第3章邏輯門(mén)電路

1、 實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算和常用復(fù)合邏輯運(yùn)算的電子電路實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算和常用復(fù)合邏輯運(yùn)算的電子電路與與 或或 非非 與與 非非 或或 非非 異或異或與或非與或非與與 門(mén)門(mén)或或 門(mén)門(mén)非非 門(mén)門(mén)與與 非非 門(mén)門(mén)或或 非非 門(mén)門(mén)異或門(mén)異或門(mén)與或非門(mén)與或非門(mén)分立元件門(mén)電路和集成門(mén)電路分立元件門(mén)電路和集成門(mén)電路1. 分立元件門(mén)電路分立元件門(mén)電路用分立的元器件和導(dǎo)線連接起來(lái)構(gòu)成的門(mén)電路。用分立的元器件和導(dǎo)線連接起來(lái)構(gòu)成的門(mén)電路。2. 集成門(mén)電路集成門(mén)電路 把構(gòu)成門(mén)電路的元器件和連線，都制作在一塊半把構(gòu)成門(mén)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)。導(dǎo)體芯片上，再封裝起來(lái)。常用：常用：CMOS 和和

2、TTL 集成門(mén)電路集成門(mén)電路數(shù)字集成電路的集成度數(shù)字集成電路的集成度一塊芯片中含有等效邏輯門(mén)或元器件的個(gè)數(shù)一塊芯片中含有等效邏輯門(mén)或元器件的個(gè)數(shù)小規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路 SSI(Small Scale Integration) 10 門(mén)門(mén)/ /片片或或 10 000 門(mén)門(mén)/ /片片或或 100 000 元器件元器件/ /片片. 3. 3 TTL邏輯門(mén)邏輯門(mén) 重點(diǎn)重點(diǎn): : 1 1.各種門(mén)的邏輯功能各種門(mén)的邏輯功能; ; 2 2.TTLTTL門(mén)外特性的理解、掌握和運(yùn)用。門(mén)外特性的理解、掌握和運(yùn)用。 難點(diǎn)難點(diǎn): : 1 1.CMOS門(mén)電路的工作原理與外特門(mén)電路的工作原理與外特性性的理解。的理解

3、。3.1.1 理想開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)特性理想開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)特性3.1.2 半導(dǎo)體二極管的開(kāi)關(guān)特性半導(dǎo)體二極管的開(kāi)關(guān)特性3.1.3 晶體三極管的開(kāi)關(guān)特性晶體三極管的開(kāi)關(guān)特性3.1.1 理想開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)特性理想開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)特性一、一、 靜態(tài)特性靜態(tài)特性 斷開(kāi)斷開(kāi) 0 OFFOFF IR， 閉合閉合 0 0AKON UR，SAKS 可由可由二極管二極管、三極管三極管或或 MOS 管實(shí)現(xiàn)管實(shí)現(xiàn)SAK二、動(dòng)態(tài)特性二、動(dòng)態(tài)特性 開(kāi)通時(shí)間：開(kāi)通時(shí)間：0on t 關(guān)斷時(shí)間：關(guān)斷時(shí)間：0off t閉合）閉合）（斷開(kāi)（斷開(kāi)斷開(kāi)）斷開(kāi)）（閉合（閉合普通開(kāi)關(guān)：普通開(kāi)關(guān)：靜態(tài)特性好，動(dòng)態(tài)特性差靜態(tài)特性好，動(dòng)態(tài)特性差半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)：半導(dǎo)體開(kāi)

4、關(guān)：靜態(tài)特性較差，動(dòng)態(tài)特性好靜態(tài)特性較差，動(dòng)態(tài)特性好1. 邏輯變量與兩狀態(tài)開(kāi)關(guān)邏輯變量與兩狀態(tài)開(kāi)關(guān)低電平低電平 高電平高電平 斷開(kāi)斷開(kāi)閉合閉合高電平高電平 3 V低電平低電平 0 V數(shù)字電路數(shù)字電路:通過(guò)電子開(kāi)關(guān)通過(guò)電子開(kāi)關(guān) S 的兩種狀態(tài)的兩種狀態(tài)( (開(kāi)或關(guān)開(kāi)或關(guān)) )獲得高、低電平，用來(lái)表示獲得高、低電平，用來(lái)表示 1 或或 0。3VIuSOu3VIuSOuIuSOu邏輯狀態(tài)邏輯狀態(tài)1001S 可由可由二極管二極管、三極管三極管或或 MOS 管實(shí)現(xiàn)管實(shí)現(xiàn)2. 高、低電平與正、負(fù)邏輯高、低電平與正、負(fù)邏輯負(fù)邏輯負(fù)邏輯正邏輯正邏輯0V5V1.8V0.8V 高電平和低電平是兩個(gè)不同的可以截然區(qū)

