數(shù)字電路精簡(jiǎn)第3章門電路

1、1第三章第三章 門電路門電路 是數(shù)字電路的是數(shù)字電路的物質(zhì)基礎(chǔ)物質(zhì)基礎(chǔ)；本章研究其本章研究其內(nèi)外特性內(nèi)外特性。 3.1 概述概述 3.2 半導(dǎo)體二極管門電路半導(dǎo)體二極管門電路 3.3 CMOS門電路門電路 3.5 TTL門電路門電路 *3.8 TTL電路與電路與CMOS電路的接口電路的接口結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：DTL、TTL、ECL（發(fā)射極耦合）、（發(fā)射極耦合）、 CMOS、IIL（集成注入）。（集成注入）。區(qū)別區(qū)別：功耗、集成度、開關(guān)速度。：功耗、集成度、開關(guān)速度。門類門類：與非門、：與非門、OC門、三態(tài)門、傳輸門等。門、三態(tài)門、傳輸門等。數(shù)字電路數(shù)字電路23.1 概述概述門電路是用以實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系的電子

2、電路，與所講門電路是用以實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系的電子電路，與所講過的基本邏輯關(guān)系相對(duì)應(yīng)，門電路主要有過的基本邏輯關(guān)系相對(duì)應(yīng)，門電路主要有：與門與門、或或門門、與非門與非門、或非門或非門、異或門異或門等。等。在數(shù)字電路中，一般用在數(shù)字電路中，一般用高電平（高電平（H）代表）代表“1”、低、低電平（電平（L）代表）代表“0”，即所，即所謂的謂的正邏輯系統(tǒng)正邏輯系統(tǒng)（默認(rèn)：容（默認(rèn)：容易理解）如圖易理解）如圖3.1.2。低電平（低電平（L）高電平（高電平（H）10正正邏邏輯輯10負(fù)負(fù)邏邏輯輯只要能明顯只要能明顯判斷高低電判斷高低電平即可平即可 反之，用高電平（反之，用高電平（H）代表）代表“0”、低電、低電平

3、（平（L）代表）代表“1”，即所謂的，即所謂的負(fù)邏輯系統(tǒng)負(fù)邏輯系統(tǒng)（要特指：寫表達(dá)式有時(shí)比較方便）（要特指：寫表達(dá)式有時(shí)比較方便）。第三章第三章 門電路門電路3.2 二極管開關(guān)特性二極管開關(guān)特性3.2.1二極管開關(guān)特性二極管開關(guān)特性（導(dǎo)通時(shí)間短，截止時(shí)間長(zhǎng)）（導(dǎo)通時(shí)間短，截止時(shí)間長(zhǎng)）3V5電平分析電平分析正邏輯正邏輯負(fù)邏輯負(fù)邏輯ABYABYL LL HH LH H L L L H 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0BAY正邏輯分析：正邏輯分析：負(fù)邏輯分析：負(fù)邏輯分析：BAYBAY正正邏輯的邏輯的“與與”等于等于負(fù)負(fù)邏輯邏輯 的的“或或

4、”有低出低全高出高有低出低全高出高正邏輯分析正邏輯分析3.2.2二極管與門二極管與門1負(fù)邏輯分析負(fù)邏輯分析uA uB UY 0 V 0 V 0 .7 V 0 V 3 V 0 .7 V 3 V 0 V 0 .7 V 3 V 3 V 3 .7 V 表表3.2.1D1通通D2通通D1通通D2止止D1通通D2通通D2通通D1止止000100010001100110010101010FBA與門的工作波形（與門的工作波形（口訣口訣）圖圖3.2.53.2 二極管開關(guān)特性二極管開關(guān)特性表表3.2.243.2.3二極管或門二極管或門電平分析電平分析正邏輯正邏輯負(fù)邏輯負(fù)邏輯ABYABYL LL HH LH H L

5、 H H H 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0正邏輯分析：正邏輯分析：BAY負(fù)邏輯分析：負(fù)邏輯分析：BAY特點(diǎn)特點(diǎn): :簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單, ,高低電平不統(tǒng)一高低電平不統(tǒng)一BAY表表3.2.3：D1通通D2通通D1通通D2止止D2通通D1止止D1止止D2止止正邏輯分析正邏輯分析負(fù)邏輯分析負(fù)邏輯分析YAB正正邏輯的邏輯的“或或”等于等于負(fù)負(fù)邏輯邏輯 的的“與與”有高出高全低出低有高出高全低出低011101110001100110010101010FBA或門的工作波形（或門的工作波形（口訣口訣）圖圖3.2.43.2 二極管開關(guān)特性二極管開關(guān)特性作

6、業(yè)作業(yè)3.25+VDDUoUiNMOSRuItuOt+VDD 0V3.3.1MOS管的開關(guān)特性管的開關(guān)特性可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)：UGSUth, UDS 0V ， D、S間相當(dāng)于開關(guān)間相當(dāng)于開關(guān)閉合閉合(RON 1K )夾斷區(qū)夾斷區(qū)： UGSUthUth第三章第三章 門電路門電路圖圖3.3.4MOS 管開關(guān)特性圖管開關(guān)特性圖6NMOS管管VGS=“1” P區(qū)區(qū)少子少子(電子電子) 按按箭頭箭頭方向運(yùn)方向運(yùn)動(dòng)動(dòng)形成反型形成反型N導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道DS導(dǎo)通導(dǎo)通RON 1K ； PMOS管管VGS=“0” N區(qū)區(qū)電子和空穴電子和空穴均勻分布均勻分布不不能形成導(dǎo)電溝道能形成導(dǎo)電溝道 DS關(guān)關(guān)斷斷ROFF

