課題六二種特殊的TTL門電路及MOS門電路(2學(xué)時)

1、n電壓傳輸特性電壓傳輸特性 V VO O = = f(Vf(Vi i) )n輸入輸入/ /輸出特性輸出特性VOH輸出高電平，輸出高電平，VOL輸出低電平，輸出低電平，VOFF關(guān)門電平，關(guān)門電平，VON開門電平：開門電平：VT門坎電平，門坎電平，噪聲容限：噪聲容限：VNH ，VNL。 輸入伏安特性輸入伏安特性 ii = f（Vi）輸入負(fù)載特性輸入負(fù)載特性 Vi = f（Ri）開門電阻開門電阻 RON，關(guān)門電阻，關(guān)門電阻 ROFF輸出特性輸出特性 Vo = f（ io ）輸出低電平，輸出低電平， 輸出高電平輸出高電平輸入短路電流輸入短路電流IIS輸入漏電流輸入漏電流IIH灌電流灌電流 拉電流拉電流

2、扇出系數(shù)扇出系數(shù)課題課題6:6:二種特殊的二種特殊的TTLTTL門電路及門電路及MOSMOS門電路門電路CDABFFF21F&AB&CDF1F2&AB&CDF1F221 FFF+5VFR4R2R5T3T4 FT2R3T5 問題：問題：兩個兩個TTL門門輸出輸出端能端能否直否直接相接相連？連？+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1電路電路無無T3,T4VCC2RL 負(fù)載電阻負(fù)載電阻VCC11.正常使用時，輸出端必須外正常使用時，輸出端必須外接負(fù)載電阻接負(fù)載電阻RL。2. VCC1和和VCC2可以不等。可以不等。集電極懸空集電極懸空普通門電路普

3、通門電路集電極開路門電路集電極開路門電路FABC&符號符號&ABCFCBAF&VCCF1F2F3FF=F1F2F3RL輸出級輸出級 VCCRLT5T5T5 F直接將兩個邏輯直接將兩個邏輯門的輸出連接起門的輸出連接起來，實現(xiàn)與的邏來，實現(xiàn)與的邏輯功能。輯功能。（3 3） OCOC門的用途門的用途F=F1F2F3?任一導(dǎo)通任一導(dǎo)通F=0VCCRLF1F2F3F (1)F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3有有低電平時低電平時全部截止全部截止F=1F=F1F2F3?所以：所以：F=F1F2F3VCCRLF1F2F3F (2)F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3全全部高電平時部高電平時2)2)電平轉(zhuǎn)移功能電平轉(zhuǎn)移功能T

4、TL電平電平“1”3.6V“0”0.3V轉(zhuǎn)移電平轉(zhuǎn)移電平“1”10V“0” 0V&VCC2 =10VF1F RLVCC1=5V（4 4）上拉電阻）上拉電阻R RL L的確定的確定RL的取值范圍根據(jù)其所帶負(fù)載而定。的取值范圍根據(jù)其所帶負(fù)載而定。VOH(min)VCC-RLIRL( VIH(min) )如圖所示電路，假設(shè)輸出都為高電平時如圖所示電路，假設(shè)輸出都為高電平時如果如果RL取值太大，取值太大，則則RL上的分壓太大，上的分壓太大，可能使負(fù)載的輸入可能使負(fù)載的輸入被拉低到規(guī)定值以被拉低到規(guī)定值以下，引起邏輯錯誤。下，引起邏輯錯誤。這里必須限制這里必須限制RL的的最大值。最大值。A1B1

5、&AnBn&VCCnmIOHIOHIIHIIHIRLIOH：OC門的截止漏電流門的截止漏電流RLRLVCC- VOH(min)mIIH+nIOH假設(shè)有一個輸出是低電平假設(shè)有一個輸出是低電平IOLIISIRLVOL(max)VCC IRLRL( VIL(max) )IRL=IOL mIIS如果如果RL太小，太小，RL上的電壓上的電壓降不夠，則會使輸出的低降不夠，則會使輸出的低電平被抬高到規(guī)定值以上，電平被抬高到規(guī)定值以上，出現(xiàn)邏輯錯誤。出現(xiàn)邏輯錯誤。A1B1&AnBn&VCCnmIIS :輸入為低電平時的電流，輸入為低電平時的電流，也稱短路電流也稱短路電流此處沒有

