ch2 第二章 门电路

1、第二章第二章 门电路门电路2.0 概概 述述2.1 半导体二极管、三极管和半导体二极管、三极管和MOS 管的开关特性管的开关特性 2.2 分立元器件门电路分立元器件门电路2.3 TTL集成门电路集成门电路2.4 CMOS 集成门电路集成门电路概概 述述一、门电路一、门电路 实现基本逻辑运算和常用复合逻辑运算的电子电路。实现基本逻辑运算和常用复合逻辑运算的电子电路。二、高、低电平与正、负逻辑二、高、低电平与正、负逻辑负逻辑负逻辑正逻辑正逻辑0V5V2.4V0.8V 高电平和低电平是两个不同的可以截然区别开来的高电平和低电平是两个不同的可以截然区别开来的电压范围。电压范围。010V5V2.4V0.

2、8V10三、逻辑变量与两状态开关三、逻辑变量与两状态开关低电平低电平 高电平高电平 断开断开闭合闭合高电平高电平 3 V低电平低电平 0 V二值逻辑二值逻辑:所有逻辑变量只有两种取值所有逻辑变量只有两种取值( (1 或或 0) )。数字电路数字电路:通过电子开关通过电子开关 S 的两种状态的两种状态( (开或关开或关) )获得高、低获得高、低电平，用来表示电平，用来表示 1 或或 0。3VIuSOu3VIuSOuIuSOu逻辑状态逻辑状态1001S 可由二极管、三极管或可由二极管、三极管或 MOS 管实现管实现四、分立元件门电路和集成门电路四、分立元件门电路和集成门电路1. 分立元件门电路分立

3、元件门电路用分立的元器件和导线连接起来构成的门电路。用分立的元器件和导线连接起来构成的门电路。2. 集成门电路集成门电路 把构成门电路的元器件和连线，都制作在一块半导体把构成门电路的元器件和连线，都制作在一块半导体芯片上，再封装起来。芯片上，再封装起来。常用门电路：常用门电路：CMOS 和和 TTL 集成门电路。集成门电路。注意：各种门电路的工作原理，只要求注意：各种门电路的工作原理，只要求一般掌握一般掌握； 而各种门电路的而各种门电路的外部特性外部特性和和应用应用是要求是要求重点重点。五、数字集成电路的集成度五、数字集成电路的集成度一块芯片中含有等效逻辑门或元器件的个数一块芯片中含有等效逻辑

4、门或元器件的个数小规模集成电路小规模集成电路 SSI(Small Scale Integration) 10 门门/ /片片或或 10 000 门门/ /片片或或 100 000 元器件元器件/ /片片集成度：集成度： 目前单个集成电路上已能作出数千万个三极管，而其面积目前单个集成电路上已能作出数千万个三极管，而其面积只有数十平方毫米。只有数十平方毫米。2. 1. 1 理想开关的开关特性理想开关的开关特性一、一、 静态特性静态特性1.断开断开 0 OFFOFF IR，2.闭合闭合 0 0AKON UR，2.1 半导体二极管、三极管和半导体二极管、三极管和 MOS 管的开关特性管的开关特性 SA

5、K二、动态特性二、动态特性1. 开通时间：开通时间：2.关断时间：关断时间：闭合）闭合）（断开（断开断开）断开）（闭合（闭合普通开关：静态特性好，动态特性差普通开关：静态特性好，动态特性差半导体开关：静态特性较差，动态特性好半导体开关：静态特性较差，动态特性好几百万几百万/ /秒秒几千万几千万/ /秒秒0on t0off tSAK硅二极管伏安特性硅二极管伏安特性IDUD01.伏安特性伏安特性等效伏安特性等效伏安特性0.7VIDUD0理想情况理想情况IDUD0- -AK+ +DUDI2.1.2 半导体二极管的开关特性半导体二极管的开关特性一、静态特性一、静态特性(1)外加正向电压外加正向电压(正

6、偏正偏)时时二极管导通二极管导通( (相当于开关闭合相当于开关闭合) )(2)外加反向电压外加反向电压(反偏反偏)时时二极管截止二极管截止( (相当于开关断开相当于开关断开) )0.7V+ + - -AKAK2.静态开关特性静态开关特性3.开关特性开关特性- -AK+ +DUDID+ +- -Iu+ +- -Ou例：电路如图所示，例：电路如图所示，UI=-2V或或3V时，试判别二极管的工时，试判别二极管的工作状态及输出电压。作状态及输出电压。UI=UIL=-2V时时D截止截止UO=0VUI=UIH =3V时时D导通导通UO=2.3V二、动态特性二、动态特性1.二极管的电容效应二极管的电容效应结

