深入详解逻辑门电路课件2.ppt

1、1逻辑门电路逻辑门电路1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路2 TTL逻辑门电路逻辑门电路3 CMOS门电路门电路4 TTL电路与电路与CMOS电路的接口电路的接口5 ECL电路电路2概概 述述1.门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与我们所讲过的基本逻辑关系相对应，门电路主要有：我们所讲过的基本逻辑关系相对应，门电路主要有：与门与门、或门或门、与非门与非门、或非门或非门、异或门异或门等。等。按工艺：双极型按工艺：双极型TTL、MOS型型COMS按逻辑功能：与、或、非、与非等按逻辑功能：与、或、非、与非等按输出结构：推拉式、按输出结构：推拉式、OC门、三态门门、

2、三态门按集成度按集成度2.分分类类小规模集成电路小规模集成电路SSI中规模集成电路中规模集成电路MSI大规模集成电路大规模集成电路LSI超大规模集成电路超大规模集成电路VLSI 小规模集成电路小规模集成电路(SSI-Small Scale Integration)，每片组件每片组件内包含内包含10100个元件个元件(或或1020个等效门个等效门)。中规模集成电路中规模集成电路(MSI-Medium Scale Integration)，每片组，每片组件内含件内含1001000个元件个元件(或或20100个等效门个等效门)。大规模集成电路大规模集成电路(LSI-Large Scale Integ

3、ration)，每片组件每片组件内含内含1000100 000个元件个元件(或或1001000个等效门个等效门)。超大规模集成电路超大规模集成电路(VLSI-Very Large Scale Integration)，每片组件内含每片组件内含100 000个元件个元件(或或1000个以上等效门个以上等效门)。3在数字电路中，用高、低电平分别表示逻辑代数中的在数字电路中，用高、低电平分别表示逻辑代数中的1、0获得高、低电平的基本方法：获得高、低电平的基本方法：当当S打开时，打开时，vO为高电平为高电平当当S闭合时，闭合时，vO为低电平为低电平S用用二极管二极管或或三极管三极管或或场效应管场效应管

4、来实现控来实现控制管子工作在截止和导通状态，它们就制管子工作在截止和导通状态，它们就可起到图中可起到图中S的作用的作用VCCvOvIS输输出出信信号号输输入入信信号号4若以高电平表示若以高电平表示1，低电平表示，低电平表示0，则称，则称正逻辑正逻辑若以高电平表示若以高电平表示0，低电平表示，低电平表示1，则称，则称负逻辑负逻辑10正逻辑正逻辑01负逻辑负逻辑本书采用正逻辑本书采用正逻辑只要能判断高只要能判断高低电平即可低电平即可高电平下限高电平下限低电平上限低电平上限52.1基本逻辑门电路基本逻辑门电路2.1.1 二极管的开关特性二极管的开关特性外加正向电压时，外加正向电压时，D导通；导通；U

5、D=0，相当于一个闭合的，相当于一个闭合的开关。开关。EDIUDEIU外加反向电压时，外加反向电压时，D截止；截止；I反反=0，相当于一个断开的相当于一个断开的开关。开关。EDI反反UDEI反反U 二极管具有单向导电性，在数字电路中表现为一个受外二极管具有单向导电性，在数字电路中表现为一个受外电压控制的开关。电压控制的开关。62.1.2 二极管与门二极管与门VCC=5VR=3KD1ABYD2设：设：VIL=0V，VIH=3V，二极管正向压降忽略不计，二极管正向压降忽略不计分析可得：分析可得：ABY000010100111若定义若定义1表示高电平，表示高电平，0表示低电平，则得真值表：表示低电平

6、，则得真值表：结论：该电路实现了与的关系，为与门结论：该电路实现了与的关系，为与门ABY72.1.3 二极管或门二极管或门分析可得：分析可得：ABY000011101111若定义若定义1表示高电平，表示高电平，0表示低电平，则得真值表：表示低电平，则得真值表：设：设：VIL=0V，VIH=3V，二极管正向压降忽略不计，二极管正向压降忽略不计RD1ABYD2结论：该电路实现了或的关系，为或门结论：该电路实现了或的关系，为或门ABY82.1.4 三极管的开关特性三极管的开关特性1.三极管开关电路三极管开关电路只要参数配合得当，可做到：只要参数配合得当，可做到：当当vI为低电平时，三极管工作在截止状

