數(shù)電3門電路課件

1、VCC0V第三章 門 電 路第一節(jié) 概述門電路：實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算和復(fù)合邏輯運(yùn)算的單元電路。 門電路的兩種輸入，輸出電平：高電平、低電平。它們分別對應(yīng)邏輯電路的1,0狀態(tài)。正邏輯：1代表高電平；0代表低電平。負(fù)邏輯：0代表高電平；1代表低電平。VCC0V高電平低電平廓忘戍榮高丈綸拱杉褥故豎懦塌溫弧峭側(cè)譜甫礦渣釩闖序訴翰利靈鐐恨佯清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路1 根據(jù)制造工藝不同可分為單極型和雙極型兩大類。門電路中晶體管均工作在開關(guān)狀態(tài)。其中包括介紹晶體管和場效應(yīng)管的開關(guān)特性。本章介紹兩類門電路。要點(diǎn)：各種門電路的工作原理，只要求一般掌握； 而各種門電路的外部特性和應(yīng)用是要求重點(diǎn)。當(dāng)代門

2、電路（所有數(shù)字電路）均已集成化。【題3.12】，【題3.16】 ，【題3.18】，【題3.19】，【題3.20】，【題3.29】優(yōu)鳳攀爍岔塘嶼瓷烏瑚塔洛音柳仔臺培賄而星牙穗蓉舷腺話連邁蘊(yùn)宗拌閡清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路2第二節(jié) 半導(dǎo)體二極管門電路一、二極管的開關(guān)特性1.開關(guān)電路舉例2.靜態(tài)特性伏安特性等效電路 在數(shù)字電路中重點(diǎn)在判斷二極管開關(guān)狀態(tài)，因此必須把特性曲線簡化。（見右側(cè)電路圖）有三種簡化方法：輸入信號慢變化時(shí)的特性。盔瑤耪釬癡爛賠文澄掉僳紋博軌墊襄抱歉將篩卉氫桅伶爪筷檸惰肥賬緘岳清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路3第三種+-第二種VON 0.7V第一種 0.5V恥

3、寫納伙敘沉監(jiān)春殆蹬拐嗜概外瞻困舶她獻(xiàn)致繼咀杯歉句膿審揮酌愛俗榆清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路43.動態(tài)特性 當(dāng)外加電壓突然由正向變?yōu)榉聪驎r(shí)，二極管會短時(shí)間導(dǎo)通。tre這段時(shí)間用tre表示，稱為反向恢復(fù)時(shí)間。輸入信號快變化時(shí)的特性。 它是由于二極管正向?qū)〞r(shí)PN結(jié)兩側(cè)的多數(shù)載流子擴(kuò)散到對方形成電荷存儲引起的。DRLi撐照撻墟癱養(yǎng)轄二淤猾筐兜驟茵蓮埋司律涯綁冪爬獺建咐腥涼胃搞曲餌假清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路5 由于二極管門電路有嚴(yán)重的缺點(diǎn)，在集成電路中并不使用，但可幫助理解集成門的工作原理。二、二極管與門設(shè)：VCC=5V, VIH=3V, VIL=0VVA=VB=0VD1,

4、D2導(dǎo)通，VY=0.7VVA=VB=3VD1,D2導(dǎo)通，VY=3.7V+_+_VA=3V,VB=0VD2導(dǎo)通，D1截止，VY=0.7VVA=0V,VB=3VD1導(dǎo)通，D2截止，VY=0.7VVAVBVY000.7030.7300.7333.7ABY000010100111缺點(diǎn)：1.電平偏移； 2.負(fù)載能力差。BAY燴蝴栓甲秤媚待攬涂不惡插啦與拽攪蛆湯差教滌請登臃科冰道粕捎畔費(fèi)娶清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路6三、二極管或門ABY000011101111VAVBVY000032.3302.3332.3D1,D2截止D1,D2導(dǎo)通D1截止,D2導(dǎo)通D1導(dǎo)通,D2截止ABYABY礬媳戶瑚漬

5、弟汗洽駕雷逼腹炕艘火痕兆三攝志憚鐘拂杜找氛儲詛昭稀垮僧清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路7GSD一.MOS管的開關(guān)特性1.MOS管的工作原理(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)稱為：金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管或絕緣柵場效應(yīng)管導(dǎo)電溝道(反型層)源極Source漏極 Drain柵極Gate當(dāng) 大于VGS(th)時(shí)，將出現(xiàn)導(dǎo)電溝道。 VGS(th)稱為開啟電壓，與管子構(gòu)造有關(guān)。SDB導(dǎo)電溝道將源區(qū)和漏區(qū)連成一體。此時(shí)在D,S間加電壓 ，將形成漏極電流iD。稱為N溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管第三節(jié) CMOS門電路窖肅授控拴流拎蔡醇晴抒鑷軟鮑喳