7、电容结电容 C j扩散电容扩散电容 C D2.二极管的开关时间二极管的开关时间ontofft电容效应使二极管的电容效应使二极管的通断需要通断需要一段延迟时一段延迟时间才能完成间才能完成tIuDit00( (反向恢复时间反向恢复时间) )ns 5)(rroffonttt ton 开通时间开通时间toff 关断时间关断时间一、静态特性一、静态特性2.1.3 半导体三极管的开关特性半导体三极管的开关特性发射结发射结集电结集电结发射极发射极 e基极基极 b集电极集电极 c1.结构、符号结构、符号NNPbecPPNcbePNPbecNPN(1)输入特性输入特性CE)(BEBuufi (2)输出特性输出特

8、性B)(CECiufi iC / mAuCE /V50 A40A30 A20 A10 AiB = 00 2 4 6 8 4321放大区放大区截止区截止区饱饱和和区区0CE uCE1Vu0uBE /ViB /A2.特性特性iC/mAuCE/V50 A40A30 A20 A10 AiB = 00 2 4 6 8 4321放大区放大区截止区截止区饱饱和和区区三个工作区：三个工作区：(1)放大区放大区(线性区线性区)特点：发射结正偏，集电结反偏；特点：发射结正偏，集电结反偏； iC=iB (或或iC=iB ) 。(2)截止区截止区 特点：发射结反偏，集电结反偏；特点：发射结反偏，集电结反偏； iB=0

9、 ， iC=ICEO 0。-iB=0曲线以下的区域曲线以下的区域(3)饱和区饱和区特点：特点：发射结正偏，集电结正偏；发射结正偏，集电结正偏； iB iC ， UCES 0.3V 。-特性曲线进于水平的区域特性曲线进于水平的区域2.开关特性开关特性 V2 )1(L II Uu发射结反偏发射结反偏 T 截止截止0 0CB ii V12CCO Vu+ RcRb+VCC (12V)+uo iBiCTuI3V-2V2 k 100 2.3 k bce 截止时截止时，c-e之间相当于之间相当于开关断开。开关断开。 V3 )2(H II Uu发射结正偏发射结正偏 T 导通导通+ RcRb+VCC (12V)

10、+uo iBiCTuI3V-2V2 k 100 2.3 k 放大还是放大还是饱和？饱和？bBEIBRuui cCESCCCSBSRUVIImA 1mA3 . 27 . 03 mA 06. 0mA210012 cCC RV V)7 . 0(BE uBBS iIT饱和饱和导通条件：饱和导通条件：CCBBSc ViIR放大导通条件：放大导通条件：IBEBBSBuuiIROCCCCCCBCuVi RVi ROCESOL0.3uUVU饱和导通时饱和导通时，c-e之间相当于之间相当于开关闭合开关闭合。bce总结：三极管总结：三极管c-e之间相当于一个受之间相当于一个受uI控制的开关。控制的开关。 截止时截

11、止时，c-e之间相当于之间相当于开关断开开关断开； 饱和导通时饱和导通时，c-e之间相当于之间相当于开关闭合开关闭合。二、动态特性二、动态特性ontofft3-2tV/Iu00.9ICS0.1ICSCit0V/Ou off t三极管饱和程度三极管饱和程度30.3t02.1.4 MOS 管的开关特性管的开关特性MOS（Mental Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor ） 金属金属 氧化物氧化物 半导体半导体 场效应管场效应管N沟道沟道MOS管管P沟道沟道MOS管管耗尽型耗尽型增强型增强型耗尽型耗尽型增强型增强型1.单极型器件单极型器件-只有一种

12、载流子参与导电；只有一种载流子参与导电；2.输入电阻高输入电阻高(可高达可高达1015 )；3.工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低。工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低。MOS管管MOS管特点：管特点：MOS管分类：管分类：1.结构与符号结构与符号P型衬底型衬底( (B) )（掺杂浓度低）（掺杂浓度低）N+N+用扩散的方法用扩散的方法制作两个制作两个 N 区区在硅片表面生一在硅片表面生一层薄层薄SiO2绝缘层绝缘层S D用金属铝引出用金属铝引出源极源极S和漏极和漏极DG在绝缘层上喷金在绝缘层上喷金属铝引出栅极属铝引出栅极GBS - 源极源极 SourceG - 栅极栅极 Gate D

