ch2 第二章 門電路

1、第二章第二章 門電路門電路2.0 概概 述述2.1 半導體二極管、三極管和半導體二極管、三極管和MOS 管的開關(guān)特性管的開關(guān)特性 2.2 分立元器件門電路分立元器件門電路2.3 TTL集成門電路集成門電路2.4 CMOS 集成門電路集成門電路概概 述述一、門電路一、門電路 實現(xiàn)基本邏輯運算和常用復合邏輯運算的電子電路。實現(xiàn)基本邏輯運算和常用復合邏輯運算的電子電路。二、高、低電平與正、負邏輯二、高、低電平與正、負邏輯負邏輯負邏輯正邏輯正邏輯0V5V2.4V0.8V 高電平和低電平是兩個不同的可以截然區(qū)別開來的高電平和低電平是兩個不同的可以截然區(qū)別開來的電壓范圍。電壓范圍。010V5V2.4V0.

2、8V10三、邏輯變量與兩狀態(tài)開關(guān)三、邏輯變量與兩狀態(tài)開關(guān)低電平低電平 高電平高電平 斷開斷開閉合閉合高電平高電平 3 V低電平低電平 0 V二值邏輯二值邏輯:所有邏輯變量只有兩種取值所有邏輯變量只有兩種取值( (1 或或 0) )。數(shù)字電路數(shù)字電路:通過電子開關(guān)通過電子開關(guān) S 的兩種狀態(tài)的兩種狀態(tài)( (開或關(guān)開或關(guān)) )獲得高、低獲得高、低電平，用來表示電平，用來表示 1 或或 0。3VIuSOu3VIuSOuIuSOu邏輯狀態(tài)邏輯狀態(tài)1001S 可由二極管、三極管或可由二極管、三極管或 MOS 管實現(xiàn)管實現(xiàn)四、分立元件門電路和集成門電路四、分立元件門電路和集成門電路1. 分立元件門電路分立

3、元件門電路用分立的元器件和導線連接起來構(gòu)成的門電路。用分立的元器件和導線連接起來構(gòu)成的門電路。2. 集成門電路集成門電路 把構(gòu)成門電路的元器件和連線，都制作在一塊半導體把構(gòu)成門電路的元器件和連線，都制作在一塊半導體芯片上，再封裝起來。芯片上，再封裝起來。常用門電路：常用門電路：CMOS 和和 TTL 集成門電路。集成門電路。注意：各種門電路的工作原理，只要求注意：各種門電路的工作原理，只要求一般掌握一般掌握； 而各種門電路的而各種門電路的外部特性外部特性和和應用應用是要求是要求重點重點。五、數(shù)字集成電路的集成度五、數(shù)字集成電路的集成度一塊芯片中含有等效邏輯門或元器件的個數(shù)一塊芯片中含有等效邏輯

4、門或元器件的個數(shù)小規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路 SSI(Small Scale Integration) 10 門門/ /片片或或 10 000 門門/ /片片或或 100 000 元器件元器件/ /片片集成度：集成度： 目前單個集成電路上已能作出數(shù)千萬個三極管，而其面積目前單個集成電路上已能作出數(shù)千萬個三極管，而其面積只有數(shù)十平方毫米。只有數(shù)十平方毫米。2. 1. 1 理想開關(guān)的開關(guān)特性理想開關(guān)的開關(guān)特性一、一、 靜態(tài)特性靜態(tài)特性1.斷開斷開 0 OFFOFF IR，2.閉合閉合 0 0AKON UR，2.1 半導體二極管、三極管和半導體二極管、三極管和 MOS 管的開關(guān)特性管的開關(guān)特性 SA

5、K二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性1. 開通時間：開通時間：2.關(guān)斷時間：關(guān)斷時間：閉合）閉合）（斷開（斷開斷開）斷開）（閉合（閉合普通開關(guān)：靜態(tài)特性好，動態(tài)特性差普通開關(guān)：靜態(tài)特性好，動態(tài)特性差半導體開關(guān)：靜態(tài)特性較差，動態(tài)特性好半導體開關(guān)：靜態(tài)特性較差，動態(tài)特性好幾百萬幾百萬/ /秒秒幾千萬幾千萬/ /秒秒0on t0off tSAK硅二極管伏安特性硅二極管伏安特性IDUD01.伏安特性伏安特性等效伏安特性等效伏安特性0.7VIDUD0理想情況理想情況IDUD0- -AK+ +DUDI2.1.2 半導體二極管的開關(guān)特性半導體二極管的開關(guān)特性一、靜態(tài)特性一、靜態(tài)特性(1)外加正向電壓外加正向電壓(正

6、偏正偏)時時二極管導通二極管導通( (相當于開關(guān)閉合相當于開關(guān)閉合) )(2)外加反向電壓外加反向電壓(反偏反偏)時時二極管截止二極管截止( (相當于開關(guān)斷開相當于開關(guān)斷開) )0.7V+ + - -AKAK2.靜態(tài)開關(guān)特性靜態(tài)開關(guān)特性3.開關(guān)特性開關(guān)特性- -AK+ +DUDID+ +- -Iu+ +- -Ou例：電路如圖所示，例：電路如圖所示，UI=-2V或或3V時，試判別二極管的工時，試判別二極管的工作狀態(tài)及輸出電壓。作狀態(tài)及輸出電壓。UI=UIL=-2V時時D截止截止UO=0VUI=UIH =3V時時D導通導通UO=2.3V二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性1.二極管的電容效應二極管的電容效應結(jié)

