集成逻辑门实用课件.ppt

1、第三章第三章 集成逻辑门集成逻辑门门门是用来控制开和关的工具是用来控制开和关的工具。门电路门电路按一定的条件去控制信号的通过或不通过的电路。按一定的条件去控制信号的通过或不通过的电路。逻辑门电路逻辑门电路用来实现（基本）逻辑关系的门电路用来实现（基本）逻辑关系的门电路。基本逻辑门电路基本逻辑门电路与、或、非门。与、或、非门。稳态特性稳态特性瞬态特性瞬态特性第一节第一节 晶体二、三极管的开关特性及参数晶体二、三极管的开关特性及参数一、二极管的开关特性及参数一、二极管的开关特性及参数 1 1、二极管的开关特性、二极管的开关特性（1 1）稳态特性）稳态特性 理想开关的特性：理想开关的特性：（快、略讲

2、）（快、略讲）当开关当开关K K打开时，打开时，I=0,RI=0,Rk k=当开关当开关K K闭合时，闭合时，V Vk k=0=0，R Rk k=0=0 开闭动作瞬间完成。开闭动作瞬间完成。不受环境、温度等影响。不受环境、温度等影响。二极管的稳态特性：二极管的稳态特性：二极管的基本特性：二极管的基本特性：单向导电性单向导电性!ERK1 1）正向特性）正向特性正向导通正向导通（相当于开关接通）（相当于开关接通）时，有一定正向压降，时，有一定正向压降，即：即：VD(Si)0.7v0.7v VD(Ge)0.3v0.3v2 2）反向特性）反向特性 反向截止反向截止（相当于开关断开）（相当于开关断开）时

3、，存在反向饱和电流：时，存在反向饱和电流：在常温下：在常温下：I IS S(Si)-(Si)-为为nAnA级级 I IS S(Ge)-(Ge)-为为AA级级-D+R R0V0VK+R R0V0VVD+R R0V0V-D+R R0V0V-（2 2）瞬态特性（动态特性）瞬态特性（动态特性）约约 定：定：导通导通 截止截止 放大放大 二极管二极管D D（diode)diode)D D D D-三极管三极管T T(transistor)(transistor)T T+T T-T T 二极管的瞬态开关特性：二极管的瞬态开关特性：由由D D D D那一瞬间所呈现的特性叫那一瞬间所呈现的特性叫 瞬态开关特性

4、。瞬态开关特性。P型型N型型结合结合烧结烧结扩散扩散扩散扩散产生产生I I扩扩内电场内电场漂移漂移 又产生又产生 I漂正正负负相相等等当当形成形成本本征征纯纯净净半半导导体体进行进行建立建立掺入五价的磷或砷掺入五价的磷或砷掺入三价硼或铟掺入三价硼或铟回忆：回忆：PNPN结的形成：结的形成：（快、略讲）（快、略讲）PNPN结的形成：结的形成：（快、略讲）（快、略讲）N 空间电荷区 耗尽层+-+-+P内电场内电场Vho 二极管的电容效应（充放电作用）二极管的电容效应（充放电作用）二极管内存在电容结构：二极管内存在电容结构：一般电容有介质和极板一般电容有介质和极板:介质：介质：PNPN结内缺少导电载

5、流子，留下不能移动的正负离子电荷，结内缺少导电载流子，留下不能移动的正负离子电荷，导电率很低，就相当于介质。导电率很低，就相当于介质。极板：极板：PNPN结两侧的结两侧的P P区和区和N N区导电率相对较高，因而相当于极板。区导电率相对较高，因而相当于极板。结电容效应：结电容效应：当当PNPN结外加正向电压时，外电场与内电场方向不一结外加正向电压时，外电场与内电场方向不一 致，使多子向交界面运动，致，使多子向交界面运动，PNPN结变窄（正负离子电结变窄（正负离子电 荷减少），这相当于结电容充电荷减少），这相当于结电容充电（清华教材称为放（清华教材称为放 电）电）。当。当PNPN结外加负向电压时

6、，在外电场的作用结外加负向电压时，在外电场的作用 下，使多子背离交界面运动，下，使多子背离交界面运动，PNPN结变宽（正负离子结变宽（正负离子 电荷增加），这相当于结电容放电电荷增加），这相当于结电容放电（清华教材称为（清华教材称为 充电）充电）。扩散电容效应扩散电容效应：当当PNPN结加正向电压时，结加正向电压时，P P区中空穴克服内电场阻力扩散到区中空穴克服内电场阻力扩散到N N区以后，并不立即与区以后，并不立即与N N区的电子复合而消失，而是在一定的区的电子复合而消失，而是在一定的路程路程LpLp内（内（LpLp通常称为扩散长度）一方面继续扩散，一方面通常称为扩散长度）一方面继续扩散，一