13、 - 漏极漏极 DrainSGDBN沟道增强型沟道增强型( (NMOS) )符号符号一、一、 静态特性静态特性SDB(1) uDS 0 uGS =0 时时2.MOS管工作原理管工作原理( (NMOS) MOS管是电压控制器件，用管是电压控制器件，用uGS控制漏极电流控制漏极电流iD。D-S 间不导通间不导通 iD=0+ +P型衬底型衬底( (B) )N+N+S DGB- -+ +- - uGSuDSiD 栅源极间存在一个开启电压栅源极间存在一个开启电压 UTN ，与管子构造有关，与管子构造有关， TN=13V，取，取UTN = 2V 。b.当当uGS UTN时时(2) uDS 0 uGS 0

14、时时a.当当uGS UTN时时 无论无论uDS多大多大，MOS管都截止，管都截止，iD=0。+ +P型衬底型衬底( (B) )N+N+S DGB- -+ +- -uGSuDSiD导电沟道的厚度与栅源导电沟道的厚度与栅源电压电压uGS大小有关，而沟大小有关，而沟道越厚，管子的道越厚，管子的导通电导通电阻阻RON越小。因此，可通越小。因此，可通过过uGS控制漏极电流控制漏极电流iD 。+ +P型衬底型衬底( (B) )N+N+S DGB- -+ +- -uGSuDSiD导电沟道导电沟道(反型层反型层) 3.漏极特性漏极特性GSDS()|Duif u常数SGDBiDuDSuGS+-+-2V3V4Vu

15、GS = 5ViD /mA43210246810uDS /V可可变变电电阻阻区区恒流区恒流区截止区截止区4.转移特性转移特性 DSGS()|Duif u常数uGSUTN时形成时形成iD 。iD /mA42643210uGS /VUTNuDS =常数常数5.开关特性开关特性SGDBiDuOuI+-+-RD+VDDuI=0若若RDRON，uO0=UOLD-S间相当于开关闭合间相当于开关闭合iD+VDD+10VRD20 k GDSuIuORONRDMOS 管导通管导通TNIUu N 沟道增强型沟道增强型 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可可变变电电阻阻区区恒流区恒流区 漏极特性漏极特性 转移特性转移特性 UTPUDS= - 6V6.MOS管的类型管的类型P沟道增强型沟道增强型N型衬底型衬底( (B) )P+P+S DGB栅极栅极 G漏极漏极 D源极源极 SP沟道增强型沟道增强型MOS管管与与N沟道增强型沟道增强型MOS管是对偶关系。管是对偶关系。栅极栅极 G漏极漏极 D源极源极 S耗耗尽尽型型增增强强型型栅极栅极 G漏极漏极 D源极源极 SNMOSPMOSB栅极栅极 G漏极漏极 D源极源极 SB栅极栅极 G漏极漏极 D源极源极 S二、动态特

17、性二、动态特性1.MOS 管极间电容管极间电容栅源电容栅源电容 C GS栅漏电容栅漏电容 C GD 在数字电路中，这些电容的充、在数字电路中，这些电容的充、放电过程会制约放电过程会制约 MOS 管的动态特管的动态特性，即开关速度。性，即开关速度。漏源电容漏源电容 C DS1 3 pF 0.1 1 pF ontofftVDDtIu00.9ID0.1IDDit0OuVDDt02.开关时间开关时间开通时间开通时间关断时间关断时间uYuAuBR0D2D1+VCC+10V2. 2 分立元器件门电路分立元器件门电路2.2.1 二极管与门和或门二极管与门和或门一、一、二极管与门二极管与门3V0V符号符号:与

18、门与门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电压关系表电压关系表uA/VuB/VuY/VD1 D20 00 33 03 3导通导通导通导通0.7导通导通截止截止0.7截止截止导通导通0.7导通导通导通导通3.7二、二、二极管或门二极管或门uY/V3V0V符号符号:或门或门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电压关系表电压关系表uA/VuB/VD1 D20 00 3

19、3 03 3导通导通导通导通 0.7截止截止导通导通2.3导通导通截止截止2.3导通导通导通导通2.3Y = A + B正与门真值表正与门真值表正逻辑和负逻辑的对应关系正逻辑和负逻辑的对应关系A BY0 00 11 01 10001负或门真值表负或门真值表A BY1 11 00 10 01110同理：同理： 正或门正或门负与门负与门10 01正负逻辑之间存在着简单的正负逻辑之间存在着简单的对偶对偶关系。关系。正逻辑与门等同于负逻辑或门正逻辑与门等同于负逻辑或门一、半导体三极管非门一、半导体三极管非门V0 . 1ILI UuT 截止截止V5CCOHO VUuV5 . 2IHI UuT 导通导通m