7、态，为低电平时，三极管工作在截止状态，输出为高电平；输出为高电平；当当vI为高电平，三极管工作在饱和状态，为高电平，三极管工作在饱和状态，输出为低电平。输出为低电平。vIvOVCCRcRBiCiB+-+-当当vI=VIL(VIL=-1V)时，时，vBE0，则，则iB=0，iC0，三极管截止三极管截止。此时，此时，RC上无压降，上无压降，vOVCC，为，为高电平高电平。一般认为，在一般认为，在vIVON时，有时，有iB产生，相应地有产生，相应地有iC产生，三极管进入产生，三极管进入放大区放大区；BONIBRVviCBCCCCCCCEORiVRiVvvvIiBvO；定义放大倍数：定义放大倍数：IO

8、vvvA2.1.4 半导体三极管的开关特性半导体三极管的开关特性1.三极管开关电路三极管开关电路vIvOVCCRcRBiCiB+-+-10vI继续增加继续增加，RC上的压降也随之增上的压降也随之增大，大，vCE下降，当下降，当vCE0时，三极管时，三极管处于深度处于深度饱和状态饱和状态，vO0，为，为低电低电平平。2.1.4 半导体三极管的开关特性半导体三极管的开关特性1.三极管开关电路三极管开关电路vIvOVCCRcRBiCiB+-+-当当iBIBS时，三极管为饱和状态；时，三极管为饱和状态；发射结饱和压降发射结饱和压降 VCES=0.10.3V注：当注：当VCE=VBE时，三极管为临界饱和

9、导通；时，三极管为临界饱和导通；集电极临界饱和导通电流集电极临界饱和导通电流 ICSVCC/RC基极临界饱和导通电流基极临界饱和导通电流 IBS=ICS/=VCC/(RC)11总结：当总结：当vIVON时，三极管处于放大状态；时，三极管处于放大状态；当当vI增加到使增加到使iBIBS时，三极管处于饱和状态。时，三极管处于饱和状态。当当vI=VIL时，三极管截止，时，三极管截止，iC0，相当于开关断开，相当于开关断开，vOVCC；当当vI=VIH时，三极管饱和，时，三极管饱和，uCE0，相当于开关闭合，相当于开关闭合，vO0；vIvOVCCRcRBiCiB+-+-VCCvOvIS122.三极管的

10、开关时间三极管的开关时间快快慢慢从截止到饱和导通所需的时间称为开启时间从截止到饱和导通所需的时间称为开启时间 ton从饱和导通到截止所需时间称为从饱和导通到截止所需时间称为关闭时间关闭时间toff输出输出vO落后于输入落后于输入vIvIiCvOttttontoff发射区变窄、基区建立电荷所需要的时间。发射区变窄、基区建立电荷所需要的时间。清除三级管内存电荷所需要的时间。清除三级管内存电荷所需要的时间。132.1.5 三极管非门电路三极管非门电路实际应用中，接实际应用中，接R2和和VEE，使，使T可靠截止。可靠截止。-VEER2A为低电平（为低电平（0），T截止，截止，Y为高电平（为高电平（1）

11、A为高电平（为高电平（1），T导通，导通，Y为低电平（为低电平（0）实现了非门的关系实现了非门的关系 又称反相器。又称反相器。(vI)A(vO)VCCR1RcYAY141.体积大、工作不可靠。体积大、工作不可靠。2.需要不同电源。需要不同电源。3.各种门的输入、输出电平不匹配。各种门的输入、输出电平不匹配。分立元件门电路的缺点分立元件门电路的缺点4.带负载能力差。带负载能力差。与分立元件电路相比，与分立元件电路相比，集成电路集成电路具有体积小、具有体积小、可靠性高、速度快的特点，而且输入、输出电平匹可靠性高、速度快的特点，而且输入、输出电平匹配，所以早已广泛采用。根据电路内部的结构，可配，所以