7、方面与电子复合而消失，由于复合，空穴浓度呈指数律下降，这与电子复合而消失，由于复合，空穴浓度呈指数律下降，这样就在样就在PNPN结的扩散区内存储了一定数量的空穴，并建立起一结的扩散区内存储了一定数量的空穴，并建立起一定的空穴浓度梯度。定的空穴浓度梯度。同理同理：电子扩散到：电子扩散到P P区以后也要形成存储电荷，也要建立起一区以后也要形成存储电荷，也要建立起一 个浓度梯度，这样就相当于在两个极板上充了电荷。个浓度梯度，这样就相当于在两个极板上充了电荷。在工程上取：i o=2.条件：VBVE(即VBE0)二极管的瞬态开关特性：T+T-状态所呈现的特性瞬态开关特性。判断T+:iBIBS0 0TTL

8、与非门工作于关态时：见P68图329（b)TTL与非门工作于关态时：见P68图329（b)同时，在逻辑上又具有灵活性，所以ECL门成为高速逻辑门电路中的主要类型。二极管内存在电容结构：TTL工作在开态（饱和态）扇出系数NO：（自己看书P68)平均延迟时间 （自己看书P68)在栅源之间加正电压VGS,只需改变VGS的大小，就能实现52倒数18行及P51图314VRmax（最大反向工作电压）tontd+tr1 1）反向恢复时间）反向恢复时间 t trere （“D”D”的重要开关参数）的重要开关参数）基本含义：见基本含义：见P.52P.52倒数倒数1818行及行及P51P51图图314314 反向

9、恢复时间要经历两个过程：反向恢复时间要经历两个过程：扩散电容放电（存储电荷消散）过程所需时间扩散电容放电（存储电荷消散）过程所需时间 t ts s 结结 电容放电电容放电 （PNPN结变宽）结变宽）过程所需时间过程所需时间 t tf f 则：则：T Trere=t=ts s+t+tf f2 2）正向恢复时间）正向恢复时间t tr r正向恢复时间：正向恢复时间：t tr r很短很短 PNPN结很快变窄结很快变窄+-V VI I=-Vr=-Vr-+-Vr-VrRV VI I=V=Vf f+-+-Vr-VrRiDi iD D=V VI I-V-VD DR R=V Vf f(V(Vr)r)R R2 2

10、、二极管的开关参数、二极管的开关参数 极限参数极限参数：I Ifmaxfmax（最大正向工作电流）（最大正向工作电流）V VRmaxRmax（最大反向工作电压）（最大反向工作电压）反向恢复时间：反向恢复时间：t trere5ns5ns 零偏压电容：零偏压电容：C C结结C C扩扩5PF5PF3 3、二极管在开关电路中的应用、二极管在开关电路中的应用限幅器限幅器（自学）（自学）自学时注意：自学时注意：a a、研究目的是分析、研究目的是分析V VI I与与V VO O的关系，二极的关系，二极 管在电路中的状态、作用。管在电路中的状态、作用。b b、当、当V ViMiM V VD D时，时，D D可

11、理想化，即可理想化，即V VD D0V0V 当当r rD(D(正）正）R R r rD(D(反）反）时，时，22箝位器箝位器 （只讲概念）（只讲概念）箝位箝位:保持输入信号的基本形状不变，将其波形的保持输入信号的基本形状不变，将其波形的 底部或顶部底部或顶部固定在某一选定的电平上叫固定在某一选定的电平上叫。箝位器：完成箝位作用的电路叫箝位器：完成箝位作用的电路叫。箝位器的电路结构：箝位器的电路结构：-VID DC CR R+VO耦合电路耦合电路箝位二极管箝位二极管二、三极管的开关特性及参数二、三极管的开关特性及参数 1 1、三极管的开关特性三极管的开关特性（1）稳态特性稳态特性 稳态特性：稳态

12、特性：开关电路中晶体管稳定工作在截止状态和开关电路中晶体管稳定工作在截止状态和 饱和状态所呈现的特性。饱和状态所呈现的特性。V VCCCC R RC CV VO OV VI IR Rb bV VCCCCV VO OR Rb be ec c特点：特点：i i B B（再），（再），i i C C 增加很小，增加很小，i i C C 由由R RC C、V VCCCC决定决定 V VCESCES很小，一般很小，一般V VCESCES(Si)0.3V V(Si)0.3V VCESCES(Ge)(Ge)0.1V 0.1V V VBESBES(Si)0.7V (Si)0.7V V VBESBES(Ge)(