6、漲廟糞刮涂蒂英鉛焦量螢掉密伴籌嗆輸清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路8 顯然，導(dǎo)電溝道的厚度與柵源電壓大小有關(guān)。而溝道越厚，管子的導(dǎo)通電阻RON越小。因而，若 不變， 就可控制漏極電流iD。因此把MOS管稱為電壓控制器件。輸出特性2.輸入輸出特性輸入特性可不討論。叮鱗門觀乒圈邢接瑪壽詫嘿街侍栗誤瞻以懾夕徹朋簧醒烙眷顴煽晤禍烷高清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路91 2 3恒流區(qū)恒流區(qū)中iD只受 控制，其關(guān)系式為：相應(yīng)曲線稱為轉(zhuǎn)移特性?？臻g電荷區(qū)截止區(qū)VDS=0V出現(xiàn)溝道。VDS增加，則溝道“傾斜”（阻值增加）。VGD=VGS(th)時(shí)，溝道“夾斷”。VDS再增加時(shí)，夾斷點(diǎn)向源區(qū)移動

7、，但iD不變?？勺冸娮鑵^(qū)夾斷點(diǎn)VGS(th)=2V設(shè) 5V同理可求出柵源電壓為4V和3V時(shí)的夾斷點(diǎn)。固定電阻夾斷它也有三個(gè)工作區(qū)膩催呻棗鬃攆寂減委斌批候囊響硫驕攙駒籍役紹玄硼懊吶噸土嫡賂東矮輯清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路10RONN+N+3.MOS管的基本開關(guān)電路當(dāng) =VDD時(shí)，MOS管導(dǎo)通，其內(nèi)阻用RON表示。當(dāng) =0V時(shí)，MOS 管截止， = VDD； MOS管工作在可變電阻區(qū)。若 ，則回下頁VDD注意：VDD必須為正。淮紊伴勤磺輥禱殲?zāi)茸o(hù)惕傾晚腸卒妊監(jiān)塘池懼杏瘓撤臘瘴蓉瀉酪趣舜艘梢清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路11D靜態(tài)特性三個(gè)工作區(qū)。 等效電路如圖，其中CI為柵極

8、輸入電容。約為幾皮法。動態(tài)特性延遲作用（書上沒有）。 由于是單極型器件，無電荷存儲效應(yīng)。動態(tài)情況下，主要是輸入電容和負(fù)載電容起作用，使漏極電流和漏源電壓都滯后于輸入電壓的變化。其延遲時(shí)間比雙極型三極管還要長。可變電阻區(qū)： 截止區(qū)：恒流區(qū)：4.MOS管的開關(guān)特性及等效電路電路圖襄仆屈器倉貢霉刃勵敵叮苔翰胎盈不早拿戍曲臟鷗狽甭啦戌楷鵑毖鈣貉蚌清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路125.MOS管的四種類型(1)N溝道增強(qiáng)型(2)P溝道增強(qiáng)型(3)N溝道耗盡型(4)P溝道耗盡型開啟電壓夾斷電壓P溝道增強(qiáng)型：您轟透煙獎峭錳阿德攝窘與跨蔣壇唐售通拙勸糾賴捧恢么呼泳拼餐浸葬彤清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)

9、數(shù)電3門電路13請參閱79頁，表3.3.1廳刮焰緞喬社鹼檸籬醛激朗頻腑惜絳靳孺務(wù)刮肪絢散張奮牌鏡穢齊折牛萄清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路141961年美國德克薩斯儀器公司首先制成集成電路。英文Integrated Circuit,簡稱IC。 集成電路的優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、可靠性高，功耗低。目前單個(gè)集成電路上已能作出數(shù)千萬個(gè)三極管，而其面積只有數(shù)十平方毫米。按集成度分類：小規(guī)模集成電路SSI: Small Scale Integration;中規(guī)模集成電路MSI: Medium Scale Integration;大規(guī)模集成電路LSI: Large Scale Integration

10、;超大規(guī)模集成電路VLSI: Very Large Scale Integration,按制造工藝分類：雙極型集成電路；單極型集成電路；我們介紹TTL電路。我們介紹CMOS電路。二. CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理Complementary-Symmetry MOS .互補(bǔ)對稱式MOS電路。馭砒伎梨固簾喊罩喳區(qū)繹稽郊鍘酮焚敵晉踴撞孝最繕螢枝誤糖通握洽咳艾清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路15（一） CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)N溝道管開啟電壓VGS(th)N記為VTN;P溝道管開啟電壓VGS(th)P記為VTP;要求滿足VDD VTN+|VTP|;輸入低電平為0V；高電平為VDD;（1）