6、此處沒有n，因為前級只要有一個門，因為前級只要有一個門輸出為低，線與結(jié)果即為低。輸出為低，線與結(jié)果即為低。RLVCC-VOL(max)IOL-mIIS 通常數(shù)字邏輯是二值的，即僅通常數(shù)字邏輯是二值的，即僅0，1值，值，其所對應(yīng)電路的輸出電平是高、低兩種狀態(tài)。其所對應(yīng)電路的輸出電平是高、低兩種狀態(tài)。在實際電路中，還有一種輸出為高阻抗的狀態(tài)在實際電路中，還有一種輸出為高阻抗的狀態(tài)(既非高電平又非低電平的狀態(tài)既非高電平又非低電平的狀態(tài)) ，被稱之為第，被稱之為第三狀態(tài)。于是數(shù)字電路的輸出就有：三狀態(tài)。于是數(shù)字電路的輸出就有：0、1和和Z（高阻）的三種狀態(tài)。具有這種功能輸出的電（高阻）的三種狀態(tài)。具有

7、這種功能輸出的電路稱三態(tài)邏輯電路或稱路稱三態(tài)邏輯電路或稱三態(tài)門電路三態(tài)門電路。+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5AB DE E稱為控制端、使能端稱為控制端、使能端1截止截止ABF +5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5AB E 結(jié)論結(jié)論： E1時，電路具備自時，電路具備自身邏輯功能身邏輯功能E=1截止截止截止截止高阻態(tài)高阻態(tài)+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5AB E 0.3導(dǎo)通導(dǎo)通結(jié)論結(jié)論： E0時，電路輸出為時，電路輸出為高阻狀態(tài)。高阻狀態(tài)。FZ（高阻）（高阻）1V1VE=0輸輸出出高高阻阻0E1EABF 功能表功能表低電平起作用低電平起作用高電平起作用

8、高電平起作用輸輸出出高高阻阻0E1EABF 功能表功能表&ABFE&ABFE 分時控制各個門的分時控制各個門的CS端，就可端，就可以讓各個門的輸出信號分別進(jìn)入以讓各個門的輸出信號分別進(jìn)入總線?？偩€。 同一時刻，只允許一個門進(jìn)入同一時刻，只允許一個門進(jìn)入總線。其他門必須保持為高阻狀總線。其他門必須保持為高阻狀態(tài)態(tài)1總線總線&A3B3CS3&A2B2CS2&A1B1CS1&A4B4 注意和注意和OC門門線與線與的區(qū)別！的區(qū)別！ 總線連接電路總線連接電路422BBAF 兩個三態(tài)門組成的電路，兩個三態(tài)門組成的電路，門門1為低電平使能為低電平使能門門2為高

9、電平使能為高電平使能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸雙向傳輸E=0，門1導(dǎo)通，門2禁止，數(shù)據(jù)從ABE=1，門2導(dǎo)通，門1禁止，數(shù)據(jù)從BA知識復(fù)習(xí)：知識復(fù)習(xí)： MOS MOS管分類管分類PMOSPMOS管管: :結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單, ,工作速度低工作速度低, ,負(fù)電源工作。負(fù)電源工作。NMOSNMOS管管: :工藝復(fù)雜，正電源工作。工藝復(fù)雜，正電源工作。CMOSCMOS管管: :PMOSPMOS管和管和NMOSNMOS管組成互補(bǔ)電路。管組成互補(bǔ)電路。工作區(qū)工作區(qū)TTL: 截止截止 放大放大 飽和飽和CMOS: 截止截止 飽和飽和 非飽和非飽和相當(dāng)開關(guān)電路相當(dāng)開關(guān)電路: 斷開斷開 接通接通符號及導(dǎo)通條件

10、符號及導(dǎo)通條件SDGVPPMOS管管VGSVTP 時導(dǎo)通時導(dǎo)通取取:VTP =2VVNDSGNMOS管管VGSVTN 時導(dǎo)通時導(dǎo)通取取:VTN =2V即即:|VGS | |VTP |= 2V 時導(dǎo)通時導(dǎo)通靜態(tài)功耗小。（約靜態(tài)功耗小。（約1010WW）允許電源電壓范圍寬。（允許電源電壓范圍寬。（3 3 18V18V）扇出系數(shù)大。（帶同類負(fù)載扇出系數(shù)大。（帶同類負(fù)載N N5050）抗噪容限大。（抗噪容限大。（V Vthth=1/2=1/2V VDDDD） CMOS CMOS電路電路的特點的特點最大提供最大提供電流電流1.5mA速度較低。（速度較低。（t tpdpd=40 =40 nSnS）CMOS