13、Ge)0.3V0.3V 1)1)截止状态（相当于开关断开）截止状态（相当于开关断开）条件：条件：V VB BVVE E(即即V VBEBE0)0)V VB B VVVE E V VB BVVC C b be e结结b bc c结结均反偏b be e结结b bc c结结均正偏-VBBRCNNPRbbceVCCVI I+-+-i iB B I IBSBS CSi=b bCRCESVCCVb b)(临临(I(IBS BS 为临界饱和时的基极驱动电流）为临界饱和时的基极驱动电流）3 3）临界饱和点：）临界饱和点：条件：条件：V VBEBE=V=VCECE=0.7V =0.7V b be e结正偏结正偏

14、 b bc c结零偏结零偏 特点：特点：4)4)饱和深度饱和深度（饱和系数）：5)5)开关电路中的晶体管工作状态的判断开关电路中的晶体管工作状态的判断 判断判断T T-:V:VBEBE0.5V I IBSBS CCESCCcsBSBRVViIi=bb)(临BSBIiS=-VBBRCNNPRbbceVCCVI I+-+-这四个时间之间的关系：这四个时间之间的关系：t toffoffttonon 而而 t ts sttf f T T+T T-状态所呈现的特性状态所呈现的特性 扩扩 散散 电容放电（电荷消散）过程电容放电（电荷消散）过程 所经历的时间所经历的时间tsts(存储时间存储时间)结（发射结

15、）电容放电（结（发射结）电容放电（PNPN结变宽）过程结变宽）过程 所经历的时间所经历的时间t tf f(下降时间下降时间)t toffoff=t=ts s+t+tf f 将将t toffoff称为断开时间称为断开时间（2 2）瞬态特性）瞬态特性瞬态特性瞬态特性:晶体管由晶体管由T T T T+时，转换一瞬间所呈现的特时，转换一瞬间所呈现的特 性叫性叫瞬态特性（又叫动态特性）。瞬态特性（又叫动态特性）。T T-T T+状态所呈现的特性状态所呈现的特性 结（发射结）电容充电（结（发射结）电容充电（PNPN结变窄）过程结变窄）过程 所经历的时间所经历的时间t td d(延迟时间延迟时间)扩扩 散散

16、 电容充电（电荷积累）过程电容充电（电荷积累）过程 所经历的时间所经历的时间t tr r(上升时间上升时间)t tonon=t=td d+t+tr r 将将t tonon称为接通时间称为接通时间请特别注意极限参数!(3)E/E MOS反相器(增强/耗尽)请见P87图3 4 8第一节 晶体二、三极管的开关特性及参数例一、分析P97图3515所示电路。ab段：VI0.平均延迟时间 （自己看书P68)VO=VOH极型数字集成电路中的一朵瑰丽的新花。电压传输特性：（请见P64页）TTL与非门工作于开态时：见P68图329（a)1)截止状态（相当于开关断开）性叫瞬态特性（又叫动态特性）。3V VCES(

17、Ge)0.请特别注意极限参数!（3）带缓冲级的与非门 （P97 图3514）它的电路构成和差分放大器外形相似，但工作在开关状态，即截止与放大两种工作状态。在工程上取：i o=2.输入端开路时，流过这个导通 截止 放大(Ri G Ri K)2 2、晶体三极管的开关参数、晶体三极管的开关参数 请特别注意极限参数请特别注意极限参数!(集电极最大允许电流集电极最大允许电流I ICM CM,反向击穿电压）反向击穿电压）饱和压降：饱和压降：V VBESBES,V,VCESCES接通时间和断开时间：接通时间和断开时间：t tonont td d+t+tr rt toffoff=t=ts s+t+tf f3

18、3、三极管在开关电路中的应用举例、三极管在开关电路中的应用举例 晶体三极管反相器（非门电路）：晶体三极管反相器（非门电路）：反相器反相器将控制信号脉冲的极性变反的电路。将控制信号脉冲的极性变反的电路。（2 2）功能：）功能：完成完成V V0 0与与V VI I的反相。的反相。（3 3）工作原理：）工作原理：当当V VI I=V=VILIL并满足并满足V VBEBE0V0V时，时，T T-V V0 0=V=VOHOHVccVcc 当当V VI I=V=VIHIH并满足并满足 i B BI IBSBS时，时，T T+V V0 0=V=VOLOL0V0V（4 4）电路工作条件：）电路工作条件：1 1