11、輸入為低電平0V時(shí)；（2）輸入為高電平VDD時(shí)；T1截止；T2導(dǎo)通。iD = 0， =0V;輸入與輸出間是邏輯非關(guān)系。要求兩管特性完全一樣T2截止；T1導(dǎo)通。iD = 0， =VDD;魯序貼膘退勁余何麻恃枕睦慘靶棕亨群土踩言匪凳衷寄格女暗皋宋諧匝蝎清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路16 特點(diǎn)：靜態(tài)功耗近似為0；電源電壓可在很寬的范圍內(nèi)選取。 在正常工作狀態(tài)，T1與T2輪流導(dǎo)通，即所謂互補(bǔ)狀態(tài)。CC4000系列CMOS電路的VDD可在318V之間選取。其他系列以后介紹。（可參閱表3.3.2在106頁）純竿張咐公百關(guān)韭楔枯猛閩?；h啡抄顫拖簡鬃撻汁是隱迢飽碳紹呀析質(zhì)淀清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大

12、學(xué)數(shù)電3門電路171.電壓傳輸特性VVT2截止，T1導(dǎo)通T1截止，T2導(dǎo)通T1，T2都導(dǎo)通稱為轉(zhuǎn)折區(qū)閾值電壓轉(zhuǎn)折區(qū)變化率大，特性更接近理想開關(guān)。特點(diǎn)：此部分在教材8086頁。閾值電壓用VTH表示。由于特性對稱，閾值電壓為VDD的一半。（二）靜態(tài)特性綁藕殷纏措仗拿杭渡不駿陵極省廠苫贏搓淤殿要睜頸刺蓖陀抉嚨絡(luò)真袱絢清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路18輸入端噪聲容限高電平噪聲容限： 低電平噪聲容限：VOH(min)VOL(max)VIL(max)VIH(min)設(shè)定VOH(min)求出VIL(max)設(shè)定VOL(max)求出VIH(min)特性對稱，因而輸入端噪聲容限較大。CC4000系列C

13、MOS電路的噪聲容限為：（允許輸出電壓變化百分之十）VNH=VNL=30%VDD爽濫擱分沫軋概杏豁債啪冬生伏攢寨強(qiáng)叫竊飛聾擁喚擄酌戒持峙旨凸譴嬸清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路192.電流傳輸特性A當(dāng)T1,T2都導(dǎo)通時(shí)，iD不為0；輸入電壓為VDD/2時(shí)，iD較大，因此不應(yīng)使其長期工作在BC段。 在動態(tài)情況下，電路的狀態(tài)會通過BC段，使動態(tài)功耗不為0；而且輸入信號頻率越高，動態(tài)功耗也越大，這成為限制電路扇出系數(shù)（驅(qū)動同類門個(gè)數(shù)）的主要因素。締悄和勒環(huán)闌囪喇按舟吉裕汰漿勢軟乎毋清鋼膊涵廉淫屆汀車胎握尸都澤清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路203.輸入特性 由于MOS管柵極絕緣，輸入

14、電流恒為0，但CMOS門輸入端接有保護(hù)電路，從而輸入電流不總為0。AiI 由曲線可看出，輸入電壓在0VDD間變化時(shí)，輸入電流為0；當(dāng)輸入電壓大于VDD時(shí)，二極管D1導(dǎo)通；當(dāng)輸入電壓小于0V時(shí)，二極管D2導(dǎo)通。二極管D2和電阻RS串聯(lián)電路的特性二極管D1的特性少暗吳嘔捌飄驗(yàn)侵號像壽庭蜂證波籬幻念崔份核搬首庚蜘諺磨袱尹堡托各清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路214 .輸出特性(1) 輸出低電平0 T2工作在可變電阻區(qū)，有較小的導(dǎo)通電阻，當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，該電阻上的壓降將緩慢增加。 對于CC4000系列門電路，當(dāng)VDD=5V時(shí)，IOL的最大值為0.51mA；而在74HC系列中，該值為4mA。V

15、DD增加相當(dāng)于T2的VGS增加詛彝洪論府鵲鉛摳凝雛罐憾鍛之犬早龔恬體灘啥坡窿領(lǐng)巧蔫欄絲能檢芯唉清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路22(2) 輸出高電平00IOHVDDVOHVOH= + VDD 與輸出低電平類似，此時(shí)T1工作在可變電阻區(qū)；當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，T1的VDS加，導(dǎo)致輸出下降。 此時(shí)，IOH的最大值，與輸出低電平時(shí)相同。柜孜居與呼肌傣習(xí)悲撇犬燼磕僵麗靠趕醋傍樓奇靡蔗崗詢無晤聯(lián)毗迭馮柯清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路23（三）動態(tài)特性1.傳輸延遲時(shí)間(1) MOS管在開關(guān)過程中無電荷存儲，有利于縮短延遲時(shí)間； (2) MOS管的導(dǎo)通電阻比TTL電路大的多，所以其內(nèi)部電容和負(fù)

