第 3 章 逻辑门电路

1、 逻辑门电路逻辑门电路概述概述第第 3 章逻辑门电路章逻辑门电路分立元件门电路分立元件门电路TTL 集成逻辑门电路集成逻辑门电路CMOS 集成逻辑门电路集成逻辑门电路TTL电路与电路与CMOS电路的接口电路的接口本章小结本章小结 逻辑门电路逻辑门电路3.1 概概 述述主要要求：主要要求： 了解逻辑门电路的作用和常用类型。了解逻辑门电路的作用和常用类型。 理解高电平信号和低电平信号的含义。理解高电平信号和低电平信号的含义。 逻辑门电路逻辑门电路 TTL 即即 Transistor-Transistor Logic CMOS 即即 Complementary Metal-Oxide-Semicon

2、ductor 一、门电路的作用和常用类型一、门电路的作用和常用类型 按功能特点不同分按功能特点不同分 普通门普通门( (推拉式输出推拉式输出) ) CMOS传输门传输门 输出输出开路门开路门 三态门三态门 门电路门电路 (Gate Circuit) 指用以实现基本逻辑关系和指用以实现基本逻辑关系和常用复合逻辑关系的电子电路。常用复合逻辑关系的电子电路。是构成数字电路的基本单元之一是构成数字电路的基本单元之一按逻辑功能不同分按逻辑功能不同分 与门与门 或门或门 非门非门 异或门异或门 与非门与非门 或非门或非门 与或非门与或非门 按电路结构不同分按电路结构不同分 TTL 集成门电路集成门电路 C

3、MOS 集成门电路集成门电路 输入端和输出端都用输入端和输出端都用三极管的逻辑门电路。三极管的逻辑门电路。 用互补对称用互补对称 MOS 管构成的逻辑门电路。管构成的逻辑门电路。 逻辑门电路逻辑门电路二、高电平和低电平的含义二、高电平和低电平的含义 高电平和低电平为某高电平和低电平为某规定范围规定范围的电位值，而非一固定值。的电位值，而非一固定值。 高电平信号是多大的信号？低高电平信号是多大的信号？低电平信号又是多大的信号？电平信号又是多大的信号？10高电平高电平低电平低电平01高电平高电平低电平低电平正逻辑体制正逻辑体制负逻辑体制负逻辑体制 逻辑门电路逻辑门电路主要要求：主要要求： 理解理解

4、三极管的开关特性。三极管的开关特性。 了解与门、或门、非门、与非门、或非门了解与门、或门、非门、与非门、或非门电路及其工作原理。电路及其工作原理。 3.2分立元件门电路分立元件门电路 逻辑门电路逻辑门电路三极管为什么能用作开关？三极管为什么能用作开关？怎样控制它的开和关？怎样控制它的开和关？ 当输入当输入 uI 为低电平，使为低电平，使 uBE Uth时，三极管截止。时，三极管截止。 iB 0，iC 0，C、E 间相当间相当于开关断开。于开关断开。 三极管关断的条件和等效电路三极管关断的条件和等效电路IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS负载线负载线临界饱和线临界

5、饱和线 饱饱和和区区放大区放大区一、三极管的开关特性一、三极管的开关特性 截止区截止区uBE UthBEC三极管三极管截止状态截止状态等效电路等效电路uI=UILuBE+ +- -Uth为门限电压为门限电压( (一一) )静态开关特性静态开关特性 逻辑门电路逻辑门电路IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS临界饱和线临界饱和线 饱饱和和区区放大区放大区 uI 增大增大使使 iB 增大，增大，从而工作点上移，从而工作点上移， iC 增增大，大，uCE 减小。减小。截止区截止区uBE Uth时，三极管开始导通，时，三极管开始导通，iB 0，三极管工作于放大，三极管工作于

6、放大导通状态。导通状态。一、三极管的开关特性一、三极管的开关特性 ( (一一) )静态开关特性静态开关特性 逻辑门电路逻辑门电路IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS临界饱和线临界饱和线 饱饱和和区区放大区放大区截止区截止区uBE IB(sat)因为因为 iB =IHB 0.7 VURBBV .92V 7 . 06 . 3RR CCCB(sat)RVI mA 1 . 0k 150V 5 所以求得所以求得 RB ton开关时间主要由于开关时间主要由于电电荷存储效应荷存储效应引起，要提高引起，要提高开关速度，必须降低三极开关速度，必须降低三极管饱和深度，加速基区存管饱

7、和深度，加速基区存储电荷的消散。储电荷的消散。( (二二) )动态开关特性动态开关特性 逻辑门电路逻辑门电路C E B SBD B C E 在普通三极管的基极和集电极之间并在普通三极管的基极和集电极之间并接一个肖特基势垒二极管接一个肖特基势垒二极管( (简称简称 SBD) ) 。BCSBD抗饱和三极管的开关速度高抗饱和三极管的开关速度高 SBD 的导通电压只有的导通电压只有 0.4 V 而非而非 0.7 V，因，因此此 UBC = 0.4 V 时，时，SBD 便导通，使便导通，使UBC 钳在钳在 0.4 V 上，降低了饱和深度。上，降低了饱和深度。( (三三) )抗饱和三极管简介抗饱和三极管简

8、介 逻辑门电路逻辑门电路（一）（一）二极管与门电路二极管与门电路二、二极管门电路二、二极管门电路二极管二极管与与门电路门电路 逻辑符号逻辑符号 与与门真值表门真值表 001YBA输出输出输输 入入111010000 逻辑表达式逻辑表达式 Y = AB 逻辑门电路逻辑门电路（二）（二）二极管或门电路二极管或门电路二极管二极管或或门电路门电路 逻辑符号逻辑符号 逻辑表达式逻辑表达式 Y = A + B或或门真值表门真值表 101YBA输出输出输输 入入111110000 逻辑门电路逻辑门电路三、三极管非门电路三、三极管非门电路非非门真值表门真值表 YA输出输出输输 入入0110非非门电路门电路 逻