19、）T T条件条件 2 2）T T+条件条件（5 5）输出波形的改善）输出波形的改善:（1 1）反相器的电路结构）反相器的电路结构R R2 2-V-VBBBBV VI IR R1 1RC CV VCCCCV V0 0i1 1i2 2iB Bi iB B I IBSBS CSi=b bCRCESVCCVb b)(临临（5 5）波形的改善）波形的改善:C0V VI IR R1 1RCV VCCCCV V0 0+-问题的提出：问题的提出：为什么要改善？为什么要改善？a a、存在、存在接通时间和断开时间接通时间和断开时间：t tonont td d+t+tr r t toffoff=t=ts s+t+t

20、f fb b、还存在、还存在容性负载和容性负载和 分布电容分布电容的影响。的影响。EqD Dq q(V(VCCCCEEq q)V VCCCC=12V,E=12V,Eq q=3V=3VC CJ Ji1R R2 2-V-VBBBBi2改善措施：改善措施：a a、加、加“加速加速”电电容容b b、加、加“箝位箝位”电路电路加加EqEq、DqDq改善输出波形改善输出波形 (V(VCCCCEq)Eq)V V0(0(V)V)12123 30t t 反向器的工作波形反向器的工作波形 （先对学生提问）（先对学生提问）t tt tt tV VI IV V0 0V V0 0000V VH HV VL L 第二节

21、TTL集成逻辑门R1R2R3T3T4T2T1ABCV VCCCCY 集成逻辑电路门集成逻辑电路门 把二、三极管和其它一些元件及电路连线做在一块半导体基片上，具有某种逻辑功能，就构成了集成逻辑电路门。集成逻辑电路门。*1948 1948年发明了晶体管；年发明了晶体管；19581958年在一块硅片上做成了一个相移振荡电路年在一块硅片上做成了一个相移振荡电路 1967 1967年就诞生了单片集成度在年就诞生了单片集成度在10001000个晶体管以上的个晶体管以上的 集成电路。集成电路。1.1.集成门电路的类型集成门电路的类型 按按集成度集成度可可分为小规模、中规模、大规模和分为小规模、中规模、大规模

22、和 超大规模。超大规模。2.2.集成门电路的制作特点集成门电路的制作特点 a.a.二极管的制作二极管的制作（感兴趣的，请自己找参考书看）（感兴趣的，请自己找参考书看）b.b.电阻的制作电阻的制作 c.c.电容的制作电容的制作在一块半导体芯片上制作门电路或元器件数量的大小。在一块半导体芯片上制作门电路或元器件数量的大小。TTL TTL门电路门电路TTL Transistor Transistor LogicTTL Transistor Transistor Logic国产国产TTLTTL集成门电路与国际上相当系列对照表集成门电路与国际上相当系列对照表（以前（以前5454类为军用，类为军用，747

23、4类为民用）类为民用）SN54/74SN54H/74HSN54S/74SSN54LS/74LS相当的国际系列相当的国际系列T1000T2000T3000T4000国内沿用系列国内沿用系列CT54/74(标准通用系列标准通用系列)CT54H/74H(高速系列高速系列)CT54S/74S(肖特基肖特基)CT54LS/74LS(低功耗肖特基低功耗肖特基)集成电路系列国产集成电路系列国产TTLTTL肖特基肖特基 SchottkySchottky各级的作用：各级的作用：输入级输入级：实现各输入信号相与：实现各输入信号相与.中间级中间级：给：给T T3 3、T T4 4提供驱动信号提供驱动信号.输出级输出

24、级：提高工作速度，增强带：提高工作速度，增强带 负载能力负载能力.1.TTL1.TTL与非门的典型电路与非门的典型电路电路结构电路结构D D1 1 D D4 4的作用的作用?输入级输入级中间级中间级输出级输出级R1R R2 2R4T3T4T2T1ABCVCC(+5V)V V0 0D4D3D1R3V VI I1301.6K4K1K二极管与门电路原理：二极管与门电路原理：(请看黑板请看黑板)基本工作原理基本工作原理a.TTLa.TTL工作在关态（截止态）工作在关态（截止态）当当V VI I=V=VILIL=0.3V=0.3V（一个或一个以上入端为低电位）时（一个或一个以上入端为低电位）时T T1

25、1+(深深)(V)(VB1B1 1V)T 1V)T2 2-T T3 3+D D4 4+T T4 4-Vo=VoH=VCC-VR2-VBE3-VD4 =5v-0.7v-0.7v =3.6v 即TTL工作在关态（截止态）箝在箝在*(请看黑板请看黑板)b.TTLb.TTL工作在开态（饱和态）工作在开态（饱和态）当当V VI I=V=VIHIH=3.6V=3.6V（即入端全为高电位）时（即入端全为高电位）时T T1 1 (倒置倒置)T)T2 2+(V(VB3B3=1V)T=1V)T3 3-D D4 4-T T4 4+V V0 0=V=VOL OL=V=VCES4 CES4=0.3v=0.3v 即即TT