20、A 1mA3 . 47 . 05bBEIHB RuUimA17. 0mA1305 cCCBS RVI 2.2.2 三极管非门（反相器）三极管非门（反相器）饱和导通条件：饱和导通条件：BSBIi +VCC+5V1 k RcRbT+ +- -+ +- -uIuO4.3 k = 30iBiCBSBIi V3 . 0OLO UuT 饱和饱和因为因为所以所以电压关系表电压关系表uI/VuO/V0550.3真值表真值表0110AYAY 符号符号函数式函数式+VCC+5V1 k RcRbT+ +- -+ +- -uIuO4.3 k = 30iBiC三极管非门三极管非门: :AY1AY二、二、MOS 三极管非

21、门三极管非门V2V0TNILGS UUuMOS管截止管截止V10DDOHO VUu2.V10IHI UuV2V10TNIHGS UUuMOS 管导通（在可变电阻区）管导通（在可变电阻区）V0OLO Uu真值表真值表0110AYAY +VDD+10VRD20 k BGDSuIuOV0ILI Uu1.+ +- -uGS+ +- -uDS故故2. 3 TTL 集成门电路集成门电路（TransistorTransistor Logic）一、电路组成及工作原理一、电路组成及工作原理+VCC(5V)R1uIuo4k AD1T1T2T3T4DR21.6k R31k R4130 Y输入级输入级中间级中间级输出

22、级输出级1.电路组成电路组成 D1 - 保护二极管，防止保护二极管，防止输入电压过低，不参加逻辑判输入电压过低，不参加逻辑判断，为了便于分析，今后在有断，为了便于分析，今后在有些电路中将省去。些电路中将省去。2. 3. 1 TTL 反相器反相器推拉式推拉式(push-pull)、图腾柱、图腾柱(totem-pole)输出电路输出电路设设uBE=0.7V，UIH=3.6V，UIL=0V2.工作原理工作原理0.7V(1)uI=UIL=0V 0VT2、T4截止截止输出端电位：输出端电位：uo= VCC uR2 uBE3 uD电位接近电源电电位接近电源电压使压使T3、D导通导通不足以让不足以让T2、T

23、4导通导通三个三个PN结结导通需导通需2.1V +VCC ( 5V) R1uIuo4k AD1T1T2T3T4DR21.6k R31k R4130 YNPNR2上的压降很小上的压降很小 3.6 V 输出高电平输出高电平(2)uI=UIH=3.6V3.6V +VCC ( 5V) R1uIuo4k AD1T1T2T3T4DR21.6k R31k R4130 YNPN全导通全导通1Vebci0.02iii =i ibc e T2、T4 深度饱和深度饱和截止截止uo=UCES4 0.3V钳位钳位AY 反相器反相器4.3VT1倒置放大：倒置放大：发射结反偏，发射结反偏，集电结正偏。集电结正偏。输出低电平

24、输出低电平输出端电位：输出端电位：4.1V?2.1V1.电压传输特性电压传输特性OI()uf uABAB 段：段：uI 0.6V ，uB1 1.4 V， T2 、T4 饱和饱和导通，导通，T3 、D截止。截止。uO = UOL 0.3 VBC 段：段：IB10.6 V uuT2 开始导通开始导通(放大区放大区)，T4 仍截止。仍截止。IO uu 线 性( () )AB截止区截止区CDE3.602.01.0u0/VuI /V1.02.03.00.51.5线性区线性区阈值电压阈值电压输入短路电流输入短路电流 IIS2.输入特性输入特性T1iI+ +uI- -be2be4+VCC+5 VR14k I

25、V/uImA/i012-1IIL0VuUCCBE1IS11.05mAVuIR ISIILIVILVIHIHIIIL0.3Vu U输入低电平电流输入低电平电流 IIL CCBE1ILIL11 mAVuUIRIIH3.6VuU输入高电平电流输入高电平电流IIHiCCIH1(2.1V)14.5 AVIR(1)(1)输入伏安特性输入伏安特性)(IIufi (2)输入端负载特性输入端负载特性Ri/ k 026412uI / VRi= Ron 开门电阻开门电阻( 2.5 k )Ron1.4 VT1iB1uI+ +- -be2be4+VCC+5 VR14k Ri 接在反相器输入端电阻接在反相器输入端电阻Ri

26、 两端的电压两端的电压uI 和电阻阻值和电阻阻值Ri之间关系的曲线。之间关系的曲线。 即：当即：当Ri为为2.5 k 以上电阻时，输入端相当于以上电阻时，输入端相当于高电平。高电平。1)Ri 2.5k 时时uI1.41.4V， T2、T4饱和导通，饱和导通，uO=UOLRoff0.7 VRi/ k 026412uI / VRon1.4 V结论：结论：TTL门输入端悬空时相当于接高电平。门输入端悬空时相当于接高电平。Ri= Roff 关门电阻关门电阻( 0.7 k )所以，当所以，当Ri为为0.7k 以下电阻时，输入端相当于以下电阻时，输入端相当于低电平低电平。2)Ri 0.7k 时时uI 0.