7、電容結(jié)電容 C j擴散電容擴散電容 C D2.二極管的開關(guān)時間二極管的開關(guān)時間ontofft電容效應使二極管的電容效應使二極管的通斷需要通斷需要一段延遲時一段延遲時間才能完成間才能完成tIuDit00( (反向恢復時間反向恢復時間) )ns 5)(rroffonttt ton 開通時間開通時間toff 關(guān)斷時間關(guān)斷時間一、靜態(tài)特性一、靜態(tài)特性2.1.3 半導體三極管的開關(guān)特性半導體三極管的開關(guān)特性發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)發(fā)射極發(fā)射極 e基極基極 b集電極集電極 c1.結(jié)構(gòu)、符號結(jié)構(gòu)、符號NNPbecPPNcbePNPbecNPN(1)輸入特性輸入特性CE)(BEBuufi (2)輸出特性輸出特

8、性B)(CECiufi iC / mAuCE /V50 A40A30 A20 A10 AiB = 00 2 4 6 8 4321放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)飽飽和和區(qū)區(qū)0CE uCE1Vu0uBE /ViB /A2.特性特性iC/mAuCE/V50 A40A30 A20 A10 AiB = 00 2 4 6 8 4321放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)飽飽和和區(qū)區(qū)三個工作區(qū)：三個工作區(qū)：(1)放大區(qū)放大區(qū)(線性區(qū)線性區(qū))特點：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；特點：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏； iC=iB (或或iC=iB ) 。(2)截止區(qū)截止區(qū) 特點：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏；特點：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏； iB=0

9、 ， iC=ICEO 0。-iB=0曲線以下的區(qū)域曲線以下的區(qū)域(3)飽和區(qū)飽和區(qū)特點：特點：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏；發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏； iB iC ， UCES 0.3V 。-特性曲線進于水平的區(qū)域特性曲線進于水平的區(qū)域2.開關(guān)特性開關(guān)特性 V2 )1(L II Uu發(fā)射結(jié)反偏發(fā)射結(jié)反偏 T 截止截止0 0CB ii V12CCO Vu+ RcRb+VCC (12V)+uo iBiCTuI3V-2V2 k 100 2.3 k bce 截止時截止時，c-e之間相當于之間相當于開關(guān)斷開。開關(guān)斷開。 V3 )2(H II Uu發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏 T 導通導通+ RcRb+VCC (12V)

10、+uo iBiCTuI3V-2V2 k 100 2.3 k 放大還是放大還是飽和？飽和？bBEIBRuui cCESCCCSBSRUVIImA 1mA3 . 27 . 03 mA 06. 0mA210012 cCC RV V)7 . 0(BE uBBS iIT飽和飽和導通條件：飽和導通條件：CCBBSc ViIR放大導通條件：放大導通條件：IBEBBSBuuiIROCCCCCCBCuVi RVi ROCESOL0.3uUVU飽和導通時飽和導通時，c-e之間相當于之間相當于開關(guān)閉合開關(guān)閉合。bce總結(jié)：三極管總結(jié)：三極管c-e之間相當于一個受之間相當于一個受uI控制的開關(guān)?？刂频拈_關(guān)。 截止時截

11、止時，c-e之間相當于之間相當于開關(guān)斷開開關(guān)斷開； 飽和導通時飽和導通時，c-e之間相當于之間相當于開關(guān)閉合開關(guān)閉合。二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性ontofft3-2tV/Iu00.9ICS0.1ICSCit0V/Ou off t三極管飽和程度三極管飽和程度30.3t02.1.4 MOS 管的開關(guān)特性管的開關(guān)特性MOS（Mental Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor ） 金屬金屬 氧化物氧化物 半導體半導體 場效應管場效應管N溝道溝道MOS管管P溝道溝道MOS管管耗盡型耗盡型增強型增強型耗盡型耗盡型增強型增強型1.單極型器件單極型器件-只有一種

12、載流子參與導電；只有一種載流子參與導電；2.輸入電阻高輸入電阻高(可高達可高達1015 )；3.工藝簡單、易集成、功耗小、體積小、成本低。工藝簡單、易集成、功耗小、體積小、成本低。MOS管管MOS管特點：管特點：MOS管分類：管分類：1.結(jié)構(gòu)與符號結(jié)構(gòu)與符號P型襯底型襯底( (B) )（摻雜濃度低）（摻雜濃度低）N+N+用擴散的方法用擴散的方法制作兩個制作兩個 N 區(qū)區(qū)在硅片表面生一在硅片表面生一層薄層薄SiO2絕緣層絕緣層S D用金屬鋁引出用金屬鋁引出源極源極S和漏極和漏極DG在絕緣層上噴金在絕緣層上噴金屬鋁引出柵極屬鋁引出柵極GBS - 源極源極 SourceG - 柵極柵極 Gate D