26、LTTL工作在开态（饱和态）工作在开态（饱和态）r rr r倒置工作状态：倒置工作状态：条件：条件：V VB BVVVC C be be结反偏结反偏 bcbc结正偏结正偏特点：特点：0.010.010.02 0.02 反向电流放大系数很小反向电流放大系数很小 iE E iB B0 0(iC CiB B)基极电流全部流向集电极！基极电流全部流向集电极！带负载能力和工作速度的分析带负载能力和工作速度的分析 a.a.带负载能力带负载能力（分（分TTLTTL工作于开态和关态两种情况讨论）工作于开态和关态两种情况讨论）b.b.工作速度：工作速度：当当V VI I 时时,T,T2 2-（很快）（很快）T

27、T3 3+（加快）（加快）T T4 4-（加快）（加快）同的数据或控制信号。按集成度可分为小规模、中规模、大规模和 超大规模。二极管的瞬态开关特性：Ri=1012饱和状态所呈现的特性。0 0分布电容的影响。第一节 晶体二、三极管的开关特性及参数(Ri G Ri K)2)饱和状态（相当于开关闭合）解：当EN=0时,为工作态，Y=A平均延迟时间 （自己看书P68)同的数据或控制信号。电流的形成：在漏源之间2、二极管的开关参数饱和压降：VBES,VCES输入级：实现各输入信号相与.(Ri G Ri K)TTL工作在关态（截止态）反向器的工作波形 （先对学生提问）（4）电路工作条件：1）T条件 2）T

28、+条件 外部特性外部特性 a.电压传输特性电压传输特性：（请见请见P64P64页）页）指指V VO O随随V VI I变化的特性变化的特性。abab段：段：V VI I0.6v0.6v TTL TTL工作在截止区工作在截止区 V VO O=V=VOHOH bc bc段：段：0.6vV0.6vVI I1.3v1.3v TTL TTL工作在线性区工作在线性区 cdcd段：段：V VI I1.3v1.3v TTL TTL工作在转折区工作在转折区 dede段：段：V VI I (继续）继续）TTLTTL工作在饱和区工作在饱和区 几个主要特性参数：几个主要特性参数：输出高电平、输出低电平、关门电平、输出

29、高电平、输出低电平、关门电平、开门电平、阈值电压（门槛电压）、开门电平、阈值电压（门槛电压）、噪声容限噪声容限1.4V1.8V0.8VVoff0123cde0.3V3.6V2.7V1 12 23 3abV VO OV V I I关门电平关门电平V Voffoff:在保证输出不低于在保证输出不低于2.7V2.7V的条件下的条件下,允允 许的最大输入低电平值许的最大输入低电平值 V Voffoff0.8V0.8V。开门电平开门电平Von:Von:在保证输出不高于额定低电平在保证输出不高于额定低电平0.35V0.35V 的条件下的条件下,允许的最小输入高电平值允许的最小输入高电平值 V Vonon1

30、.8V1.8V。阈值电压（门槛电压）阈值电压（门槛电压）:V VT T=1.4V=1.4V输入信号噪声容限：输入信号噪声容限：定量地说明门电路的抗干扰能力。定量地说明门电路的抗干扰能力。输入低电平噪声容限：输入低电平噪声容限：V VNLNL=V=Voffoff-V VILIL=0.8V-0.3V0.8V-0.3V输入高电平噪声容限：输入高电平噪声容限：V VNHNH=V=VIHIH-V Vonon=3.6V-1.8V3.6V-1.8V N N noise noise（噪声噪声）1.4V1.8V0.8VVoff0123cde0.35V3.6V2.7V1 12 23 3abV V O OV V I

31、 I11RVVViIBEccI=b.b.输入特性输入特性输入特性曲线：输入特性曲线：指指i i I I和和V VI I之间的关系曲线之间的关系曲线ABAB段：段：V VI I1.3v1.3vBCBC段：段：1.3vV1.3vVI I1.6v1.6v&R Ri ii iI Iv vI Iv vI I(V)(V)i iI I(mA)(mA)012iIS12ABC可求得可求得:R Ri i3.2k3.2k开门电阻开门电阻输入负载特性输入负载特性要求要求TTLTTL工作于关态：工作于关态：V VO O=V VOHOH V VI I=iIRi=Ri i 0.8V 稳定稳定V VCCCC-V-VBE1BE