7、1000M ； （1）當(dāng)）當(dāng)Vi=“1” 時(shí)時(shí)0ONOFFONDDORRRVvN溝道溝道VVthGS3)(二、工作原理二、工作原理+VDDvoviNMOSPMOSDSDSGG P區(qū)區(qū)P區(qū)區(qū) N區(qū)區(qū)1N區(qū)區(qū)3.3.2 CMOS反相器工作原理反相器工作原理一、電路結(jié)構(gòu)一、電路結(jié)構(gòu)PMOS、NMOS互補(bǔ)結(jié)構(gòu)互補(bǔ)結(jié)構(gòu)為為CMOS3.3 CMOS門電路門電路7（2）當(dāng)）當(dāng)Vi=“0” 時(shí)時(shí) N區(qū)區(qū)P區(qū)區(qū)P溝道溝道PMOS管管VGS= VDD N區(qū)多子區(qū)多子(電子電子) 按按箭頭箭頭方方向運(yùn)動(dòng)向運(yùn)動(dòng)形成反型形成反型P導(dǎo)電導(dǎo)電溝道溝道DS導(dǎo)通導(dǎo)通RON 1K 0N區(qū)區(qū)P區(qū)區(qū)GGSSDD 1 ONOFFOFF

8、DDORRRVvVVthGS3)(特點(diǎn)特點(diǎn)：靜態(tài)微功耗！靜態(tài)微功耗！輸輸入端不允許半高！否則功耗入端不允許半高！否則功耗劇增劇增(如圖如圖3.3.13)!實(shí)現(xiàn)邏輯實(shí)現(xiàn)邏輯“非非”功功能能AF PMOSNMOSNMOS管管VGS=“0” P區(qū)區(qū)電子和空穴電子和空穴均勻分布均勻分布不能形成導(dǎo)電溝道不能形成導(dǎo)電溝道 DS關(guān)斷關(guān)斷ROFF 1000M ； VDD=515V典型典型10V “1”=VDD； “0”=0V3.4.1 CMOS反相器反相器8有有0出出1全全1出出0全全0出出1有有1出出0BAononRR2max(全全0出出1)(全全1出出0)ononRR5 . 0min(全全0出出1)ono

9、nRR2max(全全1出出0)ononRR5 . 0min優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單4/minmaxononRR缺點(diǎn)：影響負(fù)載能力影響負(fù)載能力N值值3.3.3輸入輸入(出出)特性特性3.3.4動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性 自學(xué)自學(xué)3.3.5 其它類型的其它類型的CMOS門電路門電路一、一、CMOS與非門和或非門與非門和或非門1、基本型、基本型(圖圖3.3.27、28) BA 3.3 CMOS門電路門電路92、帶緩沖的、帶緩沖的CMOS門電路門電路AABB或非或非BAYBAonORR1BA全全0出出1有有1出出0Y3.3.5其它類型的其它類型的CMOS門電路門電路圖圖3.3.29 與非門與非門10AB與非與非BA

10、Y 有有0出出1全全1出出0BABAonORR1Y2、帶緩沖的、帶緩沖的CMOS門電路門電路圖圖3.3.30 或非門或非門113.7(C)ABCDVCCABCDINHYCCDABINHCDAB有有0出出1全全1出出0有有1出出0全全0出出1010INHINHCCDABINHCDABY3.3.5其它類型的其它類型的CMOS門電路門電路作業(yè)作業(yè)3.7（a）12二、漏極開路門電路二、漏極開路門電路(OD門門)1、電平轉(zhuǎn)換芯片：、電平轉(zhuǎn)換芯片：“1”=3.4V“0”=0.3V=5V/ 2AB=18V“1”=18V“0”=0V適于適于TTL驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)CMOS 3.3.5其它類型的其它類型的CMOS門電路門

11、電路圖圖3.3.3113三、三、CMOS傳輸門傳輸門(TG)和和雙向模擬開關(guān)雙向模擬開關(guān)控制信號(hào)控制信號(hào)N溝道溝道P溝道溝道 C=0，N溝道溝道T1截止截止，同時(shí)，同時(shí) =1，P溝道溝道T2截止截止，表示，表示阻斷阻斷(ROFF109)CC=1，N溝道溝道T1導(dǎo)通導(dǎo)通，同時(shí)，同時(shí) =0，P溝道溝道T2導(dǎo)通導(dǎo)通,表示表示傳輸傳輸(RON200)C即：即：X=A，則，則Y=X B=A B解解: ATG X 0 通通 1 斷斷低電平有效低電平有效10RVDD=1BY=？南理工南理工2000X3.3.5其它類型的其它類型的CMOS門電路門電路圖圖2.6.23圖圖2.6.25作業(yè)作業(yè)3.7（d）14呈高

12、阻截止、YTTPEN2101AYTTTTEN為非門、全通、2121010ENENAY高阻低電平有效三態(tài)非門低電平有效三態(tài)非門 PP溝道溝道 N溝道溝道四、四、CMOS三態(tài)三態(tài)（1態(tài)、態(tài)、0態(tài)、高阻態(tài)）態(tài)、高阻態(tài)）門門1、原理、原理EN10ENENABY高阻高電平有效若控制端前再接一個(gè)非門，可若控制端前再接一個(gè)非門，可以構(gòu)成以構(gòu)成高電平有效高電平有效三態(tài)非門。三態(tài)非門。 3.3.5其它類型的其它類型的CMOS門電路門電路152、三態(tài)門應(yīng)用、三態(tài)門應(yīng)用22BA33BA44BA0010000101001000（1）總線傳輸：）總線傳輸：要求任何時(shí)刻只有一個(gè)控制端有效，要求任何時(shí)刻只有一個(gè)控制端有效，

