重庆科创职业学院-逻辑门电路

1、第二章第二章 逻辑门电路逻辑门电路基本要求基本要求1、了解分立元件与、或、非、或非、与非门的电路组成、了解分立元件与、或、非、或非、与非门的电路组成、 工作原理、逻辑功能及其描述方法；工作原理、逻辑功能及其描述方法；2、掌握逻辑约定及逻辑符号的意义；、掌握逻辑约定及逻辑符号的意义；3、熟练掌握、熟练掌握TTL与非门典型电路的分析方法、电压传输与非门典型电路的分析方法、电压传输特性、输入特性、输入负载特性、输出特性；了解噪特性、输入特性、输入负载特性、输出特性；了解噪声容限、声容限、TTL与非门性能的改进方法；与非门性能的改进方法；4、掌握、掌握OC门、三态门的工作原理和使用方法，正确理门、三态

2、门的工作原理和使用方法，正确理解解OC门负载电阻的计算及线与、线或的概念；门负载电阻的计算及线与、线或的概念；5、掌握、掌握CMOS反相器、与非门、或非门、三态门的逻辑反相器、与非门、或非门、三态门的逻辑功能分析，功能分析，CMOS反相器的电压及电流传输特性；反相器的电压及电流传输特性；6、熟练掌握、熟练掌握CMOS传输门及双向模拟开关。传输门及双向模拟开关。 获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导通、截止（即开、关）两种工作状态。逻辑0和1： 电子电路中用高、低电平来表示。逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。简称门电路。基本和常用门电路有与门、或门、非门（反相器）、与

3、非门、或非门、与或非门和异或门等。概述概述 分立元件门电路分立元件门电路PN结示意图结示意图 在在PNPN结上加上引线和封装，就成为结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有一个二极管。二极管按结构分有点接点接触型、面接触型和平面型触型、面接触型和平面型三大类。三大类。一一, ,二极管的结构二极管的结构PN结及其单向导电特性结及其单向导电特性扩散：扩散：如果在半导体中存在载流如果在半导体中存在载流子子浓度差浓度差时，则会发生载时，则会发生载流子由高浓度区移动至低流子由高浓度区移动至低浓度区的现象。（多子的浓度区的现象。（多子的运动）运动）漂移：漂移：当对半导体加上一定方向的当对半导

4、体加上一定方向的电场电场时，作为载流子的空穴时，作为载流子的空穴与自由电子受电场的作用力与自由电子受电场的作用力而移动的现象。（少子的运而移动的现象。（少子的运动）动）I复合：复合：半导体内的空穴与自由电子半导体内的空穴与自由电子结合而消失的现象。结合而消失的现象。 PN结结一、一、PN结结(PN Junction)的形成的形成1. 载流子的载流子的浓度差浓度差引起多子的引起多子的扩散扩散2. 复合使交界面复合使交界面形成空间电荷区形成空间电荷区(耗尽层耗尽层) 空间电荷区特点空间电荷区特点:无载流子无载流子阻止扩散进行阻止扩散进行利于少子的漂移利于少子的漂移3. 扩散和漂移达到扩散和漂移达到

5、动态平衡动态平衡扩散电流扩散电流 = 漂移电流漂移电流 总电流总电流 = 0内建电场内建电场二、二、PN结的单向导电性结的单向导电性1. 外加外加正向正向电压电压(正向偏置正向偏置) forward biasP区区N区区内电场内电场+ UR外电场外电场外电场使多子向外电场使多子向PN结移动结移动,中和部分离子中和部分离子使空间电荷区变窄使空间电荷区变窄 IFIF = I多子多子 I少子少子 I多子多子限流电阻限流电阻2. 外加外加反向反向电压（反向偏置电压（反向偏置) reverse bias P区区N区区 +UR内电场内电场外电场外电场外电场使少子背离外电场使少子背离PN结移动结移动 空间电

6、荷区变宽空间电荷区变宽IRIR = I少子少子 0PN结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大 反偏截止，电阻很大，电流近似为零反偏截止，电阻很大，电流近似为零扩散运动加强形成正向电流扩散运动加强形成正向电流IF漂移运动加强形成反向电流漂移运动加强形成反向电流IR 对于对于P型半导体和型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为成的空间电荷区称为PN结结。在空间电荷区，由于缺。在空间电荷区，由于缺少载流子所以也称少载流子所以也称耗尽层耗尽层。同时对多子的扩散起阻挡。同时对多子的扩散起阻挡作用，所以又叫作用，所