16、載電容對傳輸延遲時(shí)間的影響非常顯著。導(dǎo)通電阻受VDD影響，所以，VDD也影響傳輸延遲時(shí)間； (3)C MOS門的輸入電容比TTL電路大的多，因此負(fù)載個(gè)數(shù)越多，延遲時(shí)間越大；CMOS門的扇出系數(shù)（驅(qū)動同類門個(gè)數(shù)）就是受傳輸延遲時(shí)間和將介紹的動態(tài)功耗等動態(tài)特性限制的。用tPHL和tPLH的平均值tPD表示延遲作用，稱為平均傳輸延遲時(shí)間。tPD范圍：4000系列為100ns,74HC系列為10ns,74AHC系列為5ns見107頁表寧腺洗丟誦嬸呻層跺汗典婆并雹賢詣經(jīng)傍于雄總止吩駱杖型努鴿燎抨董嫉清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路242. 交流噪聲容限3.動態(tài)功耗 與TTL電路類似，當(dāng)噪聲電壓作

17、用時(shí)間tW小于電路的傳輸延遲時(shí)間時(shí)，輸入噪聲容限VNA將隨tW縮小而明顯增大。 傳輸延遲時(shí)間與電源電壓和負(fù)載電容有關(guān)，因此VDD和CL都對交流噪聲容限有影響。 動態(tài)情況下，T1,T2會短時(shí)同時(shí)導(dǎo)通，產(chǎn)生附加功耗，其值隨輸入信號頻率增加而增加。定量估算可得動態(tài)功耗PC的公式：PC=CLfV2DD負(fù)載電容經(jīng)T1、T2充、放電，也會產(chǎn)生功耗。沈叛檄性攢和謂芬憑襯逝阜遠(yuǎn)夢長買炬瓤謗朱群砌益杯涪柜兵乒始竊煽麥清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路25三、其他類型的CMOS門電路1.與非門特點(diǎn)：N溝道管串聯(lián)、P溝道管并聯(lián)； 設(shè)：MOS管的導(dǎo)通電阻為RON、門電路的輸出電阻為RO。輸出電阻隨輸入狀態(tài)變化。

18、用帶緩沖級的門電路可克服上述缺點(diǎn)。2.或非門特點(diǎn)：P溝道管串聯(lián)、N溝道管并聯(lián)；2RON RON/211RON R0N01RON RON10RON/2 2R0N00RO（與非) RO（或非）BA輸出高電平偏低輸出低電平偏高此外，輸入狀態(tài)還會影響這兩個(gè)門的電壓傳輸特性。（一）其他邏輯功能的CMOS門電路鍍矗蓑嫩競紋芯坎仿害洶惺仿輸角痘嗅吞取諒內(nèi)拈動亮云競財(cái)艙青牙馮葫清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路263.帶緩沖級的CMOS門電路（1）與非門：特點(diǎn)：輸出電阻恒為RON；輸出電平和電壓傳輸特性都不受輸入狀態(tài)影響。（2）或非門：同理，可用下式實(shí)現(xiàn)：奇邀醒漚匹淮勒買幫搐痙縱弛要典伐膚斡布配導(dǎo)襖弊瞧

19、熏披滾衫童業(yè)噬訛清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路27 普通CMOS門不能接成線與形式。 OD門輸出端只是一個(gè)N溝道管，因此可以連成線與形式。特點(diǎn)：1.VDD1和VDD2可取不同值； 2.允許灌入電流較大。如： CC40107在VOLRTG 則C=0時(shí)，傳輸門截止；C=1時(shí),傳輸門導(dǎo)通。TGCC傳輸門可雙向傳輸。T2T1C次黔氣瞥憎瞥觸唬鑰軒蟬鈣炔愈東朵秸樞憑淆詢井羊烈寬莉拙喲翰吶壁膘清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路31VGS(th)PVGS(th)NVDD0VN溝道管導(dǎo)通P溝道管導(dǎo)通分析原理。先分析只有一個(gè)管時(shí)的情況：單管工作的缺點(diǎn)是：(1)有死區(qū)；(2)導(dǎo)通電阻隨輸入電壓變化

20、很大。采用雙管可克服這些缺點(diǎn)。物藝摳淪蓬歹濃畦土爬思汀侍濫釁斬叢俊棒峨絹及羹食社赦測刺瘩遇法席清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路32將電壓傳輸系數(shù)定義如下：KTG= = 采用改進(jìn)電路的CMOS四模擬開關(guān)CC4066在VDD=15V時(shí)，RTG值不大于240。而且在 變化時(shí)，RTG基本保持不變。 目前，某些精密CMOS模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻已降低到20 以下。模擬開關(guān)組成邏輯電路例如：異或門見98頁圖3.3.372.傳輸門的應(yīng)用芋犧嗽勿風(fēng)醉種線械挺畏渡流贏胺然卑渙慣抹阻木坦糜駁袋藉壘塘崎授漾清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路33（四）三態(tài)輸出的CMOS門電路垛鴦皇廉剔鋤宛貪爛碴帝戰(zhàn)誣潤蟲撩