32、1R Ri+R1可求得：可求得：R Ri0.91k0.91k关门电阻关门电阻 请深刻理请深刻理解并牢记解并牢记要求要求TTLTTL工作于开态：工作于开态：V VO O=V=VOLOL V VI I=iI IR Ri1.8V Ri1.8V/iI稳定稳定(iI=iB1-iB2)c.c.输出特性输出特性 输出等效电路输出等效电路 TTLTTL与非门工作于开态时等效电路与非门工作于开态时等效电路:&V VIHIHV VO O=V=VOLOL=0.3V=0.3VR RO O=r=rCESCES=10=102020i io o0.3v TTLTTL与非门工作于关态时等效电路与非门工作于关态时等效电路:R

33、RO O 100 1003.6vV VO O=V=VOHOH&V VILILV VO O=V=VOHOH输出特性曲线：输出特性曲线：指指VoVo和和i i o o的关系曲线。的关系曲线。TTLTTL与非门工作于开态时：与非门工作于开态时：见见P68P68图图329329（a)a)TTLTTL与非门工作于关态时：与非门工作于关态时：见见P68P68图图329329（b)b)在工程上取：在工程上取：i i o o=2.5mA=2.5mA动态动态(瞬态瞬态)尖峰电流尖峰电流:请见请见P P6969图图32113211，并理解。并理解。R1R2R4T3T4T2T1ABCVCC(+5V)V0D4D3D1

34、R3VI1301.6K4K1KTTLTTL工作在开态时工作在开态时:P PL L=电源供给电流电源供给电流电源电压电源电压TTLTTL工作在关态态时工作在关态态时:P PH H=电源供给电流电源供给电流电源电压电源电压输入由高向低转换一瞬间输入由高向低转换一瞬间P PH H=电源供给电流电源供给电流电源电压电源电压d.d.平均延迟时间平均延迟时间 （自己看书（自己看书P68)P68)e.e.电源特性电源特性:平均功耗平均功耗空载截止功耗空载截止功耗空载导通功耗空载导通功耗()HLPPP+=21 TTL TTL与非门参数与非门参数V Voffoff、V Vonon、V VOHOH、V VOLOL

35、、V VT T、P PL L、P PH H(R(Ri i G G R Ri i K K)输入短路电流输入短路电流I IISIS:指任一输入端接地而其余指任一输入端接地而其余 输入端开路时，流过这个输入端开路时，流过这个 输入端的电流。输入端的电流。请思考？&1 1V=VV=VL L时时O1I IO1V=VV=VH H时时O1I IO1=I=IISIS()()=I=IIHIH()请注意提示：请注意提示：V=VV=VL L时时,O1V=VV=VH H时时,O1（灌）（灌）I IO1（拉（拉）I IO13 39 9V VO1O1扇出系数扇出系数NONO：（自己看书（自己看书P68)P68)输入漏电流

36、输入漏电流I IIHIH:任一输入端接高电平时任一输入端接高电平时 流入该输入端的电流。流入该输入端的电流。多余输入端的处理多余输入端的处理:2 2、TTLTTL或非门或非门 (见见P71)P71)3 3、TTLTTL异或门异或门 (见见P72)P72)4 4、集电极开路门（、集电极开路门（OCOC门）门）(见见P72)P72)OC Open CircuitOC Open Circuit 线与线与直接把两个或更多逻辑门的输出端相联，直接把两个或更多逻辑门的输出端相联，实现其输出实现其输出“相与相与”的功能，叫的功能，叫线与线与。1 11 1ABF请想一想请想一想,我们刚刚我们刚刚讨论的讨论的T

37、TLTTL与非门可与非门可否用来实现线与否用来实现线与?10010010103.6V3.6V0.3V0.3VI=?I=?&F&普通普通TTLTTL门门1 12 2V VO1O1=V=VOHOHV VO2O2=V=VOLOL例如例如:30mA30mA将多于输入端与有用输入端并接。将多于输入端与有用输入端并接。集电极开路门电路和符号集电极开路门电路和符号:电路电路:+5V+5VP P符号符号:见见P73P73图图32173217（b)b)RL（外接电阻）（外接电阻）外接电阻取值范围的计算，请外接电阻取值范围的计算，请看参考书！看参考书！(+5V)(+5V)P PV VCCCCRL（外接电阻）（外接

