MOS邏輯門電路

1、YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3.1 MOS邏輯門電路邏輯門電路3.2 TTL邏輯門電路邏輯門電路 *3.3 射極耦合邏輯門電路射極耦合邏輯門電路 3.6 邏輯門電路使用中的幾個(gè)實(shí)際問題邏輯門電路使用中的幾個(gè)實(shí)際問題3.5 邏輯描述中的幾個(gè)問題邏輯描述中的幾個(gè)問題*3.4 砷化鎵邏輯門電路砷化鎵邏輯門電路 YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求1、了解半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性。、了解半導(dǎo)體器件的

2、開關(guān)特性。2、掌握基本邏輯門（與、或、與非、或非、異或、掌握基本邏輯門（與、或、與非、或非、異或門）、三態(tài)門、門）、三態(tài)門、OC門的邏輯功能。門的邏輯功能。3、學(xué)會(huì)邏輯電路邏輯功能分析。、學(xué)會(huì)邏輯電路邏輯功能分析。4、掌握邏輯門的主要參數(shù)及在應(yīng)用中的接口問題。、掌握邏輯門的主要參數(shù)及在應(yīng)用中的接口問題。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY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。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。1 邏輯門電路：邏輯門電路：2 邏輯門電路的分類：邏輯門電路的分類：二極管門電路二極管門電路三極管門電路三極管門

3、電路TTL門電路門電路MOS門電路門電路PMOS門門CMOS門門邏輯門邏輯門 電路電路分立分立集成集成NMOS門門TTL- 三極管三極管-三極管三極管HTL 高閾值高閾值ECL 射極耦合射極耦合I2L 集成注入集成注入構(gòu)成數(shù)字邏輯電路的基本元件構(gòu)成數(shù)字邏輯電路的基本元件YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3 高、低電平產(chǎn)生的原理高、低電平產(chǎn)生的原理 +5V R vo S vI 當(dāng)當(dāng)S閉合，閉合，vO=當(dāng)當(dāng)S斷開，斷開，vO=0 V+ 5 V(低電平低電平)(高電平高電平)理想的開關(guān)應(yīng)具有兩個(gè)工作狀態(tài)：理想的開關(guān)應(yīng)具有兩個(gè)工作狀態(tài)：

4、接通狀態(tài)：接通狀態(tài)：斷開狀態(tài)斷開狀態(tài)：要求阻抗越小越好，要求阻抗越小越好，相當(dāng)于短路（導(dǎo)通）相當(dāng)于短路（導(dǎo)通）要求阻抗越大越好，要求阻抗越大越好，相當(dāng)于開路（截止）相當(dāng)于開路（截止）YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY iD O VBR D k陰陰極極 陽陽極極a Rc VCC VCC vCE iC Rc vo vI Rb VCC YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3.1 MOS邏輯門電路邏輯門電路 3.1.4 CMOS反相器反相器3.1.5 CMOS邏輯門電路邏輯

5、門電路3.1.6 CMOS漏極開路門和三態(tài)輸出門電路漏極開路門和三態(tài)輸出門電路 3.1.7 CMOS傳輸門傳輸門 3.1.8 CMOS邏輯門電路的技術(shù)參數(shù)邏輯門電路的技術(shù)參數(shù) 3.1.3 MOS開關(guān)及其等效電路開關(guān)及其等效電路 3.1.1 數(shù)字集成電路簡介數(shù)字集成電路簡介 3.1.2 邏輯電路的一般特性邏輯電路的一般特性3.1.9 NMOS門電路門電路YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3.1.1 數(shù)字集成電路簡介數(shù)字集成電路簡介 大規(guī)模集成芯片集成度高，所以要求體大規(guī)模集成芯片集成度高，所以要求體積小，而積小，而TTL系列不可能

6、做得很小，但系列不可能做得很小，但MOS管的結(jié)構(gòu)和制造工藝對高密度制作較之管的結(jié)構(gòu)和制造工藝對高密度制作較之TTL相對容易。相對容易。 與雙極性電路比較，與雙極性電路比較，MOS管的優(yōu)點(diǎn)是功耗低，管的優(yōu)點(diǎn)是功耗低，可達(dá)可達(dá)0.01mw，缺點(diǎn)是開關(guān)速度稍低。在大規(guī)模，缺點(diǎn)是開關(guān)速度稍低。在大規(guī)模的集成電路中，主要采用的的集成電路中，主要采用的CMOS電路。電路。4000系列系列4000B系系列列74HC系列系列74HCT系系列列YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3.1.1 數(shù)字集成電路簡介數(shù)字集成電路簡介雙極型數(shù)字集成電路：雙極型