13、 - 漏極漏極 DrainSGDBN溝道增強型溝道增強型( (NMOS) )符號符號一、一、 靜態(tài)特性靜態(tài)特性SDB(1) uDS 0 uGS =0 時時2.MOS管工作原理管工作原理( (NMOS) MOS管是電壓控制器件，用管是電壓控制器件，用uGS控制漏極電流控制漏極電流iD。D-S 間不導通間不導通 iD=0+ +P型襯底型襯底( (B) )N+N+S DGB- -+ +- - uGSuDSiD 柵源極間存在一個開啟電壓柵源極間存在一個開啟電壓 UTN ，與管子構(gòu)造有關(guān)，與管子構(gòu)造有關(guān)， TN=13V，取，取UTN = 2V 。b.當當uGS UTN時時(2) uDS 0 uGS 0

14、時時a.當當uGS UTN時時 無論無論uDS多大多大，MOS管都截止，管都截止，iD=0。+ +P型襯底型襯底( (B) )N+N+S DGB- -+ +- -uGSuDSiD導電溝道的厚度與柵源導電溝道的厚度與柵源電壓電壓uGS大小有關(guān)，而溝大小有關(guān)，而溝道越厚，管子的道越厚，管子的導通電導通電阻阻RON越小。因此，可通越小。因此，可通過過uGS控制漏極電流控制漏極電流iD 。+ +P型襯底型襯底( (B) )N+N+S DGB- -+ +- -uGSuDSiD導電溝道導電溝道(反型層反型層) 3.漏極特性漏極特性GSDS()|Duif u常數(shù)SGDBiDuDSuGS+-+-2V3V4Vu

15、GS = 5ViD /mA43210246810uDS /V可可變變電電阻阻區(qū)區(qū)恒流區(qū)恒流區(qū)截止區(qū)截止區(qū)4.轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性 DSGS()|Duif u常數(shù)uGSUTN時形成時形成iD 。iD /mA42643210uGS /VUTNuDS =常數(shù)常數(shù)5.開關(guān)特性開關(guān)特性SGDBiDuOuI+-+-RD+VDDuI=0若若RDRON，uO0=UOLD-S間相當于開關(guān)閉合間相當于開關(guān)閉合iD+VDD+10VRD20 k GDSuIuORONRDMOS 管導通管導通TNIUu N 溝道增強型溝道增強型 MOS 管管iD /mAiD /mA-2-40-1-2-3-40-10 -8 -6 -4 -2-

16、 2V- 3V- 4VuGS = - 5V-1-2-3-4-6vGS /VvDS /V可可變變電電阻阻區(qū)區(qū)恒流區(qū)恒流區(qū) 漏極特性漏極特性 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性 UTPUDS= - 6V6.MOS管的類型管的類型P溝道增強型溝道增強型N型襯底型襯底( (B) )P+P+S DGB柵極柵極 G漏極漏極 D源極源極 SP溝道增強型溝道增強型MOS管管與與N溝道增強型溝道增強型MOS管是對偶關(guān)系。管是對偶關(guān)系。柵極柵極 G漏極漏極 D源極源極 S耗耗盡盡型型增增強強型型柵極柵極 G漏極漏極 D源極源極 SNMOSPMOSB柵極柵極 G漏極漏極 D源極源極 SB柵極柵極 G漏極漏極 D源極源極 S二、動態(tài)特

17、性二、動態(tài)特性1.MOS 管極間電容管極間電容柵源電容柵源電容 C GS柵漏電容柵漏電容 C GD 在數(shù)字電路中，這些電容的充、在數(shù)字電路中，這些電容的充、放電過程會制約放電過程會制約 MOS 管的動態(tài)特管的動態(tài)特性，即開關(guān)速度。性，即開關(guān)速度。漏源電容漏源電容 C DS1 3 pF 0.1 1 pF ontofftVDDtIu00.9ID0.1IDDit0OuVDDt02.開關(guān)時間開關(guān)時間開通時間開通時間關(guān)斷時間關(guān)斷時間uYuAuBR0D2D1+VCC+10V2. 2 分立元器件門電路分立元器件門電路2.2.1 二極管與門和或門二極管與門和或門一、一、二極管與門二極管與門3V0V符號符號:與

18、門與門ABY&0 V0 VUD = 0.7 V0 V3 V3 V0 V3 V3 V真值表真值表A BY0 00 11 01 10001Y = AB電壓關(guān)系表電壓關(guān)系表uA/VuB/VuY/VD1 D20 00 33 03 3導通導通導通導通0.7導通導通截止截止0.7截止截止導通導通0.7導通導通導通導通3.7二、二、二極管或門二極管或門uY/V3V0V符號符號:或門或門ABY10 V0 VUD = 0.7 V0 V3 V3 V0 V3 V3 VuYuAuBROD2D1-VSS-10V真值表真值表A BY0 00 11 01 10111電壓關(guān)系表電壓關(guān)系表uA/VuB/VD1 D20 00 3

