電子科技大學成都學院

1、2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院1 1數(shù)字邏輯數(shù)字邏輯機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社電子科技大學成都學院計算機系2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院2 2學習要點學習要點l掌握各種掌握各種TTLTTL門電路和門電路和CMOSCMOS門電路的邏輯功能。門電路的邏輯功能。l理解理解TTLTTL門電路的主要參數(shù)及門電路的主要參數(shù)及TTLTTL電路與電路與CMOSCMOS電路電路的主要差異。的主要差異。l了解二極管、雙極型晶體管和了解二極管、雙極型晶體管和MOSMOS管的開關特性。管的開關特性。l了解門電路的使用常識，集電極開路

2、門、三態(tài)門、了解門電路的使用常識，集電極開路門、三態(tài)門、傳輸門等電路及功能。傳輸門等電路及功能。第第3 3章章 集成門電路集成門電路2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院3 3第第3 3章章 集成門電路集成門電路2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院4 4概述概述集集成成門門電電路路雙極型晶體管邏輯電路雙極型晶體管邏輯電路MOS管集成電路管集成電路晶體管晶體管晶體管邏輯電路晶體管邏輯電路(TTL)射極耦合邏輯電路射極耦合邏輯電路(ECL)高閾值邏輯電路高閾值邏輯電路(HTL)集成注入邏輯電路集成注入邏輯電路(I2L)按溝道類型

3、按溝道類型N溝道溝道P溝道溝道按工作類型按工作類型耗盡型耗盡型增強型增強型按柵極材料分按柵極材料分鋁柵鋁柵硅柵硅柵根據(jù)規(guī)模大小可以分為小、中、大、超大規(guī)模集成電路根據(jù)規(guī)模大小可以分為小、中、大、超大規(guī)模集成電路1 1、集成門電路的分類、集成門電路的分類2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院5 52、基本概念、基本概念獲得高、低電平的基本方法：利用半導體開關元件的獲得高、低電平的基本方法：利用半導體開關元件的導通、截止（即開、關）兩種工作狀態(tài)。導通、截止（即開、關）兩種工作狀態(tài)。邏輯邏輯0和和1： 電子電路中用高、低電平來表示。電子電路中用高、低電平來表示。邏輯

4、門電路邏輯門電路(門電路門電路)：用以實現(xiàn)基本和常用邏輯運算的：用以實現(xiàn)基本和常用邏輯運算的電子電路電子電路?；竞统Ｓ瞄T電路：與門、或門、非門（反相器）、基本和常用門電路：與門、或門、非門（反相器）、與非門、或非門、與或非門和異或門等。與非門、或非門、與或非門和異或門等。2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院6 63 3、正邏輯與負邏輯、正邏輯與負邏輯正邏輯正邏輯：用高電平用高電平 H H 表示邏輯值表示邏輯值“1”，用低電平，用低電平 L L 表示邏輯值表示邏輯值“0”。 負邏輯負邏輯：用高電平用高電平 H H 表示邏輯值表示邏輯值“0”，用低電平用低電平

5、 L L 表示邏輯值表示邏輯值“1”。ABF與門電路 用電平表示與門用正邏輯描述與門，結果為與運算。用負邏輯描述與門，結果為或運算。結論：正邏輯下的與門結論：正邏輯下的與門 ，在，在負邏輯下卻實現(xiàn)或邏輯運算。負邏輯下卻實現(xiàn)或邏輯運算。注意：不管是正邏輯還是負邏輯，電平關系是一樣的。注意：不管是正邏輯還是負邏輯，電平關系是一樣的。2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院7 7總結：總結： 正邏輯的正邏輯的或或門門 ，在，在負邏輯中實現(xiàn)負邏輯中實現(xiàn)與與運算；運算； 正邏輯的正邏輯的非非門門 ，在，在負邏輯中仍然實現(xiàn)負邏輯中仍然實現(xiàn)非非運算。運算。 為便于區(qū)分采用何種