9、辑符号逻辑符号 逻辑表达式逻辑表达式 Y = A 逻辑门电路逻辑门电路（一）（一）与非门电路与非门电路四、四、组合逻辑门电路 与非与非门真值表门真值表 101YBA输出输出输输 入入011110100逻辑符号逻辑符号 逻辑表达式逻辑表达式 Y = AB 逻辑门电路逻辑门电路（二）（二）或非门电路或非门电路逻辑符号逻辑符号 或非或非门真值表门真值表 001YBA输出输出输输 入入011010100逻辑表达式逻辑表达式 Y = A+B 逻辑门电路逻辑门电路主要要求：主要要求： 了解了解 TTL 与非门的电路组成、工作原理、与非门的电路组成、工作原理、 主要应用，主要应用，掌握其外特性、主要参数。掌

10、握其外特性、主要参数。了解了解 TTL 数字集成电路序列。数字集成电路序列。3.3TTL 集成逻辑门电路集成逻辑门电路 了解其它功能的了解其它功能的TTL门电路及其逻辑功能、门电路及其逻辑功能、主要应用。主要应用。了解了解 TTL 集成门的使用注意事项。集成门的使用注意事项。 逻辑门电路逻辑门电路一、一、TTL 与非门与非门( (一一) )典型典型 TTL 与非门电路与非门电路输入级输入级中间级中间级输出级输出级CT74S系列与非门电路系列与非门电路 逻辑门电路逻辑门电路RB、RC 和和V6 所构成的所构成的有源泄放电路的作用是提高有源泄放电路的作用是提高开关速度，它们不影响与非开关速度，它们

11、不影响与非门的逻辑功能，因此下面分门的逻辑功能，因此下面分析中不予考虑。析中不予考虑。( (二二) )TTL 与非门的工作原理与非门的工作原理 逻辑门电路逻辑门电路( (二二) )TTL 与非门的工作原理与非门的工作原理 0.3 V3.6 V3.6 V 输入端有一个或数个为输入端有一个或数个为 低电平时，低电平时，输出高电平。输出高电平。 输入低电平端对应的发射结输入低电平端对应的发射结导通，导通，uB1= 0.7 V + 0.3 V = 1 VV1管其他发射结因反偏而截止。管其他发射结因反偏而截止。 因为抗饱和三极管因为抗饱和三极管 V1的集电结导通电压为的集电结导通电压为 0.4 V，而而

12、 V2、V5 发射结导通电压发射结导通电压为为 0.7 V，因此要使，因此要使 V1 集电集电结和结和 V2、V5 发射结导通，发射结导通，必须必须 uB1 1.8 V。 这时这时 V2、V5 截止。截止。1 V 逻辑门电路逻辑门电路( (二二) )TTL 与非门的工作原理与非门的工作原理 0.3 V3.6 V3.6 V 输入端有一个或数个为输入端有一个或数个为 低电平时，低电平时，输出高电平。输出高电平。 输入低电平端对应的发射结输入低电平端对应的发射结导通，导通，uB1= 0.7 V + 0.3 V = 1 VV1管其他发射结因反偏而截止。管其他发射结因反偏而截止。这时这时 V2、V5 截

13、止。截止。截止截止截止截止 uC2 VCC = 5 V，5 VV3 、V4 导通。导通。导通导通导通导通uO = 5V - - 0.7 V - - 0.7 V = 3.6 V。因此，输入有低电平时，输出为高电平。因此，输入有低电平时，输出为高电平。1 V 逻辑门电路逻辑门电路( (二二) )TTL 与非门的工作原理与非门的工作原理 输入均为高电平时，输入均为高电平时，输出低电平。输出低电平。3.6 V3.6 V3.6 V因此，因此，V1 发射结反偏而集电极发射结反偏而集电极正偏，正偏，处于倒置状态。处于倒置状态。1.8 V倒置放大倒置放大 VCC 经经 R1 使使 V1 集电结和集电结和 V2

14、、V5 发射结导通，使发射结导通，使uB1 = 1.8 V。这时这时 V2、V5 饱和。饱和。饱饱和和饱和饱和1 V使使 V3 导通，而导通，而 V4 截止。截止。截止截止导通导通 uO = UCE5(sat) 0.3 V uC2 = UCE2(sat) + uBE5 = 0.3 V + 0.7 V = 1 V 因此，输入均为高电平时，输出为低电平。因此，输入均为高电平时，输出为低电平。 综上所述综上所述,该电路实现了与非逻辑功能该电路实现了与非逻辑功能,即即ABCY TTL 电路输入端悬电路输入端悬空时相当于输入高电平。空时相当于输入高电平。注意注意 逻辑门电路逻辑门电路电压传输特性测试电路

15、电压传输特性测试电路CT74S系列与非门系列与非门电压传输特性电压传输特性( (三三) ) TTL 与非门的外特性及主要参数与非门的外特性及主要参数 1. 电压传输特性和相关参数电压传输特性和相关参数 输出电压随输入电压变化的特性输出电压随输入电压变化的特性 0 uI 0.8V时时, uB1 1.5V，V2、V5 截止，截止，V3、V4 导通，输导通，输出为高电平，出为高电平，UOH 3.6V。如。如AB 段所示，称与非门工作在段所示，称与非门工作在截止区或处于关门状态。截止区或处于关门状态。 逻辑门电路逻辑门电路电压传输特性测试电路电压传输特性测试电路CT74S系列与非门系列与非门电压传输特