19、3 03 3導通導通導通導通 0.7截止截止導通導通2.3導通導通截止截止2.3導通導通導通導通2.3Y = A + B正與門真值表正與門真值表正邏輯和負邏輯的對應關(guān)系正邏輯和負邏輯的對應關(guān)系A BY0 00 11 01 10001負或門真值表負或門真值表A BY1 11 00 10 01110同理：同理： 正或門正或門負與門負與門10 01正負邏輯之間存在著簡單的正負邏輯之間存在著簡單的對偶對偶關(guān)系。關(guān)系。正邏輯與門等同于負邏輯或門正邏輯與門等同于負邏輯或門一、半導體三極管非門一、半導體三極管非門V0 . 1ILI UuT 截止截止V5CCOHO VUuV5 . 2IHI UuT 導通導通m

20、A 1mA3 . 47 . 05bBEIHB RuUimA17. 0mA1305 cCCBS RVI 2.2.2 三極管非門（反相器）三極管非門（反相器）飽和導通條件：飽和導通條件：BSBIi +VCC+5V1 k RcRbT+ +- -+ +- -uIuO4.3 k = 30iBiCBSBIi V3 . 0OLO UuT 飽和飽和因為因為所以所以電壓關(guān)系表電壓關(guān)系表uI/VuO/V0550.3真值表真值表0110AYAY 符號符號函數(shù)式函數(shù)式+VCC+5V1 k RcRbT+ +- -+ +- -uIuO4.3 k = 30iBiC三極管非門三極管非門: :AY1AY二、二、MOS 三極管非

21、門三極管非門V2V0TNILGS UUuMOS管截止管截止V10DDOHO VUu2.V10IHI UuV2V10TNIHGS UUuMOS 管導通（在可變電阻區(qū)）管導通（在可變電阻區(qū)）V0OLO Uu真值表真值表0110AYAY +VDD+10VRD20 k BGDSuIuOV0ILI Uu1.+ +- -uGS+ +- -uDS故故2. 3 TTL 集成門電路集成門電路（TransistorTransistor Logic）一、電路組成及工作原理一、電路組成及工作原理+VCC(5V)R1uIuo4k AD1T1T2T3T4DR21.6k R31k R4130 Y輸入級輸入級中間級中間級輸出

22、級輸出級1.電路組成電路組成 D1 - 保護二極管，防止保護二極管，防止輸入電壓過低，不參加邏輯判輸入電壓過低，不參加邏輯判斷，為了便于分析，今后在有斷，為了便于分析，今后在有些電路中將省去。些電路中將省去。2. 3. 1 TTL 反相器反相器推拉式推拉式(push-pull)、圖騰柱、圖騰柱(totem-pole)輸出電路輸出電路設設uBE=0.7V，UIH=3.6V，UIL=0V2.工作原理工作原理0.7V(1)uI=UIL=0V 0VT2、T4截止截止輸出端電位：輸出端電位：uo= VCC uR2 uBE3 uD電位接近電源電電位接近電源電壓使壓使T3、D導通導通不足以讓不足以讓T2、T

23、4導通導通三個三個PN結(jié)結(jié)導通需導通需2.1V +VCC ( 5V) R1uIuo4k AD1T1T2T3T4DR21.6k R31k R4130 YNPNR2上的壓降很小上的壓降很小 3.6 V 輸出高電平輸出高電平(2)uI=UIH=3.6V3.6V +VCC ( 5V) R1uIuo4k AD1T1T2T3T4DR21.6k R31k R4130 YNPN全導通全導通1Vebci0.02iii =i ibc e T2、T4 深度飽和深度飽和截止截止uo=UCES4 0.3V鉗位鉗位AY 反相器反相器4.3VT1倒置放大：倒置放大：發(fā)射結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)正偏。集電結(jié)正偏。輸出低電平

24、輸出低電平輸出端電位：輸出端電位：4.1V?2.1V1.電壓傳輸特性電壓傳輸特性OI()uf uABAB 段：段：uI 0.6V ，uB1 1.4 V， T2 、T4 飽和飽和導通，導通，T3 、D截止。截止。uO = UOL 0.3 VBC 段：段：IB10.6 V uuT2 開始導通開始導通(放大區(qū)放大區(qū))，T4 仍截止。仍截止。IO uu 線 性( () )AB截止區(qū)截止區(qū)CDE3.602.01.0u0/VuI /V1.02.03.00.51.5線性區(qū)線性區(qū)閾值電壓閾值電壓輸入短路電流輸入短路電流 IIS2.輸入特性輸入特性T1iI+ +uI- -be2be4+VCC+5 VR14k I

25、V/uImA/i012-1IIL0VuUCCBE1IS11.05mAVuIR ISIILIVILVIHIHIIIL0.3Vu U輸入低電平電流輸入低電平電流 IIL CCBE1ILIL11 mAVuUIRIIH3.6VuU輸入高電平電流輸入高電平電流IIHiCCIH1(2.1V)14.5 AVIR(1)(1)輸入伏安特性輸入伏安特性)(IIufi (2)輸入端負載特性輸入端負載特性Ri/ k 026412uI / VRi= Ron 開門電阻開門電阻( 2.5 k )Ron1.4 VT1iB1uI+ +- -be2be4+VCC+5 VR14k Ri 接在反相器輸入端電阻接在反相器輸入端電阻Ri