7、以又叫阻挡层阻挡层。物理过程如下物理过程如下:浓度差浓度差多子的扩散运动多子的扩散运动空间电荷区空间电荷区 内电场内电场 促使少子漂移促使少子漂移 阻止多子扩散阻止多子扩散 动态平衡动态平衡 PN结结二、二、二极管的开关特性二极管的开关特性二极管符号：正极负极+uD IF 0.5 0.7iD(mA) uD(V)伏安特性UBR0Ui0.5V时，二极管导通。 + ui RL +uo D开关电路 + ui=0V RL +uo Dui=0V时的等效电路 + + ui=5V RL +uo D 0.7Vui=5V 时的等效电路uououi0V时，二极管截止，如同开关断开，uo0V。ui5V时，二极管导通，

8、如同0.7V的电压源，uo4.3V。二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度。动态特性动态特性D正偏时，正偏时，PN结电阻较小。加上反结电阻较小。加上反压后，形成较大的压后，形成较大的I2；尔后，随着结；尔后，随着结电阻的增加，反向电流逐渐减小，直电阻的增加，反向电流逐渐减小，直至漏电流至漏电流Is。DRDUiV+iVt1V2VDIt1I2Iret21 . 0 IIs反向恢复过程反向恢复过程:反向恢复时间反向恢复时间 tre说明说明: 转换时间：截止导通 较小 导通截止较大 故D的开关时间以tre来衡量。 所需的时间。电流由,I 1 . 0RVI222判断二极管在电路中的工作状态，常用的方法

9、是：判断二极管在电路中的工作状态，常用的方法是： 首先假设二极管断开，然后求得二极管阳极与首先假设二极管断开，然后求得二极管阳极与阴极之间将承受的电压阴极之间将承受的电压U UUU导通电压，二极管正向偏置，导通；导通电压，二极管正向偏置，导通；UU0D1导通导通UAB=12VUCD=18V结论：结论：D D2 2导通，导通，D D1 1截止。截止。12V3K6V12V3K6VABCDUCDUABD D2 2优先导通优先导通12V3K6VABUAB=6V0D D1 1截止截止2 2、整流电路、整流电路u2 tuo t单相半波整流电路单相半波整流电路RL u2 uo 2、限幅电路、限幅电路ui u

10、O UREFRDR=1k ，UREF=3V tui3uot3tui sin6 二、用万用表检测二极管二、用万用表检测二极管在在 R 1k 挡进行测量，挡进行测量，红红表笔是表笔是(表内表内)负极负极 , 黑黑表笔是表笔是(表内表内)正极正极测量时手不要接触引脚测量时手不要接触引脚1. 用万用表指针式检测用万用表指针式检测 1k 0 0 0一般硅管正向电阻为几千欧一般硅管正向电阻为几千欧锗管正向电阻为几百欧锗管正向电阻为几百欧正反电阻相差不大为劣质管正反电阻相差不大为劣质管正反电阻都是无穷大或零正反电阻都是无穷大或零则二极管内部断路或短路则二极管内部断路或短路一一, ,双极性晶体管的结构及类型双

11、极性晶体管的结构及类型 双极性晶体管的结构如图双极性晶体管的结构如图1.3.1所示。所示。它有两种它有两种类型类型:NPN型和型和PNP型。型。图图1.3.1 三极管结构示意图三极管结构示意图 发射极发射极Emitter 基极基极Base集电极集电极Collector 发射结发射结集电结集电结二、三二、三极管的开关特性极管的开关特性 NPN型三极管截止、放大、饱和3 种工作状态的特点工作状态截 止放 大饱 和条 件iB00iBIBSiBIBS偏置情况发射结反偏集电结反偏uBE0，uBC0，uBC0，uBC0集电极电流iC0iCiBiCICSce间电压uCEVCCuCEVCCiCRcuCEUCE

12、S0.3V工作特点ce间等效电阻很大，相当开关断开可变很小，相当开关闭合3. 3. 晶体管的共射特性曲线晶体管的共射特性曲线（1）输入特性曲线输入特性曲线 iB=f(vBE) vCE=constvCE = 0VvCE 1V图图1.3.6（2）输出特性曲线输出特性曲线iC=f(vCE) iB=const输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域:截止区：截止区：iC接近零的区域，相接近零的区域，相当当iB=0的曲线的下方。此时，的曲线的下方。此时， vBE小于死区电压，集电结反小于死区电压，集电结反偏偏。放大区：放大区：iC平行于平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，轴的区域，曲线基本