38、电阻）(+5V)(+5V)P PV VCCCC5 5、三态输出门、三态输出门电路结构电路结构EN11 工作原理工作原理:高阻态高阻态0111Yx x1 11 00 10 0A B01ENEN开态开态工作态工作态EN EN 为控制端为控制端.VCCT3T4T2T1ABYR3VIR0关态关态 符号符号：请见请见P74P74图图32193219 用途用途：实现用同一根导线轮流传送多个不实现用同一根导线轮流传送多个不 同的数据或控制信号。同的数据或控制信号。6 6、其它系列、其它系列TTLTTL门电路门电路 CT54H/74H(T2000)系列系列 CT54 CT54S S/74/74S S(T300

39、0)(T3000)系列系列(请见请见P76P76图图3223)3223)STTLSTTL门电路的特点：门电路的特点：速度高（速度高（t tPdPd6ns,6ns,甚至可到甚至可到24ns)24ns)、功、功 耗低、内部噪声低、可靠性高，被称为双耗低、内部噪声低、可靠性高，被称为双 极型数字集成电路中的一朵瑰丽的新花。极型数字集成电路中的一朵瑰丽的新花。CT54LS/74LS(T4000)系列系列总总线线或或母母线线A1B11ENA2B22ENA3B33EN&条件：VBE=VCE=0.1、半导体的表面场效应现象同理：电子扩散到P区以后也要形成存储电荷，也要建立起一输出高电平、输出低电平、关门电平

40、、平均延迟时间 （自己看书P68)在栅源之间加正电压VGS,只需改变VGS的大小，就能实现VB VCCT54S/74S(肖特基)门电路按一定的条件去控制信号的通过或不通过的电路。二极管内存在电容结构：输出特性曲线：指Vo和i o的关系曲线。（2）E/E MOS 与门、或门 （P87 图347 （a）（b）它的电路构成和差分放大器外形相似，但工作在开关状态，即截止与放大两种工作状态。CMOS 反相器条件：VBVE(即VBE0)门是用来控制开和关的工具。3V VCES(Ge)0.TTL工作在关态（截止态）第三节 发射极耦合逻辑（ECL）门(请看书P78倒数第1行P79第5行)ECL(Emitter

41、 Coupled Logic)ECL(Emitter Coupled Logic)是是双极型双极型逻辑门的一种非饱和型的门电逻辑门的一种非饱和型的门电路，它充分体现了非饱和型电路的优点，那就是传输延迟很小。同时，在路，它充分体现了非饱和型电路的优点，那就是传输延迟很小。同时，在逻辑上又具有灵活性，所以逻辑上又具有灵活性，所以ECLECL门成为高速逻辑门电路中的主要类型。门成为高速逻辑门电路中的主要类型。ECLECL门又叫做电流开关逻辑（门又叫做电流开关逻辑（Current Switching Logic CSL)Current Switching Logic CSL)门。它的门。它的电路构成和

42、差分放大器外形相似，但工作在开关状态，即截止与放大两种电路构成和差分放大器外形相似，但工作在开关状态，即截止与放大两种工作状态。工作状态。双极型的含义？双极型的含义？什么叫单极性？什么叫单极性？第四节第四节 MOSMOS逻辑门逻辑门一、一、MOSMOS晶体管晶体管 1 1、半导体的表面场效应现象、半导体的表面场效应现象P P型半导体型半导体 N N型薄层型薄层金属板金属板耗尽层耗尽层浅表面浅表面深表面深表面E E+-多子：多子：少子：少子：温度、压力、光照、电场、磁场、以及宇宙射线等都会温度、压力、光照、电场、磁场、以及宇宙射线等都会改变半导体材料的性质。改变半导体材料的性质。2 2、MOSM

43、OS管的构成管的构成一般总是把衬底和源极一般总是把衬底和源极连在一起使用。连在一起使用。源、漏极具有对称性，源、漏极具有对称性，可以调换使用。可以调换使用。P-SiP-SiS SG GD D高浓度高浓度N N区区NN（源极）（源极）（漏极）（漏极）（栅极）（栅极）S Si iO O2 2绝缘层绝缘层3 3、特性、特性2)2)导电能力的控制：导电能力的控制：电流的形成：电流的形成：在漏在漏源之间源之间 加正电压或负电压，一个加正电压或负电压，一个N N区区 为电子的供应站，另一个为电子的供应站，另一个N N区区 为电子的收购站，于是就为电子的收购站，于是就形成了电流。形成了电流。导电能力的控制：

44、导电能力的控制：在栅源之间加正电压在栅源之间加正电压V VGSGS,只需改变只需改变V VGSGS的大小，就能实现的大小，就能实现 导电能力的控制。导电能力的控制。NN（1 1）基本工作原理基本工作原理 1)1)导电沟道的形成：导电沟道的形成：在栅极和衬底（源极）之间加在栅极和衬底（源极）之间加 一个正电压，就产生表面场效一个正电压，就产生表面场效 应现象，从而应现象，从而形成导电沟道。形成导电沟道。P-SiP-SiS SG GD D高浓度高浓度N N区区NN（源极）（源极）（漏极）（漏极）（栅极）（栅极）S Si iO O2 2绝缘层绝缘层（2 2）输入特性（又叫转移特性）输入特性（又叫转移