5、別高電平和低電平是兩個(gè)不同的可以截然區(qū)別開(kāi)來(lái)的電壓范圍。開(kāi)來(lái)的電壓范圍。010V5V1.8V0.8V103. 1. 2 晶體二極管的開(kāi)關(guān)特性晶體二極管的開(kāi)關(guān)特性1. 靜態(tài)特性靜態(tài)特性1) 外加正向電壓外加正向電壓( (正偏正偏) )二極管導(dǎo)通二極管導(dǎo)通( (相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合) ) V7 . 0D U2) 外加反向電壓外加反向電壓( (反偏反偏) ) V5 . 0 DU二極管截止二極管截止( (相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)) ) 0D I硅二極管伏安特性硅二極管伏安特性陰極陰極A陽(yáng)極陽(yáng)極KPN結(jié)結(jié)- -AK+ +DUDIP區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū)+- - - - -正向正向?qū)▍^(qū)導(dǎo)通區(qū)反向反向截止

6、區(qū)截止區(qū)反向反向擊穿區(qū)擊穿區(qū)0.5 0.7/ /mADI/ /V0(BR)UDUD+ +- -Iu+ +- -Ou二極管的開(kāi)關(guān)作用：二極管的開(kāi)關(guān)作用： 例例 V2L II UuuO = 0 VV3H II UuuO = 2.3 V電路如圖所示，電路如圖所示，V3 V 2I或或 u試判別二極管的工作試判別二極管的工作狀態(tài)及輸出電壓。狀態(tài)及輸出電壓。二極管截止二極管截止二極管導(dǎo)通二極管導(dǎo)通 解解 D0.7 V+ +- -2. 動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性1) 二極管的電容效應(yīng)二極管的電容效應(yīng)勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容 C B擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容 C D2) 二極管的開(kāi)關(guān)時(shí)間二極管的開(kāi)關(guān)時(shí)間ontofft電容效應(yīng)使二極管電容

7、效應(yīng)使二極管的通斷需要的通斷需要一段延一段延遲時(shí)間才能完成遲時(shí)間才能完成tIuDit00( (反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間) )ns 5)(rroffontttton 開(kāi)通時(shí)間開(kāi)通時(shí)間toff 關(guān)斷時(shí)間關(guān)斷時(shí)間正向（飽和）電流愈正向（飽和）電流愈大大，電荷消散所需的電荷消散所需的也愈也愈長(zhǎng)長(zhǎng)。產(chǎn)生反向恢復(fù)的過(guò)程產(chǎn)生反向恢復(fù)的過(guò)程的原因：的原因：存儲(chǔ)電荷消散存儲(chǔ)電荷消散需要時(shí)間。需要時(shí)間。反向恢復(fù)時(shí)間一般在反向恢復(fù)時(shí)間一般在納秒納秒數(shù)量級(jí)數(shù)量級(jí)。 P區(qū)區(qū) N區(qū)區(qū) 勢(shì)勢(shì)壘壘區(qū)區(qū) + - P區(qū)區(qū)的的電電子子濃濃度度分分布布 N區(qū)區(qū)的的空空穴穴濃濃度度分分布布 一、靜態(tài)特性一、靜態(tài)特性NPN3. 1. 3

8、 晶體三極管的開(kāi)關(guān)特性晶體三極管的開(kāi)關(guān)特性發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)發(fā)射極發(fā)射極emitter基極基極base集電極集電極collectorbiBiCec( (電流控制型電流控制型) )1. 結(jié)構(gòu)、符號(hào)和輸入、輸出特性結(jié)構(gòu)、符號(hào)和輸入、輸出特性( (2) ) 符號(hào)符號(hào)NNP( (Transistor) )( (1) ) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)( (3) ) 輸入特性輸入特性CE)(BEBuufi (4) 輸出特性輸出特性B)(CECiufi iC / mAuCE /V50 A40A30 A20 A10 AiB = 00 2 4 6 8 4321放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)飽飽和和區(qū)區(qū)0CE uV1CE u0uBE

9、 /ViB / A(a)(a)放大放大iB 0, iC 0發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏, ,集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏i C= iB(b)(b)截止截止發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)反反偏偏, ,集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏死區(qū)電壓BEU(c)(c)飽和飽和發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏, ,集電結(jié)正偏集電結(jié)正偏先求集電極臨界飽和電流先求集電極臨界飽和電流VUUVU3 . 07 . 0CESCEBECCCCCESCCCSRVRUVICSCII判斷三極管飽和導(dǎo)通的條件判斷三極管飽和導(dǎo)通的條件三極管飽和三極管飽和 當(dāng)當(dāng)或或CCCCCESCCBSRVRUVIBSBII (d) 三極管的開(kāi)關(guān)特性三極管的開(kāi)關(guān)特性飽和飽和3V0VuO 0uO UCC+U

10、CCuiRBRCuOTuO+UCCRCECuO+UCCRCEC3V0V2. 開(kāi)關(guān)應(yīng)用舉例開(kāi)關(guān)應(yīng)用舉例 V2 )1(L II Uu V3 )2(H II Uu發(fā)射結(jié)反偏發(fā)射結(jié)反偏 T 截止截止0 0CB ii V12CCO Vu發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏 T 導(dǎo)通導(dǎo)通+ RcRb+VCC (12V)+uo iBiCTuI3V-2V2 k 100 2.3 k 放大還是放大還是飽和？飽和？bBEIBRuui cCESCCCSBSRUVIIBSB Ii 飽飽和和 T飽和導(dǎo)通條件：飽和導(dǎo)通條件：cCCBSB RVIi + RcRb+VCC +12V+uo iBiCTuI3V-2V2 k 100 2.3 k m