16、性电压传输特性( (三三) ) TTL 与非门的外特性及主要参数与非门的外特性及主要参数 1. 电压传输特性和相关参数电压传输特性和相关参数 0.8V uI 1.1V时时, 1.5V uB1 1.1V时，时， uB1 1.8V，V2、V5 饱和，输出为低电平，饱和，输出为低电平，UOL 0.3V，如，如 CD 段所示，称段所示，称与非门工作在与非门工作在饱和区或处于开饱和区或处于开门状态。门状态。 逻辑门电路逻辑门电路电压传输特性测试电路电压传输特性测试电路CT74S系列与非门系列与非门电压传输特性电压传输特性( (三三) ) TTL 与非门的外特性及主要参数与非门的外特性及主要参数 1. 电

17、压传输特性和相关参数电压传输特性和相关参数 饱和区：与非门饱和区：与非门处于开门状态。处于开门状态。 截止区：与非门截止区：与非门处于关门状态。处于关门状态。 转折区转折区 逻辑门电路逻辑门电路( (三三) ) TTL 与非门的外特性及主要参数与非门的外特性及主要参数 1. 电压传输特性和相关参数电压传输特性和相关参数 关门电平关门电平 UOFF 输出电压下降到输出电压下降到UOH(min)时时,对应的输入电压值。对应的输入电压值。开门电平开门电平 UON 输出电压上升到输出电压上升到UOL(max)时时,对对应的输入电压值。应的输入电压值。阈值电压阈值电压 UTH转折区中点对应的输入电压，转

18、折区中点对应的输入电压，又称门槛电平。又称门槛电平。UOL(max)近似分析时认为：近似分析时认为：uI UTH，则与非门开通，输出低电平，则与非门开通，输出低电平UOL；uI UTH，则与非门关闭，则与非门关闭， 输出高电平输出高电平UOH。 逻辑门电路逻辑门电路( (三三) ) TTL 与非门的外特性及主要参数与非门的外特性及主要参数 1. 电压传输特性和相关参数电压传输特性和相关参数 UOL(max)输入信号上叠加的噪声电输入信号上叠加的噪声电压只要不超过允许值，就不会压只要不超过允许值，就不会影响电路的正常逻辑功能，这影响电路的正常逻辑功能，这个允许值称为个允许值称为噪声容限噪声容限。

19、噪声。噪声容限越大，抗干扰能力越强。容限越大，抗干扰能力越强。 输入噪声容限输入噪声容限 逻辑门电路逻辑门电路( (三三) ) TTL 与非门的外特性及主要参数与非门的外特性及主要参数 1. 电压传输特性和相关参数电压传输特性和相关参数 UOL(max)输入噪声容限输入噪声容限 输入高电平噪声容限输入高电平噪声容限 UNH输入低电平噪声容限输入低电平噪声容限 UNL指输入低电平时，允许的指输入低电平时，允许的最大正向噪声电压。最大正向噪声电压。 UNL = UOFF UIL 指输入高电平时，允许的指输入高电平时，允许的最大负向噪声电压。最大负向噪声电压。 UNH = UIH UON 逻辑门电路

20、逻辑门电路输入负载特性测试电路输入负载特性测试电路 输入负载特性输入负载特性曲线曲线0uI /VR1/k UOFF1.1FNROFFRON2. 输入负载特性输入负载特性 ROFF 称关门电阻。称关门电阻。RI RON 时，相应输入端相当时，相应输入端相当于输入高电平。对于输入高电平。对 CT74S 系列，系列，RON 2.1 k 。RONROFFUOFF 逻辑门电路逻辑门电路 例例 下图中，已知下图中，已知 ROFF 800 ，RON 3 k ，试对应，试对应 输入波形定性画出输入波形定性画出TTL与非门的输出波形。与非门的输出波形。( (a) )( (b) )tA0.3 V3.6 VO不同不

21、同 TTL 系列，系列， RON、 ROFF 不同。不同。相应输入端相当于输入低电平，相应输入端相当于输入低电平，也即相当于输入逻辑也即相当于输入逻辑 0 。逻辑逻辑0因此因此 Ya 输出恒为高电平输出恒为高电平 UOH 。相应输入端相当于输入高电平，相应输入端相当于输入高电平，也即相当于输入逻辑也即相当于输入逻辑 1 。逻辑逻辑1AAYb 1因此，可画出波形如图所示。因此，可画出波形如图所示。YbtOYatUOHO解：图解：图( (a) )中，中，RI = 300 RON 3 k 逻辑门电路逻辑门电路3. 输出负载特性输出负载特性负载电流流入与负载电流流入与非门的输出端。非门的输出端。 负载

22、电流从与非门负载电流从与非门的输出端流向外负载。的输出端流向外负载。通常按照负通常按照负载电流的流向将载电流的流向将与非门负载分为与非门负载分为 灌电流负载灌电流负载 拉电流负载拉电流负载 带灌电流负带灌电流负载门的个数载门的个数称输出低电称输出低电平扇出系数平扇出系数NOL=IOL (max)IIL带拉电流负带拉电流负载门的个数载门的个数称输出高电称输出高电平扇出系数平扇出系数NOH=IOH (max)IIH扇出系数越大，负载能力越强。扇出系数越大，负载能力越强。 逻辑门电路逻辑门电路 由于三极管存在开关时间，元、器件由于三极管存在开关时间，元、器件及连线存在一定的寄生电容，因此输入矩及连线

23、存在一定的寄生电容，因此输入矩形脉冲时，输出脉冲将延迟一定时间。形脉冲时，输出脉冲将延迟一定时间。 输入信号输入信号UOm0.5 UOm0.5 UImUIm输出信号输出信号4. 传输延迟时间传输延迟时间 输入电压波形下降沿输入电压波形下降沿 0.5 UIm 处到输出电压上升沿处到输出电压上升沿 0.5 Uom处间隔的时间称处间隔的时间称截止延迟时间截止延迟时间 tPLH。 输入电压波形上升沿输入电压波形上升沿 0.5 UIm 处到输出电压下降沿处到输出电压下降沿 0.5 Uom处间隔的时间称处间隔的时间称导通延迟时间导通延迟时间 tPHL L。平均传输延迟时间平均传输延迟时间 tpd 2PLH