45、特性）阈值电压（开启电压）：阈值电压（开启电压）：V VTNTN=（3636）V VIDGSDV VGSGS0VTI ID（3 3）、输入电阻和输入电容（）、输入电阻和输入电容（RiRi和和CiCi）1）、R Ri i：Ri=1012 输入阻抗极高，这是MOS晶体管的最大特点。这是为什么这是为什么?因此，栅极泄漏电流很小，静态负载能力很强！2 2）、C Ci i：C Ci i 指栅极对衬底和源极之间存在的电容。指栅极对衬底和源极之间存在的电容。其典型值：其典型值：Ci=(2Ci=(25)PF5)PF 因为在栅极和衬底之间有因为在栅极和衬底之间有s si io o2 2绝缘层！绝缘层！（4 4）

46、MOSMOS管的分类及符号管的分类及符号 1)1)分类分类 P P沟道沟道N N沟道沟道按工艺分按工艺分 按工艺分按工艺分增强型增强型耗尽型耗尽型按半导体材料分按半导体材料分增强型增强型耗尽型耗尽型2 2）符号）符号GSDGSDGSDN N增强型增强型GSDN N耗尽型耗尽型P P增强型增强型P P耗尽型耗尽型GSDGSDN N通用通用P P通用通用GSDN N和和P P通用通用BBBB二、二、MOSMOS反相器反相器 MOSMOS反相器是反相器是MOSMOS门电路中最基本的单元。门电路中最基本的单元。1 1、MOSMOS反相器的分类反相器的分类 E EnhancementE Enhancem

47、ent D Depletion D Depletion C Complementary C ComplementaryE/E MOSE/E MOS反相器反相器按负载分按负载分电阻负载电阻负载MOSMOS反相器反相器有源负载有源负载MOSMOS反相器反相器E/D MOSE/D MOS反相器反相器 CMOS CMOS 反相器反相器（1 1）电阻负载）电阻负载MOSMOS反相器反相器V VI IR RL LV VDDDDV VDDDDi i充充 i i放放V VO OV VI IV VDDDDR RL L(2)E/E MOS(2)E/E MOS反相器反相器(增强增强/增强增强)请见请见P85P85图

48、图3 4 43 4 4(3)E/E MOS(3)E/E MOS反相器反相器(增强增强/耗尽耗尽)请见请见P87P87图图3 4 83 4 8（4 4）CMOSCMOS反相器反相器 4)CMOS 4)CMOS反相器的特点：反相器的特点：a a、静态功耗极低。、静态功耗极低。b b、抗干扰能力强。、抗干扰能力强。c c、输入阻抗高，负载能力强。、输入阻抗高，负载能力强。1)1)电路：电路：2)2)工作原理：工作原理：当当V VI I=V=VILIL=0V=0V 时时,T,T0 0,T,TL L,V,VO O=V=VOHOH=V=VDDDD当当V VI I=V=VIHIH=V=VDDDD时时,T,T

49、0 0,T,TL L,V,VO O=V=VOLOL=0V=0V-+3)3)电压传输特性和电流特性：电压传输特性和电流特性：D DD DG GV VI IT TL LSSV VO OT TO OG GV VDD DD I IIIIIIIVIVV V00V VDDDDIT0+在增强在增强TL+在减弱在减弱V VO OV VI IV VI IV VTNTNV VDDDDI I 为同时通过为同时通过T TL L和和T T0 0的电流。的电流。三、三、MOSMOS门电路门电路1 1、NMOSNMOS门电路门电路 （1 1）E/E MOSE/E MOS与非门与非门 （P86 P86 图图3 34 46 6

50、（a a）或非门或非门 （P86 P86 图图3 34 46 6（b b）（2 2）E/E MOS E/E MOS 与门、或门与门、或门 （P87 P87 图图3 34 47 7 （a a）（）（b b）（3 3）E/D MOS E/D MOS 或非门、与非门或非门、与非门 （P88 P88 图图3 34 411 11（a a）（）（b b）2 2、CMOSCMOS门电路门电路 （1 1）CMOSCMOS与非门与非门 （P96 P96 图图3 35 512 12（a a）（）（b b）（2 2）CMOSCMOS或非门或非门 （P96 P96 图图3 35 513 13（a a）（）（b b）（