11、A 1mA3 . 27 . 03 mA 06. 0mA210012 cCC RV V)7 . 0(BE uV 3 . 0CESOUu 因?yàn)橐驗(yàn)樗运远?dòng)態(tài)特性二、動(dòng)態(tài)特性ontofft3-2tV/Iu00.9ICS0.1ICSCit0V/Ou off t三極管飽和程度三極管飽和程度30.3t03. 2. 1 二極管與門(mén)電路二極管與門(mén)電路3. 2. 2 二極管或門(mén)電路二極管或門(mén)電路3. 2. 3 晶體三極管非門(mén)電路晶體三極管非門(mén)電路3. 2. 4 復(fù)合門(mén)電路復(fù)合門(mén)電路uYuAuBR0D2D1+VCC+10V3. 2. 1 二極管與門(mén)電路二極管與門(mén)電路3V0V符號(hào)符號(hào):與門(mén)與門(mén)（AND gat

12、e)ABY&0 V0 VUD = 0.7 V0 V3 V3 V0 V3 V3 V真值表真值表A BY0 00 11 01 10001Y = AB電壓關(guān)系表電壓關(guān)系表uA/VuB/VuY/VD1 D20 00 33 03 3導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通0.7導(dǎo)通導(dǎo)通 截止截止0.7截止截止 導(dǎo)通導(dǎo)通0.7導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通3.73. 2. 2 二極管或門(mén)電路二極管或門(mén)電路uY/V3V0V符號(hào)符號(hào):或門(mén)或門(mén)（AND gate)ABY10 V0 VUD = 0.7 V0 V3 V3 V0 V3 V3 VuYuAuBROD2D1-VSS-10V真值表真值表A BY0 00 11 01 10111電壓關(guān)系

13、表電壓關(guān)系表uA/VuB/VD1 D20 00 33 03 3導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通 0.7截止截止 導(dǎo)通導(dǎo)通2.3導(dǎo)通導(dǎo)通 截止截止2.3導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通2.3Y = A + B正與門(mén)真值表正與門(mén)真值表正邏輯和負(fù)邏輯的對(duì)應(yīng)關(guān)系：正邏輯和負(fù)邏輯的對(duì)應(yīng)關(guān)系：A BY0 00 11 01 10001ABY = AB&負(fù)或門(mén)真值表負(fù)或門(mén)真值表A BY1 11 00 10 01110AB1BAY 同理：同理：正或門(mén)正或門(mén)負(fù)與門(mén)負(fù)與門(mén)10 01一、半導(dǎo)體三極管非門(mén)一、半導(dǎo)體三極管非門(mén)V0 . 1ILI UuT 截止截止V5CCOHO VUuV5 . 2IHI UuT導(dǎo)通導(dǎo)通mA 1mA3 . 47

14、 . 05bBEIHB RuUimA17. 0mA1305 cCCBS RVI 3. 2. 3 晶體三極管非門(mén)電路晶體三極管非門(mén)電路飽和導(dǎo)通條件飽和導(dǎo)通條件:BSBIi +VCC+5V1 k RcRbT+ +- -+ +- -uIuO4.3 k = 30iBiCBSBIi V3 . 0OLO UuT 飽和飽和因?yàn)橐驗(yàn)樗运噪妷宏P(guān)系表電壓關(guān)系表uI/VuO/V0550.3真值表真值表0110AYAY 符號(hào)符號(hào)函數(shù)式函數(shù)式+VCC+5V1 k RcRbT+ +- -+ +- -uIuO4.3 k = 30iBiC三極管非門(mén)三極管非門(mén): :AY1AY三極管非門(mén)三極管非門(mén): :RcRbTVCC(+5

15、V)uiuoD3DK3B+3V1.5k1k輸入為低電平輸入為低電平0.3V:T截止，輸出為高電平。截止，輸出為高電平。D導(dǎo)通，導(dǎo)通，uO =3+0.7=3.7 (V) 輸入為高電平輸入為高電平3.7VT飽和導(dǎo)通，輸出為低電平，飽和導(dǎo)通，輸出為低電平，uo0.3V。二、半導(dǎo)體三極管非門(mén)的負(fù)載能力二、半導(dǎo)體三極管非門(mén)的負(fù)載能力負(fù)載分類(lèi)負(fù)載分類(lèi):拉電流負(fù)載和灌電流拉電流負(fù)載和灌電流負(fù)載負(fù)載灌電流負(fù)載灌電流負(fù)載RcRbT飽和飽和VCC(+5V)uiuo負(fù)載門(mén)負(fù)載門(mén)IRCICI灌灌IC = I灌+ IRCICM RcRbT截止截止uiuo負(fù)載門(mén)負(fù)載門(mén)IRCIC=0I拉拉VCC(+5V)拉電流負(fù)載拉電流負(fù)