21、終盯菱觀銷橫仕賊善交紐幸我邊姓顫清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路34三態(tài)門在總線方面的應(yīng)用雙向總線：接成總線方式時(shí)，在n個(gè)EN端中，每次最多只能有一個(gè)有效。膏磊睜昆垣酵失疽篙畫倡贍博守絨賒桑夠點(diǎn)輛料個(gè)益棕椿墜光豹保起侯梁清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路35四、CMOS電路的正確使用1.輸入電路的靜電防護(hù) CMOS電路的輸入保護(hù)電路承受靜電電壓和脈沖功率的能力有限。因此，在儲存，運(yùn)輸，組裝和調(diào)試過程中，仍需采取防靜電措施。 (1)儲存和運(yùn)輸不要使用化纖織物包裝，最好用金屬屏蔽層包裝；(3)不用的輸入端不應(yīng)懸空。2.輸入電路的過流保護(hù) 保護(hù)二極管只能承受1mA電流，因此下列三種情況

22、下輸入端要串入保護(hù)阻。(1)輸入端接低內(nèi)阻信號源；(2)輸入端接有大電容；(3)輸入端接長線。 (2)操作時(shí)使用的電烙鐵等，要妥善接地；搞裝蒜灣鄧安靖刪替貫慨仰蛙乎手寫約滿絡(luò)根授訂臂緞愉蜘濟(jì)遷藥瀝琉艙清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路363.CMOS電路鎖定效應(yīng)的防護(hù) 產(chǎn)生鎖定效應(yīng)將造成CMOS電路永久失效。可在輸入、輸出端接入鉗位保護(hù)電路，在電源輸入端加去偶電路。 應(yīng)確保CMOS電路先通電、后斷電。伸戶香飲漚遍租椰駱謗茹佑棠材及廟瀑糧姜癱隱脾屆抄菇氫熏猙早救晌擅清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路37五、CMOS數(shù)字電路的各種系列各種系列的電路基本相同,主要在工藝上有改進(jìn).改進(jìn)的目

23、的主要有兩點(diǎn):一是提高速度,二是減小功耗.1.4000系列:速度低,負(fù)載能力差,處在被取代階段.2.74HC/HCT系列:高速系列。tpd=9-10ns,負(fù)載能力為4mA左 右。74HC系列:電源電壓26V，功耗隨電壓增大。74HCT系列:電源電壓5V，輸入輸出電平等均與TTL電路兼容。因此二者可混合使用。 3.74AHC/AHCT系列:改進(jìn)的高速系列。tpd=5.3ns,負(fù)載能力為 8mA左右， 是目前應(yīng)用最廣的CMOS器件。 以上為美國TI公司的產(chǎn)品，而VHC/VHCT系列為其他公司產(chǎn)品，其性能與74AHC/AHCT系列相當(dāng)。4.74LVC/ALVC系列: 90年代的新產(chǎn)品（低壓系列）。表

24、3.3.2冕衍雪肯伏速漁目常美柿六礙邯頓槽產(chǎn)斂勇息游徹吧訃畝味僵拳乎赦鴨截清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路38 tpd=3.8ns,負(fù)載能力為24mA（3V電源）左右。電源電壓1.653.3V。可輸入5V電平信號，也可將3.3V以下信號轉(zhuǎn)換為5V輸出信號74ALVC系列進(jìn)一步提高速度， tpd=2ns ，負(fù)載能力沒變。因此是最好的CMOS系列。74系列工作環(huán)境溫度范圍是-40+85度；54系列工作環(huán)境溫度范圍是-55+125度；對于74LVC系列：對于74ALVC系列：70.71頁表自列吧譜狠予髓積豺霞如砸瓦不區(qū)綠里雨坪沃越勉容粒通片燃捕述溫炕拙清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路

25、39一、雙極型三極管（BJT)的開關(guān)特性1.靜態(tài)特性可用輸入輸出特性來描述?；鹃_關(guān)電路如圖：可用圖解法分析電路：輸入特性輸出特性第四節(jié) TTL門電路（教材上為第五節(jié)）腋毖婿袖寄淵罐尚碧骸斗瀉喝削讕層幢秒僻區(qū)堿署罷穿哪煩棟授凌耗呆箭清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路40 條 件 特 點(diǎn)BE結(jié)BC結(jié)截止導(dǎo)通放大飽和VON (0.7V)ibIBSic=ICEO(=0) , iB=0ic= iB=VCE(sat)=0.3V 0V反反反正正正Ib IBS=ICS / =VCC-iCRCs開關(guān)特性可歸納為下表：也是“特點(diǎn)”的一部分汲芝惡整銥肆屈衡箋昆雕批捏倦寫猩泥攆圈贊戀金鎂碧謎睬霉姨漱偶茂締清華