7、數(shù)字集成電路：TTL和和ECL系列系列74 系系列列74H 系列系列74L 系列系列74S 系列系列74LS 系列系列74AS和和74ALS系列系列YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3.1.2 邏輯電路的一般特性邏輯電路的一般特性1、輸入和輸出的高，低電平、輸入和輸出的高，低電平Y(jié)ANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY2. 噪聲容限噪聲容限 輸入噪聲容限輸入噪聲容限:輸入高電平的噪聲容限為輸入高電平的噪聲容限為 VNH=VOH(min)VIH(min) 1 驅(qū)動(dòng)門驅(qū)動(dòng)門

8、 vo 1 負(fù)載門負(fù)載門 vI 噪聲噪聲 1輸出輸出 1輸入輸入 0輸入輸入 0輸出輸出 vo vI +VDD 0 VNH VOH(min) VIH(min) VNL VOL(max) VIL(max) +VDD 0 輸入低電平的噪聲容限為輸入低電平的噪聲容限為 VNL=VIL(max)VOL(max) 當(dāng)電路受到干擾時(shí)，在保證輸出高、低電平基本不變的當(dāng)電路受到干擾時(shí)，在保證輸出高、低電平基本不變的條件下，輸入電平的允許波動(dòng)范圍。條件下，輸入電平的允許波動(dòng)范圍。 3.1.2 邏輯電路的一般特性邏輯電路的一般特性YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UN

9、IVERSITY3.傳輸延遲時(shí)間傳輸延遲時(shí)間3.1.2 邏輯電路的一般特性邏輯電路的一般特性YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY 電路在輸入脈沖波形的作用下，其輸出波形相對于電路在輸入脈沖波形的作用下，其輸出波形相對于輸入波形延遲了多長的時(shí)間。輸入波形延遲了多長的時(shí)間。傳輸延遲時(shí)間傳輸延遲時(shí)間 輸入輸入 同相同相 輸出輸出 反相反相 輸出輸出 50% tPLH 50% 90% 10% tr tPLH 90% 50% 10% tf 50% tPLH tPLH 90% 50% 10% tf 90% 50% 10% tr VOL VOH

10、 VOL VOH 0V VCC 平均傳輸延遲時(shí)間平均傳輸延遲時(shí)間 tPdtPLH 為門電路輸出由低電平轉(zhuǎn)換到高電平所經(jīng)歷的時(shí)間為門電路輸出由低電平轉(zhuǎn)換到高電平所經(jīng)歷的時(shí)間; tPHL為由高電平轉(zhuǎn)換到低電平所經(jīng)歷的時(shí)間。為由高電平轉(zhuǎn)換到低電平所經(jīng)歷的時(shí)間。(tPLHtPHL)/2 表征門電路開關(guān)速度的參數(shù)表征門電路開關(guān)速度的參數(shù)YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY4. 功耗與延時(shí)功耗與延時(shí) 功耗積功耗積靜態(tài)功耗：靜態(tài)功耗：動(dòng)態(tài)功耗：動(dòng)態(tài)功耗：對于對于TTL門電路來說，靜態(tài)功耗是主要的。門電路來說，靜態(tài)功耗是主要的。5、延時(shí)、延時(shí) 功

11、耗積功耗積DP = tpdPD指的是當(dāng)電路沒有狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)的功耗指的是當(dāng)電路沒有狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)的功耗是在門的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的瞬間的功耗。是在門的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的瞬間的功耗。是一綜合性的指標(biāo)，用是一綜合性的指標(biāo)，用DP表示，其單位為焦耳。表示，其單位為焦耳。DP的值愈小，表明它的特性愈接于理想情況。的值愈小，表明它的特性愈接于理想情況。3.1.2 邏輯電路的一般特性邏輯電路的一般特性YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY 4. 扇入與扇出系數(shù)扇入與扇出系數(shù) 扇入數(shù)扇入數(shù): 取決于門的輸入端的個(gè)數(shù)取決于門的輸入端的個(gè)數(shù) 扇出數(shù)扇出數(shù): 帶同類門的個(gè)數(shù)。帶

12、同類門的個(gè)數(shù)。 有帶灌電流負(fù)載和拉電流負(fù)載有帶灌電流負(fù)載和拉電流負(fù)載兩種情況兩種情況:負(fù)載門負(fù)載門驅(qū)動(dòng)門驅(qū)動(dòng)門0 VCC(5V) Rb1 4kW T1 IIL T4 T3 Rc4 130W D 當(dāng)負(fù)載門的個(gè)數(shù)增加時(shí)，總的當(dāng)負(fù)載門的個(gè)數(shù)增加時(shí)，總的灌電流灌電流IIL將增加將增加,引起輸出低引起輸出低電壓電壓VOL的升高。的升高。 NIIOLOLIL()()驅(qū)動(dòng)門負(fù)載門帶灌電流負(fù)載：輸出低電平時(shí)。帶灌電流負(fù)載：輸出低電平時(shí)。IILIOL101&3.1.2 邏輯電路的一般特性邏輯電路的一般特性YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY 4.