6、邏輯，在邏輯符號的輸入端上加一個小圓圈表為便于區(qū)分采用何種邏輯，在邏輯符號的輸入端上加一個小圓圈表示負邏輯下的門電路符號。示負邏輯下的門電路符號。 常用邏輯門的正邏輯和負邏輯符號對照表：常用邏輯門的正邏輯和負邏輯符號對照表：1或門與門與門或門 1與非門 1或非門 1或非門與非門=1異或門=同或門2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院8 83.2 半導體元件的半導體元件的開關特性開關特性2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院9 9 + ui RL +uo D開關電路 IF 0.5 0.7iD(mA) uD(V)伏安特性UBR0

7、+ ui=0V RL +uo Dui=0V時的等效電路 + + ui=5V RL +uo D 0.7Vui=5V 時的等效電路ui0V時，二極管截止，如同開關斷開，uo0V。ui5V時，二極管導通，如同0.7V的電壓源，uo4.3V。二極管的反向恢復時間限制了二極管的開關速度二極管的反向恢復時間限制了二極管的開關速度。Ui0.5V時，二極管導通。二極管的開關特性二極管的開關特性正極負極uD 2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院1010晶體管的開關特性晶體管的開關特性2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院1111Q2ui iB

8、 e Rb biC (mA) 直流負載線 VCC Rc 0+VCCiC uo工作原理電路輸出特性曲線80A60A40A20AiB=00 UCES VCC uCE(V) 0 0.5 uBE(V)輸入特性曲線iB(A)Q1Q Rc cRbRc+VCCbce截止狀態(tài)截止狀態(tài)飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)iBIBSui=UIL0.5Vuo=+VCCui=UIHuo=0.3VRbRc+VCCbce0.7V0.3V飽和區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)截止區(qū)放放大大區(qū)區(qū)2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院121210kui iB eRb b+VCC=+5ViC uo Rc1k c=50ui=0.3V時，

9、因為時，因為uBE0.5V，iB=0，三極管工作在截止狀態(tài)，三極管工作在截止狀態(tài)，ic=0。因為。因為ic=0，所以輸出電壓：，所以輸出電壓：ui=1V時，三極管導通，基極電流：時，三極管導通，基極電流：因為因為0iBIBS=0.094mA，三極管工，三極管工作在飽和狀態(tài)。作在飽和狀態(tài)。輸出電壓：輸出電壓：uoUCES0.3V2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院1313 iD(mA) 0uDS(V)0 UT uGS(V)iD(mA)uGS=10V8V6V4V2V工作原理電路轉移特性曲線輸出特性曲線uiuiGDSRD+VDDGDSRD+VDDGDSRD+VDD

10、截止狀態(tài)截止狀態(tài)uiUTuo0場效應管的開關特性場效應管的開關特性2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院14143.3 分立元件門電路分立元件門電路2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院1515二極管與門二極管與門+VCC(+5V) R 3k Y D1A D2B5V0VABY &A BY0 00 11 01 10001Y=AB2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院1616A D1B D2 5V 0V YR3kABY 1A BY0 00 11 01 10111Y=A+B二極管或門二極管或

11、門2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院1717 A =30 +5V Y 電路圖 1 邏輯符號 A Y 1k 4.3k uA0V時，三極管截止，iB0，iC0，輸出電壓uYVCC5V uA5V時，三極管導通，基極電流為： iBIBS，三極管工作在飽和狀態(tài)，輸出電壓uYUCES0.3V。mA1mA3 . 47 . 05Bi三極管臨界飽和時的基極電流為：mA16. 01303 . 05BSIAY0110AY 晶體管非門晶體管非門2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院1818AA1電路圖邏輯符號YYGSDB+VDD+10V RD20

12、k當uA0V時，由于uGSuA0V，小于開啟電壓UT，所以MOS管截止。輸出電壓為uYVDD10V。當uA10V時，由于uGSuA10V，大于開啟電壓UT，所以MOS管導通，且工作在可變電阻區(qū)，導通電阻很小，只有幾百歐姆，輸出電壓為uY0V。AY 2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院1919復合門電路復合門電路由與門和非門連接而成由與門和非門連接而成RCA+UCCRBYBRVD1VD2(a) DTL 與非門電路&ABY(c) 邏輯符號ABY&1(b) 等效電路ABY 2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院20