26、大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路412.動態(tài)特性 當(dāng)輸入信號使三極管在截止和飽和兩種狀態(tài)之間迅速轉(zhuǎn)換時(shí)，三極管內(nèi)部電荷的建立和消散都需要時(shí)間，因而集電極電流的變化將滯后于輸入電壓的變化。從而導(dǎo)致輸出電壓滯后于輸入電壓的變化。 也可以理解為三極管的結(jié)電容起作用。注意：三極管飽和越深，由飽和到截止的延遲時(shí)間越長。飽和時(shí)截止時(shí)等效電路霉仰撂掣鄉(xiāng)撒裴魯氧幾登展笑第能痘側(cè)徑鉚埃妙懾聲拯帕侖氧末賈撐紀(jì)彤清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路423.三極管反相器（非門）例3.5.1：計(jì)算參數(shù)設(shè)計(jì)是否合理（原理）求基極回路的等效電路：VCC=5V, VEE= 8V,R1=3.3K ,R2=10K Rc=

27、1K=20, VCE(sat) =0.1V,VIH=5V,VIL=0V憶廄愚做狹拉芝琵酌朽潦骯訖航釜酞熔突鋒迭童燙黎報(bào)挫找涅徘拴仰淚歪清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路43山睦己泄猴占馱秧瞻啡凡沁晨遷擁痞潰勛光務(wù)綜橫胺十海址木氖婉埂雖兢清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路441.電路結(jié)構(gòu)（以74系列非門為例）2.工作原理VCC=5V,VIH=3.4V,VIL=0.2VT1導(dǎo)通，深飽和T2,T5截止。因?yàn)門5有漏電流，可等效為大電阻。T4導(dǎo)通，忽略R2壓降，可求出=3.6V=VOH =VIL:0.90.30.2二、TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)、工作原理和特性TTL (Transistor-T

28、ransistor Logic):晶體管晶體管邏輯電路。推拉式（push-pull）、圖騰柱（totem-pole）輸出電路輸出級中間級輸入級53.6（一）結(jié)構(gòu)和原理搶佯礁蹄踴尉系潤幢潮分簾豆憎避撻澄督穿苫涉陶黨緝沾寒吭幀輿帥誡矢清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路45 =VIH:T1的BE結(jié)截止、BC結(jié)導(dǎo)通；T2、T5導(dǎo)通。T4截止，因此T5飽和。T2: ICS=4V/1.6K=2.5mA; iB=2.9v/4k=0.72mA =20 所以，T2飽和。=0.2V0.71.42.14.1?3.41.0也可以認(rèn)為T5“倒置”（c和e極交換。）畦附簿危澎粕殷丙諸纂局稍漠朗勒誅乘茁住臂練茸仔耽懾

29、蔥蓄印掂削岳升清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路461. 電壓傳輸特性CD段中點(diǎn)的輸入電壓即為閾值電壓VTH （1.4V）。DE段稱為飽和區(qū)；對于74系列門電路，VNH、VNL都不小于0.4V。噪聲容限：（二）TTL反相器的靜態(tài)特性(117頁）AB段稱為截止區(qū)； B點(diǎn)： =0.6V，BC段稱為線性區(qū)； C點(diǎn)： =1.3V，CD段稱為轉(zhuǎn)折區(qū)； D點(diǎn)： =1.4V，吾教騁餅陽去寶繩市些勁撫灶摻恫障談?wù)犢p捌折精同喧許豬租潞坪擄修清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路472. 輸入特性IIL稱為輸入低電平電流。IIS稱為輸入短路電流 =0V的輸入電流。IIH稱為輸入漏電流。 輸入電壓為負(fù)時(shí)，

30、基本是保護(hù)二極管的伏安特性。IIH輸入為0.2V時(shí)輸入為3.4V時(shí)輸入為其他電壓時(shí)IILIIS 輸入電壓小于0.6V時(shí)，計(jì)算IIL的公式仍然成立(把VIL換為 ），是一直線方程。ii肢介翟亨伊雛池屜躇扯楷嚙撼人濫梆腔史消追虱周廷屬崎費(fèi)池猴喬鎳疹刮清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路483.輸出特性(1)高電平輸出特性 T4飽和前，VOH基本不隨iL變，T4飽和后，VOH將隨負(fù)載電流增加線性下降，其斜率基本由R4決定。(2)低電平輸出特性 受功耗限制，74系列門輸出高電平時(shí)最大負(fù)載電流不超過0.4mA。T5飽和，c-e間等效電阻不超過10歐姆，因此直線斜率很小。rce呼毅體品攬裂賊蜀墑羊豪偏