24、PHLpdttt tPHLtPLHtpd 越小，则门电越小，则门电路开关速度越高，工路开关速度越高，工作频率越高。作频率越高。 0.5 UIm0.5 UOm 逻辑门电路逻辑门电路5. 静态功耗与静态功耗与功耗功耗- -延迟积延迟积 常用功耗常用功耗 P 和平均传输延迟时间和平均传输延迟时间 tpd 的乘积的乘积( (简称简称功耗功耗 延迟积延迟积) )来来综合评价门电路的性能，即综合评价门电路的性能，即M = P0 tpd 性能优越的门电路应具有功耗低、工作速度高的性能优越的门电路应具有功耗低、工作速度高的特点，然而这两者矛盾。特点，然而这两者矛盾。 M 又称品质因素，值越小，说明综合性能越好

25、。又称品质因素，值越小，说明综合性能越好。 静态功耗静态功耗CCCCHCCL02VIIP 逻辑门电路逻辑门电路( (四四) ) 与非门的应用与非门的应用 1. 构成简单控制电路构成简单控制电路 逻辑门电路逻辑门电路( (四四) ) 与非门的应用与非门的应用 2. 构成与门、或门和非门构成与门、或门和非门 逻辑门电路逻辑门电路( (四四) ) 与非门的应用与非门的应用 3. 简易逻辑状态测试笔简易逻辑状态测试笔测试点高电平时亮测试点高电平时亮红灯红灯绿灯绿灯测试点低电平时亮测试点低电平时亮 逻辑门电路逻辑门电路 使用时需使用时需外接外接上拉电阻上拉电阻 RL 即即 Open collector

26、gate，简称简称 OC 门。门。 常用的有集电极开路与非门、三态门、或非门、与常用的有集电极开路与非门、三态门、或非门、与或非门和异或门等。它们都是在与非门基础上发展出来或非门和异或门等。它们都是在与非门基础上发展出来的，的，TTL 与非门的上述特性对这些门电路大多适用。与非门的上述特性对这些门电路大多适用。 VC 可以等于可以等于 VCC也可不等于也可不等于 VCC 二、其他功能的二、其他功能的 TTL 门电路门电路 ( (一一) )集电极开路与非门集电极开路与非门 1. 电路、逻辑符号和工作原理电路、逻辑符号和工作原理 输入都为高电平时，输入都为高电平时， V2 和和 V5 饱和导通，输

27、出饱和导通，输出为低电平为低电平 UOL 0.3 V 。输入有低电平时，输入有低电平时，V2和和 V5 截止，输出为高电平截止，输出为高电平 UOH VC 。 因此具有与非功能。因此具有与非功能。 工作原理工作原理 OC门门 逻辑门电路逻辑门电路 相当于与门作用。相当于与门作用。 因为因为 Y1、Y2 中有低电中有低电平时，平时，Y 为低电平；只有为低电平；只有 Y1、Y2 均为高电平时，均为高电平时，Y才为高电平，故才为高电平，故 Y = Y1 Y2。2. 应用应用 ( (1) ) 实现线与实现线与两个或多个两个或多个 OC 门的输出端直接相连，门的输出端直接相连，相当于将这些输出信号相与，

28、称为线与。相当于将这些输出信号相与，称为线与。 Y只有只有 OC 门才能实现线与。普通门才能实现线与。普通 TTL 门输出端不能并联，否则可能损坏器件。门输出端不能并联，否则可能损坏器件。注意注意CDABCDABY 逻辑门电路逻辑门电路( (2) )驱动显示器和继电器等驱动显示器和继电器等 例例 下图为用下图为用 OC 门驱动发光二极管门驱动发光二极管 LED 的显示电路。的显示电路。 已知已知 LED 的正向导通压降的正向导通压降 UF = 2V，正向工作电流，正向工作电流 IF = 10 mA，为保证电路正常工作，试确定，为保证电路正常工作，试确定 RC 的值。的值。解解：为保证电路正常工

29、作，应满足为保证电路正常工作，应满足FCOLFV5CIRUUIR mA 10V 3 . 0V 2V 5 C R即即因此因此RC = 270 分析：分析：该电路只有在该电路只有在 A、B 均为均为高电平，使输出高电平，使输出 uO 为低电平时，为低电平时，LED 才导通发光；否则才导通发光；否则 LED 中无电流流通，不发光。中无电流流通，不发光。 要使要使 LED 发光，应满足发光，应满足IRc IF = 10 mA。 逻辑门电路逻辑门电路TTLCMOSRLVDD+5 V( (3) )实现电平转换实现电平转换 TTL 与非门有时需要驱动其他种类门电路，而不与非门有时需要驱动其他种类门电路，而不

30、同种类门电路的高低电平标准不一样。应用同种类门电路的高低电平标准不一样。应用 OC 门就门就可以适应负载门对电平的要求。可以适应负载门对电平的要求。OC 门的门的 UOL 0.3V，UOH VDD，正好符合，正好符合 CMOS 电路电路 UIH VDD，UIL 0的要求。的要求。 VDDRL 逻辑门电路逻辑门电路( (二二) ) 与或非门与或非门与或非门与或非门 1. 与或非门的电路、逻辑符号和工作原理与或非门的电路、逻辑符号和工作原理 逻辑门电路逻辑门电路2. 或非门的应用或非门的应用（1）构成与门、或门和非门构成与门、或门和非门 逻辑门电路逻辑门电路（2）构成多路数据选择电路构成多路数据选