27、70.7V， T2、T4截止，截止，uO=UOH门间限流电阻的确定门间限流电阻的确定G1G211uO1uI2RP为保证为保证G1输出的高、低电平能正确地传输到输出的高、低电平能正确地传输到G2的输入端，要求：的输入端，要求： uO1=UOH时时uI2UIH (min) ， uO1=UOL时时uI2 UIL (max) ，试计算，试计算RP的的最大允许值是多少。最大允许值是多少。IH(min)OHIHPUI RUIH(min)OHPIHUURIIL(max)OL11IL(max)PCCBEUURRVuUIL(max)OL11IL(max)PCCBEUURRVuU(1)uO1=UOH uI2UIH

28、 (min) 时时(2) UO1=UOL uI2 UIL (max) 时时经查表计算经查表计算RP35 k 经计算经计算RP690 UOH=3.6V, UIH(min)=2.0VUOL=0.3V,UIL(max)=0.8V。解：解：综合综合两种情况：两种情况：RP690 3.输出特性输出特性UOH /ViO /mA0 5 10 15-5-10-15123(1)高电平输出特性高电平输出特性 +VCC ( 5V) uoT3D1.6k R4130 R2RLiO参考方向参考方向拉拉电电流流等效电路等效电路 T3饱和前，饱和前，UOH基本不随基本不随iO变，变，T3饱和后，饱和后，UOH将随负载电流增加

29、线将随负载电流增加线性下降，其斜率基本由性下降，其斜率基本由R4决定。决定。 注意：注意： 受功耗限制，带拉电流负载能力受功耗限制，带拉电流负载能力| IO| 0.4mA 。OO()if u(2)低电平输出特性低电平输出特性UOL/ViO /mA0 5 10 15-5-10-15123 +VCCRLuoT4R3iO 由于由于T4深度饱和，输出电阻很小深度饱和，输出电阻很小(c-e间等效电阻不超过间等效电阻不超过10 )，所以负载电流，所以负载电流iO增加时增加时UOL上升缓慢。上升缓慢。 在输出为低电平条件下，带灌电流在输出为低电平条件下，带灌电流负载能力负载能力IO可达可达16mA 。等效电

30、路等效电路灌电流灌电流 uIuO1G1G214.输入端噪声容限输入端噪声容限IH minUIL maxUNHUNLUOH minUOL maxU噪声容限噪声容限：在保证输出高、低电平基本不变：在保证输出高、低电平基本不变(或变化的大小或变化的大小不超过允许限度不超过允许限度)的条件下，输入电平的允许波动范围。的条件下，输入电平的允许波动范围。UNH -输入高电平时的噪声容限：输入高电平时的噪声容限：NHOH minIHminUUUOHUOLU1G2GIHUILUUNL -输入低电平时的噪声容限：输入低电平时的噪声容限：NLILmaxOL maxUUU74系列标准参数：系列标准参数： UOH m

31、in=2.4V UOL max=0.4VUIH min =2.0V UIL max =0.8V传输延迟时间传输延迟时间1uIuO 50%Uom50%UImtuI0tuO0UImUomtPHL - 输出电压由高到输出电压由高到 低时的传输延迟低时的传输延迟 时间。时间。tpd -平均传输延迟时间平均传输延迟时间2PLHPHLpdttt tPLH - 输出电压由低到输出电压由低到 高时的传输延迟高时的传输延迟 时间。时间。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、动态特性动态特性2.

