杭州電子科技大學(xué)數(shù)電第三章門(mén)電路

《脈沖與數(shù)字電路》

第三章門(mén)電路（張珣）杭州電子科技大學(xué)電子信息學(xué)院20061、二極管開(kāi)關(guān)特性：特性正向?qū)ǚ聪蚪刂狗聪驌舸﹙th硅管:0.7-0.8v鍺管：0.3vis

si1μa

ge10μavbr2、理想二極管開(kāi)關(guān)特性應(yīng)用1〉串聯(lián)二極管限幅器思考1:若vi=7sin(wt)v,則vo=?思考2:若d反接,則vo=?2〉并聯(lián)二極管限幅器3〉二極管鉗位電路3、非理想二極管開(kāi)關(guān)特性導(dǎo)通轉(zhuǎn)向截止，由于結(jié)電容影響存在反向恢復(fù)時(shí)間toff3、非理想二極管開(kāi)關(guān)特性（續(xù)）1〉改進(jìn)電路2〉肖特基二極管特點(diǎn)：開(kāi)關(guān)速度快正向域值小，0.3v4、三極管開(kāi)關(guān)特性(工作狀態(tài))截止：ib=0，ic=0,uce=vcc;放大：ibs>ib>0,

ic=βib；uce=vcc-icrc飽和:ib>ibs，ic

=vcc/rc,

uce=04、三極管開(kāi)關(guān)特性（分布電容）5、三極管開(kāi)關(guān)參數(shù)接通時(shí)間ton斷開(kāi)時(shí)間toff5、場(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)關(guān)5、場(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)關(guān)（總結(jié)）6、二極管門(mén)電路門(mén)電路結(jié)構(gòu)（rtl,dtl,ttl）1、電阻-晶體管邏輯門(mén)(rtl)電路符號(hào)特點(diǎn)：采用無(wú)源上拉電阻式輸出電路，輸出高低電平時(shí)內(nèi)阻不同，高電平負(fù)載能力差。驅(qū)動(dòng)同類(lèi)門(mén)數(shù)目少；傳輸延遲大，已淘汰。2、二極管-晶體管邏輯門(mén)(dtl)電路符號(hào)特點(diǎn)：輸出高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)的同類(lèi)門(mén)輸入二極管截止，不影響負(fù)載能力。傳輸延遲也較大，已淘汰。3、晶體管-晶體管邏輯門(mén)(ttl)特點(diǎn)：可以提供較大的輸出拉電流和灌電流。傳輸延遲大，功耗大。1>標(biāo)準(zhǔn)ttl門(mén)低電平<0.8v高電平〉2v2〉改進(jìn)型ttl邏輯門(mén)特點(diǎn)：延時(shí)小<6ns，功耗大。a>低功耗l-ttl:（去掉d1d2,增大電阻阻值）特點(diǎn)：功耗低，傳輸延遲變長(zhǎng)。b>快速型h-ttl:(降低電阻提高速度，采用達(dá)林頓輸出，降低輸出內(nèi)阻，提高負(fù)載能力)2〉改進(jìn)型ttl邏輯門(mén)(續(xù)1)c>肖特基(sbd)型門(mén)電路（s-ttl）

sbd正向壓降低（0.3v）,無(wú)存儲(chǔ)效應(yīng)，與ttl兼容，具有抗飽和特性，開(kāi)關(guān)速度快。2〉改進(jìn)型ttl邏輯門(mén)(續(xù)2)d>低功耗型肖特基門(mén)電路（ls-ttl）開(kāi)關(guān)速度較快，功耗低。2〉改進(jìn)型ttl邏輯門(mén)(續(xù)3)e>高速型肖特基門(mén)電路（as-ttl,als-ttl,f-ttl）開(kāi)關(guān)速度最快，功耗最低。4、ttl邏輯門(mén)外部特性和參數(shù)1>域值電平：1.0v(ls),1.3v(s),1.5v(f),1.4v（標(biāo)準(zhǔn)）2>關(guān)門(mén)電平：voff=vilmax=0.8v3>開(kāi)門(mén)電平:von=vihmin=2.0v4>高電平噪聲容限：vnh=vohmin-

vihmin5>低電平噪聲容限:vnl=vilmax–

volmax6>輸入輸出特性和參數(shù)(p88)

vilmax,vihmin,volmax,vohminiilmax,iihmax,iolmax,iohmax4、ttl邏輯門(mén)外部特性和參數(shù)(續(xù)1)7>扇出系數(shù)：（反映負(fù)載能力強(qiáng)弱）定義：門(mén)電路驅(qū)動(dòng)同類(lèi)門(mén)的數(shù)目。nol=iolmax/iilmaxnoh=iohmax/iihmax取最小的作為標(biāo)稱(chēng)扇出系數(shù)no.ttl:no=10ls:no=20f:no=334、ttl邏輯門(mén)外部特性和參數(shù)（續(xù)2）8>其他：工作溫度：軍品（54系列）–55~+125攝氏度民品（74系列）0~+70攝氏度工作電壓：推薦值5v