16、載 COHminCCRUVI拉BRCIII灌 例例 3-2 3-2 在圖在圖 3-13 3-13 所示電路中所示電路中, ,由三極管非門(mén)驅(qū)動(dòng)二極管構(gòu)由三極管非門(mén)驅(qū)動(dòng)二極管構(gòu)成的與門(mén)電路成的與門(mén)電路. .以知以知 . .與門(mén)的輸入低電平電流與門(mén)的輸入低電平電流 , ,輸入高電平電流輸入高電平電流 , ,并并保證晶體管非門(mén)的輸出高電平不低于保證晶體管非門(mén)的輸出高電平不低于 . .試計(jì)算試計(jì)算: : (1) (1)當(dāng)輸入高電平當(dāng)輸入高電平 時(shí)時(shí), ,該電路能帶多少個(gè)與門(mén)負(fù)載該電路能帶多少個(gè)與門(mén)負(fù)載? ? (2) (2)當(dāng)輸入低電平當(dāng)輸入低電平 時(shí)時(shí), ,該電路能帶多少個(gè)與門(mén)負(fù)載該電路能帶多少個(gè)與門(mén)負(fù)

17、載? ? 5 ,1,5,50,30CCCBCMVV RKRKImA1.5ILImA50IHIA3iuV0iuV3V二極管與門(mén)和或門(mén)電路的缺點(diǎn)：二極管與門(mén)和或門(mén)電路的缺點(diǎn)：（1 1）在多個(gè)門(mén)串接使用時(shí)，會(huì)出現(xiàn)低電平偏離標(biāo)準(zhǔn)數(shù)）在多個(gè)門(mén)串接使用時(shí)，會(huì)出現(xiàn)低電平偏離標(biāo)準(zhǔn)數(shù) 值的情況。值的情況。（2 2）負(fù)載能力差）負(fù)載能力差. .解決辦法：解決辦法：將二極管與門(mén)（或門(mén)）電路和三極管非門(mén)電路組合起來(lái)。將二極管與門(mén)（或門(mén)）電路和三極管非門(mén)電路組合起來(lái)。3. 2. 4 二極管二極管-三極管與非門(mén)三極管與非門(mén)BAC+VRPCC（+5V）PPPNNNN+V13（+5V）CCABCTb1R1+VCC+5VR14

18、k AD2T1T2T3T4DR21.6k R31k R4130 Y輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)D1BT1 多發(fā)射極三極管多發(fā)射極三極管e1e2bc等效電路：等效電路：1. A、B 只要有一個(gè)為只要有一個(gè)為 0 0.3V1V V1 V)7 . 03 . 0( B1 uT2 、 T4截止截止5VT3 、 D 導(dǎo)通導(dǎo)通 V3.6 V)7 . 07 . 05(O u V3 . 0BA uu V6 . 3 , V3 . 0BA uu V3 . 0 , V6 . 3BA uu3. 3 TTL邏輯門(mén)邏輯門(mén)3.3.1 TTL 與非門(mén)與非門(mén)0.7VRL3.6V一、電路結(jié)構(gòu)與工作原理一、電路結(jié)構(gòu)與工作原理

19、+VCC+5V4k AD2T1T2T3T4D1.6k 1k 130 Y輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)D1BR1R2R3R43.6V3.6V0.7V1V0.3V4.3V2.1V2. A、B 均為均為 1 V6 . 3BA uu理論：理論： V3 . 4 V)7 . 06 . 3( B1 u實(shí)際：實(shí)際： V1 . 2 V)7 . 03( B1 uT2 、 T4 導(dǎo)通導(dǎo)通T3 、 D 截止截止uO = UCES4 0.3VTTL 與非門(mén)與非門(mén)RL+VCC+VCC+5V4k AD2T1T2T3T4D1.6k 1k 130 Y輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)D1BR1R2R3R4TTL 與非門(mén)

20、與非門(mén)整理結(jié)果：整理結(jié)果：1110ABY00011011ABY ABY&1211109814133456712&UCC4B 4A 4Y3B 3A3Y1B1A1Y2B2A2Y GND(a)74LS001211109814133456712&UCC2D 3C 2BNC 2A2Y1B1ANC1D1C1Y GND74LS20(b)74LS00、74LS20管腳排列示意圖管腳排列示意圖. TTL與非門(mén)的電氣特性與性能參數(shù)：與非門(mén)的電氣特性與性能參數(shù)：)(IOufu A B0uO /VuI /V12341234AB 段：段：uI 0.5 V ， uB1 1.4 V ，T2 、T4