13、即只有一個(gè)門處于數(shù)據(jù)傳輸，其它門處于禁止?fàn)顟B(tài)。即只有一個(gè)門處于數(shù)據(jù)傳輸，其它門處于禁止?fàn)顟B(tài)。EN1EN2EN3公用總線公用總線BUSENENEN112233ABABAB4321ENENENEN控控制制信信號(hào)號(hào)EN1、EN2、EN3分時(shí)接入高電平分時(shí)接入高電平 0 110iiiiENENA BBUS高阻控制端高電平有效11BA 時(shí)分復(fù)用總線數(shù)據(jù)t三、三態(tài)輸出門三、三態(tài)輸出門圖圖3.3.4116當(dāng)當(dāng)EN=0時(shí)，門時(shí)，門1工作，門工作，門2禁止，數(shù)據(jù)從禁止，數(shù)據(jù)從A反相反相送送到到B當(dāng)當(dāng)EN=1時(shí)，門時(shí)，門1禁止，門禁止，門2工作，數(shù)據(jù)從工作，數(shù)據(jù)從B反相反相送送到到A。（2）雙向傳輸）雙向傳輸EN

14、ENEN低電平有效三態(tài)門低電平有效三態(tài)門高電平有效三態(tài)門高電平有效三態(tài)門三、三態(tài)輸出門三、三態(tài)輸出門圖圖3.3.42171.靜態(tài)功耗小靜態(tài)功耗?。篊MOS門工作時(shí)，一管導(dǎo)通，一管截門工作時(shí)，一管導(dǎo)通，一管截止，幾乎不由電源吸取電流，其靜態(tài)止，幾乎不由電源吸取電流，其靜態(tài)功耗極小功耗極小。2. CMOS集成電路功耗低集成電路功耗低：內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（無電阻）內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（無電阻）發(fā)熱量小，發(fā)熱量小，集成度可大大提高。集成度可大大提高。 3. 抗幅射能力強(qiáng)抗幅射能力強(qiáng)：MOS管是管是多數(shù)載流子工作多數(shù)載流子工作，射線，射線 輻射對(duì)多數(shù)載流子濃度影響不大。輻射對(duì)多數(shù)載流子濃度影響不大。4. 電壓范圍寬電

15、壓范圍寬：CMOS門電路輸出高電平門電路輸出高電平VOH VDD，低電平低電平VOL 0V。允許電源電壓范圍。允許電源電壓范圍3 18V。5. 輸出驅(qū)動(dòng)電流比較大輸出驅(qū)動(dòng)電流比較大：扇出能力較大扇出能力較大，一般可以，一般可以大于大于50?？乖肴菹薮罂乖肴菹薮?。6. 在使用和存放在使用和存放：存放注意存放注意靜電屏蔽靜電屏蔽，防止靜電擊，防止靜電擊穿；焊接時(shí)電烙鐵應(yīng)穿；焊接時(shí)電烙鐵應(yīng)接地良好接地良好。3.3.6 CMOS電路的正確使用電路的正確使用一、特點(diǎn)一、特點(diǎn) 3.3 CMOS門電路門電路18二、系列二、系列1、CC4000系列系列：工作電壓范圍寬工作電壓范圍寬VDD=3 18V、功、功耗

16、低、噪聲容限大、價(jià)格低廉；缺點(diǎn)是工作頻率耗低、噪聲容限大、價(jià)格低廉；缺點(diǎn)是工作頻率低（低（5MHz）、輸出電流小。）、輸出電流小。2、高速、高速CMOS：常用常用54/74系列，區(qū)別是工作環(huán)境系列，區(qū)別是工作環(huán)境溫度不同。軍用級(jí)的溫度不同。軍用級(jí)的54系列為系列為-55 125 C，而民用，而民用級(jí)的級(jí)的74系列為系列為-40 80 C。三、電源電壓三、電源電壓 因?yàn)榈退俚囊驗(yàn)榈退俚腃C4000工作電壓范圍寬，所以可以工作電壓范圍寬，所以可以不不用用穩(wěn)壓穩(wěn)壓電源。而高速的電源。而高速的54/74HC工作電壓范圍比工作電壓范圍比較窄，通常用較窄，通常用7805穩(wěn)壓穩(wěn)壓電源。調(diào)試時(shí)應(yīng)該電源。調(diào)試時(shí)

17、應(yīng)該先接電先接電源，后接信號(hào)源，后接信號(hào)，關(guān)機(jī)時(shí)應(yīng)該，關(guān)機(jī)時(shí)應(yīng)該先關(guān)信號(hào)后關(guān)電源先關(guān)信號(hào)后關(guān)電源。四、多余端處理四、多余端處理 多余端不能懸空多余端不能懸空，否則，否則靜電會(huì)擊穿柵極靜電會(huì)擊穿柵極。與門多。與門多余端接余端接VDD，或門多余端接地，或并聯(lián)使用。，或門多余端接地，或并聯(lián)使用。3.3.6 CMOS電路的正確使用電路的正確使用19五、輸入信號(hào)五、輸入信號(hào) 輸入信號(hào)非輸入信號(hào)非“1”即即“0”、非、非“0”即即“1”，不允許不允許“半高半高”信號(hào)（信號(hào)（因因?yàn)闉閂thVDD / 2）在輸入端出現(xiàn)。）在輸入端出現(xiàn)。這是因?yàn)榘敫咝盘?hào)能使這是因?yàn)榘敫咝盘?hào)能使PMOS和和NMOS管管同時(shí)導(dǎo)同時(shí)