11、電路導(dǎo)通時阻抗較大（電路導(dǎo)通時阻抗較大（1K），由于分布），由于分布電容電容Co的存在，電平高低變化時充放電較慢，影的存在，電平高低變化時充放電較慢，影響其工作速度。響其工作速度。VDDVP2VP1VN2VN1ABF電路電路負(fù)載管并聯(lián)負(fù)載管并聯(lián)驅(qū)動管串聯(lián)驅(qū)動管串聯(lián)工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABFA=0,B=0:設(shè)設(shè)VDD10V，AB1時，時，VAVB10V AB0時，時，VAVB0 VVgsP1= VgsP2 = 10 VVgsN1= VgsN2 = 0 VVN1、VN2：截止：截止VP1、VP2：導(dǎo)通：導(dǎo)通F=1001工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABF設(shè)

12、設(shè)VDD10V，AB1時，時，VAVB10V AB0時，時，VAVB0 VA=0,B=0:VN1、VN2：截止：截止VP1、VP2：導(dǎo)通：導(dǎo)通F=1A=0,B=1:VN1、VP2：導(dǎo)通：導(dǎo)通VP1、VN2：截止：截止F=1011工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABF設(shè)設(shè)VDD10V，AB1時，時，VAVB10V AB0時，時，VAVB0 VA=0,B=0:VN1、VN2：截止：截止VP1、VP2：導(dǎo)通：導(dǎo)通F=1A=0,B=1:VN1、VP2：截止：截止VP1、VN2：導(dǎo)通：導(dǎo)通F=1101A=1,B=0:VP1、VN2：導(dǎo)通：導(dǎo)通VN1、VP2：截止：截止F=1工作原理工作原理

13、VDDVP2VP1VN2VN1ABF設(shè)設(shè)VDD10V，AB1時，時，VAVB10V AB0時，時，VAVB0 V110A=0,B=0:VN1、VN2：截止：截止VP1、VP2：導(dǎo)通：導(dǎo)通F=1A=0,B=1:VN1、VP2：截止：截止VP1、VN2：導(dǎo)通：導(dǎo)通F=1A=1,B=0:VP1、VN2：截止：截止VN1、VP2：導(dǎo)通：導(dǎo)通F=1A=1,B=1:VP1、VP2：截止：截止VN1、VN2：導(dǎo)通：導(dǎo)通F=0工作原理（續(xù)）工作原理（續(xù)）_ABF 邏輯關(guān)系邏輯關(guān)系:A B VP1 VP2 VN1 VN2 F 0 0 導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通 截止截止 截止截止 10 1 截止截止 導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通

14、 截止截止 1 0 導(dǎo)通導(dǎo)通 截止截止 截止截止 導(dǎo)通導(dǎo)通 11 1 截止截止 截止截止 導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通 0負(fù)載管負(fù)載管驅(qū)動管驅(qū)動管 由兩個對稱的由兩個對稱的MOS管組成。傳管組成。傳輸模擬信號的模擬開關(guān)：輸模擬信號的模擬開關(guān)：VOVI+5V-5VVPVNCCvIvOvIvOCCTG1. 1. 電路電路柵極（柵極（g）：控制端）：控制端源極（源極（S）：輸入）：輸入漏極（漏極（D）：輸出）：輸出符號：符號：ggSDTGCvI/vOvO/vICvI/vOvO/vISW由由CMOS反相器和反相器和 CMOS傳輸門組成傳輸門組成MOS管結(jié)構(gòu)對稱，漏極和管結(jié)構(gòu)對稱，漏極和源極可以互換源極可以互換,

15、CMOS具有雙具有雙向傳輸特性。向傳輸特性。功能：功能： C1時，傳輸門導(dǎo)通，時，傳輸門導(dǎo)通， 內(nèi)阻內(nèi)阻 R1K。 C0時，傳輸門截止，時，傳輸門截止， 內(nèi)阻內(nèi)阻 R109。1運(yùn)用：雙向傳輸模擬信號。運(yùn)用：雙向傳輸模擬信號。4000系列系列 :基本基本CMOS門電路門電路4000B / 4500 / 5000 系列系列 :改進(jìn)改進(jìn)CMOS門電路門電路74HC/74HCT系列系列 :高速高速CMOS門電路，引腳與門電路，引腳與TTL兼容兼容Bi-CMOS (74BCT)系列門電路系列門電路: 輸入部分使用輸入部分使用CMOS電路，輸出部分使用電路，輸出部分使用TTL電路，同時具有電路，同時具有C