26、 兩端的電壓兩端的電壓uI 和電阻阻值和電阻阻值Ri之間關(guān)系的曲線。之間關(guān)系的曲線。 即：當即：當Ri為為2.5 k 以上電阻時，輸入端相當于以上電阻時，輸入端相當于高電平。高電平。1)Ri 2.5k 時時uI1.41.4V， T2、T4飽和導通，飽和導通，uO=UOLRoff0.7 VRi/ k 026412uI / VRon1.4 V結(jié)論：結(jié)論：TTL門輸入端懸空時相當于接高電平。門輸入端懸空時相當于接高電平。Ri= Roff 關(guān)門電阻關(guān)門電阻( 0.7 k )所以，當所以，當Ri為為0.7k 以下電阻時，輸入端相當于以下電阻時，輸入端相當于低電平低電平。2)Ri 0.7k 時時uI 0.

27、70.7V， T2、T4截止，截止，uO=UOH門間限流電阻的確定門間限流電阻的確定G1G211uO1uI2RP為保證為保證G1輸出的高、低電平能正確地傳輸?shù)捷敵龅母?、低電平能正確地傳輸?shù)紾2的輸入端，要求：的輸入端，要求： uO1=UOH時時uI2UIH (min) ， uO1=UOL時時uI2 UIL (max) ，試計算，試計算RP的的最大允許值是多少。最大允許值是多少。IH(min)OHIHPUI RUIH(min)OHPIHUURIIL(max)OL11IL(max)PCCBEUURRVuUIL(max)OL11IL(max)PCCBEUURRVuU(1)uO1=UOH uI2UIH

28、 (min) 時時(2) UO1=UOL uI2 UIL (max) 時時經(jīng)查表計算經(jīng)查表計算RP35 k 經(jīng)計算經(jīng)計算RP690 UOH=3.6V, UIH(min)=2.0VUOL=0.3V,UIL(max)=0.8V。解：解：綜合綜合兩種情況：兩種情況：RP690 3.輸出特性輸出特性UOH /ViO /mA0 5 10 15-5-10-15123(1)高電平輸出特性高電平輸出特性 +VCC ( 5V) uoT3D1.6k R4130 R2RLiO參考方向參考方向拉拉電電流流等效電路等效電路 T3飽和前，飽和前，UOH基本不隨基本不隨iO變，變，T3飽和后，飽和后，UOH將隨負載電流增加

29、線將隨負載電流增加線性下降，其斜率基本由性下降，其斜率基本由R4決定。決定。 注意：注意： 受功耗限制，帶拉電流負載能力受功耗限制，帶拉電流負載能力| IO| 0.4mA 。OO()if u(2)低電平輸出特性低電平輸出特性UOL/ViO /mA0 5 10 15-5-10-15123 +VCCRLuoT4R3iO 由于由于T4深度飽和，輸出電阻很小深度飽和，輸出電阻很小(c-e間等效電阻不超過間等效電阻不超過10 )，所以負載電流，所以負載電流iO增加時增加時UOL上升緩慢。上升緩慢。 在輸出為低電平條件下，帶灌電流在輸出為低電平條件下，帶灌電流負載能力負載能力IO可達可達16mA 。等效電

30、路等效電路灌電流灌電流 uIuO1G1G214.輸入端噪聲容限輸入端噪聲容限IH minUIL maxUNHUNLUOH minUOL maxU噪聲容限噪聲容限：在保證輸出高、低電平基本不變：在保證輸出高、低電平基本不變(或變化的大小或變化的大小不超過允許限度不超過允許限度)的條件下，輸入電平的允許波動范圍。的條件下，輸入電平的允許波動范圍。UNH -輸入高電平時的噪聲容限：輸入高電平時的噪聲容限：NHOH minIHminUUUOHUOLU1G2GIHUILUUNL -輸入低電平時的噪聲容限：輸入低電平時的噪聲容限：NLILmaxOL maxUUU74系列標準參數(shù)：系列標準參數(shù)： UOH m

31、in=2.4V UOL max=0.4VUIH min =2.0V UIL max =0.8V傳輸延遲時間傳輸延遲時間1uIuO 50%Uom50%UImtuI0tuO0UImUomtPHL - 輸出電壓由高到輸出電壓由高到 低時的傳輸延遲低時的傳輸延遲 時間。時間。tpd -平均傳輸延遲時間平均傳輸延遲時間2PLHPHLpdttt tPLH - 輸出電壓由低到輸出電壓由低到 高時的傳輸延遲高時的傳輸延遲 時間。時間。tPHLtPLH典型值：典型值： tPHL= 8 ns , tPLH= 12 ns最大值：最大值： tPHL= 15 ns , tPLH= 22 ns三、三、動態(tài)特性動態(tài)特性2.