13、20由或門和非門連接而成由或門和非門連接而成RCA+UCCRBYBVD1VD2(a) DTL 或非門電路R1ABY(c) 邏輯符號ABY11(b) 等效電路BAY2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院21213.4 TTL集成門電路集成門電路2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院2222T4 +VCC(+5V) b1 A BR13kT3T2T1Y R4100+VCC(+5V)T5 A BTTL與非門電路T1的等效電路D3c1R13kR2750R3360R53kD1D2TTLTTL與非門與非門2022-5-62022-5-6電子

14、科技大學成都學院電子科技大學成都學院2323 輸入信號不全為1：如uA=0.3V， uB=3.6V R4100T4 A BR13kT3T2T1Y+VCC(+5V)T5R2750R3360R53k0.7V0.7V+-3.6V0.3V1V則uB1=0.3+0.7=1V，T2、T5截止，T3、T4導通忽略iB3，輸出端的電位為：輸輸出出Y為為高高電電平。平。uY50.70.73.6V2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院2424T4ABR13kT3T2T1YR4100+VCC(+5V)T5R2750 R3360 R53k0.7V0.7V+-+-0.3V+-0.3V3

15、.6V3.6V 輸入信號全為1：如uA=uB=3.6V2.1V則uB1=2.1V，T2、T5導通，T3、T4截止輸出端的電位為： uY=UCES0.3V輸出Y為低電平。2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院2525BAYA BY0 00 11 01 11110功能表真值表邏輯表達式邏輯表達式2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院262674LS00 的引腳排列圖VCC 3A 3B 3Y 4A 4B 4Y 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND 14 13 12 11 10 9 874LS20 1 2 3 4 5 6 7VC

16、C 2A 2B NC 2C 2D 2Y 1A 1B NC 1C 1D 1Y GND74LS20 的引腳排列圖 14 13 12 11 10 9 874LS00 1 2 3 4 5 6 774LS00內(nèi)含內(nèi)含4個個2輸入與非門，輸入與非門，74LS20內(nèi)含內(nèi)含2個個4輸入與非門。輸入與非門。2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院2727 14 13 12 11 10 9 874LS04 1 2 3 4 5 6 7VCC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND6 反相器 74LS04 的引腳排列圖T4AR13kT3T2T1Y

17、R4100+VCCT5R2750R3360R53kTTL 反相器電路A=0時，T2、T5截止，T3、T4導通，Y=1。A=1時，T2、T5導通，T3、T4截止，Y=0。AY 1 1、TTLTTL非門非門其他功能的其他功能的TTLTTL門電路門電路2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院2828 14 13 12 11 10 9 874LS02 1 2 3 4 5 6 7VCC 3Y 3B 3A 4Y 4B 4A 1Y 1B 1A 2Y 2B 3A GND74LS02 的引腳排列圖T4ABR1T3T2T1YR4+VCCT5R2R3R5T2T1R1TTL 或非門電路

18、A、B中只要有一個為1，即高電平，如A1，則iB1就會經(jīng)過T1集電結流入T2基極，使T2、T5飽和導通，輸出為低電平，即Y0。AB0時，iB1、iB1均分別流入T1、T1發(fā)射極，使T2、T2、T5均截止，T3、T4導通，輸出為高電平，即Y1。BAY2 2、TTLTTL或非門或非門2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院2929 14 13 12 11 10 9 874LS51 1 2 3 4 5 6 7VCC 2B 2C 2D 2E 2F 2Y 2A 1A 1B 1C 1D 1Y GND74LS51 的引腳排列圖T4ABCDR1T3T2T1YR4+VCCT5R2

19、R3R5T2T1R1TTL 與或非門電路A和B都為高電平（T2導通）、或C和D都為高電平（T2導通）時，T5飽和導通、T4截止，輸出Y=0。A和B不全為高電平、并且C和D也不全為高電平（T2和T2同時截止）時，T5截止、T4飽和導通，輸出Y=1。DCBAY3 3、TTLTTL與或非門與或非門2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院30304 4、與門、與門ABAB&1Y=AB=ABAB&YABA+B115 5、或門、或門AB1YY=A+B=A+B6 6、異或門、異或門AB&11YBABABABABABABABABAY)()(AB=1Y20