32、3.2 TTL与非门和其他逻辑门电路与非门和其他逻辑门电路一、一、TTL 与非门与非门+VCC+5VR14k AD2T1T2T3T4DR21.6k R31k R4130 Y输入级输入级中间级中间级输出级输出级D1BT1 - 多发射极三极管多发射极三极管e1e2bc等效电路：等效电路：1. A、B 只要有一个为只要有一个为 0 +VCCR14k AD2T1T2T3T4DR21.6k R31k R4130 Y输入级输入级中间级中间级输出级输出级D1B 此时，此时，T2 、T4截止，截止，T3、D 导导通，因此，输出为高电平。通，因此，输出为高电平。2. A、B 均为均为 1 此时，此时，T2 、T

33、4导通，导通， T3、D 截止，因此，输出为截止，因此，输出为低电平。低电平。0V0.7VABY A BY0 00 11 01 11110真值表真值表AB&Y二、或非门二、或非门+VCC+5VR1AD1T1T2T3T4DR2R3R4YR 1BD1 T1 T2 若若A为为1，则，则T2 、T4同时导通，同时导通，T3截止，输出为低电平。截止，输出为低电平。1. A、B 均为均为 0 2. A、B只要有一个为只要有一个为 1 若若B为为1，则，则T2 、T4 同时导通，同时导通，T3截止，输出为低电平。截止，输出为低电平。T2 、 T2 同时截止同时截止T4截止截止T3导通导通输出高电平输出高电平

34、+VCC+5VR1AD1T1T2T3T4DR2R3R4YR 1BD1 T1 T2 1000ABY00011011BAY 真值表真值表AB1Y2.3.3 TTL 集电极开路门和三态门集电极开路门和三态门一、集电极开路门一、集电极开路门OC 门门(Open Collector Gate)+VCC+5VR1AD2T1T2T4R2R3YD1B 1.电路组成及符号电路组成及符号+V CCRC外外接接YAB&+V CCRCOC 门必须外接负载电阻门必须外接负载电阻和电源才能正常工作。和电源才能正常工作。AB可以线与连接可以线与连接V CC 根据电路根据电路需要进行选择需要进行选择 2.OC 门的主要特点门

35、的主要特点线与连接举例：线与连接举例：21YYY CDAB CDAB +VCCAT1T2T4Y1B+VCCCT 1T 2T 4Y2D+V CCRC+V CCRCABY1AB&G1Y2CD&G2线与线与YCDY二、输出三态门二、输出三态门 TSL门门(Three - State Logic)(1) 使能端低电平有效使能端低电平有效1.电路组成电路组成+VCC+5VR1AT1T2T3T4DR2R3R4YB1D3EN使能端使能端(2)使能端高电平有效使能端高电平有效1ENYA &ENBENYA&BENEN以使能端低电平有效为例：以使能端低电平有效为例：2.三态门的工作原理三态门的工作原理PQ时时 0

36、 ENP = 1（高电平）（高电平） 电路处于正常工电路处于正常工作状态：作状态： D3 截止，截止，BAPBAY （Y = 0 或或 1）+VCC+5VR1AT1T2T3T4DR2R3R4YB1D3EN使能端使能端P = 0 ( (低电平低电平) )D3 导通导通时时 1 EN T2 、T4截止截止uQ 1 VT3、D 截止截止输出端与上、下均断开输出端与上、下均断开+VCC+5VR1AT1T2T3T4DR2R3R4YB1D3EN可能输出状态：可能输出状态：0、1 或高阻态或高阻态QP 高阻态高阻态记做记做 Y = Z使能端使能端3.应用举例：应用举例：(1)用做多路开关用做多路开关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 时时 0 EN时时 1 EN(2)用于信号双向传输用于信号双向传输A1EN1EN1ENA21G1G2时时 1 EN2A 1A 时时 0 EN01禁止禁止使能使能10使能使能禁止禁止(3)构成数据总线构成数据总线EN1EN1EN1G1G2Gn1EN2ENnENA1A2An数据总线数据总线011101110 注意：注意：任何时刻，只允许一个三态门使能，任何时刻，只允许一个三态门使能，其余为高阻态。其余为高阻态。1.74系列系列: 典型电路与非门的平均传输延迟时间典型电路与非门的平均传输延迟时间tpd=10n

38、s，平，平均功耗均功耗P=10mW。2.3.4 TTL电路的改进系列电路的改进系列2.74H系列系列:典型电路与非门的平均传输延迟时间典型电路与非门的平均传输延迟时间tpd=6ns，平均，平均功耗功耗P=22mW。3.74S系列系列:典型电路与非门的平均传输延迟时间典型电路与非门的平均传输延迟时间tpd=3ns，平均，平均功耗功耗P=19mW。4.74LS系列系列:典型电路与非门的平均传输延迟时间典型电路与非门的平均传输延迟时间tpd=9ns，平均，平均功耗功耗P=2mW。5.74AS系列系列:典型电路与非门的平均传输延迟时间为典型电路与非门的平均传输延迟时间为1.5ns，平均功耗约为平均功耗