12、早已广泛采用。根据电路内部的结构，可分为分为DTL、TTL、HTL、MOS管集成门电路等。管集成门电路等。152.2.1 TTL与非门的基本结构和工作基本原理与非门的基本结构和工作基本原理2.2 TTL逻辑门电路逻辑门电路一、基本结构一、基本结构+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC 输入级输入级倒相级倒相级输出级输出级CBAF16R1bUCCe1e2e3cABCR1V D1V D2V D3e1e2e3cABCV D4P1bUCC(b)UCC 5 Vb1V23 kc1e1e2e3ABCV1750R2R43 k360100R5V3V4V5FUO(a)c2R1R3典型的

13、典型的TTL与非门电路与非门电路(a)电路原理图；电路原理图；(b)多射极晶体管的等效电路多射极晶体管的等效电路171.任一输入为低电平（任一输入为低电平（0.3V）时）时“0”1V不足以让不足以让T2、T5导通导通三个三个PN结结导通需导通需2.1V+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC 二、工作原理二、工作原理18+5VFR4R2R13kR5T3T4T1b1c1ABC1.任一输入为低电平（任一输入为低电平（0.3V）时）时“0”1Vuouo=5-uR2-ube3-ube4 3.6V高电平！高电平！192.输入全为高电平（输入全为高电平（3.6V）时）时“1”全导

14、通全导通电位被嵌电位被嵌在在2.1V全反偏全反偏 1V截止截止+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC 1.4V202.输入全为高电平（输入全为高电平（3.6V）时）时+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC全反偏全反偏“1”饱和饱和uF=0.3V CBAF21一、电压传输特性一、电压传输特性（输入电压与输出电压的关系曲线）（输入电压与输出电压的关系曲线）2.2.2 TTL与非门的电压传输特性及抗干扰能力与非门的电压传输特性及抗干扰能力测试电路测试电路+5Vuiu022UOH(3.6V)UOL(0.3V)传输特性曲线传输特性曲线输出高电平输出高电平uO(V)

15、ui(V)123输出低电平输出低电平理想的传输特性理想的传输特性u0(V)ui(V)123UOH“1”UOL“0”阈值阈值UT=1.4V截截止止区区放放大大区区过过渡渡区区饱和区饱和区23二、主要参数二、主要参数uO(V)ui(V)1231）输出高电平）输出高电平UOH、输出低电平、输出低电平UOLUOHUOL UOH 2.4V UOL 0.4V 便认为合格。便认为合格。典型值典型值UOH=3.6V UOL=0.3V(3.6V)(0.3V)2）输入高电平）输入高电平UIHUIH 输入低电平输入低电平UILUIL 典型值典型值UIH=3.6V UIL=0.3V 开门电平开门电平Uon=UIH（m

16、in）Uon关门电平关门电平Uoff=UIL（max）Uoff 典型值典型值Uon=1.8V Uoff=0.8V 243）阈值电压）阈值电压UTuiUT时，认为时，认为ui是高电平。是高电平。UT=1.4Vu0(V)ui(V)123UOHUOL阈值阈值UT=1.4VT5输出管由截止转为导通输出管由截止转为导通(输出高电平转为低电平输出高电平转为低电平)时所对应的输入电压时所对应的输入电压254）抗干扰能力（输入噪声容限）抗干扰能力（输入噪声容限）uO(V)ui(V)123UOHUOL(3.6V)(0.3V)UIHUILUonUoff低电平噪声容限：低电平噪声容限：UNL=Uoff-UILUNL

17、高电平噪声容限：高电平噪声容限：UNH=UIH-UonUNH用来说明用来说明门电路抗门电路抗干扰能力干扰能力26一、输入特性一、输入特性（输入端的伏安特性）（输入端的伏安特性）11CCBEILI LVvVIR 1.vI=VIL=0.3V时时负号表示输入电流流出门负号表示输入电流流出门.2.2.3 TTL与非门的输入特性、输出特性和带负载能力与非门的输入特性、输出特性和带负载能力VIL=0.3VIIL=?R13kT10.3VIILVCCbe2be5输入端等效电路输入端等效电路1150.71.43CCBEI SVvImARK vI=0V时时输入短路电流输入短路电流272.vI=VIH=3.6V时时