18、導(dǎo)通通，此時(shí)集成電路的，此時(shí)集成電路的功耗劇增功耗劇增。六、輸出端的連接六、輸出端的連接 輸出端輸出端在任何情況下都在任何情況下都不能接電源不能接電源（VDD）或地或地（VSS），否則過流造成），否則過流造成CMOS管管永久性損壞永久性損壞。七、其它七、其它 焊接時(shí)烙鐵焊接時(shí)烙鐵有接地有接地端，調(diào)試時(shí)工作臺(tái)面端，調(diào)試時(shí)工作臺(tái)面要接地要接地。3.3.6 CMOS電路的正確使用電路的正確使用3.5.1 三極管的開關(guān)特性三極管的開關(guān)特性一、三極管結(jié)構(gòu)（一、三極管結(jié)構(gòu)（及導(dǎo)電機(jī)理及導(dǎo)電機(jī)理）3.5 TTL門電路門電路20 收集收集擴(kuò)散擴(kuò)散渡越渡越集電區(qū)低集電區(qū)低摻雜濃度摻雜濃度發(fā)射區(qū)高發(fā)射區(qū)高摻雜濃度

19、摻雜濃度基區(qū)基區(qū)非平衡非平衡少子增少子增加有加有電荷存儲(chǔ)效應(yīng)電荷存儲(chǔ)效應(yīng)IB是電子空是電子空穴復(fù)合過程穴復(fù)合過程JEJC NNPCEB截止截止 BBVR CBE快快次次 差差 慢慢Ron慢慢CI+飽和飽和較快過較快過程程tON退存儲(chǔ)退存儲(chǔ)效應(yīng)效應(yīng)tS導(dǎo)電機(jī)理導(dǎo)電機(jī)理（飽和（飽和放大放大截止；截止截止；截止放大放大飽和）飽和）基區(qū)基區(qū)平衡平衡少子少子(電子電子)一、三極管結(jié)構(gòu)一、三極管結(jié)構(gòu)21BICI二、三極管二、三極管(輸入輸入)輸出特性輸出特性3VCE2.5IC/mAAIB=00695S三、基本開關(guān)電路三、基本開關(guān)電路（1）截止條件：）截止條件：UBEIB(sat) UCC / RC 特點(diǎn)：

20、特點(diǎn)：飽和導(dǎo)通時(shí)飽和導(dǎo)通時(shí)VCE(sat) 0.3V；導(dǎo)通電阻；導(dǎo)通電阻RON 約約幾十幾十 ； 下降；下降；輸出低電平輸出低電平 。3.5.1 三極管開關(guān)特性三極管開關(guān)特性圖圖3.5.2 恒定恒定 下降下降22BICI例例1在圖在圖3.5.3中，中，VCC=5V，RC=RB=3K， =100 ，當(dāng)輸入電壓當(dāng)輸入電壓uI分別為分別為5V和和0V時(shí)，求輸出時(shí)，求輸出uo值值(設(shè)導(dǎo)通時(shí)設(shè)導(dǎo)通時(shí)UBE=0.7V )。解解：(1)當(dāng)輸入電壓當(dāng)輸入電壓uI為為0V時(shí)時(shí),由于發(fā)射結(jié)由于發(fā)射結(jié)零偏置，三極管截止，零偏置，三極管截止， uo= VCC=5V(2)當(dāng)輸入電壓當(dāng)輸入電壓uI為為5V時(shí)時(shí),由于由于發(fā)

21、射結(jié)正偏導(dǎo)通，發(fā)射結(jié)正偏導(dǎo)通，設(shè)三極管設(shè)三極管工作在放大狀態(tài)工作在放大狀態(tài)，則：，則： BBEIBRVuImAIIBC143CCCCORIVu不可能，假設(shè)不成立不可能，假設(shè)不成立三極管處于飽和態(tài)三極管處于飽和態(tài)( )uo=0.3VmA43. 137 . 05V42431435圖圖3.5.33.5.1 三極管開關(guān)特性三極管開關(guān)特性23五、動(dòng)態(tài)開關(guān)特性五、動(dòng)態(tài)開關(guān)特性u(píng)AtuFt止止ucc飽飽0.3VBICI截止截止正偏正偏擴(kuò)散擴(kuò)散渡越渡越(tD)收集收集放大放大飽和飽和導(dǎo)通導(dǎo)通(tON);飽和后有存儲(chǔ)效應(yīng)飽和后有存儲(chǔ)效應(yīng) 。飽和飽和存儲(chǔ)效應(yīng)退出存儲(chǔ)效應(yīng)退出(tS)放大放大發(fā)射結(jié)變寬發(fā)射結(jié)變寬截止