39、约为20mW。 6.74ALS系列系列:典型电路与非门的平均传输延迟时间约为典型电路与非门的平均传输延迟时间约为4ns，平均功耗约为平均功耗约为1mW。54、54H、54S、54LS系列系列 dp积积是是延迟延迟- -功耗积功耗积(Delay-Power Product)，可用于衡，可用于衡量门电路的综合指标。量门电路的综合指标。与与74系列区别：系列区别： 工作温度范围更宽，电源允许的工作范围更大。工作温度范围更宽，电源允许的工作范围更大。TTL门电路多余输入端的处理门电路多余输入端的处理TTL与非门及与门与非门及与门的多余输入端一般不悬空，处理方的多余输入端一般不悬空，处理方法：法：接正电

40、源接正电源VCC；接高电平接高电平UIH；与其它信号输入端并联使用。与其它信号输入端并联使用。 TTL或门或门及及或非门或非门的多余输入端应：的多余输入端应：接低电平接低电平UIL或接地；或接地；与其它信号输入端并联使用。与其它信号输入端并联使用。例：判断如图例：判断如图TTL电路输出为何状态？电路输出为何状态？ & 10Y1 & 10K Y0 1 10Y2 & 10K Y3+VCCY0=0Y1=1Y2=0Y3=0Y4=0 1 10KY4UIL练习练习试写出下列试写出下列TTL门电路输出信号的逻辑值。门电路输出信号的逻辑值。11 100Y Y2=0 & 8KY2+5V=18K8K+5V & Y

41、1 1UIH=1UIHUIHUIL5K30YBCBC4410|ENENYABCYC & Y3=18KABC1 & Y4&BACENEN试写出下列试写出下列TTL门电路输出信号的逻辑表达式。门电路输出信号的逻辑表达式。+VDD+10VB1G1D1S1uAuYTNTPB2D2S2G2VSS+ +- -uGSN+ +- -uGSP2. 4 CMOS 集成门电路集成门电路2.4.1 CMOS 反相器反相器AY 一、一、电路组成及工作原理电路组成及工作原理AY10V+10VuAuGSNuGSPTNTPuY0 V UTN UTN UTP导通导通截止截止0 VUTN = 2 VUTP = 2 V+10VRO

42、NPuY +VDD10VSTNTP+10VRONNuY +VDD0VSTNTP输入端保护电路输入端保护电路: :C1、C2 栅极等效输入电容栅极等效输入电容(1) 0 uA VDD + uDF D 导通电压：导通电压：uDF = 0.5 0.7 V(3) uA uDF 保护网络保护网络+VDDuYuATPD1C1C2RSTND2D3VSSD1、D2、D3 截止截止D2、D3 导通导通uG = VDD + uDFD1 导通导通uG = uDF三、静态特性三、静态特性1.电压传输特性：电压传输特性：OI( )uf uiD+VDDB2G2D2S2+ +uI - -uOTNTPB1D1S1G1ABCD

43、EFUTNVDDUTHUTP0uO /VuI /VUTH阈值电压阈值电压( (转折电压转折电压)若若TNTP 完全对称，则完全对称，则UTH = 0.5 VDDAB 段：段：uI UTN TN 导通导通(导通电阻比较大导通电阻比较大)，uO 略下降。略下降。CD 段：段：ODD(max) uii。uI =0.5VDD TN、TP 均导通均导通(导通电阻均比较小导通电阻均比较小) 。DE、EF 段：段：与与 BC、AB 段对应，段对应，TN、TP 的状态与之相反。的状态与之相反。ABCDEFUTNVDDUTHUTP0uO /VuI /VUNLUNHUNL：输入为低电平时的噪声容限。输入为低电平时

44、的噪声容限。UNH：输入为高电平时的噪声容限。输入为高电平时的噪声容限。= 0.3VDD噪声容限：噪声容限： 指为规定值时，允许波动的最大范围。指为规定值时，允许波动的最大范围。噪声容限噪声容限2.电流传输特性：电流传输特性：DI()if uA BCDEF0 iD / mAuI / VUTH电压传输特性电压传输特性电流传输特性电流传输特性AB、EF 段：段：TNTP总有一个截止，故总有一个截止，故iD 0。ABCDEFUTNVDDUTHUTP0uO /VuI /ViD+VDDB2G2D2S2+ +uI - -uOTNTPB1D1S1G1CD 段：段：TNTp 均导通，流过两管的漏极电流达到最大