18、T1处于倒置放大状态处于倒置放大状态1152.10.01103CCBI HiBiVVIIRAK一般情况下，一般情况下，IIH40A正号表示输入电流流进门正号表示输入电流流进门.VIH=3.6VIIH=?R13kT13.6VIIHVCCbe2be5VB1=2.1V输入端等效电路输入端等效电路284.输入端悬空相当于接高电平输入端悬空相当于接高电平输入端悬空时，输入端悬空时，VCC通过通过R1加在加在T1集电结、集电结、T2、T5发射结上，使发射结上，使T2、T5导通，导通，输出低电平输出低电平。故相当于输入端故相当于输入端接高电平接高电平。3.输入端伏安特性曲线输入端伏安特性曲线结论：结论：当输

19、入为低电平时，当输入为低电平时，输入电流流出门，大小为输入电流流出门，大小为1.4mA；当输入为高电平时，当输入为高电平时，输入电流流进门，很小输入电流流进门，很小40A。iI/mA0.5 1.0 1.5 2.0-0.5-1.0-1.5-2.0-0.5-1.0vI /V IOL(max)时时，输出输出不再是低电平。不再是低电平。IOH及其极限及其极限 IOH(max)当当 IOH IOH(max)时时，输出输出不再是高电平。不再是高电平。关于电流的技术参数关于电流的技术参数352.扇出系数扇出系数驱动同类门的最大数目。驱动同类门的最大数目。IiH1IiH3IiH2IOH前级输出为前级输出为 高

20、电平时高电平时+5VR4R2R5T3T4T1前级前级T1T1 输出高电平时，前级流出的电流（拉电流）输出高电平时，前级流出的电流（拉电流）36+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级前级IOLIiL1IiL2IiL3前级输出为前级输出为 低电平时低电平时 输出低电平时，流入前级的电流（灌电流）输出低电平时，流入前级的电流（灌电流）37输出低电平时的扇出系数：输出低电平时的扇出系数：maxmaxOLOLiLINI一般与非门的扇出系数为一般与非门的扇出系数为10。由于由于IOL、IOH的限制，每个门电路输出端所的限制，每个门电路输出端所带同类门电路的个数，称为带同类门电路的个数，称为扇出系数

21、扇出系数。输出高电平时的扇出系数：输出高电平时的扇出系数：maxmaxOHOHiHINI取取NOH和和NOL中小的一个。中小的一个。38四、四、输入端负载特性输入端负载特性（输入端通过电阻（输入端通过电阻R接地）接地）Rui输入端输入端“1”,“0”？+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC 39R较小时较小时R较小时，较小时，uiUT 相当输入低电平，所以相当输入低电平，所以输出为高电平。输出为高电平。Rui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC )5(11beiURRRuRR33.440R增大增大Ruiui UT时，输入变高，输出变时，

22、输入变高，输出变低电平。低电平。RR33.4)V(4.1R临界临界=1.45K Rui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC 411.悬空的输入端相当于接高电平。悬空的输入端相当于接高电平。2.为了防止干扰，可将悬空的输入为了防止干扰，可将悬空的输入端接高电平。端接高电平。422.2.4 TTL与非门的动态特性与非门的动态特性一、传输延迟时间一、传输延迟时间输出电平的变化落后于输入电平的变化。输出电平的变化落后于输入电平的变化。原因：二极管、三极管的状态转换需原因：二极管、三极管的状态转换需要一定的时间。要一定的时间。vIvOtttPHLtPLHVm/2Vm/2tP

23、HL：导通传输时间：导通传输时间tPLH：截止传输时间：截止传输时间平均传输时间平均传输时间PHLPLHpd2ttt一般为一般为1020ns43二、动态尖峰电流二、动态尖峰电流静态时，电源电流较小，在静态时，电源电流较小，在10mA左右。左右。输出从低到高变化时输出从低到高变化时T5由深度饱和到截止慢，由深度饱和到截止慢，T4由截止到导通快，故有一段时由截止到导通快，故有一段时间间T5、T4同时导通，同时导通，电流很大电流很大 尖峰电流（浪涌电流）尖峰电流（浪涌电流）T4从放大到截止较快，从放大到截止较快，T5从截止到导通快，同时导通时间从截止到导通快，同时导通时间极短，尖峰电流持续时间较短极