21、飽和飽和導(dǎo)通，導(dǎo)通， T3 、D 截止。截止。uO = UOL 0.3 V閾值電壓閾值電壓：ABY&ABDE允許疊加干擾允許疊加干擾UOFF0.9UOH01231234 Ui ABUON UON是保證輸是保證輸出為額定低電平出為額定低電平時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)所對(duì)應(yīng)的最小最小輸入高電平電壓輸入高電平電壓。DE01231234 Ui 1uIuO 50%Uom50%UimtuI0tuO0UimUomtPHL 輸出電壓由高到輸出電壓由高到 低時(shí)的傳輸延遲低時(shí)的傳輸延遲 時(shí)間。時(shí)間。tpd 平均傳輸延遲時(shí)間平均傳輸延遲時(shí)間2PLHPHLpdttt tPLH 輸出電壓由低到輸出電壓由低到 高時(shí)的傳輸延遲高

22、時(shí)的傳輸延遲 時(shí)間時(shí)間。tPHLtPLH典型值：典型值： tPHL= 8 ns , tPLH= 12 ns最大值：最大值： tPHL= 15 ns , tPLH= 22 ns (1)(1) VCC(5V) Rb1 4k T1 IIL T3 T4 Rc4 130 D 0驅(qū)動(dòng)門(mén)驅(qū)動(dòng)門(mén)負(fù)載門(mén)負(fù)載門(mén)(2)(2) VCC(5V) Rb1 4k T1 IIL T4 T3 Rc4 130 D VCC(5V) Rb1 4k T1 IIL T3 T4 Rc4 130 D 驅(qū)動(dòng)門(mén)驅(qū)動(dòng)門(mén)負(fù)載門(mén)負(fù)載門(mén)1IIHILIHII：并聯(lián)后與僅一個(gè)接地相同：每個(gè)值相同輸入，并電流計(jì)算：聯(lián)后加倍(3) 輸出低電平電流輸出低電平電流

23、+VCCT4T5+VCCT1+VCCT1驅(qū)動(dòng)門(mén)負(fù)載門(mén)UOLIOLIILIIL(4) 輸出高電平電流輸出高電平電流+VCCT4T5RC3+VCCT1+VCCT1IIHIIH驅(qū)動(dòng)門(mén)負(fù)載門(mén)帶灌電流負(fù)載：輸出低電平時(shí)。帶灌電流負(fù)載：輸出低電平時(shí)。NIIOLOLIL()()驅(qū)動(dòng)門(mén)負(fù)載門(mén)帶拉電流負(fù)載：門(mén)輸出高電平時(shí)帶拉電流負(fù)載：門(mén)輸出高電平時(shí)OHOHIH()()INI驅(qū)動(dòng)門(mén)負(fù)載門(mén) 在數(shù)字系統(tǒng)中，有些場(chǎng)合需在數(shù)字系統(tǒng)中，有些場(chǎng)合需要將門(mén)電路的輸出端并聯(lián)使用，要將門(mén)電路的輸出端并聯(lián)使用，即即“線與線與”。 但推拉式輸出的門(mén)電路不能但推拉式輸出的門(mén)電路不能并聯(lián)。并聯(lián)。 解決上述問(wèn)題的辦法：解決上述問(wèn)題的辦法：

24、需要線與時(shí)，用需要線與時(shí)，用OCOC門(mén)門(mén)。Y=0Y=0T3T4G G1 1+VCCT3T4G G2 2+VCCIIL導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通1 10 03. 3. 2 其他類(lèi)型的其他類(lèi)型的TTL 集集成成門(mén)門(mén)電路電路1. 集電極開(kāi)路門(mén)集電極開(kāi)路門(mén)OC 門(mén)門(mén)(Open Collector Gate)+VCC+5VR1AD2T1T2T4R2R3YD1B 1）電路組成及符號(hào)）電路組成及符號(hào)+V CCRC外外接接YAB&+V CCRCOC 門(mén)必須外接負(fù)載電阻門(mén)必須外接負(fù)載電阻和電源才能正常工作。和電源才能正常工作。AB可以線與連接可以線與連接V CC 根據(jù)電路根據(jù)電路需要進(jìn)行選擇需要進(jìn)

25、行選擇 2）OC 門(mén)的主要特點(diǎn)門(mén)的主要特點(diǎn)線與連接舉例：線與連接舉例：21YYY CDAB CDAB +VCCAT1T2T4Y1B+VCCCT 1T 2T 4Y2D+V CCRC+V CCRCABY1AB&G1Y2CD&G2線與線與YCDY外接電阻外接電阻 RC 的估算：的估算：n OC 與非門(mén)的個(gè)數(shù)與非門(mén)的個(gè)數(shù)m 負(fù)載與非門(mén)的個(gè)數(shù)負(fù)載與非門(mén)的個(gè)數(shù)k 每個(gè)與非門(mén)輸入端的個(gè)數(shù)每個(gè)與非門(mén)輸入端的個(gè)數(shù)IIH+V CCRC&1&2Y&12&n&m&1kIOHIOH ：OC門(mén)截止時(shí)的反向漏電流。門(mén)截止時(shí)的反向漏電流。IIH ：與非門(mén)高電平輸