13、扇入與扇出系數(shù)扇入與扇出系數(shù) 扇入數(shù)扇入數(shù): 取決于門的輸入端的個(gè)數(shù)取決于門的輸入端的個(gè)數(shù) 扇出數(shù)扇出數(shù): 帶同類門的個(gè)數(shù)。帶同類門的個(gè)數(shù)。 有帶灌電流負(fù)載和拉電流負(fù)載有帶灌電流負(fù)載和拉電流負(fù)載兩種情況兩種情況:負(fù)載門負(fù)載門驅(qū)動(dòng)門驅(qū)動(dòng)門0 VCC(5V) Rb1 4kW T1 IIL T4 T3 Rc4 130W D 當(dāng)負(fù)載門的個(gè)數(shù)增加時(shí)，總的當(dāng)負(fù)載門的個(gè)數(shù)增加時(shí)，總的灌電流灌電流IIL將增加將增加,引起輸出低引起輸出低電壓電壓VOL的升高。的升高。 NIIOLOLIL()()驅(qū)動(dòng)門負(fù)載門帶灌電流負(fù)載：輸出低電平時(shí)。帶灌電流負(fù)載：輸出低電平時(shí)。IILIOL101&3.1.2 邏輯電路的一般特性

14、邏輯電路的一般特性YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY1& 4. 扇入與扇出系數(shù)扇入與扇出系數(shù) 扇入數(shù)扇入數(shù): 取決于門的輸入端的個(gè)數(shù)取決于門的輸入端的個(gè)數(shù) 扇出數(shù)扇出數(shù): 帶同類門的個(gè)數(shù)。帶同類門的個(gè)數(shù)。 有帶灌電流負(fù)載和拉電流負(fù)載有帶灌電流負(fù)載和拉電流負(fù)載兩種情況兩種情況:負(fù)載門負(fù)載門驅(qū)動(dòng)門驅(qū)動(dòng)門1 VCC(5V) Rb1 4kW T1 IIL T4 T3 Rc4 130W D 01帶拉電流負(fù)載：門輸出高電平時(shí)帶拉電流負(fù)載：門輸出高電平時(shí)當(dāng)負(fù)載門的個(gè)數(shù)增多時(shí)，必將當(dāng)負(fù)載門的個(gè)數(shù)增多時(shí)，必將引起輸出高電壓的降低。引起輸出高電壓的

15、降低。 OHOHIH()()INI驅(qū)動(dòng)門負(fù)載門IIHIOH3.1.2 邏輯電路的一般特性邏輯電路的一般特性YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY例例 查得基本的查得基本的TTL與非門與非門7410的參數(shù)如下：的參數(shù)如下： IOL16mA，IIL1.6mA，IOH0.4mA，IIH0.04mA.試計(jì)算其帶同類門時(shí)的試計(jì)算其帶同類門時(shí)的扇出數(shù)。扇出數(shù)。解：解： (1)低電平輸出時(shí)的扇出數(shù)低電平輸出時(shí)的扇出數(shù)OL16mA101.6mAN (2)高電平輸出時(shí)的扇出數(shù)高電平輸出時(shí)的扇出數(shù)OH0.4mA100.04mAN若若NOLNOH，則取較

16、小的作為電路的扇出數(shù)。，則取較小的作為電路的扇出數(shù)。例題：例題： 扇出數(shù)計(jì)算舉例扇出數(shù)計(jì)算舉例3.1.2 邏輯電路的一般特性邏輯電路的一般特性YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY1& 6. 扇入與扇出系數(shù)扇入與扇出系數(shù) 扇入數(shù)扇入數(shù): 取決于門的輸入端的個(gè)數(shù)取決于門的輸入端的個(gè)數(shù) 扇出數(shù)扇出數(shù): 帶同類門的個(gè)數(shù)。帶同類門的個(gè)數(shù)。 有帶灌電流負(fù)載和拉電流負(fù)載有帶灌電流負(fù)載和拉電流負(fù)載兩種情況兩種情況:負(fù)載門負(fù)載門驅(qū)動(dòng)門驅(qū)動(dòng)門1 VCC(5V) Rb1 4kW T1 IIL T4 T3 Rc4 130W D 01帶拉電流負(fù)載：門輸出高