22、截止關(guān)關(guān)斷斷tOFF。通常通常: tOFF tON3.5.1 三極管開關(guān)特性三極管開關(guān)特性2421RVVRVVIEEBEBEIHB解解: : (1) 輸入電壓輸入電壓vI為為0V時(shí)，時(shí)，三極管反偏截止，三極管反偏截止，vO=VCC= 5V(2)當(dāng)輸入電壓當(dāng)輸入電壓vI為為5V時(shí)，時(shí)，設(shè)設(shè)三極管為三極管為放大放大狀態(tài)，基極狀態(tài)，基極電流：電流： 這不可能，說明這不可能，說明 下降下降，三極管三極管實(shí)為飽和實(shí)為飽和， vO= 0.3V六、三極管非門電路六、三極管非門電路例例2：有關(guān)參數(shù)已標(biāo)注，有關(guān)參數(shù)已標(biāo)注，求求vI=0V和和5V時(shí)輸出時(shí)輸出vO電電平，設(shè)導(dǎo)通時(shí)平，設(shè)導(dǎo)通時(shí)VBE= 0.7VVVC

23、ES1 .0,20V5K3 . 3K1K10V87 . 0BEVmA433. 010)8(7 . 03 . 37 . 05CBCCORIVvV5 . 614333. 0205IB圖圖3.5.73.5.1 三極管開關(guān)特性三極管開關(guān)特性作業(yè)作業(yè)3.1125AB與分立電路比，集成電路體積小、可靠性高、速與分立電路比，集成電路體積小、可靠性高、速度快，而且輸入、輸出電平匹配，度快，而且輸入、輸出電平匹配，早已廣泛采用。早已廣泛采用。TTL規(guī)定：規(guī)定：VCC=5V、VL=0.3V、VH=3.6V（空載）（空載）3.5.2 TTL(與與)非門電路結(jié)構(gòu)和原理非門電路結(jié)構(gòu)和原理AB輸入級(jí)輸入級(jí)倒相級(jí)倒相級(jí)輸出

24、級(jí)輸出級(jí)3.5 TTL 門電路門電路輸入保護(hù)輸入保護(hù)T1，Ui不低于不低于Vimin= 0.7V，ID1=20mA一、電路結(jié)構(gòu)與原理一、電路結(jié)構(gòu)與原理1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu) （圖（圖3.5.9、圖、圖3.5.40） 肖特基結(jié)構(gòu)，三部分組成肖特基結(jié)構(gòu)，三部分組成：0.4V0.3V0.7V抗深飽和抗深飽和晶體管晶體管26 2、工作原理、工作原理（1）當(dāng)輸入當(dāng)輸入A、B有有1 1V 時(shí)時(shí)1.7V1V三個(gè)三個(gè)PN結(jié)結(jié)導(dǎo)通導(dǎo)通1.8V T2、T5截止截止截止截止空載時(shí)空載時(shí)VR2不不計(jì)計(jì)VO 3.6VCCVBILI拉拉電電流流4 . 0放大放大VCE4IC4=5V通常：通常：VOH=5 VR2 VBE4 VBE

25、33.4VVCC=ILR4+VCE4+VOH T4的放大狀態(tài)可使輸出穩(wěn)定的放大狀態(tài)可使輸出穩(wěn)定，有有0(1V )出出1(3.4V)一、電路結(jié)構(gòu)和原理一、電路結(jié)構(gòu)和原理27（2）當(dāng)輸入當(dāng)輸入A、B均均1.2V時(shí)時(shí)mA4 . 41.2V 1.4V0.7V1V=5V灌灌電電流流飽和飽和1.8V電位被鉗位電位被鉗位截止截止飽和飽和VCES=0.3V灌電流灌電流負(fù)載能力比拉電流強(qiáng)負(fù)載能力比拉電流強(qiáng)mAKVV1 . 18 . 28 . 15 5m4 . 03個(gè)個(gè)PN結(jié)導(dǎo)通結(jié)導(dǎo)通1.8V，全全1(1.2V)出出0(0.3V)導(dǎo)通微弱導(dǎo)通微弱AB2、 工作原理工作原理28（2）當(dāng)輸入）當(dāng)輸入A、B均均1.2V

26、時(shí)時(shí) 全全1(1.2V)出出0(0.3V)（1）當(dāng)輸入）當(dāng)輸入A、B有有1 1V 時(shí)時(shí) 有有0(1V )出出1(3.4V)UOHUILUNLUIHUNHCD飽和飽和(T5)區(qū)區(qū)：CDAB截止截止(T5)區(qū)區(qū)：AB轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)折(過渡過渡)區(qū)區(qū)：BC2、關(guān)門、關(guān)門(開門開門)電平、閾值電壓電平、閾值電壓USHUOFF關(guān)門電平關(guān)門電平：確保輸出標(biāo)準(zhǔn)高：確保輸出標(biāo)準(zhǔn)高電平電平USH(3V)時(shí)允許低電平輸時(shí)允許低電平輸入的最大值入的最大值UOFF( 1V)。UON開門電平開門電平：確保輸出標(biāo)準(zhǔn)低：確保輸出標(biāo)準(zhǔn)低電平電平USL(0.3V)時(shí)允許高電平時(shí)允許高電平輸入的最小值輸入的最小值UON( 1.2V)。閾

27、值UTH閾值電壓閾值電壓：轉(zhuǎn)折區(qū)中點(diǎn)電壓：轉(zhuǎn)折區(qū)中點(diǎn)電壓UTH( 1.1V)。當(dāng)。當(dāng)UIUTH時(shí)可認(rèn)為高電平輸入。時(shí)可認(rèn)為高電平輸入。ABY3.5.2 TTL與非門結(jié)構(gòu)原理與非門結(jié)構(gòu)原理二、電壓傳輸特性二、電壓傳輸特性1、特性曲線、特性曲線29TTLTTL門電路門電路UOHUILUIHUNLUNHCDABUSHUOFFUON閾值UTH輸入高電平時(shí)輸入高電平時(shí)T5飽和，飽和，并且在基區(qū)存儲(chǔ)大量的并且在基區(qū)存儲(chǔ)大量的電荷。當(dāng)電荷。當(dāng)T5由飽和轉(zhuǎn)為由飽和轉(zhuǎn)為截止時(shí)，基區(qū)存儲(chǔ)大量截止時(shí)，基區(qū)存儲(chǔ)大量的電荷可以通過的電荷可以通過T6有源有源泄放泄放）加速加速T5退飽和，退飽和，提高了開關(guān)速度。提高了開關(guān)