31、吶顆媽逗歡垃鈞烈洛巡譽(yù)娘放靖有哮借房講陷清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路49例3.5.2：計(jì)算G1能驅(qū)動的同類門的個(gè)數(shù)。設(shè)G1滿足：VOH=3.2V, VOL=0.2V。16解：N1=16/1 =16G1輸出低電平G1輸出高電平 G1輸出高電平時(shí)，最大允許輸出電流為0.4mA； 每個(gè)負(fù)載門輸入電流為IIH,不超過0.04mA;故：N2= 0.4/0.04 =10綜合N1,N2,應(yīng)取N=10N即門的扇出系數(shù)。每個(gè)負(fù)載門電流G1門電流0.2VIIH動貫掠綿敖酪妹掛以乏厲儈料餡為飯詹變物哭臟關(guān)徹聾倪碼板茍仙裹誤增清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路504.輸入端負(fù)載特性當(dāng) 小于0.6V時(shí)

32、當(dāng) =1.4V時(shí)，T2、T5均已導(dǎo)通，T1基極電位被鉗在2.1V而 不再隨RP增加，因 此 也不再隨RP增加。當(dāng)RP較小時(shí)，這是直線方程返回RP輸入電阻對輸入電壓的影響。1.4V可認(rèn)為RP為2K時(shí)，I已達(dá)到1.4V。椒眷醞賺疹聘遏犯配愚廢巍幫贍摟撿猶幌蜀吱違坪雹抒垢康載伙妹熄眼鼠清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路51例：計(jì)算圖中電阻RP取值范圍。已知：VOH=3.4V,VOL=0.2V, VIH(min)=2.0V, VIL(max)=0.8V。解：當(dāng) =VOH時(shí)，要求 VIH(min)VOH-IIHRP VIH(min)=VOL+ RP(VCC - VBE VOL)/(R1+RP)當(dāng)

33、=VOL時(shí)，要求 VIL(max)VIL(max)RP 0.69KRP 35K對于74系列，當(dāng)RP=2K 時(shí)， 就達(dá)到1.4V。綜合兩種情況RP應(yīng)按此式選取式3.5.9牢記： 若RP大于2K，則 等效為高電平；若小于0.7K，則 等效為低電平（74系列）。當(dāng) =VOL時(shí)，當(dāng) =VOH，要求 ， 才為高電平。RP 35K上頁此時(shí)門2的輸入電流為IIH瘋礦奔真尚酥六牙芒仔級玻菌漚緒遜箭庇載瘁霖匙移鄭縷險(xiǎn)斧軀四農(nóng)屋鑿清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路52(三)TTL反相器的動態(tài)特性1.傳輸延遲時(shí)間 延遲作用是由晶體管的延遲時(shí)間，電阻以及寄生電容等因素引起的。 tPLH往往比tPHL大。 經(jīng)常用

34、平均傳輸延遲時(shí)間tPD來表示：tPD =(tPLH +tPHL)/22.交流噪聲容限 干擾信號作用時(shí)間短到與tPD相近時(shí)的噪聲容限。 此時(shí)，tW越小，允許的干擾信號幅值越大。擬俱青柔霧盈障幀兒蕩拴占短盎攙寒踞衛(wèi)生湊攝蘆坍札筷賊錳溉唯怒示潤清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路533.電源動態(tài)尖峰電流靜態(tài)電流：ICCL=iB1+iC2=(5-2.1)/4+(5-1)/1.6=3.2mAICCH =iB1=(5-0.9)/4=1mA 在動態(tài)情況下，會出現(xiàn)T4和T5同時(shí)導(dǎo)通的情況，特別是輸出由低電平跳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)。使電源電流出現(xiàn)尖峰脈沖。此電流最大可達(dá)30多mA.電源尖峰電流的不利影響：1.使電源

35、平均電流增加；2.通過電源線和地線產(chǎn)生內(nèi)部噪聲。歧戲蛙鏡炎泣阮牽扭踴幟述美普例岳池棄距洪淚饞傭囂瞇芹亮員瞅紋岔敘清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路54三.其他類型的TTL門電路(3.5.5節(jié)）（一）其他邏輯功能的門電路1.與非門 T1為多發(fā)射極管?？傻刃閮蓚€(gè)三極管。其工作原理可從兩方面分析：b. 輸入有低時(shí)，輸出高電平。 此時(shí)A,B兩端并聯(lián)，T1成為一個(gè)三極管，結(jié)論成立。a. 輸入全高時(shí)，輸出低電平。 設(shè)A端輸入0.2V，則TI基極電位為0.9V,此時(shí)無論B端狀態(tài)如何，都不會影響T1基極電位。因此輸出為高電平。0.2V0.9V 如果輸入全懸空，輸出為低電平。因此輸入懸空等效為輸入高電平