極限值+-0.5功耗：ph=icchvcc pl=icclvcc平均功耗p=(pl+ph)/25、晶體管-晶體管邏輯門(mén)(ttl)結(jié)論：1.ttl電路的輸入不能為負(fù)；

2.ttl門(mén)電路的輸入端在輸入低電平時(shí)電流高于輸入為高電平的電流。標(biāo)準(zhǔn)ttl門(mén):低電平<0.8v,高電平〉2v6、ttl邏輯門(mén)外部特性和參數(shù)1>域值電平：1.0v(ls),1.4v（標(biāo)準(zhǔn)）2>關(guān)門(mén)電平：voff=vilmax=0.8v3>開(kāi)門(mén)電平:von=vihmin=2.0v轉(zhuǎn)移特性曲線6、ttl邏輯門(mén)外部特性和參數(shù)（續(xù)1）4>高電平噪聲容限：vnh=vohmin-

vihmin5>低電平噪聲容限:vnl=vilmax–

volmax6>輸入輸出特性和參數(shù)

vilmax,vihmin,volmax,vohminiilmax,iihmax,iolmax,iohmax

抗干擾性能6、ttl邏輯門(mén)外部特性和參數(shù)（續(xù)2）輸入端接電阻到地時(shí)，其當(dāng)電阻大于700歐姆時(shí)，其輸入端相當(dāng)于高電平；輸入端可以懸空，懸空時(shí)相當(dāng)于高電平。輸入負(fù)載特性曲線6、ttl邏輯門(mén)外部特性和參數(shù)（續(xù)3）輸出負(fù)載特性曲線6、ttl邏輯門(mén)外部特性和參數(shù)（續(xù)4）扇出系數(shù)：（反映負(fù)載能力強(qiáng)弱）定義：門(mén)電路驅(qū)動(dòng)同類(lèi)門(mén)的數(shù)目。nol=iolmax/iilmaxnoh=iohmax/iihmax1、標(biāo)準(zhǔn)輸出高電平vsh=2.4v，典型值voh=3.2v2、標(biāo)準(zhǔn)輸出低電平vsl=0.4v，典型值vil=0.3v3、輸入短路電流iis≤1.6ma

4、高電平輸入電流iih：一般iih<50μa5、扇出系數(shù)：即帶負(fù)載個(gè)數(shù)，典型值n0≥86、ttl邏輯門(mén)外部特性和參數(shù)（續(xù)5）工作溫度：軍品（54系列）–55~+125℃ 民品（74系列）0~+70℃工作電壓：推薦值5v極限值5+/-0.5v功耗：ph=icchvcc pl=icclvcc平均功耗p=(pl+ph)/2集電級(jí)開(kāi)路門(mén)（oc門(mén)）它與普通ttl門(mén)的差別在于用外接電阻r代替由復(fù)合管組成的有源負(fù)載。當(dāng)n個(gè)oc門(mén)輸出端相連時(shí)，一般可共用一個(gè)電阻r,實(shí)現(xiàn)與的邏輯(線與)。集電級(jí)開(kāi)路門(mén)（oc門(mén)）應(yīng)用線與其他應(yīng)用f=abc+de三態(tài)輸出門(mén)（3s門(mén)）它的輸出除了具有一般與非門(mén)的兩種狀態(tài)，即輸出電阻較小的高、低電平外，還具有高輸出阻抗的第三狀態(tài)，稱(chēng)為高阻態(tài)。其中e為使能端，a、b為數(shù)據(jù)輸入端。當(dāng)e=1時(shí)，l=a·b，當(dāng)e=0時(shí)，l為高阻態(tài)。三態(tài)輸出門(mén)（3s門(mén)）example：三態(tài)總線驅(qū)動(dòng)器施密特輸入結(jié)構(gòu)將緩慢變化的波形轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電平?；夭钐匦杂糜谙秳?dòng)和去干擾。發(fā)射極耦合邏輯門(mén)（ecl）特點(diǎn)：非飽和邏輯電路，開(kāi)關(guān)速度快；cml,射極輸出，抗干擾，長(zhǎng)線傳輸；功耗大oe門(mén)線或集成注入邏輯（iil,i2l）優(yōu)點(diǎn)：集成度高、功耗低、工藝簡(jiǎn)單、適合制作大規(guī)模集成的邏輯陣列；缺點(diǎn)：開(kāi)關(guān)速度慢，抗干擾性能差，不適合制作功能部件。金屬-氧化物-半導(dǎo)體邏輯（mosl）cmos非門(mén)電路:v1為n溝道增強(qiáng)型mos管，v2為p溝道增強(qiáng)型mos管—cmos(complementarymos互補(bǔ)型mos)1、互補(bǔ)mos反相器（cmos）閾值電壓為1/2電源電壓，故cmos具有較好的電源電壓適應(yīng)性能。4000系列cmos電路的電源電壓范圍為3～18v，ac、hc系列為2-6v.cmos門(mén)的特點(diǎn)