16、MOS門電路的低功耗和門電路的低功耗和TTL電路的高速度，兼容電路的高速度，兼容TTL門電路，傳輸延門電路，傳輸延遲可以低到遲可以低到1ns以下。以下。CC4011 中國造MC4011 美,摩托羅拉CD4011 美,無線電公司HD4011 日,日立公司（4011：2輸入端4與非門）焊接時人體及工具（電烙鐵）要求接地。焊接時人體及工具（電烙鐵）要求接地。采用絕緣柵工藝，易感應(yīng)電荷，導(dǎo)致器件擊穿，采用絕緣柵工藝，易感應(yīng)電荷，導(dǎo)致器件擊穿，不要觸摸管腳，尤其不要摩擦。不要觸摸管腳，尤其不要摩擦。防止干擾信號引入、穩(wěn)定可靠；不改變電路的工作狀態(tài)。防止干擾信號引入、穩(wěn)定可靠；不改變電路的工作狀態(tài)。TTL

17、門電路懸空相當(dāng)于接高電平；門電路懸空相當(dāng)于接高電平；CMOS門電路輸入懸空會由于干擾破壞原來的邏輯狀態(tài)。門電路輸入懸空會由于干擾破壞原來的邏輯狀態(tài)。常用方法：常用方法：與輸入（與門、與非門、與或非門）：與輸入（與門、與非門、與或非門）：接高電平（接高電平（VCC）并聯(lián)并聯(lián)懸空（懸空（TTL）或輸入（或門、或非門）：或輸入（或門、或非門）：原則：原則：接低電平（接低電平（GND）并聯(lián)并聯(lián)接口的原則：接口的原則：無論何種門電路互連，都需要滿足電壓和電流的接口條件。無論何種門電路互連，都需要滿足電壓和電流的接口條件。驅(qū)動門驅(qū)動門(前前) 負(fù)載門負(fù)載門(后后)電壓接口電壓接口電流接口電流接口VOH V

18、IH VOL nIIL 灌電流灌電流IOH nIIH 拉電流拉電流1. CMOS1. CMOS門電路與門電路與TTLTTL門電路的接口門電路的接口以上數(shù)據(jù)是在以上數(shù)據(jù)是在VCC=VDD=+5V時的值時的值 TTL門驅(qū)動門驅(qū)動CMOS門門TTL的輸出高電平和的輸出高電平和CMOS的輸入高電平不匹配。的輸入高電平不匹配。1）VDDVCC時，外加上拉電阻，把時，外加上拉電阻，把VOH(TTL)拉上來，達(dá)到拉上來，達(dá)到VIH(CMOS)的要求的要求外加上拉電阻后，外加上拉電阻后，TTL門在輸出高門在輸出高電平時電平時T4,T5都截止都截止VOH=VDD-R (IO+IIH)其中其中Io是是T5截止時的

19、漏電流截止時的漏電流IO,IIH都很小所以，都很小所以，R一般為一般為1k4.7k即可。此時即可。此時VOH被提被提升到接近升到接近VDD。VDDRIOVCCR4R5T3T4T5IIH 需要上拉到比較高的電壓，普通需要上拉到比較高的電壓，普通TTL門電路不能承受。門電路不能承受。如如VDD=15V, 則則VIH約約11V。這種情況可以使用。這種情況可以使用OC門加上拉電門加上拉電阻的方法實現(xiàn)。計算方法如前。阻的方法實現(xiàn)。計算方法如前。VCCT2T3VDD 還可以使用專門的接口電路如還可以使用專門的接口電路如CC40109:74HCT系列系列CMOS邏輯門電路邏輯門電路VIH=2V，可以直接驅(qū)動，可以直接驅(qū)動2）VDDVCC時時ROC門門CMOS門門3）加晶體管驅(qū)動）加晶體管驅(qū)動VDDVCCR4R5T3T4T5RCRbTT：采用：采用NPN管，管，100RC：5001.5K Rb ： 4.7K 10K CMOS門驅(qū)動門驅(qū)動TTL門門IOL(CMOS)3.2mA的的 CC4010， IOL16mA的的CC40107等。等。3) 使用分立元件自行搭制電流放大電路（電路同前）。使用分立元件自行搭制電流放大電路（電路同前）。4）74HCT/74HC系列系列CMOS門電路可以直接驅(qū)動門電路可以直接驅(qū)動TTL門電路。門電路。驅(qū)動驅(qū)動LEDTTLTTL門電路