必須增大電源電平，必須增大電源電壓。壓。為了保證輸出為了保證輸出低電平足夠低，要低電平足夠低，要求求RDS2相應(yīng)的增大，相應(yīng)的增大，造成工作管關(guān)閉時，造成工作管關(guān)閉時，輸出端雜散電容或輸出端雜散電容或負(fù)載電容負(fù)載電容CO的充電的充電時間較長，使輸出時間較長，使輸出電壓上升沿拖長，電壓上升沿拖長，降低了工作速度。降低了工作速度。對同一個對同一個MOS負(fù)載負(fù)載管，若要提高電路的管，若要提高電路的速度，就必須減小其速度，就必須減小其導(dǎo)通電阻，讓它工作導(dǎo)通電阻，讓它工作在非飽和區(qū)，即工作在非飽和區(qū)，即工作在可

51、變電阻區(qū)。這樣，在可變電阻區(qū)。這樣，可以提高電路的工作可以提高電路的工作速度，降低電路的功速度，降低電路的功率損耗。率損耗。NMOS反相器反相器非飽和型有源負(fù)載反相器如圖2-26所示。 該反相器負(fù)載管該反相器負(fù)載管的柵極采用獨立電的柵極采用獨立電源源VGG，當(dāng)，當(dāng)VGG-VDDVT2時，負(fù)時，負(fù)載管載管T2工作在非飽工作在非飽和區(qū)。輸出電平可和區(qū)。輸出電平可接近接近VDD值，電路值，電路的工作速度提高，的工作速度提高，功率損耗降低。功率損耗降低。缺點是增加了一缺點是增加了一個電源。個電源。NMOS與非門與非門具有兩個輸入端的NMOS 與非門電路如圖2-27所示。當(dāng)輸入當(dāng)輸入A、B都為都為高電平

52、時，串聯(lián)高電平時，串聯(lián)的兩個工作管的兩個工作管T1、T2都導(dǎo)通，電路都導(dǎo)通，電路的輸出即為低電的輸出即為低電平；平；NMOS與非門與非門具有兩個輸入端的NMOS 與非門電路如圖2-27所示。當(dāng)輸入當(dāng)輸入A、B中中有一個為低電平時，有一個為低電平時，則串聯(lián)的兩個工作則串聯(lián)的兩個工作管管T1、T2中必有中必有一個截止，則使電一個截止，則使電路輸出為高電平。路輸出為高電平。ABF NMOS或非門或非門NMOS 或非門電路如圖或非門電路如圖2-28所示。所示。 NMOS或非門或非門因為兩個工作管因為兩個工作管T1、T2相并聯(lián)，所以只相并聯(lián)，所以只要輸入要輸入A、B中有一中有一個為高電平時，則相個為高電

53、平時，則相應(yīng)的工作管必導(dǎo)通，應(yīng)的工作管必導(dǎo)通，使電路的輸出為低電使電路的輸出為低電平；平；工作原理工作原理NMOS或非門或非門工作原理工作原理BAF 只有輸入只有輸入A、B中都中都為低電平時，則并為低電平時，則并聯(lián)的兩個工作管聯(lián)的兩個工作管T1、T2都截止，則使電都截止，則使電路輸出為高電平。路輸出為高電平。NMOS 與或非門與或非門NMOS 與或非門電路如圖與或非門電路如圖2-29所示。所示。 工作原理：工作原理：A=B=1F=0NMOS 與或非門與或非門NMOS 與或非門電路如圖與或非門電路如圖2-29所示。所示。 工作原理：工作原理：A=B=1C=D=1F=0NMOS 與或非門與或非門C

54、DABF 工作原理：工作原理：當(dāng)兩組輸入當(dāng)兩組輸入(A、B和和C、D)中都有低電平時，中都有低電平時，則每組串聯(lián)的工作管則每組串聯(lián)的工作管中必有相應(yīng)的工作管中必有相應(yīng)的工作管截止，則截止，則F=1。NMOS異或門異或門圖圖2-30是是NMOS異或門。異或門。 同或門同或門非門非門NMOS異或門異或門圖圖2-30是是NMOS異或門。異或門。 BABABAF當(dāng)當(dāng)A、B都為高電平都為高電平或都為低電平時，或都為低電平時，T1、T2都截止，都截止，F(xiàn)1為高電平，為高電平，F(xiàn)為低電為低電平；平；當(dāng)當(dāng)A、B中有一個為中有一個為高電平而另一個為高電平而另一個為低電平時，低電平時，T1和和T2中必有一個管導(dǎo)通

55、，中必有一個管導(dǎo)通，致使致使F1為低電平，為低電平，F(xiàn)為高電平。為高電平。NMOS三態(tài)門三態(tài)門圖2-31所示電路為NMOS三態(tài)門。數(shù)據(jù)輸入端數(shù)據(jù)輸入端控制端控制端輸出端輸出端當(dāng)當(dāng)E為高電平時，為高電平時，兩個或非門兩個或非門G1、G2輸出均為低輸出均為低電平，致使電平，致使T1、T2管都截止，管都截止，電路輸出電路輸出F呈現(xiàn)呈現(xiàn)高阻狀態(tài)；高阻狀態(tài)；若若E為低電平時，兩為低電平時，兩個或非門個或非門G1、G2都都起非門作用，若起非門作用，若A為為低電平時，或非門低電平時，或非門G1輸出為高電平，輸出為高電平，使使T1管導(dǎo)通，同時管導(dǎo)通，同時使使G2輸出為低電平，輸出為低電平，使使T2管截止，電路