32、3.2 TTL與非門和其他邏輯門電路與非門和其他邏輯門電路一、一、TTL 與非門與非門+VCC+5VR14k AD2T1T2T3T4DR21.6k R31k R4130 Y輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級D1BT1 - 多發(fā)射極三極管多發(fā)射極三極管e1e2bc等效電路：等效電路：1. A、B 只要有一個為只要有一個為 0 +VCCR14k AD2T1T2T3T4DR21.6k R31k R4130 Y輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級D1B 此時，此時，T2 、T4截止，截止，T3、D 導導通，因此，輸出為高電平。通，因此，輸出為高電平。2. A、B 均為均為 1 此時，此時，T2 、T

33、4導通，導通， T3、D 截止，因此，輸出為截止，因此，輸出為低電平。低電平。0V0.7VABY A BY0 00 11 01 11110真值表真值表AB&Y二、或非門二、或非門+VCC+5VR1AD1T1T2T3T4DR2R3R4YR 1BD1 T1 T2 若若A為為1，則，則T2 、T4同時導通，同時導通，T3截止，輸出為低電平。截止，輸出為低電平。1. A、B 均為均為 0 2. A、B只要有一個為只要有一個為 1 若若B為為1，則，則T2 、T4 同時導通，同時導通，T3截止，輸出為低電平。截止，輸出為低電平。T2 、 T2 同時截止同時截止T4截止截止T3導通導通輸出高電平輸出高電平

34、+VCC+5VR1AD1T1T2T3T4DR2R3R4YR 1BD1 T1 T2 1000ABY00011011BAY 真值表真值表AB1Y2.3.3 TTL 集電極開路門和三態(tài)門集電極開路門和三態(tài)門一、集電極開路門一、集電極開路門OC 門門(Open Collector Gate)+VCC+5VR1AD2T1T2T4R2R3YD1B 1.電路組成及符號電路組成及符號+V CCRC外外接接YAB&+V CCRCOC 門必須外接負載電阻門必須外接負載電阻和電源才能正常工作。和電源才能正常工作。AB可以線與連接可以線與連接V CC 根據(jù)電路根據(jù)電路需要進行選擇需要進行選擇 2.OC 門的主要特點門

35、的主要特點線與連接舉例：線與連接舉例：21YYY CDAB CDAB +VCCAT1T2T4Y1B+VCCCT 1T 2T 4Y2D+V CCRC+V CCRCABY1AB&G1Y2CD&G2線與線與YCDY二、輸出三態(tài)門二、輸出三態(tài)門 TSL門門(Three - State Logic)(1) 使能端低電平有效使能端低電平有效1.電路組成電路組成+VCC+5VR1AT1T2T3T4DR2R3R4YB1D3EN使能端使能端(2)使能端高電平有效使能端高電平有效1ENYA &ENBENYA&BENEN以使能端低電平有效為例：以使能端低電平有效為例：2.三態(tài)門的工作原理三態(tài)門的工作原理PQ時時 0

36、 ENP = 1（高電平）（高電平） 電路處于正常工電路處于正常工作狀態(tài)：作狀態(tài)： D3 截止，截止，BAPBAY （Y = 0 或或 1）+VCC+5VR1AT1T2T3T4DR2R3R4YB1D3EN使能端使能端P = 0 ( (低電平低電平) )D3 導通導通時時 1 EN T2 、T4截止截止uQ 1 VT3、D 截止截止輸出端與上、下均斷開輸出端與上、下均斷開+VCC+5VR1AT1T2T3T4DR2R3R4YB1D3EN可能輸出狀態(tài)：可能輸出狀態(tài)：0、1 或高阻態(tài)或高阻態(tài)QP 高阻態(tài)高阻態(tài)記做記做 Y = Z使能端使能端3.應用舉例：應用舉例：(1)用做多路開關(guān)用做多路開關(guān)YA1E

37、N1EN1ENA21G1G2使能端使能端10禁止禁止使能使能1A 01使能使能禁止禁止2A 時時 0 EN時時 1 EN(2)用于信號雙向傳輸用于信號雙向傳輸A1EN1EN1ENA21G1G2時時 1 EN2A 1A 時時 0 EN01禁止禁止使能使能10使能使能禁止禁止(3)構(gòu)成數(shù)據(jù)總線構(gòu)成數(shù)據(jù)總線EN1EN1EN1G1G2Gn1EN2ENnENA1A2An數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線011101110 注意：注意：任何時刻，只允許一個三態(tài)門使能，任何時刻，只允許一個三態(tài)門使能，其余為高阻態(tài)。其余為高阻態(tài)。1.74系列系列: 典型電路與非門的平均傳輸延遲時間典型電路與非門的平均傳輸延遲時間tpd=10n

38、s，平，平均功耗均功耗P=10mW。2.3.4 TTL電路的改進系列電路的改進系列2.74H系列系列:典型電路與非門的平均傳輸延遲時間典型電路與非門的平均傳輸延遲時間tpd=6ns，平均，平均功耗功耗P=22mW。3.74S系列系列:典型電路與非門的平均傳輸延遲時間典型電路與非門的平均傳輸延遲時間tpd=3ns，平均，平均功耗功耗P=19mW。4.74LS系列系列:典型電路與非門的平均傳輸延遲時間典型電路與非門的平均傳輸延遲時間tpd=9ns，平均，平均功耗功耗P=2mW。5.74AS系列系列:典型電路與非門的平均傳輸延遲時間為典型電路與非門的平均傳輸延遲時間為1.5ns，平均功耗約為平均功耗