31、择电路2. 或非门的应用或非门的应用 逻辑门电路逻辑门电路( (三三) ) 异或门异或门 1. 电路、逻辑符号和工作原理电路、逻辑符号和工作原理BAABY )(BAAB )(BABA BABA BA 逻辑门电路逻辑门电路( (三三) ) 异或门异或门 2. 应用应用正码正码/反码电路反码电路B=0时，时，Y0 Y1 Y2Y3 = A0 A1 A2A3 ，输出正码（原码）；输出正码（原码）；B=1时，时，输出反码）。输出反码）。Y0 Y1 Y2Y3 = A0 A1 A2A3 ， 逻辑门电路逻辑门电路 即即 Tri- -State Logic 门，门，简称简称 TSL 门。其输出有高门。其输出有高

32、电平态、低电平态和高阻电平态、低电平态和高阻态三种状态。态三种状态。三态输出与非门电路三态输出与非门电路 EN = 1 时，时，P = 0，uP = 0.3V0110 0.3V1V导通导通截止截止截止截止 另一方面，另一方面，V1 导通，导通， uB1 = 0.3V + 0.7V = 1V, V2、V5 截止。截止。这时，从输出端这时，从输出端 Y 看进去，看进去，对地和对电源对地和对电源 VCC 都相当于开都相当于开路，路，输出端呈现高阻态输出端呈现高阻态，相当，相当于输出端开路。于输出端开路。Y=AB1V导通导通截止截止截止截止Z这时这时 VD 导通，使导通，使 uC2 = 0.3 V +

33、 0.7 V = 1 V，使，使 V4 截止。截止。( (四四) )三态输出门三态输出门 1. 电路、逻辑符号和工作原理电路、逻辑符号和工作原理工作原理工作原理 EN = 0 时，时，P = 1，VD 截止截止电路等效为一个输入为电路等效为一个输入为 A、B 和和1 的的 TTL 与非门。与非门。 Y = AB 逻辑门电路逻辑门电路综上所述，可见：综上所述，可见：( (二二) )三态输出门三态输出门 1. 电路、逻辑符号和工作原理电路、逻辑符号和工作原理只有当使能信号只有当使能信号 EN = 0 时才允许三态时才允许三态门工作，故称门工作，故称 EN 低电平有效低电平有效。EN 称使能信号或控

34、制信号，称使能信号或控制信号，A、B 称数据信号。称数据信号。当当 EN = 0 时，时，Y = AB，三态门处于工作态；三态门处于工作态；当当 EN = 1 时，三态门输出呈时，三态门输出呈现高阻态，又现高阻态，又称称禁止态。禁止态。 逻辑门电路逻辑门电路EN 即即 Enable功能表功能表Z0AB1YEN使能端的两种控制方式使能端的两种控制方式使能端低电平有效使能端低电平有效使能端高电平有效使能端高电平有效功能表功能表Z1AB0YENEN 逻辑门电路逻辑门电路2. 应用应用 任何时刻任何时刻 EN1、EN2、 EN3 中只能有一个为有效电平，中只能有一个为有效电平，使相应三态门工作，而其他

35、三使相应三态门工作，而其他三态输出门处于高阻状态，从而态输出门处于高阻状态，从而实现了总线的复用。实现了总线的复用。总线总线 ( (1) )构成单向总线构成单向总线 逻辑门电路逻辑门电路DIDO/DIDO00高阻态高阻态工作工作DI EN = 0 时，时，总线上的数据总线上的数据 DI经反相后在经反相后在 G2 输输出端输出。出端输出。( (2) )构成双向总线构成双向总线 DIDO/DIDO11工作工作DO高阻态高阻态 EN = 1 时，时，数据数据 DO 经经 G1 反相后传送到反相后传送到总线上。总线上。 DIDO/DIDO11工作工作DO高阻态高阻态 EN = 1 时，时，数据数据 D

36、O 经经 G1 反相后传送到反相后传送到总线上。总线上。 DIDO/DIDO 逻辑门电路逻辑门电路 TTL 集成门的类型很多集成门的类型很多, ,那么那么如何识别它们如何识别它们? ?各类型之间有何异各类型之间有何异同同? ?如何选用合适的门如何选用合适的门? ?三、三、TTL 数字集成电路序列数字集成电路序列 （一）（一）按工作温度和电源允许变化范围不同分类按工作温度和电源允许变化范围不同分类 用于民品用于民品 用于军品用于军品 具有完全相同的电路结构和电气性能具有完全相同的电路结构和电气性能参数，但参数，但 CT54 系列更适合在温度条件恶系列更适合在温度条件恶劣、供电电源变化大的环境中工

37、作。劣、供电电源变化大的环境中工作。 CT74 系列系列 CT54 系列系列 逻辑门电路逻辑门电路向高速向高速发展发展 向低功向低功耗发展耗发展 （二）（二） 按平均传输延迟时间和平均功耗不同分类按平均传输延迟时间和平均功耗不同分类 向减小向减小功耗功耗 - -延迟积延迟积发展发展 措施：增大电阻值措施：增大电阻值 措施：措施：( (1) ) 采用采用 SBD 和抗饱和三极管；和抗饱和三极管；( (2) ) 采用有源泄放电路；采用有源泄放电路；( (3) ) 减小电路中的电阻值。减小电路中的电阻值。CT74F快速系列，又称快速系列，又称FTTL序列，速度和序列，速度和功耗介于功耗介于CT74A

38、S 系列和系列和CT74ALS 系列之间。系列之间。 CT74 系列系列( (即标准即标准 TTL ) )CT74L 系列系列( (即低功耗即低功耗 TTL简称简称 LTTL) ) CT74H 系列系列( (即高速即高速 TTL简称简称 HTTL) )CT74S 系列系列( (即肖特基即肖特基TTL简称简称 STTL) ) CT74AS 系列系列( (即先进肖特基即先进肖特基TTL简称简称 ASTTL) ) CT74LS 系列系列( (即低功耗肖特基即低功耗肖特基TTL 简称简称 LSTTL) )CT74ALS 系列系列( (即先进低功耗肖特基即先进低功耗肖特基TTL 简称简称 LSTTL)