20、22-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院3131OC 與非門的電路結構AB+VCCYR YABCD&OC 門線與圖+VCCR Y1 Y2 T1 T2 T3 uB1為解決一般為解決一般TTL與非門不能線與而設計的。與非門不能線與而設計的。A、B不全為1時，uB1=1V，T2、T3截止，Y=1。接入外接電阻R后：A、B全為1時，uB1=2.1V，T2、T3飽和導通，Y=0。BAY外接電阻R的取值范圍為：ILOLOLCCmIIUVmaxIHOHOHCCmInIUVminR1 1、OC門門TTLTTL集電極開路門和三態(tài)門集電極開路門和三態(tài)門2022-5-62022-

21、5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院32322 2、TSLTSL門門國標符號T4AR13kT3T2T1YR4100+VCC(+5V)T5R2750R3360R53kAE&ENYED電路結構E0時，二極管D導通，T1基極和T2基極均被鉗制在低電平，因而T2T5均截止，輸出端開路，電路處于高阻狀態(tài)。電路的輸出有高阻態(tài)、高電平和低電平電路的輸出有高阻態(tài)、高電平和低電平3種狀態(tài)。種狀態(tài)。E1時，二極管D截止，TSL門的輸出狀態(tài)完全取決于輸入信號A的狀態(tài)，電路輸出與輸入的邏輯關系和一般反相器相同，即：Y=A，A0時Y1，為高電平；A1時Y0，為低電平。2022-5-62022-5-6電

22、子科技大學成都學院電子科技大學成都學院3333應應用：用：G1總線ABE1ENY1EN1AE1ENB1EN1 1ENE1 A1 1ENE2 A2 1ENEn An(a) 多路開關(b) 雙向傳輸(c) 單向總線G1G2G1G2G2Gn作多路開關作多路開關：E=0時，門G1使能，G2禁止，Y=A； E=1時，門G2使能，G1禁止，Y=B。信號雙向傳輸：信號雙向傳輸：E=0時信號向右傳送，B=A； E=1時信號向左傳送，A=B 。構成數(shù)據(jù)總線：構成數(shù)據(jù)總線：讓各門的控制端輪流處于低電平，任何時刻只允許一個TSL門處于工作狀態(tài)，其它TSL門均處于高阻狀態(tài)。2022-5-62022-5-6電子科技大學

23、成都學院電子科技大學成都學院3434TTLTTL系列集成電路系列集成電路74：標準系列，前面介紹的TTL門電路都屬于74系列，其典型電路與非門的平均傳輸時間tpd10ns，平均功耗P10mW。74H：高速系列，是在74系列基礎上改進得到的，其典型電路與非門的平均傳輸時間tpd6ns，平均功耗P22mW。74S：肖特基系列，是在74H系列基礎上改進得到的，其典型電路與非門的平均傳輸時間tpd3ns，平均功耗P19mW。74LS：低功耗肖特基系列，是在74S系列基礎上改進得到的，其典型電路與非門的平均傳輸時間tpd9ns，平均功耗P2mW。74LS系列產(chǎn)品具有最佳的綜合性能，是TTL集成電路的主流

24、，是應用最廣的系列。主要參數(shù)主要參數(shù)2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院3535TTLTTL與非門主要參數(shù)與非門主要參數(shù)（1）輸出高電平UOH：TTL與非門的一個或幾個輸入為低電平時的輸出電平。產(chǎn)品規(guī)范值UOH2.4V，標準高電平USH2.4V。（2）高電平輸出電流IOH：輸出為高電平時，提供給外接負載的最大輸出電流，超過此值會使輸出高電平下降。IOH表示電路的拉電流負載能力。（3）輸出低電平UOL：TTL與非門的輸入全為高電平時的輸出電平。產(chǎn)品規(guī)范值UOL0.4V，標準低電平USL0.4V。（4）低電平輸出電流IOL：輸出為低電平時，外接負載的最大輸出電流