17、電平時(shí)帶拉電流負(fù)載：門輸出高電平時(shí)當(dāng)負(fù)載門的個(gè)數(shù)增多時(shí)，必將當(dāng)負(fù)載門的個(gè)數(shù)增多時(shí)，必將引起輸出高電壓的降低。引起輸出高電壓的降低。 OHOHIH()()INI驅(qū)動(dòng)門負(fù)載門IIHIOH3.1.2 邏輯電路的一般特性邏輯電路的一般特性YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY例例 查得基本的查得基本的TTL與非門與非門7410的參數(shù)如下：的參數(shù)如下： IOL16mA，IIL1.6mA，IOH0.4mA，IIH0.04mA.試計(jì)算其帶同類門時(shí)的試計(jì)算其帶同類門時(shí)的扇出數(shù)。扇出數(shù)。解：解： (1)低電平輸出時(shí)的扇出數(shù)低電平輸出時(shí)的扇出數(shù)OL16

18、mA101.6mAN (2)高電平輸出時(shí)的扇出數(shù)高電平輸出時(shí)的扇出數(shù)OH0.4mA100.04mAN若若NOLNOH，則取較小的作為電路的扇出數(shù)。，則取較小的作為電路的扇出數(shù)。例題：例題： 扇出數(shù)計(jì)算舉例扇出數(shù)計(jì)算舉例3.1.2 邏輯電路的一般特性邏輯電路的一般特性YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY1、MOS管的開關(guān)作用3.1.3 MOS開關(guān)及其等效電路開關(guān)及其等效電路 當(dāng)當(dāng)vIVT時(shí)，并且比較大時(shí)，并且比較大,使得使得vDS vGS-VT時(shí)時(shí),MOS管處工作在飽管處工作在飽和區(qū)，隨著和區(qū)，隨著vI, iD，vDS ,MOS管最

19、后工作在可變電阻區(qū)。當(dāng)管最后工作在可變電阻區(qū)。當(dāng)vGS一一定是時(shí)，定是時(shí)，d,s 之間可近似等效為線性電阻。之間可近似等效為線性電阻。 vGS越大，輸出特性曲線越大，輸出特性曲線越傾斜，等效電阻越小，此時(shí)越傾斜，等效電阻越小，此時(shí)MOS管可以看成一個(gè)受管可以看成一個(gè)受vGS控制的可控制的可變電阻。變電阻。 vGS的取值足夠大時(shí)，使得的取值足夠大時(shí)，使得Rd遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于d,s 之間等效電阻時(shí)，之間等效電阻時(shí)，電路輸出為低電平。電路輸出為低電平。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY2、MOS管的開關(guān)特性管的開關(guān)特性3.1.3 MO

20、S開關(guān)及其等效電路開關(guān)及其等效電路YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3.1.4 CMOS反相器反相器1. CMOS反相器的工作原理反相器的工作原理2. CMOS反相器的特點(diǎn)反相器的特點(diǎn)3. CMOS反相器的傳輸特性反相器的傳輸特性4. CMOS反相器的工作速度反相器的工作速度YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY1. CMOS反相器的工作原理反相器的工作原理 VDD TP TN vO vI VVVDDTNTP()YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYAN

21、GTZE NORMAL UNIVERSITY VDD TP TN vO vI 當(dāng)當(dāng)vI = 0 V時(shí)時(shí) VDD OFFOFFONDDHORRRVV 1. CMOS反相器的工作原理反相器的工作原理VGSN =0 VTNTN管截止；管截止；|VGSP|=VDDVTP 電路中電流近似為零（忽略電路中電流近似為零（忽略TN的的截止漏電流）截止漏電流）,VDD主要降落在主要降落在TN上，輸出為高電平上，輸出為高電平VOHTP管導(dǎo)通。管導(dǎo)通。VDDYANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITYVDD TP TN vO vI 當(dāng)當(dāng)vI =VOH= VDD

22、時(shí)時(shí) ONOFFONDDLORRRVV AL 1. CMOS反相器的工作原理反相器的工作原理VGSN =VDD VTNTN管導(dǎo)通；管導(dǎo)通；|VGSP|= 0 107，導(dǎo)通電阻，導(dǎo)通電阻+3V3V+3V一管導(dǎo)通程度愈深，另一管導(dǎo)通一管導(dǎo)通程度愈深，另一管導(dǎo)通愈淺，導(dǎo)通電阻近似為一常數(shù)。愈淺，導(dǎo)通電阻近似為一常數(shù)。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3. 1.8 CMOS邏輯門電路的技術(shù)參數(shù)邏輯門電路的技術(shù)參數(shù)系列參數(shù)基本的CMOS(4000/4000B系列)高速CMOS(74HC系列)與TTL兼容的高速M(fèi)OS (74HCT系列)與T

23、TL兼容的高速BiCMOS (74BCT)系列tpd/ns(CL=15pF)7510132.9PD/mw0.0021.551.0020.00037.5DP/pJ0.1515.513.0260.0008722CMOS門電路的性能比較門電路的性能比較YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3、NMOS或非門或非門1、NMOS反相器反相器2、NMOS與非門與非門3.1.9 NMOS門電路門電路YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3.1.9 NMOS邏輯門電路邏輯門電路1、NMO