26、入電流與非門(mén)高電平輸入電流( (流入流入 接在線上的每個(gè)門(mén)的輸入端接在線上的每個(gè)門(mén)的輸入端) )1OHOUu （1） RC 最大值的估算最大值的估算CCCORiVuR IOiiiR IHOHmkInI IHOHmin OHCCmkInIUV IHOHmin OHCCmax CmkInIUVR iOiI UOH minRC 外接電阻外接電阻 RC 的估算：的估算：+V CCRC&1&2Y&12&n&m&1k（2）RC 最小值的估算最小值的估算OLOUu 0最不利的情況：最不利的情況：只有一個(gè)只有一個(gè) OC 門(mén)導(dǎo)通，門(mén)導(dǎo)通，iR 和和 iI 都流入該

27、門(mén)。都流入該門(mén)。IOL： OC 門(mén)帶灌電流負(fù)載的能力。門(mén)帶灌電流負(fù)載的能力。iIIILIOLIIL ：與非門(mén)低電平輸入電流與非門(mén)低電平輸入電流( (每個(gè)門(mén)每個(gè)門(mén)只有一個(gè)，與輸入端的個(gè)數(shù)無(wú)關(guān)只有一個(gè)，與輸入端的個(gè)數(shù)無(wú)關(guān)) )ILImiR ILOLImI Cmax OLCCRUV ILOLmax OLCCImIUV IOLiR ILOLImI RC ILOLmax OLCCmin CImIUVR Y&CBAKA+24VKA220&A1B1C1Y1&A2B2C2Y2&A3B3C3Y3URLY線與線與+10V&OV如圖示，可使輸出高電平變?yōu)槿鐖D示，可使輸出高電平

28、變?yōu)?010V。2. 三態(tài)門(mén)三態(tài)門(mén) TSL門(mén)門(mén)(Three - State Logic)(1) 使能端低電平有效使能端低電平有效1）電路組成）電路組成+VCC+5VR1AT1T2T3T4DR2R3R4YB1D3EN使能端使能端(2) 使能端高電平有效使能端高電平有效1ENYA &ENBENYA&BENEN以使能端低電平有效為例：以使能端低電平有效為例：2）三態(tài)門(mén)的工作原理）三態(tài)門(mén)的工作原理PQ時(shí)時(shí) 0 ENP = 1（高電平）（高電平） 電路處于正常電路處于正常工作狀態(tài)：工作狀態(tài)： D3 截止，截止，BAPBAY （Y = 0 或或 1）+VCC+5VR1AT1T2T3T4DR

29、2R3R4YB1D3EN使能端使能端P = 0 ( (低電平低電平) )D3 導(dǎo)通導(dǎo)通時(shí)時(shí) 1 EN T2 、T4截止截止uQ 1 VT3、D 截止截止輸出端與上、下均斷開(kāi)輸出端與上、下均斷開(kāi)+VCC+5VR1AT1T2T3T4DR2R3R4YB1D3EN可能輸出狀態(tài)：可能輸出狀態(tài)：0、1 或高阻態(tài)或高阻態(tài)QP 高阻態(tài)高阻態(tài)記做記做 Y = Z使能端使能端3)總結(jié)總結(jié)(1) 使能端低電平有效使能端低電平有效(2) 使能端高電平有效使能端高電平有效YA &ENBENYA&BENEN時(shí)時(shí) 0 ENBAY時(shí)時(shí) 1 EN 高阻態(tài)高阻態(tài)時(shí)時(shí) 1 ENBAY時(shí)時(shí) 0 EN 高阻態(tài)高阻態(tài)4）

30、應(yīng)用舉例：）應(yīng)用舉例：a. 用做多路開(kāi)關(guān)用做多路開(kāi)關(guān)YA1EN1EN1ENA21G1G2使能端使能端10禁止禁止使能使能1A 01使能使能禁止禁止2A 時(shí)時(shí) 0 EN時(shí)時(shí) 1 ENb. 用于信號(hào)雙向傳輸用于信號(hào)雙向傳輸A1EN1EN1ENA21G1G2時(shí)時(shí) 1 EN2A 1A 時(shí)時(shí) 0 EN01禁止禁止使能使能10使能使能禁止禁止c. 構(gòu)成數(shù)據(jù)總線構(gòu)成數(shù)據(jù)總線EN1EN1EN1G1G2Gn1EN2ENnENA1A2An數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線011101110 注意：注意：任何時(shí)刻，只允許一個(gè)三態(tài)門(mén)使能，任何時(shí)刻，只允許一個(gè)三態(tài)門(mén)使能，其余為高阻態(tài)。其余為高阻態(tài)。 3.3.3 門(mén)電路使用常識(shí)門(mén)電路使用

31、常識(shí)TTL系列產(chǎn)品及其特點(diǎn)系列產(chǎn)品及其特點(diǎn)14VC76543214A 4Y 3B 3A 3Y1A1B 1Y 2A 2B 2Y GND&74LS00&VCC4B 4A 4Y 3B 3A 3Y1A1B 1Y 2A 2B 2Y GND&74LS08&2D 2C NC 2B 2A 2Y1A1B NC 1C 1D 1Y GND74LS20&VCC1A1B 1Y 2Y 2A 2B VSS&CD4011&VDD4B 4A 4Y 3Y 3B3A1413 1211109876543217654321765432114 131211