39、約為20mW。 6.74ALS系列系列:典型電路與非門的平均傳輸延遲時間約為典型電路與非門的平均傳輸延遲時間約為4ns，平均功耗約為平均功耗約為1mW。54、54H、54S、54LS系列系列 dp積積是是延遲延遲- -功耗積功耗積(Delay-Power Product)，可用于衡，可用于衡量門電路的綜合指標。量門電路的綜合指標。與與74系列區(qū)別：系列區(qū)別： 工作溫度范圍更寬，電源允許的工作范圍更大。工作溫度范圍更寬，電源允許的工作范圍更大。TTL門電路多余輸入端的處理門電路多余輸入端的處理TTL與非門及與門與非門及與門的多余輸入端一般不懸空，處理方的多余輸入端一般不懸空，處理方法：法：接正電

40、源接正電源VCC；接高電平接高電平UIH；與其它信號輸入端并聯(lián)使用。與其它信號輸入端并聯(lián)使用。 TTL或門或門及及或非門或非門的多余輸入端應：的多余輸入端應：接低電平接低電平UIL或接地；或接地；與其它信號輸入端并聯(lián)使用。與其它信號輸入端并聯(lián)使用。例：判斷如圖例：判斷如圖TTL電路輸出為何狀態(tài)？電路輸出為何狀態(tài)？ & 10Y1 & 10K Y0 1 10Y2 & 10K Y3+VCCY0=0Y1=1Y2=0Y3=0Y4=0 1 10KY4UIL練習練習試寫出下列試寫出下列TTL門電路輸出信號的邏輯值。門電路輸出信號的邏輯值。11 100Y Y2=0 & 8KY2+5V=18K8K+5V & Y

41、1 1UIH=1UIHUIHUIL5K30YBCBC4410|ENENYABCYC & Y3=18KABC1 & Y4&BACENEN試寫出下列試寫出下列TTL門電路輸出信號的邏輯表達式。門電路輸出信號的邏輯表達式。+VDD+10VB1G1D1S1uAuYTNTPB2D2S2G2VSS+ +- -uGSN+ +- -uGSP2. 4 CMOS 集成門電路集成門電路2.4.1 CMOS 反相器反相器AY 一、一、電路組成及工作原理電路組成及工作原理AY10V+10VuAuGSNuGSPTNTPuY0 V UTN UTN UTP導通導通截止截止0 VUTN = 2 VUTP = 2 V+10VRO

42、NPuY +VDD10VSTNTP+10VRONNuY +VDD0VSTNTP輸入端保護電路輸入端保護電路: :C1、C2 柵極等效輸入電容柵極等效輸入電容(1) 0 uA VDD + uDF D 導通電壓：導通電壓：uDF = 0.5 0.7 V(3) uA uDF 保護網(wǎng)絡保護網(wǎng)絡+VDDuYuATPD1C1C2RSTND2D3VSSD1、D2、D3 截止截止D2、D3 導通導通uG = VDD + uDFD1 導通導通uG = uDF三、靜態(tài)特性三、靜態(tài)特性1.電壓傳輸特性：電壓傳輸特性：OI( )uf uiD+VDDB2G2D2S2+ +uI - -uOTNTPB1D1S1G1ABCD

43、EFUTNVDDUTHUTP0uO /VuI /VUTH閾值電壓閾值電壓( (轉(zhuǎn)折電壓轉(zhuǎn)折電壓)若若TNTP 完全對稱，則完全對稱，則UTH = 0.5 VDDAB 段：段：uI UTN TN 導通導通(導通電阻比較大導通電阻比較大)，uO 略下降。略下降。CD 段：段：ODD(max) uii。uI =0.5VDD TN、TP 均導通均導通(導通電阻均比較小導通電阻均比較小) 。DE、EF 段：段：與與 BC、AB 段對應，段對應，TN、TP 的狀態(tài)與之相反。的狀態(tài)與之相反。ABCDEFUTNVDDUTHUTP0uO /VuI /VUNLUNHUNL：輸入為低電平時的噪聲容限。輸入為低電平時

44、的噪聲容限。UNH：輸入為高電平時的噪聲容限。輸入為高電平時的噪聲容限。= 0.3VDD噪聲容限：噪聲容限： 指為規(guī)定值時，允許波動的最大范圍。指為規(guī)定值時，允許波動的最大范圍。噪聲容限噪聲容限2.電流傳輸特性：電流傳輸特性：DI()if uA BCDEF0 iD / mAuI / VUTH電壓傳輸特性電壓傳輸特性電流傳輸特性電流傳輸特性AB、EF 段：段：TNTP總有一個截止，故總有一個截止，故iD 0。ABCDEFUTNVDDUTHUTP0uO /VuI /ViD+VDDB2G2D2S2+ +uI - -uOTNTPB1D1S1G1CD 段：段：TNTp 均導通，流過兩管的漏極電流達到最大