39、) 逻辑门电路逻辑门电路其中，其中，LSTTL 系列综合性能优越、品种多、价系列综合性能优越、品种多、价格便宜；格便宜； ALSTTL 系列性能优于系列性能优于 LSTTL，但品种少、，但品种少、价格较高，因此目前价格较高，因此目前实用中多选用实用中多选用 LSTTL。 典型噪声容限/V 1 1 1 0.5 0.6 0.5 0.5FTTL54312（二）（二） 按平均传输延迟时间和平均功耗不同分类按平均传输延迟时间和平均功耗不同分类 逻辑门电路逻辑门电路（三）（三） 集成逻辑门的选用要点集成逻辑门的选用要点( (1) )实际使用中的最高工作频率实际使用中的最高工作频率 fm 应不大于逻辑门最高

40、工作应不大于逻辑门最高工作 频率频率 fmax 的一半。的一半。 ( (2) )不同系列不同系列 TTL 中，器件型号后面几位数字相同时，通中，器件型号后面几位数字相同时，通常逻辑功能、外型尺寸、外引线排列都相同。但工作速常逻辑功能、外型尺寸、外引线排列都相同。但工作速度度( (平均传输延迟时间平均传输延迟时间 tpd ) )和平均功耗不同。实际使用和平均功耗不同。实际使用时，时， 高速门电路可以替换低速的；反之则不行。高速门电路可以替换低速的；反之则不行。 例如例如 CT7400CT74L00CT74H00CT74S00CT74LS00CT74AS00CT74ALS00 xx74xx00 引

41、脚图引脚图 双列直插双列直插 14 引脚引脚四四 2 输入与非门输入与非门 逻辑门电路逻辑门电路四、四、TTL 集成逻辑门的使用注意事项集成逻辑门的使用注意事项（一）电源电压及电源干扰的消除（一）电源电压及电源干扰的消除对对 54 系列电源电压应满足系列电源电压应满足（5 10%）V ，对对 74 系列电源电压应满足系列电源电压应满足（5 5%）V 。为防止外来干扰通过电源串入电路，需对电源进行滤波。为防止外来干扰通过电源串入电路，需对电源进行滤波。 在印制板电源输入端接在印制板电源输入端接10100 F电容至地，对低频滤波电容至地，对低频滤波。 电路中每隔电路中每隔68个门接个门接0.010

42、.1 F电容至地，电容至地，对高频滤波。对高频滤波。 逻辑门电路逻辑门电路( (二二) )输出端的连接输出端的连接 普通普通 TTL 门输出端不允许直接并联使用。门输出端不允许直接并联使用。 三态输出门的输出端可并联使用，但同一时刻只能有三态输出门的输出端可并联使用，但同一时刻只能有一个门工作，其他门输出处于高阻状态。一个门工作，其他门输出处于高阻状态。 集电极开路门输出端可并联使用，但公共输出端和集电极开路门输出端可并联使用，但公共输出端和电源电源 VCC 之间应接负载电阻之间应接负载电阻 RL。 输出端不允许直接接电源输出端不允许直接接电源 VCC 或直接接地。或直接接地。输出电流应小于产

43、品手册上规定的最大值。输出电流应小于产品手册上规定的最大值。 逻辑门电路逻辑门电路（三）（三）多余输入端的处理多余输入端的处理 与门和与非门的多余输入端接逻辑与门和与非门的多余输入端接逻辑 1 或者与有用输入端并接。或者与有用输入端并接。接接 VCC通过通过 1 10 k 电阻接电阻接 VCC与有用输入端并接与有用输入端并接TTL 电路输入端悬空时相当于输入高电平，电路输入端悬空时相当于输入高电平，做实验时与门和与非门等的做实验时与门和与非门等的多余输入端可悬空，多余输入端可悬空，但使用中多余输入端一般不悬空，以防止干扰。但使用中多余输入端一般不悬空，以防止干扰。 逻辑门电路逻辑门电路或门和或

44、非门的多余输入端接逻辑或门和或非门的多余输入端接逻辑 0或者与有用输入端并接或者与有用输入端并接与或非门中不使用的与门至少有一个输入端接地。与或非门中不使用的与门至少有一个输入端接地。 逻辑门电路逻辑门电路 例例 欲用下列电路实现非运算，试改错。欲用下列电路实现非运算，试改错。( (ROFF 700 ，RON 2.1 k ) 逻辑门电路逻辑门电路解：解：OC 门输出门输出端需外接端需外接上拉电阻上拉电阻RC5.1kY = 1Y = 0 RI RON ，相应输入，相应输入端为高电平。端为高电平。510 RI UGS(th)N +UGS(th)P且且 UGS(th)N =UGS(th)P UGS(

45、th)N增强型增强型 NMOS 管开启电压管开启电压AuIYuOVDDSGDDGSBVPVNB NMOS 管的衬底接管的衬底接电路最低电位，电路最低电位，PMOS管的衬底接最高电位，管的衬底接最高电位，从而从而保证衬底与漏源间保证衬底与漏源间的的 PN 结始终反偏。结始终反偏。.uGSN+- -增强型增强型 PMOS 管开启电压管开启电压uGSP+- -UGS(th)PuGSN UGS(th)N 时，增强型时，增强型 NMOS 管导通管导通uGSN UGS(th)N 时，增强型时，增强型 NMOS 管截止管截止OiDuGSUGS(th)N增强型增强型 NMOS 管管转移特性转移特性 时时, 增