32、1098141312111098對(duì)多余輸入端的處理對(duì)多余輸入端的處理 （a a）懸空懸空, ,雖然懸空相當(dāng)于雖然懸空相當(dāng)于“1”,1”,不影響不影響“與與門(mén)門(mén)”、“與非門(mén)與非門(mén)”的邏輯關(guān)系，但易受外界的干擾，的邏輯關(guān)系，但易受外界的干擾，導(dǎo)致電路的邏輯功能不正常，因此，多余輸入端要導(dǎo)致電路的邏輯功能不正常，因此，多余輸入端要根據(jù)實(shí)際需要作適當(dāng)處理。根據(jù)實(shí)際需要作適當(dāng)處理。 （b b） “與門(mén)與門(mén)”、“與非門(mén)與非門(mén)”的多余端可直接的多余端可直接接接到電源到電源上；也可以將不同的輸入端共用一個(gè)電阻接上；也可以將不同的輸入端共用一個(gè)電阻接到電源上。對(duì)到電源上。對(duì)“或門(mén)或門(mén)”、“或非門(mén)或非門(mén)”的多余端

33、可以的多余端可以直接直接接地接地。(c) (c) 多余的輸入端可以與使用的輸入端多余的輸入端可以與使用的輸入端并聯(lián)使用并聯(lián)使用 TTL門(mén)電路中的門(mén)電路中的或非門(mén)或非門(mén)、與或非門(mén)與或非門(mén)、 異異或門(mén)或門(mén)、同或門(mén)同或門(mén)等，等，一、一、N 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)P 型襯底型襯底N+N+BGSDSiO2源極源極 S漏極漏極 D襯底引線襯底引線 B柵極柵極 GN 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS 場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖 3. 4 MOS 集成門(mén)電路集成門(mén)電路2. 工作原理工作原理 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管利用絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管利用 UGS 來(lái)控制來(lái)控制“感應(yīng)電荷感應(yīng)電

34、荷”的多的多少，改變由這些少，改變由這些“感應(yīng)電荷感應(yīng)電荷”形成的導(dǎo)電溝道的狀況，形成的導(dǎo)電溝道的狀況，以控制漏極電流以控制漏極電流 ID。(1) )UGS = 0 漏源之間相當(dāng)于兩個(gè)背靠漏源之間相當(dāng)于兩個(gè)背靠背的背的 PN 結(jié)，無(wú)論漏源之間加何結(jié)，無(wú)論漏源之間加何種極性電壓，種極性電壓，總是不導(dǎo)電總是不導(dǎo)電。SBD(2) ) UDS = 0，0 UGS UT) )導(dǎo)電溝道呈現(xiàn)一個(gè)楔形。導(dǎo)電溝道呈現(xiàn)一個(gè)楔形。漏極形成電流漏極形成電流 ID 。b. UDS= UGS UT， UGD = UT靠近漏極溝道達(dá)到臨界開(kāi)靠近漏極溝道達(dá)到臨界開(kāi)啟程度，出現(xiàn)預(yù)夾斷。啟程度，出現(xiàn)預(yù)夾斷。c. UDS UGS

35、UT， UGD UT由于夾斷區(qū)的溝道電阻很大，由于夾斷區(qū)的溝道電阻很大，UDS 逐漸增大時(shí)，導(dǎo)電逐漸增大時(shí)，導(dǎo)電溝道兩端電壓基本不變，溝道兩端電壓基本不變，ID 因而基本不變。因而基本不變。a. UDS UTP 型襯底型襯底N+N+BGSDVGGVDDP 型襯底型襯底N+N+BGSDVGGVDDP 型襯底型襯底N+N+BGSDVGGVDD夾斷區(qū)夾斷區(qū)DP型襯底型襯底N+N+BGSVGGVDDP型襯底型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底型襯底N+N+BGSDVGGVDD夾斷區(qū)夾斷區(qū)UDS 對(duì)導(dǎo)電溝道的影響對(duì)導(dǎo)電溝道的影響( (a) ) UGD UT( (b) ) UGD = UT( (c)

36、 ) UGD UT二二. MOS管的特性管的特性：1. N 溝道溝道 柵極柵極 G漏極漏極 DB 源極源極 S3V4V5VuGS = 6ViD /mA42643210uGS /ViD /mA43210246810uDS /V可可變變電電阻阻區(qū)區(qū)恒流區(qū)恒流區(qū)UTNiD開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓UTN = 2 V+ +- -uGS+ +- -uDS襯襯底底漏極特性漏極特性轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性u(píng)DS = 6V截止區(qū)截止區(qū)P 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 MOS 管管與與 N 溝道有對(duì)偶關(guān)系。溝道有對(duì)偶關(guān)系。 2. P 溝道溝道 柵極柵極 G漏極漏極 DB 源極源極 SiD+ +- -uGS+ +- -uDS襯襯底底iD