24、S反相器反相器-飽和型負(fù)載管反相器飽和型負(fù)載管反相器ViVoT2T1+VDD即：即：Vi為高電平時(shí)，為高電平時(shí)， Vo為低電平為低電平 Vi為低電平時(shí)，為低電平時(shí)， Vo為高電平為高電平當(dāng)輸入電壓為高電平時(shí)，當(dāng)輸入電壓為高電平時(shí)，T1導(dǎo)通導(dǎo)通當(dāng)輸入電壓為低電平時(shí)，當(dāng)輸入電壓為低電平時(shí)，T1截止截止T2還是導(dǎo)通還是導(dǎo)通所以，是反相器所以，是反相器T1為工作管，為工作管， T2為負(fù)載管為負(fù)載管DDDSDSDSOVRRRV211 1VVo VDDVT3-10K100-200K（低電平低電平） YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3.1.

25、9 NMOS邏輯門電路邏輯門電路2、NMOS與非門與非門當(dāng)當(dāng)A、B中有一個(gè)或兩個(gè)均為低電平時(shí)，中有一個(gè)或兩個(gè)均為低電平時(shí)，T1、T2有一個(gè)或兩個(gè)都截止，輸出為高有一個(gè)或兩個(gè)都截止，輸出為高電平電平 只有只有A、B全為高電平時(shí)，全為高電平時(shí)，T1、T2均均導(dǎo)通，輸出為低電平導(dǎo)通，輸出為低電平 T1、 T2為工作管，為工作管， T3為負(fù)載管為負(fù)載管BLT3T2+VDDAT1L= ABYANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3.1.9 NMOS邏輯門電路邏輯門電路3、NMOS或非門或非門 當(dāng)當(dāng)A、B中有一個(gè)為高電平時(shí)，中有一個(gè)為高電平時(shí)，T

26、1、 T2 有一個(gè)導(dǎo)通，輸出有一個(gè)導(dǎo)通，輸出0 A、B都為低電平時(shí)，都為低電平時(shí)，T1、T2均截均截止，止， 輸出為輸出為1 即即 L= A+B T1、 T2為工作管，為工作管， T3為負(fù)載管為負(fù)載管 因?yàn)橐驗(yàn)門1、T2是并聯(lián)的，要想增加輸入是并聯(lián)的，要想增加輸入端的個(gè)數(shù)時(shí)不會(huì)引起輸出低電平的變化。端的個(gè)數(shù)時(shí)不會(huì)引起輸出低電平的變化。這給制造多輸入端的或非門帶來方便。這給制造多輸入端的或非門帶來方便。 L+VDDBT3T2AT1YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3.2.7 改進(jìn)型改進(jìn)型TTL門電路門電路 抗飽和抗飽和TTL電路電

27、路3.2.2 基本的基本的BJT反相器的動(dòng)態(tài)性能反相器的動(dòng)態(tài)性能3.2.3 TTL反相器的基本電路反相器的基本電路3.2.1 BJT的開關(guān)特性的開關(guān)特性3.2.4 TTL邏輯門電路邏輯門電路3.2.5 集電極開路門和三態(tài)門電路集電極開路門和三態(tài)門電路3.2.6 BiCMOS門電路門電路YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY1. BJT的開關(guān)作用的開關(guān)作用 IB5 iC IBS=IB4 IB3 IB2 IB1 A vCE VCC iB=0 VCES O ICS VCC /Rc CIBS=VCC/ Rc ICS= VCC/Rc CEVC

28、ES0.2V VCC RC iC T Rb ib + v1 -VB1 VCC RC iC T Rb ib + v1 +VB1YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài)cbe飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)Vb=0.7v, Vc=0.3vebc1. BJT的開關(guān)作用的開關(guān)作用YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITYICS CSIiCICSVRCCc工作狀態(tài)工作狀態(tài)截截 止止放放 大大飽飽 和和條件條件iB0 0 iB 工工作作特特點(diǎn)點(diǎn)偏置情況偏置情況 發(fā)射結(jié)和集發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為

29、反偏電結(jié)均為反偏 發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏 發(fā)射結(jié)和集電發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正偏結(jié)均為正偏集電極電集電極電流流iC 0Ic iB 且不隨且不隨iB增加而增加而增加增加管壓降管壓降VCEO VCCVCEVCCiCRcVCES 0.20.3 V c、e間等間等效內(nèi)阻效內(nèi)阻 很大，約為很大，約為數(shù)百千歐，相數(shù)百千歐，相當(dāng)于開關(guān)斷開當(dāng)于開關(guān)斷開可變可變很小，約為數(shù)百很小，約為數(shù)百歐，相當(dāng)于開關(guān)歐，相當(dāng)于開關(guān)閉合閉合2. NPN 型型 BJT 截止、放大、截止、放大、飽和三種工作狀態(tài)的特點(diǎn)飽和三種工作狀態(tài)的特點(diǎn)YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMA

30、L UNIVERSITY v1 +VB2 VB2 O t iC ICS 0.9ICS 0.1ICS O tr ts t tf td 3. BJT的開關(guān)時(shí)間的開關(guān)時(shí)間開通時(shí)間開通時(shí)間 ton= td+trtd 延遲時(shí)間延遲時(shí)間 tr 上升時(shí)間上升時(shí)間關(guān)閉時(shí)間關(guān)閉時(shí)間 toFF= ts+ tfts存儲(chǔ)時(shí)間存儲(chǔ)時(shí)間 tf-下降時(shí)間下降時(shí)間 開關(guān)時(shí)間隨管子類型的開關(guān)時(shí)間隨管子類型的不同而不同，一般為幾不同而不同，一般為幾十幾百納秒。開關(guān)時(shí)間十幾百納秒。開關(guān)時(shí)間越短，開關(guān)速度越高。一越短，開關(guān)速度越高。一般可用改進(jìn)管子內(nèi)部構(gòu)造般可用改進(jìn)管子內(nèi)部構(gòu)造和外電路的方法來提高三和外電路的方法來提高三極管的開關(guān)速

31、度。極管的開關(guān)速度。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITYTTL反相器的產(chǎn)生反相器的產(chǎn)生:若考慮基本反相器負(fù)載電容若考慮基本反相器負(fù)載電容CL的影響，在反相器輸出電壓的影響，在反相器輸出電壓 O由低向高過渡時(shí)，電路由由低向高過渡時(shí)，電路由VCC通過通過Rc對對CL充電。充電。 vccRcTCL 反之，當(dāng)反之，當(dāng) O由高向低過渡時(shí)，由高向低過渡時(shí)，CL又將通過又將通過BJT放電。放電。CL的充、放電過程均需經(jīng)歷一定的時(shí)間，必然會(huì)增加輸出的充、放電過程均需經(jīng)歷一定的時(shí)間，必然會(huì)增加輸出電壓電壓 O波形的上升時(shí)間和下降時(shí)間，導(dǎo)致基本的波形

32、的上升時(shí)間和下降時(shí)間，導(dǎo)致基本的BJT反相反相器的開關(guān)速度不高。故需尋求更為實(shí)用的器的開關(guān)速度不高。故需尋求更為實(shí)用的TTL電路結(jié)構(gòu)。電路結(jié)構(gòu)。 YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY1. TTL反相器的基本電路反相器的基本電路2. TTL反相器的工作原理反相器的工作原理3. 采用輸入級以提高工作速度采用輸入級以提高工作速度 4. 采用推拉式輸出級以提高開關(guān)速度采用推拉式輸出級以提高開關(guān)速度和帶負(fù)載能力和帶負(fù)載能力YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY1. TTL反相器的

33、基本電路反相器的基本電路 Rb1 4k W Rc2 1.6k W Rc4 130 W T4 D T2 T1 + vI T3 + vO 負(fù)載 Re2 1K W VCC(5V) 輸入級輸入級 中間級中間級 輸出級輸出級 YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 D T2 T1 + vI T3 + vO 負(fù)載 Re2 1K VCC(5V) VB1 2. TTL反相器的工作原理反相器的工作原理 （1）當(dāng)輸入為低電平）當(dāng)輸入為低電平（ I = 0.2 V） 0.9V 0.2V OVCCVBE

34、4VD 50.70.7 =3.6V I低電平低電平(0.2V)T1深飽和深飽和T2截止截止T3截止截止T4放大放大 O高電平高電平（3.6V） Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 D T2 T1 + vI T3 + vO 負(fù)載 Re2 1K VCC(5V) VB1 YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 D T2 T1 + vI T3 + vO 負(fù)載 Re2 1K VCC(5V) VB1 2. TTL反相器的工作原理反相器的工作原理 當(dāng)輸入為高電平（當(dāng)輸入為高電

35、平（ I = 3.6 V） 3.6V 4.3V 2.1V 1.4V 0.2V I全為高電平全為高電平(3.6V)T1倒置放大倒置放大T2飽和飽和T3飽和飽和T4截止截止 O低電平低電平0.2V） Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 D T2 T1 + vI T3 + vO 負(fù)載 Re2 1K VCC(5V) VB1 YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 D T2 T1 + vI T3 + vO 負(fù)載 Re2 1K VCC(5V) VB1 3. 采用輸入級以提高