24、短，尖峰电流持续时间较短输出从高到低变化时输出从高到低变化时尖峰电流的影响：使电源尖峰电流的影响：使电源的平均电流加大了的平均电流加大了vOiCCttICCHICCL应采取合理的接地和去耦应采取合理的接地和去耦措施。措施。442.2.5 TTL与非门的主要性能参数与非门的主要性能参数结合前述内容自学查看表结合前述内容自学查看表2-4（P58）2.2.6 其他类型的其他类型的TTL门电路门电路一、集电极开路的门电路（一、集电极开路的门电路（OC门）门）二、三态输出门电路二、三态输出门电路TTL门电路除了与非门外，还有其他逻辑功能的门电门电路除了与非门外，还有其他逻辑功能的门电路，如与门、或门、或

25、非门、与或非门、异或门、同路，如与门、或门、或非门、与或非门、异或门、同或门、集电极开路门和三态门等。或门、集电极开路门和三态门等。45一、集电极开路的门电路（一、集电极开路的门电路（OC门）门）推拉式输出结构的局限性：推拉式输出结构的局限性：不允许输出端并联使用不允许输出端并联使用电源确定后输出高电平不能变化电源确定后输出高电平不能变化驱动能力不够驱动能力不够克服上述局限性的办法：把输出级克服上述局限性的办法：把输出级改成集电极开路的三极管结构。改成集电极开路的三极管结构。称为称为集电极开路的门电路集电极开路的门电路，简称，简称OC门门若若G1门输出高电平，门输出高电平，G2门输出门输出低电

26、平，则低电平，则G1门的门的T4和和G2门的门的T5同时导通，同时导通，产生很大的电流产生很大的电流，可能，可能使门电路损坏。使门电路损坏。VCCVCCR4Y2T5R4Y1T4R3G1G2并联使用并联使用46集电极开路与非门的电路结构及符号：集电极开路与非门的电路结构及符号：工作原理：工作原理：1.单个门使用单个门使用T5ABVCCR1R2R3YT1T2使用时需外使用时需外接上拉电阻接上拉电阻RLVCCRL只要只要A、B有一个为低电平，有一个为低电平，则则T2、T5截止，截止，Y为高电平。为高电平。且且VOH VCC只有只有A、B均为高电平时，均为高电平时，则则T2、T5导通，导通，Y为低电平

27、。为低电平。ABY472.输出端并联使用输出端并联使用(线与线与)两个门共用一个上拉两个门共用一个上拉电阻电阻RLVCCYRLVCCAY1T1T2T5BVCCCY2T1T 2T 5DG1G2ABYCDRLVCC线与线与48当当G1门输出高电平门输出高电平(T5截止截止)，G2门输出低电平门输出低电平(T 5导通导通)时时LsatCECCRVVi)(只要只要RL足够大，电流即可被限制足够大，电流即可被限制在允许的范围内在允许的范围内.此时输出为低电平此时输出为低电平VCCYRLVCCY1T2T5VCCY2T2T 5G1G2i49 当当G1门、门、G2门输出均为低电门输出均为低电平时，平时，T5、

28、T5均导通均导通输出为低电平输出为低电平LsatCECCRVViii)(212121VCCYRLVCCY1T2T5VCCY2T2T5G1G2i2i1只要只要RL能满足情况能满足情况的要求的要求则肯定能满足情况则肯定能满足情况的要求的要求50当当G1门、门、G2门输出均为高电门输出均为高电平时，平时，T5、T5均截止均截止输出为高电平输出为高电平此时此时RL值不能太大值不能太大，否则输出，否则输出高电平会下降过多高电平会下降过多因为有漏电流和负载电流因为有漏电流和负载电流LCCCCOHRIVVVCCYRLVCCY1T2T5VCCY2T2T5G1G2ICCIOHIOH结论：结论：输出端并联，实现了

29、与的关系，输出端并联，实现了与的关系，称为称为线与线与Y=Y1Y2VOH51OC门的特点：门的特点：输出端可并联连接。输出端可并联连接。输出高电平近似为输出高电平近似为V CC，可改变。，可改变。有些有些OC门输出管尺寸较大，可承受较大电流和电压。如门输出管尺寸较大，可承受较大电流和电压。如SN7407 允许的负载电流达允许的负载电流达40mA。52上拉电阻的计算上拉电阻的计算假定将假定将n个个OC门的输出端并联使用，负载是门的输出端并联使用，负载是m个个TTL与非门与非门输出为高电平时，输出为高电平时，RL不能太大，否则输出高电平下降太多不能太大，否则输出高电平下降太多(min)CCOHLO