28、速度。三、輸入端噪聲三、輸入端噪聲(N)容限容限(允許范圍允許范圍) 輸入高電平噪聲允許范圍輸入高電平噪聲允許范圍UNH=UIH UON=3 1.2=1.8V輸入低電平噪聲允許范圍輸入低電平噪聲允許范圍UNL=UOFF UIL=1 0.3=0.7V3.5.2 TTL與非門結(jié)構(gòu)原理與非門結(jié)構(gòu)原理30OHI )(（1）VCC=ILR4+VCE4+VOH（分電壓分電壓疊加等于電源疊加等于電源VCC ）1、拉電流負(fù)載特性、拉電流負(fù)載特性VCEIC圖圖3.5.13&GPG1GnIOHIIH扇出系數(shù)扇出系數(shù)N：mIINIHOHOHm為每門為每門橫向管橫向管發(fā)射極的個(gè)數(shù)發(fā)射極的個(gè)數(shù)例例4：求求2輸入端與非門

29、的輸入端與非門的NOH已知已知IOH= 1.0mA, IIH=50 A解：解：102501000mIINIHOHH 恒定恒定 下降下降（2）T4工作在放大區(qū)：工作在放大區(qū)：IL低低VCE4高高，IL高高VCE4低低，使，使VOH平穩(wěn)。平穩(wěn)。二、輸出特性二、輸出特性3.5 TTL與非門與非門3.5.3TTL門電路輸入和輸出特性門電路輸入和輸出特性31&GPG1GnIOLIIL)(OLI二、輸出特性二、輸出特性2、灌電流負(fù)載特性、灌電流負(fù)載特性圖圖3.5.159 .11126. 115mIINILOLOL取整數(shù)取整數(shù)max4 . 0OLVV40 例例55：求求2輸入端與非門的輸入端與非門的NOL已

30、知已知IOL=15mA, IIL= 1.26mA 解：解：求門電路輸出驅(qū)動(dòng)同類負(fù)求門電路輸出驅(qū)動(dòng)同類負(fù)載門的個(gè)數(shù)載門的個(gè)數(shù)(扇出系數(shù)扇出系數(shù)N)mIINILOLOL 為每門為每門橫向管橫向管的個(gè)數(shù)的個(gè)數(shù), 與門為與門為1mRCES510VOLmax=0.4VIOLmax=0.4/10T4截止截止T5飽和飽和=40mAVCEIC0.7V 恒定恒定 下降下降32 例例6 ：如圖電路，已知：如圖電路，已知 74S00門電路門電路GP參數(shù)為：參數(shù)為：IOH / IOL= 1.0mA / 20mA；IIH / IIL= 50A / 1.43mA試求門試求門GP的扇出系數(shù)的扇出系數(shù)N是多少？是多少？&GP

31、G1Gn14143. 1201:mIINILOLOL）（解10205. 01mIINIHOHOH取取N=10通常通常NOLNOHN的取舍原則：當(dāng)?shù)娜∩嵩瓌t：當(dāng)NOL NOH時(shí)取時(shí)取小值中的整數(shù)部分小值中的整數(shù)部分。mIINmIINIHOHOHILOLOLm為為發(fā)射極發(fā)射極的個(gè)數(shù)；的個(gè)數(shù)；m 為為橫向管橫向管的個(gè)數(shù)。的個(gè)數(shù)。三、輸入負(fù)載特性三、輸入負(fù)載特性作業(yè)作業(yè)3.16、17332.8KUOFF當(dāng)當(dāng)RP小小，uiRON RON一、輸入特性一、輸入特性作業(yè)作業(yè)3.1835實(shí)際請(qǐng)況實(shí)際請(qǐng)況1 1、任何電路任何電路都有延遲都有延遲 2 2、進(jìn)一步理解存儲(chǔ)效應(yīng)與延遲的關(guān)系、進(jìn)一步理解存儲(chǔ)效應(yīng)與延遲的關(guān)

32、系3.5.4TTL與非門的動(dòng)態(tài)特性與非門的動(dòng)態(tài)特性一、傳輸延遲時(shí)間一、傳輸延遲時(shí)間（二、三部分略）（二、三部分略）tpHL是是T5由截止到飽和的時(shí)由截止到飽和的時(shí)間間有存儲(chǔ)效應(yīng)有存儲(chǔ)效應(yīng)（飽和后基飽和后基區(qū)存有大量非平衡少子區(qū)存有大量非平衡少子）tpLH是是T5由飽和到截止的時(shí)由飽和到截止的時(shí)間間有退存儲(chǔ)效應(yīng)（有退存儲(chǔ)效應(yīng)（需要時(shí)需要時(shí)間長(zhǎng)間長(zhǎng)）tpLHtpHL通常平均傳輸通常平均傳輸時(shí)間時(shí)間:理想輸入理想輸入, ,輸出情況輸出情況2PHLPLHPtttoviv注意：注意：3.5.TTL門電路門電路362.4 TTL集成邏輯門電路集成邏輯門電路ABABBA BAmAImAIIHOH04. 0,