25、，超過此值會使輸出低電平上升。IOL表示電路的灌電流負載能力。（5）扇出系數(shù)NO：指一個門電路能帶同類門的最大數(shù)目，它表示門電路的帶負載能力。一般TTL門電路NO8，功率驅動門的NO可達25。（6）最大工作頻率fmax：超過此頻率電路就不能正常工作。2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院3636（7）輸入開門電平UON：是在額定負載下使與非門的輸出電平達到標準低電平USL的輸入電平。它表示使與非門開通的最小輸入電平。一般TTL門電路的UON1.8V。（8）輸入關門電平UOFF：使與非門的輸出電平達到標準高電平USH的輸入電平。它表示使與非門關斷所需的最大輸入電

26、平。一般TTL門電路的UOFF0.8V。（9）高電平輸入電流IIH：輸入為高電平時的輸入電流，也即當前級輸出為高電平時，本級輸入電路造成的前級拉電流。（10）低電平輸入電流IIL：輸入為低電平時的輸出電流，也即當前級輸出為低電平時，本級輸入電路造成的前級灌電流。（11）平均傳輸時間tpd：信號通過與非門時所需的平均延遲時間。在工作頻率較高的數(shù)字電路中，信號經(jīng)過多級傳輸后造成的時間延遲，會影響電路的邏輯功能。（12）空載功耗：與非門空載時電源總電流ICC與電源電壓VCC的乘積。2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院37373.5 CMOS集成門電路集成門電路20

27、22-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院3838CMOS非門非門uA+VDD+10VTPTN+VDD+10V+VDD+10VSSRONPRONN10V0V(a) 電路(b) TN截止、TP導通(c) TN導通、TP截止uYuYuY（1）uA0V時，TN截止，TP導通。輸出電壓uYVDD10V。（2）uA10V時，TN導通，TP截止。輸出電壓uY0V。AY 2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院3939BY+VD DATP 1TN 1TN 2TP 2BAYA、B當中有一個或全為低電平時，TN1、TN2中有一個或全部截止，TP1、TP2

28、中有一個或全部導通，輸出Y為高電平。只有當輸入A、B全為高電平時，TN1和TN2才會都導通，TP1和TP2才會都截止，輸出Y才會為低電平。CMOS與非門與非門2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院4040BY+VDDATN1TP2TN2TP1BAY只要輸入A、B當中有一個或全為高電平，TP1、TP2中有一個或全部截止，TN1、TN2中有一個或全部導通，輸出Y為低電平。只有當A、B全為低電平時，TP1和TP2才會都導通，TN1和TN2才會都截止，輸出Y才會為高電平。CMOS或或非門非門2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院414

29、1與門與門ABAB&1Y=AB=ABAB&YABA+B11或門或門AB1YY=A+B=A+B2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院4242&1&1 & 1ABCDABCDABCDYYY(a) 由與非門和反相器構成(b) 由與門和或非門構成(c) 邏輯符號CMOS與或非門與或非門DCBADCBAYDCBAY2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院4343&ABY&BABABABABABAYCMOS異或門異或門2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都

30、學院4444CMOSCMOS漏極開路門、三態(tài)門和傳輸門漏極開路門、三態(tài)門和傳輸門&1YAB+VDDRD外接AB&Y(a) 電路(b) 符號ABY1、CMOS OD門門2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院4545CMOS TSL門門11ENAETP2TP1 YTN1TN2AEY+VDD(a) 電路(b) 符號E=1時，TP2、TN2均截止，Y與地和電源都斷開了，輸出端呈現(xiàn)為高阻態(tài)。E=0時，TP2、TN2均導通，TP1、TN1構成反相器?？梢婋娐返妮敵鲇懈咦钁B(tài)、高電平和低電平3種狀態(tài)，是一種三態(tài)門。2022-5-62022-5-6電子科技大學成都學院電子科技大學成都學院4646C+VDDTGuiuiuouoTPTNCCC(a) 電路(b) 符號CMOS 傳輸門傳輸門C0、 ，即C端為低電平（0V）、 端為高電平（VDD）時， TN和TP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。C1、 ，即C端為高電平（VDD）、 端為低電平（0V）時，TN和T