30、HIHVVRnIpI(min)OHLCCCCOHVRIVVCCIHOHIpInIIOH为输出管的漏电流为输出管的漏电流IIH为负载门的高电平输入电流为负载门的高电平输入电流VILRLVCCVILVIL.pnICCIIHIOHmp是输入端的个数，是输入端的个数，m是负载门的数目是负载门的数目53当只有一个当只有一个输出为低电平，其他输出为高电平时，输出为低电平，其他输出为高电平时，RL不能太小不能太小否则，输出低电平的门会被烧坏。否则，输出低电平的门会被烧坏。LCCILLMIImIILOLCCCCRVVICCOLLLMILVVRImI 注意：注意：与非门与非门的低电平输入电流的低电平输入电流为为

31、m IIL，而不是，而不是p IIL VIHRLVCCVILVIL.mnICCIILIL根据以上两式选择根据以上两式选择RL的值。的值。p是输入端的个数，是输入端的个数，m是负载门的数目是负载门的数目54OC门的应用：门的应用：实现逻辑函数实现逻辑函数FABABABABFFABABAB AB55OC门的应用：门的应用：实现电平转换实现电平转换FABVCC(+10V)用作驱动器用作驱动器允许的负载电流较大，可用于允许的负载电流较大，可用于驱动指示灯、继电器等。驱动指示灯、继电器等。FABVCCR56二、三态输出门电路二、三态输出门电路工作原理：工作原理：VCCR1R2AYT1T2T5BT4END

32、增加使能端增加使能端EN当当EN=0时，时，D导通，导通，VC2为低电平，为低电平，T4截止同时，截止同时，VB1为低为低电平，电平，T2、T5截止，输出端呈截止，输出端呈高阻态高阻态。输出端有三种状态：输出端有三种状态：高电平，低电平，高阻态，高电平，低电平，高阻态，故称故称三态门三态门当当EN=1时时，D截止，截止，电路与与原电路与与原TTL电路无区别，电路无区别，输出决定于输入输出决定于输入Y=AB。57功能表：功能表：EN=1正常工作正常工作EN=0输出高阻输出高阻功能表：功能表：EN=0正常工作正常工作EN=1输出高阻输出高阻ABYENEN为为1时，处于工作状态，称为控制端时，处于工

33、作状态，称为控制端高电平有效高电平有效EN为为0时，处于工作状态，称为控制端时，处于工作状态，称为控制端低电平有效低电平有效ABYEN58三态门的应用三态门的应用总线结构：总线结构：将输出端并联，将各输出信号将输出端并联，将各输出信号 分时送到公共总线上。分时送到公共总线上。EN1=1时，时，G1数据到总线；数据到总线；EN2=1时，时，G2数据到总数据到总线；线；ENi=1时，时，Gi数据数据到总线；到总线；G1G2Gn.总总 线线A1B1EN1A2B2EN2AiBiENiEN1、EN2、ENi轮流接入高电平，轮流接入高电平，将不同数据分时送至总线。将不同数据分时送至总线。59三态门的应用三

34、态门的应用G1G2NEN双向传输：双向传输：EN=0时，时，G1工作，工作，数据数据MN；EN=1时，时，G2工作，工作，数据数据NM。M602.2.7 TTL集成门电路系列简介集成门电路系列简介74系列系列74H、74S、74LS、74AS、74ALS系列系列改进改进74系列系列74H系列系列(高速，功耗大高速，功耗大)74S系列系列(速度快，功耗大速度快，功耗大)74LS系列系列(低功耗，高速度低功耗，高速度)74AS系列系列(超高速，大功耗超高速，大功耗)达林顿达林顿小电阻小电阻抗饱和抗饱和有源泻放有源泻放二极管输入二极管输入大电阻大电阻小电阻小电阻大电阻大电阻小尺寸小尺寸74ALS系列

35、系列(超高速，低功耗超高速，低功耗)54系列的系列的TTL门电路，其电路结构和电气性能参数与门电路，其电路结构和电气性能参数与74系列相同，主要区别在系列相同，主要区别在于于54系列比系列比74系列的工作温度范围更宽系列的工作温度范围更宽(74系列为系列为070，54系列为系列为-55+125)，电源允许的工作范围也更大电源允许的工作范围也更大(74系列为系列为5 V(15%)，54系列为系列为5 V(110%)。61补充：场效应管的开关特性补充：场效应管的开关特性NMOS管开关电路管开关电路VDDRDGiD+vIvO+SD当当vI=VIL时，场效应管截止，时，场效应管截止，iD0，相当于开关