36、工作速度采用輸入級以提高工作速度 （1）當(dāng)）當(dāng)TTL反相器反相器 I由由3.6V變變0.2V的瞬間的瞬間 0.9V1.4V T1管的變化先于管的變化先于T2、 T3管的變化；管的變化；T1管管Je正偏、正偏、Jc反偏，反偏， T1工作在放大狀態(tài)。工作在放大狀態(tài)。T1管射極電流管射極電流 1 iB1很很快地從快地從T2的基區(qū)抽走多的基區(qū)抽走多余的存儲(chǔ)電荷余的存儲(chǔ)電荷,從而加從而加速了狀態(tài)轉(zhuǎn)換。速了狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY4. 采用推拉式輸出級以提高開關(guān)速度和帶負(fù)載能力采用推拉式輸出級以提高開關(guān)速度和帶負(fù)載能力

37、 當(dāng)輸出為低電平時(shí)，當(dāng)輸出為低電平時(shí)，T3處于深處于深度飽和狀態(tài)，度飽和狀態(tài)，T4截止，截止， T3的集的集電極電流可以全部用來驅(qū)動(dòng)負(fù)電極電流可以全部用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載。載。 輸出為高電平時(shí)，輸出為高電平時(shí)，T3截止，截止，T4組成的電壓跟隨器的輸出電阻組成的電壓跟隨器的輸出電阻很小，所以輸出高電平穩(wěn)定，很小，所以輸出高電平穩(wěn)定，帶負(fù)載能力也較強(qiáng)。帶負(fù)載能力也較強(qiáng)。 Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 D T2 T1 + vI T3 + vO 負(fù)載 Re2 1K VCC(5V) VB1 3.6V 2.1V 1.4V 0.2V Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 D

38、 T2 T1 + vI T3 + vO 負(fù)載 Re2 1K VCC(5V) VB1 0.9V 0.2V 3.6V波形上升沿陡直。而當(dāng)輸出電壓由高變低后，波形上升沿陡直。而當(dāng)輸出電壓由高變低后， CL很快放很快放電，輸出波形的上升沿和下降沿都很好。電，輸出波形的上升沿和下降沿都很好。 輸出端接有負(fù)載電容輸出端接有負(fù)載電容CL時(shí)，在時(shí)，在 輸出由低到高跳變的瞬間，輸出由低到高跳變的瞬間，CL充電，其時(shí)間常數(shù)很小，使輸出充電，其時(shí)間常數(shù)很小，使輸出YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY1. TTL與非門電路與非門電路多發(fā)射極多發(fā)射極BJT

39、 VCC(5V) Rc4 130 Rc2 1.6k Rb2 1.6k T4 T2 T3 T1 A B Re2 1k D A B & BAL= T1 e e e e b b c c YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY2. TTL與非門電路的工作原理與非門電路的工作原理 任一輸入端為低電平時(shí)任一輸入端為低電平時(shí): T1的發(fā)射結(jié)正向偏置而導(dǎo)通，的發(fā)射結(jié)正向偏置而導(dǎo)通，T2截截止。輸出為高電平。止。輸出為高電平。TTL與非門各級工作狀態(tài)與非門各級工作狀態(tài) VCC(5V) Rc 4 130 W Rc2 1.6k W Rb 2 1.6k W

40、 T4 T2 T3 T1 A B Re 2 1k W D IT1T2T3T4O輸入全為高電平 (3.6V)倒置使用的放大狀態(tài)飽和 飽和 截止 低電平（0.2V）輸入有低電平 (0.2V)深飽和截止 截止 放大 高電平（3.6V）只有當(dāng)全部輸入端為高電平時(shí)：只有當(dāng)全部輸入端為高電平時(shí)： T1將轉(zhuǎn)入倒置放大狀態(tài)，將轉(zhuǎn)入倒置放大狀態(tài)，T2和和T3均均飽和，輸出為低電平。飽和，輸出為低電平。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY2. TTL或非門或非門 A B 1 BAL R1A R1 R1B R4 VCC T1A T2A T2B B D

41、T3 R3 T4 AT1BLYANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY R1A R1 R1B R4 VCC A T1A T2A T2B T1B B D L T3 R3 T4 2. TTL或非門工作原理或非門工作原理 TTL或非門的邏輯電路或非門的邏輯電路若二輸入端為低電平若二輸入端為低電平 0.9 v0.2 v0.2 v0.9 v3.6V YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY1. 1. 集電極開路門集電極開路門 (Open Collector Gate)(Open Coll

42、ector Gate) VC C(5 V ) Rc 4 1 3 0 Rc 2 1 .6 k Rb 2 1 .6 k T4 T2 T3 T1 A B Re 2 1 k D VC C(5 V ) Rc 4 1 3 0 Rc 2 1 .6 k Rb 2 1 .6 k T4 T2 T3 T1 A B Re 2 1 k D v vOHOHv vOLOLXYANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY1. 集電極開路門集電極開路門 TTL 電路電路 TTL 電路電路 D C B A T1 T2 VCC RP L A B C D & )()(CDABL=