13、平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏。,BCIIIIBC ）的控制作用。）的控制作用。（）对）对（表现出表现出CCBIIIIB 图图1.3.7饱和区：饱和区：iC明显受明显受vCE控制，该区域内，控制，该区域内，vCE=VCES0.7V (硅管硅管)。此时，此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。Q2ui iB e Rb biC (mA) 直流负载线 VCC Rc 0+VCCiC uo工作原理电路输出特性曲线80A60A40A20AiB=00 UCES VCC uCE(V) 0 0.5 uBE(V)输入特性曲线iB(A)Q1Q R

14、c cRbRc+VCCbce截止状态饱和状态iBIBSui=UIL0.5Vuo=+VCCui=UIHuo=0.3VRbRc+VCCbce0.7V0.3V饱和区截止区放大区10kui iB eRb b+VCC=+5ViC uo Rc1k c=40ui=0.3V时，因为uBE0.5V，iB=0，三极管工作在截止状态，ic=0。因为ic=0，所以输出电压：ui=1V时，三极管导通，基极电流：因为0iBIBS，三极管工作在饱和状态。输出电压：uoUCES0.3V动态特性动态特性T从：从：截止导通 ，建立电荷需要时间ton导通截止，存储电荷消散需要时间 toff 开关时间开关时间:max9 . 0cIm

15、ax1 . 0cIcit0iVt0fsoffrdontttttt开启 延时 上升关闭 存储 下降dtrtstft0Ut0tontoff场效应管场效应管 FET (Field Effect Transistor)类型类型结型结型 JFET (Junction Field Effect Transistor)绝缘栅型绝缘栅型 IGFET (Insulated Gate FET)特点：特点：1. 单极性器件单极性器件(一种载流子导电一种载流子导电)3. 噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、寿命长、工艺简单、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、寿命长、工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低易集成、功耗小

16、、体积小、成本低2. 输入电阻高输入电阻高(107 1015 ，IGFET可高达可高达1015 )一、增强型一、增强型N沟道沟道MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) MOS场效应管场效应管1. 结构与符号结构与符号P型衬底型衬底（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GB耗尽层耗尽层S 源极源极 SourceG 栅极栅极 Gate D 漏极漏极 D

17、rainSGDB3. 转移特性曲线转移特性曲线DSGSD)(Uufi 2 4 64321uGS /ViD /mAUDS =10VUGS (th)当当 uGS UGS(th) 时：时：2GS(th)GSDOD)1( UuIiuGS = 2UGS(th) 时的时的 iD 值值4. 输出特性曲线输出特性曲线GSDSD)(Uufi 可变电阻区可变电阻区uDS uGS UGS(th)uDS iD , 直到预夹断直到预夹断饱和饱和(放大区放大区)uDS ，iD 不变不变 uDS 加在耗尽层上，沟道电阻不变加在耗尽层上，沟道电阻不变截止区截止区uGS UGS(th) 全夹断全夹断 iD = 0 开启电压开启

18、电压uDS /ViD /mAuGS = 2 V4 V6 V8 V截止区截止区饱和区饱和区(放大区放大区)(恒流区恒流区)可可变变电电阻阻区区N 沟道沟道增强型增强型SGDBiDP 沟道沟道增强型增强型SGDBiD2 2uGS /ViD /mAUGS(th)uDS /ViD /mA 2V 4V 6V 8VuGS = 8V6V4V2VMOSFET符号、特性的比较符号、特性的比较三三 、场效应、场效应管的开关特性管的开关特性工作原理电路uiuiGDSRD+VDDGDSRD+VDDGDSRD+VDD截止状态uiUTuo0N沟道增强型MOS四、四、 分立元件门电路分立元件门电路1 1、二极管与门二极管与

19、门+VCC(+5V) R 3k Y D1A D2B5V0VABY &uA uBuYD1 D20V 0V0V 5V5V 0V5V 5V0.7V0.7V0.7V5V导通 导通导通 截止截止 导通截止 截止A BY0 00 11 01 10001Y=ABA D1B D2 5V 0V YR3k2 2、二极管或门二极管或门ABY 1uA uBuYD1 D20V 0V0V 5V5V 0V5V 5V0V4.3V4.3V4.3V截 止 截 止截 止 导 通导 通 截 止导 通 导 通A BY0 00 11 01 10111Y=A+B A =30 +5V Y 电路图 1 逻辑符号 A Y 1k 4.3k