45、值均導通，流過兩管的漏極電流達到最大值 iD = iD(max) 。2. 4. 2 CMOS 與非門、或非門、與門和或門與非門、或非門、與門和或門一、一、CMOS 與非門與非門A BTN1 TP1 TN2 TP2Y0 00 11 01 1截截通通截截通通通通通通通通截截截截通通截截截截截截截截通通通通1110與非門與非門uA+VDD+10VVSSTP1TN1TP2TN2ABYuBuYAB&00100111ABY =或非門或非門BAY 二、二、CMOS 或非門或非門uA+VDD+10VVSSTP1TN1TN2TP2ABYuBuYA BTN1 TP1 TN2 TP2Y0 00 11 01 1截截通

46、通截截通通通通通通通通截截截截通通截截截截截截截截通通通通1000AB100100111三、三、CMOS 與門和或門與門和或門1.CMOS 與門與門AB&Y1ABABY +VDDVSSTP1TN1TP2TN2ABYABY&AB +VDDB1G1D1S1ATNTPB2D2S2G2VSSAY ABY 2.CMOS 或門或門Y1BABAY BA +VDDB1G1D1S1ATNTPB2D2S2G2VSSAY AB1ABY1+VDDVSSTP1TN1TN2TP2ABYBAY 四、帶緩沖的四、帶緩沖的 CMOS 與非門和或非門與非門和或非門1.基本電路的主要缺點基本電路的主要缺點( (1) )電路的輸出特

47、性不對稱：電路的輸出特性不對稱：當輸入狀態(tài)不同時，輸出等效電阻不同。當輸入狀態(tài)不同時，輸出等效電阻不同。( (2) )電壓傳輸特性發(fā)生偏移，導致噪聲容限下降。電壓傳輸特性發(fā)生偏移，導致噪聲容限下降。2.帶緩沖的門電路帶緩沖的門電路在原電路的輸入端和輸出端加反相器。在原電路的輸入端和輸出端加反相器。1ABYBAY BA BA 與非門與非門或非門或非門同理同理緩沖緩沖或非門或非門與非門與非門緩沖緩沖&112.4.3 CMOS 與或非門和異或門與或非門和異或門一、一、CMOS 與或非門與或非門1.電路組成：電路組成：&ABCD&1YABCDY12.工作原理：工作原理：CDABY CDAB CDAB

48、ABCDCDAB 由由CMOS 基本電路基本電路( (與非門和反相器與非門和反相器) )組成。組成。二、二、CMOS 異或門異或門1.電路組成：電路組成：&ABY2.工作原理：工作原理：BABABAY BABABA BA ABABA &BAB BABA YAB=1 由由CMOS 基本電基本電路路( (與非門與非門) )組成。組成。2.4.4 CMOS 傳輸門、三態(tài)門和漏極開路門傳輸門、三態(tài)門和漏極開路門一、一、CMOS傳輸門傳輸門(TG 門門) ( (雙向模擬開關(guān)雙向模擬開關(guān)) )1.電路組成：電路組成：TPCVSS+VDDIO/uuOI/uuCTNCIO/uuOI/uuTGC2. 工作原理：

49、工作原理：:0 1 ) 1 ( CC、TN、TP均導通，均導通，OIDD ()ssuuVV :1 0 )2( CC、TN、TP均截止，均截止，OI uu導通電阻小導通電阻小( (幾百歐姆幾百歐姆) )關(guān)斷電阻大關(guān)斷電阻大( ( 109 ) )二、二、CMOS 三態(tài)門三態(tài)門1.電路組成電路組成+VDDVSSTP2TN1TP1AYTN21EN2.工作原理工作原理1 ) 1 ( ENY 與上、下都斷開與上、下都斷開 TP2、TN2 均截止均截止Y = Z( (高阻態(tài)高阻態(tài) 非非 1 非非 0) )AY TP2、TN2 均導通均導通0110 ) 2 ( EN010控制端低電平有效控制端低電平有效( (

50、1 或或 0) )3. 邏輯符號邏輯符號YA1ENEN使能端使能端 EN 三、三、CMOS 漏極開路門漏極開路門( (OD門門 Open Drain) )1.電路組成電路組成BA&1+V DDYBGDS TNVSSRD外接外接YAB&符號符號(1) 漏極開路，工作時必須外接電源和電阻；漏極開路，工作時必須外接電源和電阻；2.主要特點主要特點(2) 可以實現(xiàn)線與功能；可以實現(xiàn)線與功能；輸出端用導線連接起來實現(xiàn)與運算。輸出端用導線連接起來實現(xiàn)與運算。YCD&P1P2+V DDYRD21PPY CDAB CDAB (3) 可實現(xiàn)邏輯電平變換；可實現(xiàn)邏輯電平變換；DDOHVU (4) 帶負載能力強。帶負載能力強。2.4.5 CMOS 電路使用中應注意的幾個問題電路使用中應注意的幾個問題一、一、CC4000 和和 C000 系列集成電路系列集成電路1.CC4000 系列：系列：符合國家標準，電源電壓為符合國家標準，電源電壓為 3 18 V，功能和外部引線排列與對應序號的國外功能和外部引線排列與對應序號的國外產(chǎn)品相同。產(chǎn)品相同。2.C000 系列：系列：早期集成電路，電源電壓為早期集成電路，電源電壓為 7 15 V，外，外部引線排列順序與部引線排列順序與 CC4000 不同，用時需不同，用時需查閱有