36、断开，相当于开关断开，vOVDD；当当vI=VIH时，场效应管导通，时，场效应管导通，uDS0，相当于开关闭合，相当于开关闭合，vO0；当当vI VGS(th)时，场效应管工作在恒流区；时，场效应管工作在恒流区；当当vI增加到一定程度时，场效应管工作在增加到一定程度时，场效应管工作在 变阻区。变阻区。uDSiDUGS1=UGS(th)OUGS1UGS2UGS3可变可变电阻区电阻区夹断区夹断区恒流区恒流区622.3CMOS门电路门电路2.3.1 CMOS 反相器反相器工作原理工作原理设设 T2的开启电压为的开启电压为VGS(th)N，T1的开启电压的开启电压为为VGS(th)P，且，且VDD V

37、GS(th)N+|VGS(th)P|PthGSDDGSVVv)(1NthGSGSVVv)(20T1导通导通T2截止截止vO=VOH VDD一、电路结构一、电路结构T1为为PMOS管，管，T2为为NMOS管管T1T2VDDS2vOiDvIPNG1S1G21.vI=vIL=0V时时0VVDDvOR1R2小小大大632.vI=VIH=VDD时时PthGSGSVVv)(10NthGSDDGSVVv)(2T1截止截止T2导通导通vO=VOL 0V可见实现可见实现“非非”的逻辑关系的逻辑关系VDDvOR1R2大大小小T1T2VDDS2vOiDvIPNG1S1G2VDDT1、T2一个截止一个导通，具有互补性

38、，故称一个截止一个导通，具有互补性，故称CMOS电路。电路。642.3.2 CMOS与非门与非门AT1T2VDDYT3T4BT1、T2构成反相器；构成反相器；T3、T4构成反相器构成反相器 将将T1、T3并联，并联，T2、T4串联串联只要只要A、B中有一个为低电平中有一个为低电平，则，则T2、T4 有一个截止，有一个截止，T1、T3有一个导通，有一个导通，输出高电平输出高电平。只有只有A、B均为高电平均为高电平，则，则T2、T4均导通，均导通，T1、T3均截止，输出均截止，输出低低电平电平。YA B工作原理：工作原理：65T1、T2构成反相器；构成反相器；T3、T4构成反相器构成反相器 将将T

39、1、T3串联，串联，T2、T4并联并联只要只要A、B中有一个为高电平中有一个为高电平，则，则T2、T4有一个导通，有一个导通，T1、T3有一个截止，有一个截止，输出低输出低电平电平。只有只有A、B均为低电平均为低电平，则，则T2、T4均截止，均截止，T1、T3均导通，均导通，输出高电平输出高电平。BAY利用与非门、或非门和反相器又可组成与门、或门、与或非门等利用与非门、或非门和反相器又可组成与门、或门、与或非门等工作原理：工作原理：AT3VDDYT1BT2T42.3.3 CMOS或非门或非门662.3.4 CMOS三态输出的门电路三态输出的门电路当当EN=1时，时，T1、T2截止，输出为高阻态

40、；截止，输出为高阻态；当当EN=0时，时，T1、T2导通，输出导通，输出Y=A电路结构与符号电路结构与符号AVDDT1ENYT1T2T2控制端低电平有效控制端低电平有效YAEN672.3.5 CMOS传输门（也称双向模拟开关）传输门（也称双向模拟开关）In/OutOut/InCCMOS传输门逻辑符号传输门逻辑符号当当C=1时，模拟开关导通，信号可在双向输入端间通过；时，模拟开关导通，信号可在双向输入端间通过；当当C=0时，模拟开关截止，输入和输出之间断开。时，模拟开关截止，输入和输出之间断开。682.3.6 CMOS集成电路的各种系列集成电路的各种系列CC4000系列系列54/74C、54/7