37、/mAiD /mA-2-40-1-2-3-40-10-8-6-4-2- 3V- 4V- 5VuGS = - 6V-1-2-3-4-6uGS /VuDS /V可可變變電電阻阻區(qū)區(qū)恒流區(qū)恒流區(qū) 漏極特性漏極特性 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性截止區(qū)截止區(qū)UTPuDS = - 6V開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓UTP = - 2 V參考方向參考方向TNIUu DDOHOVUu V0OLO Uu三三. MOS 管的開(kāi)關(guān)特性管的開(kāi)關(guān)特性1. N 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 MOS 管管+VDD+10VRD20 k BGDSuIuO+VDD+10VRD20 k GDSuIuOTNIUu 開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓UTN = 2 ViD+VDD+10

38、VRD20 k GDSuIuORONRDTPIUu DDOLO VUu V0OLO Uu2. P 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 MOS 管管-VDD-10VRD20 k BGDSuIuO-VDD-10VRD20 k GDSuIuOTPIUu 開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓UTP = 2 V-VDD-10VRD20 k GDSuIuOiD1 1NMOS反相器反相器邏輯關(guān)系：邏輯關(guān)系：（設(shè)兩管的開(kāi)啟電壓（設(shè)兩管的開(kāi)啟電壓為為UT1T1= =UT2T2=4=4V，且，且gm1 1gm2 2 ） 所以輸出為低電平。所以輸出為低電平。3.4.1 N3.4.1 NMOS 邏輯邏輯門(mén)門(mén)1)IIH8VuU T1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2也導(dǎo)

39、通。也導(dǎo)通。 導(dǎo)通電阻導(dǎo)通電阻RDS1RDS2，uo 為：為：T1 1截止，截止，T2 2導(dǎo)通。導(dǎo)通。 2)IIL0VuU UOH=VDD-UT=8V，即輸出為高電平即輸出為高電平,所以電路實(shí)現(xiàn)了非邏輯。所以電路實(shí)現(xiàn)了非邏輯。2. 與非門(mén)與非門(mén)A B T1 T2F0 00 11 01 1截截截截通通通通截截截截通通通通1110AB&ABF =3. 或非門(mén)或非門(mén)A B T1 T2F0 00 11 01 1截截截截通通通通截截截截通通通通1000BAFAB1+VDD+10VB1G1D1S1uAuYTNTPB2D2S2G2VSS+ +- -uGSN+ +- -uGSP3.4.2 CMOS 反

40、相器反相器AY 1.電路組成及工作原理電路組成及工作原理AY10V+10VuAuGSNuGSPTNTPuY0 V UTN UTN UTP導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止0 VUTN = 2 VUTP = 2 V+10VRONPuY +VDD10VSTNTP+10VRONNuY +VDD0VSTNTP輸入端保護(hù)電路輸入端保護(hù)電路: : C1、C2 柵極等效柵極等效輸入輸入電容電容(1) 0 uA VDD + uDF D 導(dǎo)通電壓：導(dǎo)通電壓：uDF = 0.5 0.7 V(3) uA uDF 二極管導(dǎo)通時(shí)，限制了電容二極管導(dǎo)通時(shí)，限制了電容兩端電壓的增加。兩端電壓的增加。保護(hù)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)+VDDuYuATPD1C

41、1C2RSTND2D3VSSD1、D2、D3 截止截止D2、D3 導(dǎo)通導(dǎo)通uG = VDD + uDFD1 導(dǎo)通導(dǎo)通 uG = uDF2.2.靜態(tài)特性靜態(tài)特性(1) 電壓傳輸特性：電壓傳輸特性：)(IOufu iD+VDDB1G1D1S1+ +uI - -uOTNTPB2D2S2G2VSSABCDEFUTNVDDUTHUTPUNLUNHAB 段：段：uI Ron（1.8 k ）輸入由輸入由 0 1在一定范圍內(nèi)，在一定范圍內(nèi)，Ri的改的改變不會(huì)影響輸入電平變不會(huì)影響輸入電平輸入端輸入端 懸空懸空即即 Ri = 輸入為輸入為 “1” 不允許不允許多余輸入多余輸入端的處理端的處理1. 與門(mén)、與非門(mén)接

42、電源；或門(mén)、或非門(mén)接地。與門(mén)、與非門(mén)接電源；或門(mén)、或非門(mén)接地。2. 與其它輸入端并聯(lián)。與其它輸入端并聯(lián)。練習(xí)練習(xí) 寫(xiě)出圖中所示各個(gè)門(mén)電路輸出端的邏輯表達(dá)式。寫(xiě)出圖中所示各個(gè)門(mén)電路輸出端的邏輯表達(dá)式。TTLCMOS&A1Y100 100k = 1A &A1Y100 100k = 1= 11A1Y100 100k A 1A1Y100 100k = 0A A 練習(xí)練習(xí) 寫(xiě)出圖中所示各個(gè)門(mén)電路輸出端的邏輯表達(dá)式。寫(xiě)出圖中所示各個(gè)門(mén)電路輸出端的邏輯表達(dá)式。TTLCMOS=1A1Y100 100k A =1A1Y100 100k A A A &A1Y懸空懸空&A1Y懸空懸空 不允許不