*電路相當(dāng)簡(jiǎn)單，每一時(shí)刻僅一個(gè)管子導(dǎo)通，故其耗電相當(dāng)節(jié)省，靜態(tài)功耗可忽略；*閾值為1/2電源處，vnh、vnl〉0.3vdd,故具有較高的抗干擾性能;*電壓型驅(qū)動(dòng)，輸入電流可忽略，扇出能力強(qiáng)，no>50;*動(dòng)態(tài)功耗與頻率有關(guān)，頻率越高功耗越大；*開(kāi)關(guān)速度比ttl較慢。cmos與非門(mén)、或非門(mén)工作過(guò)程為：

◆當(dāng)輸入a、b皆為低電平時(shí)，v2、v4管子導(dǎo)通，而v1、v3管子處于截止?fàn)顟B(tài)，故輸出為高電平；

◆當(dāng)輸入a為高電平b為低電平時(shí)，v3導(dǎo)通、v4截止，而v1處于截止、v2處于導(dǎo)通，故輸出為高電平；

◆當(dāng)輸入a為低電平b為高電平時(shí)，v3截止、v4導(dǎo)通，而v1處于導(dǎo)通、v2處于截止，故輸出為高電平；

◆當(dāng)輸入a、b皆為高電平時(shí)，v1、v3管子處于截止?fàn)顟B(tài)，而v2、v4處于導(dǎo)通，故輸出為低電平。cmos傳輸門(mén)左圖（a）工作過(guò)程如下：

▲設(shè)控制信號(hào)c和/c分別為高電平和低電平時(shí)，輸入電壓較小時(shí)下面管子導(dǎo)通；輸入信號(hào)較大時(shí)上面管子導(dǎo)通，由于mos管的源極和漏極是完全對(duì)稱(chēng)的，故兩邊既然可以當(dāng)輸入又可以當(dāng)輸出，此時(shí)其相當(dāng)于一個(gè)合上的開(kāi)關(guān)；

▲設(shè)控制信號(hào)c和/c分別為低電平和高電平時(shí)，輸入電壓在0～vdd范圍內(nèi)其兩個(gè)管子全部截止，故輸入與輸出之間相當(dāng)于開(kāi)中。

左圖（b）為cmos傳輸門(mén)的邏輯符號(hào)。cmos模擬開(kāi)關(guān)電路將這兩個(gè)控制端用一個(gè)非門(mén)連接起來(lái)，如右圖(a)所示，現(xiàn)在的電路就變成了模擬開(kāi)關(guān)了。這樣其僅一個(gè)控制端，使用相當(dāng)方便，其邏輯符號(hào)如右圖（b）所示。

模擬開(kāi)關(guān)電路不僅可以通過(guò)數(shù)字信號(hào)，而且可以控制模擬信號(hào)的通和斷，廣泛使用于模擬信號(hào)的接近領(lǐng)域。如電臺(tái)、電視臺(tái)的音視頻信號(hào)的切換。cmosod門(mén)及三態(tài)反相器門(mén)電路使用注意事項(xiàng)電源要求

電源電壓有兩個(gè)電壓：額定電源電壓和極限電源電壓；額定電源電壓指正常工作時(shí)電源電壓的允許大小：ttl電路為5v±5%(54系列5v±10%)，cmos電路為3～15v(4000b系列3～18v)；

極限工作電源電壓指超過(guò)該電源電壓器件將永久損壞。ttl電路為7v;4000系列cmos電路為18v。輸入電壓要求

輸入高電平電壓應(yīng)大于vihmin而小于電源電壓；輸入低電平電壓應(yīng)大于0v而小于vilmax。輸入電壓小于0v或大于電源電壓將有可能損壞集成電路。輸出負(fù)載要求

除oc門(mén)和三態(tài)門(mén)外普通門(mén)電路輸出不能并接，否則可能燒壞器件；

門(mén)電路的輸出帶同類(lèi)門(mén)的個(gè)數(shù)不得超過(guò)扇出系數(shù)，否則可能造