36、。碩嬰很鼠犀一肩案袍饞炕棗四倚擇騰擁高借蓑雁呀密依研疑昔療蔣爵偉著清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路552.或非門 或非門的原理可從兩方面分析：a.輸入全低，輸出為高 A端為低電平，使T2截止； B端為低電平，使 截止； 從而使T5截止，輸出為高電平。b.輸入有高，輸出為低 若A端為高電平，使T2導(dǎo)通，此時(shí)無論 為何狀態(tài)，都不會使T2截止。因此T5一定導(dǎo)通，使輸出為低電平。瘡薔窖韋隊(duì)跺穗灘岔唱膳旱偵綻瞧英衛(wèi)蠻爽傘鄖商蒲琵挺贈響烘用居粕靈清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路563.與或非門 在或非門的基礎(chǔ)上，增加與輸入端，從而實(shí)現(xiàn)與或非邏輯。僧致奸鎳閥范塢噬胡扔銘耕插簿為鐐竹訝瞥豎琵五

37、齲專跳慧仰燴軋回壇琺清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路574.異或門 紅框中的電路控制T7的狀態(tài)。因此，當(dāng)T7截止時(shí)，電路就是以A,B為輸入的與非門。 A,B兩輸入端的高電平分別通過T5和T4使T7截止。 說明輸入A,B有高電平，就按與非門分析；當(dāng)A,B全低時(shí)，T4,T5全截止，使T7導(dǎo)通，輸出低電平。0011110111100100ABBA從右表可得出該電路為異或門。欄開怕躁粘冊淪害囊嗜盎隱晤講貍赤熙臃歸形千謎虛斟蛹扛撓窄科解板景清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路58使用時(shí)需外接電阻RL（二）集電極開路門（電路）(OC)Open Collector Gate 目的：將門的輸出端并

38、聯(lián)，實(shí)現(xiàn)線與： 普通TTL門輸出端并聯(lián)時(shí)，將產(chǎn)生過大的輸出電流導(dǎo)致器件損壞。(此電流可達(dá)30多毫安。）電路原理：邏輯符號當(dāng)輸入有低電平使T5截止時(shí)，顯然此時(shí)門的輸出端處于高阻狀態(tài)。電阻可接到其他電源，用 表示。如SN7407可接30V電壓 很容易驗(yàn)證這是一個(gè)二輸入端與非門。RL懾乎侄應(yīng)惠淄廢莖嘻窮許喪黔惱鴛孤朽丑唯聰鋇講貞納煞諺嚷侯車鹼涂檔清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路59（三）三態(tài)輸出門電路（TS）Three-State Output GateEN為使能端，低電平有效。EN為低電平時(shí):若A,B都為高電平： 二極管D截止，對電路無影響，輸出為低電平；若A,B中有低電平： T2,T5截

39、止，二極管D導(dǎo)通,T4基極電位被鉗在4.3V，T4導(dǎo)通，輸出高電平，但電位為2.9V。3.6V4.3V2.9VEN為高電平時(shí): T5截止；T4基極電位被鉗在1V,因此，T4截止。從而輸出端出現(xiàn)高阻狀態(tài)。如EN端有兩個(gè)非門，則為高電平有效。0.3VENABYENABY儡誦牢穢血鎢錳措騷鍺刮退籃顯位武搏渭楚碑織孕寢桔騁皋客左臃抄隨哉清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路60四.TTL電路的改進(jìn)系列（一）74H系列 除了74系列外，TTL電路還有74H、74S、74LS、74AS和74ALS等系列。又稱為高速系列。High-speed 各改進(jìn)系列都圍繞提高速度和降低功耗兩點(diǎn)進(jìn)行。減小電阻值可提高速

40、度，但是會明顯增加功耗。 可見其各電阻值明顯小于74系列。加上采用了復(fù)合管T3、T4，因此速度明顯提高。但功耗增大更明顯?？蓞⒖急?.5.1。138頁 表中延遲功耗積pd（Delay-Power Product），可用于衡量門電路的綜合性能。漸琶祟塑彪通品溢氈練搏劫叼禮吁戀沽兌袋蘸兄融亡巨玖芬會枚貼癸里童清華大學(xué)數(shù)電3門電路清華大學(xué)數(shù)電3門電路61又稱為肖特基系列。Schottky與74H系列比，有兩點(diǎn)改進(jìn)：1.使用肖特基勢壘二極管 (Schottkey Barrer Diode)簡稱SBD;2.采用有源泄放電路。SBD特點(diǎn)：導(dǎo)通壓降0.40.5V；無電荷存儲；工藝與TTL兼容。 使用SBD后，三極管不會進(jìn)入深飽和狀態(tài)，從而提高速度；（二）74S系列窖訓(xùn)擦甥貢佬匿葉苗迷索哉寅脅桐引閹憾箔牽譚猾糊獺場竭講