46、强型增强型 PMOS 管导通管导通 时时, 增强型增强型 PMOS 管截止管截止OiDuGSUGS(th)P增强型增强型 PMOS 管管转移特性转移特性PGS(th)GSPUu PGS(th)GSPUu UIL = 0 V，UIH = VDD 逻辑门电路逻辑门电路AuIYuOVDDSGDDGSVP衬底衬底 BVN衬底衬底 B( (二二) )工作原理工作原理 ROFFNRONPuO+VDDSDDS导通电阻导通电阻 RON 截止电阻截止电阻 ROFFRONNROFFPuO+VDDSDDS可见该电路构成可见该电路构成 CMOS 非门，又称非门，又称 CMOS 反相器。反相器。无论输入高低，无论输入高

47、低，VN、VP 中总有一管截止，使静态漏中总有一管截止，使静态漏极电流极电流 iD 0。因此。因此 CMOS 反相器静态功耗极微小。反相器静态功耗极微小。 输入为低电平，输入为低电平，UIL = 0V 时，时，uGSN = 0V UGS(th)N , VN 导通，导通，VP 截止，截止，PGS(th)DDDDGSPV0UVVu 输入为低电平输入为低电平 UIL = 0 V 时，时，uGSN = 0V UGS(th)N ， VN 截止，截止，VP 导通，导通，PGS(th)DDSPGPV0UVuu GSPuuO VDD , 为高电平。为高电平。UIH = VDDuO 0 V ，为低电平。，为低电

48、平。 逻辑门电路逻辑门电路( (三三) )电压传输特性电压传输特性 VDD=VCC=5V 阈值电压阈值电压: : UTH= =VDD/2噪声容限高噪声容限高: : VDD/2 逻辑门电路逻辑门电路二、其他功能的二、其他功能的 CMOS 门电路门电路 ( (一一) )CMOS 与非门和或非门与非门和或非门 1. . CMOS 与非门与非门 ABVDDVPBVPAVNAVNBY 每个输入端对应一每个输入端对应一对对 NMOS 管和管和PMOS 管。管。NMOS 管为驱动管，管为驱动管，PMOS 管为负载管。输管为负载管。输入端与它们的栅极相连。入端与它们的栅极相连。与非门结构特点：与非门结构特点：

49、驱动管相串联驱动管相串联，负载管相并联负载管相并联。 逻辑门电路逻辑门电路ABVDDVPBVPAVNAVNBY CMOS 与非门工作原理与非门工作原理11导通导通导通导通截止截止截止截止0 驱动管均导通，驱动管均导通， 负载管均截止，负载管均截止， 输出为低电平。输出为低电平。 当输入均为当输入均为 高电平时：高电平时： 低电平输入端低电平输入端相对应的驱动管截相对应的驱动管截止，负载管导通，止，负载管导通，输出为高电平。输出为高电平。 当输入中有当输入中有 低电平时：低电平时：ABVDDVPBVPAVNAVNBY0截止截止导通导通1因此因此 Y = AB 逻辑门电路逻辑门电路改进改进CMOS

50、 与非门，使输出电平大小不受输入端个数影响与非门，使输出电平大小不受输入端个数影响 逻辑门电路逻辑门电路2. . CMOS 或非门或非门 ABVDDVPBVPAVNAVNBY或非门结构特点：或非门结构特点：驱动管相并联驱动管相并联，负载管相串联负载管相串联。 逻辑门电路逻辑门电路改进：带缓冲级的改进：带缓冲级的CMOS 或非门或非门 逻辑门电路逻辑门电路YABuOuIVDD1漏极开路的漏极开路的CMOS与非与非门电路门电路( (二二) ) CMOS漏极开路与非门漏极开路与非门简称简称 OD 门门 与与 OC 门相似，常用作驱动器、电平转换器和实现线与等。门相似，常用作驱动器、电平转换器和实现线

51、与等。Y = AB构成与门构成与门 构成输构成输出端开出端开路的非路的非门门需外接上需外接上拉电阻拉电阻 RD 逻辑门电路逻辑门电路C、C 为互补为互补控制信号控制信号 由一对参数对称一致的增由一对参数对称一致的增强型强型 NMOS 管和管和 PMOS 管并联管并联构成。构成。 PMOSCuI/uOVDDCMOS传输传输门电路结构门电路结构uO/uIVPCNMOSVN( (三三) )CMOS 传输门传输门 工作原理工作原理 MOS 管的漏极和源极结构对称，管的漏极和源极结构对称，可互换使用，因此可互换使用，因此 CMOS 传输门的传输门的输出端和输入端也可互换。输出端和输入端也可互换。 uOu

52、IuIuO 当当 C = 0V，uI = 0 VDD 时，时，VN、VP 均截止，输出与输入之间呈现高均截止，输出与输入之间呈现高电阻，相当于开关断开。电阻，相当于开关断开。 uI 不能传输到输出端，称传输门不能传输到输出端，称传输门关闭。关闭。CC 当当 C = VDD，uI = 0 VDD 时，时，VN、VP 中至少有一管导通，输出与输入中至少有一管导通，输出与输入之间呈现低电阻，相当于开关闭合。之间呈现低电阻，相当于开关闭合。 uO = uI，称传输门开通。，称传输门开通。 C = 1，C = 0 时，传输门开通，时，传输门开通，uO = uI； C = 0，C = 1 时，传输门关闭，

53、信号不能传输。时，传输门关闭，信号不能传输。 逻辑门电路逻辑门电路PMOSCuI/uOVDDCMOS传输传输门电路结构门电路结构uO/uIVPCNMOSVN 传输门是一个理想的传输门是一个理想的双向开关，双向开关，可传输模拟信号可传输模拟信号，也可传输，也可传输数字信号数字信号。TGuI/uOuO/uICC传输门逻辑符号传输门逻辑符号 TG 即即 Transmission Gate 的缩写的缩写 ( (三三) )CMOS 传输门传输门 逻辑门电路逻辑门电路 在反相器基础上串接在反相器基础上串接了了 PMOS 管管 VP2 和和 NMOS 管管 VN2，它们的栅极分别，它们的栅极分别受受 EN