33、2 . 17：設(shè)例?,1,10NmAImAIILOL求15204. 02 . 152110mIINIHOHOH解：發(fā)射極數(shù)發(fā)射極數(shù)mIINILOLOLT1個(gè)數(shù)個(gè)數(shù)ABCCV有有1出出0全全0出出1有有1出出1全全0出出03.5.5 其它其它TTL門電路門電路一、其它邏輯門一、其它邏輯門三個(gè)組態(tài)關(guān)系三個(gè)組態(tài)關(guān)系2、或非門、或非門(m=2，m =2)5基基極輸極輸入入，集集電極輸電極輸出出，為為共發(fā)共發(fā)射極射極：反相反相關(guān)系；關(guān)系；基基極輸極輸入入，發(fā)，發(fā)射射極輸極輸出出， 為為共集共集電極電極：同相同相關(guān)系；關(guān)系； 發(fā)發(fā)射射極輸極輸入入，集集電極輸電極輸出出，為為共基共基極極：同相同相關(guān)系。關(guān)系

34、。作業(yè)作業(yè)3.13（b）373、與或非門、與或非門(圖圖3.5.30，m=4，m =2)ABCDABCDCCVCDABCDABCDAB一、其它邏輯門一、其它邏輯門mAImAIIHOH04. 0,2 . 18：設(shè)例?,1,10NmAImAIILOL求5 . 7404. 02 . 1521105mIINIHOHOH解：發(fā)射極數(shù)發(fā)射極數(shù),mIINILOLOLT1個(gè)數(shù)個(gè)數(shù)38BABAABY)(BAAB)(BABABABABA4、異或門、異或門(m=4，m =3)BAABABBAY1=1ABBAABmAImAIIHOH04. 0,2 . 19：設(shè)例?,1,10NmAImAIILOL求5 . 7404.

35、02 . 133. 331103mIINIHOHOH解：發(fā)射極數(shù)發(fā)射極數(shù),mIINILOLOLT1個(gè)數(shù)個(gè)數(shù)一、其它邏輯門一、其它邏輯門39 TTL門輸出端并聯(lián)問題門輸出端并聯(lián)問題注意：注意：推拉式任何門推拉式任何門的輸出端的輸出端禁止直接并禁止直接并聯(lián)聯(lián), 否則易過流損壞否則易過流損壞器件（器件（32mA）10與非門與非門1輸出高輸出高電平，電平，T5截止。截止。VccR4門門1的的T4門門2的的T5產(chǎn)生一個(gè)很產(chǎn)生一個(gè)很大的電流。大的電流。與非門與非門2輸出低輸出低電平，電平，T5導(dǎo)通。導(dǎo)通。二、二、集電極開路集電極開路的與非門（的與非門（OC門）門） 當(dāng)將兩個(gè)當(dāng)將兩個(gè)TTL“與非與非”門輸出

36、端直接并聯(lián)時(shí)：門輸出端直接并聯(lián)時(shí)：產(chǎn)生一個(gè)大電流（產(chǎn)生一個(gè)大電流（相相當(dāng)電源尖峰電流當(dāng)電源尖峰電流ICCM ）1. 抬高門抬高門2輸出低電平輸出低電平;2. 會(huì)因功耗過大損壞會(huì)因功耗過大損壞門器件。門器件。40無無T3 , T4T5集電極懸空集電極懸空二、集電極開路的與非門（二、集電極開路的與非門（OC門）門）1、OC門的工作原理門的工作原理（圖圖3.5.33）&符號(hào)符號(hào)！應(yīng)用時(shí)輸出端要應(yīng)用時(shí)輸出端要接一上拉電阻接一上拉電阻RLRLUCCABYA、B有有0VB1=0.9VVOHA、B全全1VB1=1.8VVOLABY 即：3.5.5 其它其它TTL門電路門電路4121YY Y_CDAB_CDA

37、BY相當(dāng)于相當(dāng)于“與門與門”邏輯等邏輯等效符號(hào)效符號(hào)0001111000 1 1 0 101 1 1 0 111 0 0 0 010 1 1 0 1圖圖3.5.34ABCDY2、OC門應(yīng)用門應(yīng)用（1）實(shí)現(xiàn)）實(shí)現(xiàn)“線與線與”Y1&ABY2&CDVCCRLY二、二、OC門門優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：省個(gè)與門，實(shí)現(xiàn)線與；：省個(gè)與門，實(shí)現(xiàn)線與；缺點(diǎn)缺點(diǎn)：多：多1個(gè)電阻個(gè)電阻RL，而且要，而且要計(jì)算計(jì)算 取值（下節(jié)講）取值（下節(jié)講）;特點(diǎn)特點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)能力大：驅(qū)動(dòng)能力大(40mA)；用途用途：電平轉(zhuǎn)換（以后講）、：電平轉(zhuǎn)換（以后講）、功率輸出（帶動(dòng)繼電器）。功率輸出（帶動(dòng)繼電器）。Y&AB JVCC220V（2）應(yīng)用舉例）