45、值均导通，流过两管的漏极电流达到最大值 iD = iD(max) 。2. 4. 2 CMOS 与非门、或非门、与门和或门与非门、或非门、与门和或门一、一、CMOS 与非门与非门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与非门与非门uA+VDD+10VVSSTP1TN1TP2TN2ABYuBuYAB&00100111ABY =或非门或非门BAY 二、二、CMOS 或非门或非门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 与门和或门与门和或门1.CMOS 与门与门AB&Y1ABABY +VDDVSSTP1TN1TP2TN2ABYABY&AB +VDDB1G1D1S1ATNTPB2D2S2G2VSSAY ABY 2.CMOS 或门或门Y1BABAY BA +VDDB1G1D1S1ATNTPB2D2S2G2VSSAY AB1ABY1+VDDVSSTP1TN1TN2TP2ABYBAY 四、带缓冲的四、带缓冲的 CMOS 与非门和或非门与非门和或非门1.基本电路的主要缺点基本电路的主要缺点( (1) )电路的输出特

47、性不对称：电路的输出特性不对称：当输入状态不同时，输出等效电阻不同。当输入状态不同时，输出等效电阻不同。( (2) )电压传输特性发生偏移，导致噪声容限下降。电压传输特性发生偏移，导致噪声容限下降。2.带缓冲的门电路带缓冲的门电路在原电路的输入端和输出端加反相器。在原电路的输入端和输出端加反相器。1ABYBAY BA BA 与非门与非门或非门或非门同理同理缓冲缓冲或非门或非门与非门与非门缓冲缓冲&112.4.3 CMOS 与或非门和异或门与或非门和异或门一、一、CMOS 与或非门与或非门1.电路组成：电路组成：&ABCD&1YABCDY12.工作原理：工作原理：CDABY CDAB CDAB

48、ABCDCDAB 由由CMOS 基本电路基本电路( (与非门和反相器与非门和反相器) )组成。组成。二、二、CMOS 异或门异或门1.电路组成：电路组成：&ABY2.工作原理：工作原理：BABABAY BABABA BA ABABA &BAB BABA YAB=1 由由CMOS 基本电基本电路路( (与非门与非门) )组成。组成。2.4.4 CMOS 传输门、三态门和漏极开路门传输门、三态门和漏极开路门一、一、CMOS传输门传输门(TG 门门) ( (双向模拟开关双向模拟开关) )1.电路组成：电路组成：TPCVSS+VDDIO/uuOI/uuCTNCIO/uuOI/uuTGC2. 工作原理：

49、工作原理：:0 1 ) 1 ( CC、TN、TP均导通，均导通，OIDD ()ssuuVV :1 0 )2( CC、TN、TP均截止，均截止，OI uu导通电阻小导通电阻小( (几百欧姆几百欧姆) )关断电阻大关断电阻大( ( 109 ) )二、二、CMOS 三态门三态门1.电路组成电路组成+VDDVSSTP2TN1TP1AYTN21EN2.工作原理工作原理1 ) 1 ( ENY 与上、下都断开与上、下都断开 TP2、TN2 均截止均截止Y = Z( (高阻态高阻态 非非 1 非非 0) )AY TP2、TN2 均导通均导通0110 ) 2 ( EN010控制端低电平有效控制端低电平有效( (

50、1 或或 0) )3. 逻辑符号逻辑符号YA1ENEN使能端使能端 EN 三、三、CMOS 漏极开路门漏极开路门( (OD门门 Open Drain) )1.电路组成电路组成BA&1+V DDYBGDS TNVSSRD外接外接YAB&符号符号(1) 漏极开路，工作时必须外接电源和电阻；漏极开路，工作时必须外接电源和电阻；2.主要特点主要特点(2) 可以实现线与功能；可以实现线与功能；输出端用导线连接起来实现与运算。输出端用导线连接起来实现与运算。YCD&P1P2+V DDYRD21PPY CDAB CDAB (3) 可实现逻辑电平变换；可实现逻辑电平变换；DDOHVU (4) 带负载能力强。带负载能力强。2.4.5 CMOS 电路使用中应注意的几个问题电路使用中应注意的几个问题一、一、CC4000 和和 C000 系列集成电路系列集成电路1.CC4000 系列：系列：符合国家标准，电源电压为符合国家标准，电源电压为 3 18 V，功能和外部引线排列与对应序号的国外功能和外部引线排列与对应序号的国外产品相同。产品相同。2.C000 系列：系列：早期集成电路，电源电压为早期集成电路，电源电压为 7 15 V，外，外部引线排列顺序与部引线排列顺序与 CC4000 不同，用时需不同，用时需查阅有