56、管截止，電路輸 出 為 低 電 平 ，輸 出 為 低 電 平 ，F(xiàn)=A。電路具有三態(tài)輸出電路具有三態(tài)輸出功能。功能。 CMOS門電路門電路CMOS: Complementary-Symmetry Metal-Oxide SemiconductorCMOS反相器反相器CMOS與非門與非門CMOS或非門或非門CMOS三態(tài)門三態(tài)門CMOS傳輸門傳輸門 CMOS反相器反相器CMOS反相器是構(gòu)成CMOS集成電路的基本單元。 CMOS 電路的結(jié)構(gòu)特點是：一個N溝道管和一個P溝道管配對使用，即N、P互補Complementary）。如圖2-32為CMOS反相器電路，是由互補的增強(qiáng)型NMOS管T1和PMOS管

57、T2串聯(lián)組成的。CMOS反相器反相器電源電壓條件：電源電壓條件：CMOS反相器要求電源電壓大反相器要求電源電壓大于兩個管子開啟電壓的于兩個管子開啟電壓的絕對值之和，即絕對值之和，即VDD|VT1|+|VT2|。CMOS反相器反相器工作原理：工作原理：vI輸入低電平時：vI=VIL|VT2|，因此T2充分導(dǎo)通。反相器輸出高電平VOHVDD。CMOS反相器反相器工作原理：工作原理：vI=VIHVT1，T1管導(dǎo)管導(dǎo)通。通。VG2較高，使較高，使|VGS|VT2|，因此，因此T2管截止。管截止。反相器輸出低電平且反相器輸出低電平且很低，很低，VOL0V。特點特點1）CMOS反相器的靜態(tài)功耗非常小(TT

58、L靜態(tài)功耗單位mW)。靜態(tài)：總是一管導(dǎo)通和一管截止，漏電流很小(nA)，靜態(tài)功耗非常小(W)。動態(tài)：轉(zhuǎn)換時電流大(若工作頻率高，功耗mW左右）特點特點2）CMOS反相器輸出電壓的上升時間和下反相器輸出電壓的上升時間和下降時間都比較小，電路的工作速度大為提降時間都比較小，電路的工作速度大為提高。高。原因：由于原因：由于CMOS反相器的工作管和負(fù)載反相器的工作管和負(fù)載管不同時導(dǎo)通，因此其輸出電壓不取決于管不同時導(dǎo)通，因此其輸出電壓不取決于兩管的導(dǎo)通電阻之比。這樣，通常可使兩管的導(dǎo)通電阻之比。這樣，通?？墒筆MOS負(fù)載管和負(fù)載管和NMOS工作管的導(dǎo)通電阻都工作管的導(dǎo)通電阻都較小。所以，較小。所以，C

59、MOS反相器輸出電壓的上反相器輸出電壓的上升時間和下降時間都比較小，電路的工作升時間和下降時間都比較小，電路的工作速度大為提高。速度大為提高。CMOS與非門與非門工作原理：圖圖2-33所示電路為兩個輸入端的所示電路為兩個輸入端的CMOS與非與非門。門。當(dāng)輸入當(dāng)輸入A、B都為高都為高電平時，串聯(lián)的電平時，串聯(lián)的NMOS管管 T1、T2管管都導(dǎo)通，并聯(lián)的都導(dǎo)通，并聯(lián)的PMOS管管T3、T4都截都截止，因此輸出為低電止，因此輸出為低電平；平；工作管工作管負(fù)載管負(fù)載管CMOS與非門與非門工作原理：圖圖2-33所示電路為兩個輸入端的所示電路為兩個輸入端的CMOS與非與非門。門。ABF 當(dāng)輸入當(dāng)輸入A、B

60、中有一中有一個為低電平時，兩個個為低電平時，兩個串聯(lián)的串聯(lián)的NMOS管中必管中必有一個截止，于是電有一個截止，于是電路輸出為高電平。路輸出為高電平。CMOS或非門或非門 圖2-34所示電路為兩個輸入端的CMOS或非門。當(dāng)輸入當(dāng)輸入A、B至少有至少有一個高電平時，并聯(lián)的一個高電平時，并聯(lián)的NMOS管管T1和和T2中至中至少有一個導(dǎo)通，串聯(lián)的少有一個導(dǎo)通，串聯(lián)的PMOS管管T3、T4至少至少有一個截止，因此輸出有一個截止，因此輸出為低電平；為低電平；CMOS或非門或非門 圖2-34所示電路為兩個輸入端的CMOS或非門。BAF 當(dāng)輸入當(dāng)輸入A、B都為低電平都為低電平時，并聯(lián)時，并聯(lián)NMOS管管T1和