38、應(yīng)用舉例42VOH=VCC IRLRL=VCC (nIOH+mIIH)RLIHOHOHCCmInIVVmin3、RL的計(jì)算的計(jì)算 （1）輸出高電平）輸出高電平VOH時(shí)計(jì)算時(shí)計(jì)算RLmaxI總總=I分分；R=VR / IR總總分分1分分2RLmax=總總分分1分分2（2）輸出低電平）輸出低電平VOL時(shí)計(jì)算時(shí)計(jì)算RLminVOL=VCCIRLRL=VCC(IOLMmIIL)RLILOLMOLCCImIVVmaxRLmin=IOLM最大允許電流最大允許電流IIL (IIH)低低(高高)電平輸入電流電平輸入電流弄清弄清min，max的關(guān)系的關(guān)系取值：取值：RLminRLRLmax的關(guān)系的關(guān)系T1個(gè)數(shù)個(gè)

39、數(shù)發(fā)射極數(shù)發(fā)射極數(shù)二、二、OC門門圖圖3.5.35圖圖3.5.3543IHOHOHCCLmInIVVRminmaxILOLMOLCCLImIVVRmaxminIHOHOHCCLmInIVVRminmaxILOLMOLCCLImIVVRmaxminLOLOHILOLMIHOHCCRVVVVmAImAIAIAIVV求，已知4 . 0311640200,55 32 0.2 9 0.04 5 0.416 3 1 10433m7313m11K5 . 204. 0102 . 0235課堂作業(yè)課堂作業(yè)求求RL3339m 1 1 13m m為負(fù)載門輸入端為負(fù)載門輸入端發(fā)射極發(fā)射極的的總數(shù)總數(shù)m 為負(fù)載門為負(fù)載

40、門T1的的總數(shù)總數(shù)mm注意：負(fù)載為或門、異或門時(shí)要分析內(nèi)部結(jié)構(gòu)確定 、2.63K0.35K（3）舉例）舉例 例例3.5.5K2 . 017164 . 05二、二、OC門門圖圖2.4.30作業(yè)作業(yè)3.23作業(yè)作業(yè)3.2444DPEN三、三態(tài)輸出門（三、三態(tài)輸出門（ TSL門）門）1、三態(tài)輸出門的工作原理三態(tài)輸出門的工作原理控制端控制端-ENT4、T5截止，截止，Y端懸空于端懸空于高阻狀態(tài)高阻狀態(tài) EN=1：P=0D導(dǎo)通，導(dǎo)通， EN=0：P=1D截止，截止，電路執(zhí)行與非功能電路執(zhí)行與非功能Y=PAB =AB。&ABYENEN&ABYENEN10ENENABY高阻高電平有效01ENENABY高阻低

41、電平有效圖圖2.4.313.5.5 其它其它TTL門電路門電路453.5.6 TTL改進(jìn)系列改進(jìn)系列 二、二、74LS（低功耗肖特基）系列（低功耗肖特基）系列（采用采用大電阻大電阻) VO H L時(shí)提供時(shí)提供容 性 負(fù) 載 放容 性 負(fù) 載 放電回路電回路,加快加快T5飽和進(jìn)程飽和進(jìn)程二極管二極管與門與門,無無三極管三極管基區(qū)存基區(qū)存儲(chǔ)效應(yīng)儲(chǔ)效應(yīng) 無無 退退飽和過飽和過程程 tS減小減小RO N 4加強(qiáng)加強(qiáng)VOH驅(qū)動(dòng)能力驅(qū)動(dòng)能力,T4不 飽 和不 飽 和,提 高提 高VOHL轉(zhuǎn)換速度。轉(zhuǎn)換速度。VOHL時(shí)提供低阻時(shí)提供低阻放電通路放電通路,加快加快T3、T4截止截止 VVT1閾值電壓放電加快，

42、放電加快，減小減小tHL附加附加IB574LS系列：應(yīng)用系列：應(yīng)用廣泛、價(jià)格低廉廣泛、價(jià)格低廉1.T2、T5幾乎同時(shí)導(dǎo)通幾乎同時(shí)導(dǎo)通,加速加速T5飽飽和和 2.有源泄放，加速有源泄放，加速T5退飽和。退飽和。圖圖3.5.423.5.TTL門電路門電路46三、三、74AS和和74ALS系列系列74AS系列：在系列：在74LS系列基礎(chǔ)上減小阻值系列基礎(chǔ)上減小阻值速度速度提高、功耗加大。提高、功耗加大。74ALS系列：在系列：在74AS系列系列基礎(chǔ)上加大阻值基礎(chǔ)上加大阻值降低降低功耗；減小尺寸功耗；減小尺寸提高速度。提高速度。 54系列系列 (軍用級(jí)軍用級(jí)-55125C); 74系列系列(民用級(jí)民用

43、級(jí)070C) 五、五、54系列系列（與（與74系列性能比較）系列性能比較）74/5474/54H74/54S74/54LS74/54AS74/54ALStpd(nS)1064101.54P/(mW)1022.5202201dP積積10013580203042.4.5 TTL改進(jìn)系列改進(jìn)系列 47TTL門電路芯片簡(jiǎn)介門電路芯片簡(jiǎn)介管腳管腳7 7地地GND電源電源VCC（+5V）如：如：TTL門電路芯片（門電路芯片（四四2與非門，與非門，型號(hào)型號(hào)74LS00 )雙排直插雙排直插74LS00& & & &14141313121211111010 9 9 8 8 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 & &74LS002.4.5 TTL改進(jìn)系列改進(jìn)系列 48TTL：VCC=5V，CMOS：VDD=3 18V*3.8 TTL電路和電路和CMOS電路的接口電路的接口CMOS門的門的VTH= 0.5VDD ，TTL門的門的VTH=1.01.4V。CMOS門輸出：高電平為門輸出：高電平為VOH