54、和和 EN 控制。控制。( (四四) )CMOS 三态输出门三态输出门 AENVDDYVP2VP1VN1VN2低电平使能的低电平使能的 CMOS 三态输出门三态输出门工作原理工作原理001导通导通导通导通Y=A110截止截止截止截止Z EN = 1 时，时，VP2、VN2 均截止，输出端均截止，输出端 Y 呈现高呈现高阻态。阻态。 因此构成使能端低因此构成使能端低电平有效的三态门。电平有效的三态门。 EN = 0 时，时，VP2 和和 VN2 导通，呈现低电阻，不影导通，呈现低电阻，不影响响 CMOS 反相器工作。反相器工作。 Y = AEN 逻辑门电路逻辑门电路三、三、CMOS 数字集成电路

55、的特点与序列数字集成电路的特点与序列 （一）（一）CMOS 门电路比之门电路比之 TTL 的主要特点的主要特点 注意：注意：CMOS 电路的扇出系数大是由于其负载门电路的扇出系数大是由于其负载门的输入阻抗很高，所需驱动功率极小，的输入阻抗很高，所需驱动功率极小，并非并非 CMOS 电电路的驱动能力比路的驱动能力比 TTL 强。强。实际上实际上 CMOS4000 系列驱动系列驱动能力远小于能力远小于 TTL，HCMOS 驱动能力与驱动能力与 TTL 相近。相近。 功耗极低功耗极低 抗干扰能力强抗干扰能力强 电源电压范围宽电源电压范围宽 输出信号摆幅大输出信号摆幅大( (UOH VDD，UOL 0

56、 V) ) 输入阻抗高输入阻抗高 扇出系数大扇出系数大 逻辑门电路逻辑门电路( (二二) )CMOS 数字集成电路系列数字集成电路系列 CMOS4000 系列系列 功耗极低、抗干扰能力强；功耗极低、抗干扰能力强；电源电压范围宽电源电压范围宽 VDD = 3 15 V；工作频率低，工作频率低，fmax = 5 MHz；驱动能力差驱动能力差。高速高速CMOS 系列系列( (又称又称 HCMOS 系列系列) ) 功耗极低、抗干扰能力强；电功耗极低、抗干扰能力强；电源电压范围源电压范围 VDD = 2 6 V；工作频率高，工作频率高，fmax = 50 MHz；驱动能力强。驱动能力强。 提高速度措施：

57、减小提高速度措施：减小MOS 管的极间电容。管的极间电容。 由于由于CMOS电路电路 UTH VDD / 2，噪声容，噪声容限限UNL UNH VDD / 2，因此抗因此抗干扰能力很强。干扰能力很强。电源电压越高，抗干扰电源电压越高，抗干扰能力越强。能力越强。 逻辑门电路逻辑门电路民品民品 军品军品 VDD = 2 6 V T 表示与表示与 TTL 兼容兼容VDD = 4.5 5.5 V CC54HC / 74HC 系列系列CC54HC / 74HC 系列系列 TT按按电源电压电源电压不同分为不同分为 按工作温度不同分为按工作温度不同分为 CC74 系列系列 CC54 系列系列 H CMOS

58、系列系列 HCMOS序列的速度达到了序列的速度达到了T54LS/74LS水平，又具有低功耗、抗干扰能力强的优点。水平，又具有低功耗、抗干扰能力强的优点。很有发展前景。很有发展前景。 逻辑门电路逻辑门电路四、四、CMOS 集成逻辑门的使用注意事项集成逻辑门的使用注意事项1. 注意不同系列注意不同系列 CMOS 电路允许的电源电压范围不同，电路允许的电源电压范围不同， 一般多用一般多用 + + 5 V。电源电压越高，抗干扰能力也越强。电源电压越高，抗干扰能力也越强。 2. CMOS 电路的电源电压极性不可接反，否则，可能会电路的电源电压极性不可接反，否则，可能会造成电路永久性失效。造成电路永久性失

59、效。 3. 在进行在进行 CMOS 电路实验，或对电路实验，或对 CMOS 数字系统进行数字系统进行调试、测量时，应先接入直流电源，后接入信号源；使调试、测量时，应先接入直流电源，后接入信号源；使用结束时，应先关信号源，后关直流电源。用结束时，应先关信号源，后关直流电源。 ( (一一) ) 电源电压电源电压 逻辑门电路逻辑门电路1. 闲置输入端不允许悬空闲置输入端不允许悬空。 2. 对于对于与与门和门和与非与非门，闲置输入端应接正电源或高电平；门，闲置输入端应接正电源或高电平； 对于对于或或门和门和或非或非门的闲置输入端应接地或低电平。门的闲置输入端应接地或低电平。闲置输入端不宜与使用输入端并

60、联使用，因为这样会增闲置输入端不宜与使用输入端并联使用，因为这样会增 大输入电容，从而使电路的工作速度下降。但在工大输入电容，从而使电路的工作速度下降。但在工作速作速 度很低的情况下，允许输入端并联使用。度很低的情况下，允许输入端并联使用。 （二）（二） 闲置输入端的处理闲置输入端的处理 逻辑门电路逻辑门电路（三）（三） 输出端的连接输出端的连接1. 输出端不允许直接与电源输出端不允许直接与电源 VDD 或地（或地（VSS）相连。）相连。为提高电路的驱动能力，为提高电路的驱动能力，可将同一集成芯片上相同可将同一集成芯片上相同门电路的输入端、输出端门电路的输入端、输出端并联使用。并联使用。当当 CMOS