41、4HC/HCT、双极性、双极性CMOS等等改进改进二、双极性二、双极性CMOS系列系列1.缩小尺寸缩小尺寸2.减小电容减小电容1.逻辑部分采用逻辑部分采用CMOS结构结构2.输出部分采用双极性三极管输出部分采用双极性三极管一、高速一、高速CMOS系列（系列（54HC/74HC系列）系列）改进措施：改进措施：改进措施：改进措施：54HC/74HC系列与系列与54LS/74LS系列速度相当，使用系列速度相当，使用+5V电源电源兼有功耗低，输出电阻小的优点兼有功耗低，输出电阻小的优点2.3.7 低电压低电压CMOS系列系列（自学）（自学）69CMOS电路的优点：电路的优点：1.静态功耗小，每个门的功

42、耗低至静态功耗小，每个门的功耗低至 1W，仅为仅为 TTL 的的 1/1000。2.允许电源电压范围宽。允许电源电压范围宽。VDD相对的范围达相对的范围达 318V。3.扇出系数大（扇出系数大（N 50），驱动能力强。），驱动能力强。4.抗干扰能力强：抗干扰能力强：CMOS电路的噪声容限为电路的噪声容限为 40%UDD。5.集成度高，工作频率范围宽。集成度高，工作频率范围宽。6.温度稳定性好，温度稳定性好，可达可达-40+85 ，接近于，接近于 TTL 中中 54 军品系列。军品系列。1.焊接时，电烙铁外壳应接地。焊接时，电烙铁外壳应接地。2.器件插入或拔出插座时，所有电压均需除去。器件插入或

43、拔出插座时，所有电压均需除去。3.不用的输入端应根据逻辑要求或接电源不用的输入端应根据逻辑要求或接电源 UDD(与非门与非门)，或接地，或接地(或非门或非门)，或与其它输入端连接。或与其它输入端连接。4.注意与注意与 TTL 电路连接时的匹配问题。电路连接时的匹配问题。CMOS电路使用注意事项电路使用注意事项702.4TTL电路与电路与CMOS门电路的接口门电路的接口不同类型的集成电路因其输入、输出电平、负载能力等参数不同类型的集成电路因其输入、输出电平、负载能力等参数不同，互相连接时需要合适的接口电路。不同，互相连接时需要合适的接口电路。驱动门驱动门负载门负载门驱动门必须能为负载门提供合乎标

44、准驱动门必须能为负载门提供合乎标准的高、低电平和足够的驱动电流。的高、低电平和足够的驱动电流。71722.4.1 TTL电路驱动电路驱动CMOS电路电路CMOS电路的电源电压为电路的电源电压为5V时，在时，在TTL输出端接一上拉电阻输出端接一上拉电阻即可。即可。CMOS电路和电路和TTL电路的电源电压不同时，需使用电路的电源电压不同时，需使用TTL的的OC门，并在门，并在TTL输出端接一上拉电阻。输出端接一上拉电阻。示意电路图参考教材示意电路图参考教材P70。732.4.2 CMOS 电路驱动电路驱动TTL电路电路CMOS电路和电路和TTL电路的电源电压不同时，需采用电路的电源电压不同时，需采

45、用CMOS缓缓冲器冲器/转换器做接口电路进行电平转换。转换器做接口电路进行电平转换。还需要考虑驱动电流的问题。还需要考虑驱动电流的问题。2.4.3 逻辑门多余输入端的处理逻辑门多余输入端的处理以不影响逻辑功能又能保证电路稳定可靠工作为原则。以不影响逻辑功能又能保证电路稳定可靠工作为原则。一般不允许悬空。一般不允许悬空。根据具体逻辑门将多余端接电源、接地或与有用根据具体逻辑门将多余端接电源、接地或与有用输入端并接。输入端并接。如对与门、与非门中的输入端，可将多余端通过电阻接如对与门、与非门中的输入端，可将多余端通过电阻接电源，或与有用输入端并接。电源，或与有用输入端并接。因为：因为：A1=A AA=A74本章小结本章小结基本要求：基本要求：1.理解二极管构成的与、或门工作原理解二极管构成的与、或门工作原理；理；2.理解三极管构成的非门工作原理；理解三极管构成的非门工作原理；3.了解了解TTL与非门的工作原理；与非门的工作原理；4.掌握掌握TTL的外特性；的外特性；5.掌握掌握扇出系数扇出系数的计算方法的计算方法6.掌握掌握OC门上拉电阻门上拉电阻的计算方法；的计算方法；7.了解了解CMOS的外特性。的外特性。