43、 VCC(5V) Rc 4 130 W Rc2 1.6k W Rb2 1.6k W T4 T2 T3 T1 A B Re 2 1k W D YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY 集電極開路門上拉電阻集電極開路門上拉電阻Rp 的計(jì)算的計(jì)算 TTL 電路 TTL 電路 D C B A T 1 T 2 VCCL R P 在極限情況，上拉電阻在極限情況，上拉電阻Rp具有限具有限制電流的作用。以保證制電流的作用。以保證IOL不超過額不超過額定值定值IOL(max)，故必須合理選用，故必須合理選用Rp的值。的值。 另一方面，另一方面，Rp的大

44、小影響的大小影響OC門門的開關(guān)速度，的開關(guān)速度，Rp的值愈大，因而的值愈大，因而開關(guān)速度愈慢開關(guān)速度愈慢 Rp(min)OL(max)OL(max)IL(total)CCVVII CCIH(min)p(max)IH(total)VVRIYANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY集電極開路門上拉電阻集電極開路門上拉電阻RpRp的計(jì)算舉例的計(jì)算舉例 例例2.4.2 2.4.2 設(shè)設(shè)TTLTTL與非門與非門74LS01(OC)74LS01(OC)驅(qū)動(dòng)八個(gè)驅(qū)動(dòng)八個(gè)74LS04(74LS04(反相器反相器) )， 試確定一合適大小的上拉電阻試確定

45、一合適大小的上拉電阻RpRp，設(shè)，設(shè)V VCCCC5V5V。解：從器件手冊查出得：解：從器件手冊查出得：VCC=5VVCC=5V，VOL(max)=0.4VVOL(max)=0.4V，IOL(max)=8mAIOL(max)=8mA，IIL= 400IIL= 400 A A，VIH(min) =2VVIH(min) =2V，IIH=20IIH=20 A A。 I IILIL(total)=400(total)=400 A A8=3.2mA8=3.2mA得得 p(min)5V0.4V9588mA3.2mAR V VCCCC=5V=5V，I IIHIH(total) =20(total) =20

46、A A8= 0.16mA8= 0.16mA。 p(min)5V2V18.75k0.16mAR RpRp的值可在的值可在985985 至至18.75k18.75k , ,之間選擇之間選擇, ,可選可選1k1k 的電阻器為宜。的電阻器為宜。所以所以 YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY集電極開路門的缺點(diǎn)集電極開路門的缺點(diǎn)： 由于由于OC門輸出不是推拉式門輸出不是推拉式(Totem)結(jié)構(gòu)，電路結(jié)構(gòu)，電路的上升延遲很大，這是因?yàn)椋旱纳仙舆t很大，這是因?yàn)椋?T3退出飽和狀態(tài)很慢；退出飽和狀態(tài)很慢； 對輸出負(fù)載電容的充電電流只能通過外接的對

47、輸出負(fù)載電容的充電電流只能通過外接的RL來提供。因此，輸出波形的上升沿時(shí)間很來提供。因此，輸出波形的上升沿時(shí)間很大。大。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY 2. 三態(tài)與非門三態(tài)與非門(TSL ) 三態(tài)鉗位電路三態(tài)鉗位電路 R1 R2 R4 VCC T4L T3 R3T1與非門A B CS T5 T6 T7 R5 R66 VCC D3.6V1.4V0.7V當(dāng)當(dāng)CS= 1時(shí)時(shí)CS數(shù)據(jù)輸入端輸出端LAB10010111011100三態(tài)與非門真值表三態(tài)與非門真值表 =ABYANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE

48、NORMAL UNIVERSITY R1 R2 R4 VCC T4L T3 R3T1與非門A B CS T5 T6 T7 R5 R66 VCC D當(dāng)當(dāng)CS= 0時(shí)時(shí)0.2V0.9V低電平低電平0.9V開路開路CS數(shù)據(jù)輸入端數(shù)據(jù)輸入端輸出端輸出端LAB10010111011100高阻 3. 三態(tài)與非門三態(tài)與非門(TSL ) 三態(tài)與非門真值表三態(tài)與非門真值表 AB CS & L 高電平使能高電平使能=高阻狀態(tài)高阻狀態(tài)與非功能與非功能 ZL ABLCS = 0_CS =1YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY 輸入級：輸入級：MP、MN、M1、M2輸出級：輸出級：T1、T2VI為高電平時(shí)，為高電平時(shí)， MN 、M1 、T2導(dǎo)通導(dǎo)通 MP 、M2、 T1截止輸出為低電平截止輸出為低電平VI為低電平時(shí)，為低電平時(shí)， MP 、M2、 T1導(dǎo)通導(dǎo)通 MN 、M1 、T2截止輸出為高電平截止輸出為高電平Y(jié)ANGTZE NORMAL U