20、 3 3、三极管非门三极管非门uA0V时，三极管截止，iB0，iC0，输出电压uYVCC5VuA5V时，三极管导通。基极电流为：iBIBS，三极管工作在饱和状态。输出电压uYUCES0.3V。mA1mA3 . 47 . 05Bi三极管临界饱和时的基极电流为：mA16. 01303 . 05BSIAY0110AY AA1电路图逻辑符号YYGSDB+VDD+10V RD20k当uA0V时，由于uGSuA0V，小于开启电压UT，所以MOS管截止。输出电压为uYVDD10V。当uA10V时，由于uGSuA10V，大于开启电压UT，所以MOS管导通，且工作在可变电阻区，导通电阻很小，只有几百欧姆。输出电

21、压为uY0V。AY 4、场效应管非门集成门电路集成门电路 TTL非门非门 1.1.电路结构电路结构bcebcebcebce2e1bce1e2TTL与非门与非门CBAF+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC 多发射极多发射极输入级输入级中间中间倒相级倒相级推拉式推拉式输出级输出级输入级由多发射极晶体管输入级由多发射极晶体管T1和基极电组和基极电组R1组成，它组成，它实现了输入变量实现了输入变量A、B、C的与运算。的与运算。BFRD1D3Vcc（5V）D2ACD4中间级是放大中间级是放大级，由级，由T2、R2和和R3组成，组成，T2的集电极的集电极C2和和发射极发射极E

22、2可以可以分提供两个相分提供两个相位相反的电压位相反的电压信号信号C2E2输出级：由输出级：由T3、T4、T5和和R4、R5组成，其中组成，其中T3、T4构成复合构成复合管，与管，与T5组成推拉式输出结构组成推拉式输出结构，具有较强的负载能力。，具有较强的负载能力。“0”1VVb1=0.3+0.7=1VVb1=0.3+0.7=1V三个三个PN结结导通需导通需2.1V+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1VVV 0.30.30.3二、工作原理二、工作原理T1T1饱和饱和T2T2截止截止T5T5截止截止1. 输入有低电平（输入有低电平（0.3V）时）时不足以让不足以让T2、T

23、5导通导通+5VFR4R2R13kR5T3T4T1b1c1ABC“0”1Vuouo=5-uR2-ube3-ube4 3.6V高电平！高电平！ 1. 输入有低电平（输入有低电平（0.3V）时）时(续续)T1T1饱和饱和T2T2截止截止T5T5截止截止T3T3饱和饱和T4T4放大放大结论结论1:输入有低时输入有低时,输出为高输出为高T1:T1:倒置倒置全饱和导通全饱和导通Vb1=2.1VVc1=1.4V全反偏全反偏 1V截止截止+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC 2. 输入全为高电平（输入全为高电平（3.6V）时）时2.1V1.4VT1管管:Ve1=3.6V Vb1

24、=2.1V Vc1=1.4VT1管在倒置工作状态管在倒置工作状态3.6VT2,T5管饱和导通,Vce2=0.3V所以:Vc2=1V T3与T4截止T2:T2:饱和饱和T5:T5:饱和饱和T3:T3:截止截止T4:T4:截止截止截止截止+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC饱和饱和uF=0.3V 2. 输入全为高电平（输入全为高电平（3.6V）时）时(续续)饱和饱和3.6VT1:T1:倒置倒置T2:T2:饱和饱和T5:T5:饱和饱和T3:T3:截止截止T4:T4:截止截止结论结论2:输入全高时输入全高时,输出为低输出为低T5饱和,Vce5=0.3V工作原理小结工作原理小结:1. 输入

25、有低电平（输入有低电平（0.3V）时）时 V VF F=3.6V=3.6V2. 输入全为高电平（输入全为高电平（3.6V）时）时 V VF F=0.3V=0.3VT1:T1:倒置倒置T2:T2:饱和饱和T3:T3:截止截止T4:T4:截止截止T5:T5:饱和饱和T1T1饱和饱和T2T2截止截止T3T3饱和饱和T4T4放大放大T5T5截止截止CBAF3. 逻辑功能逻辑功能74LS00 的引脚排列图VCC 3A 3B 3Y 4A 4B 4Y 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND 14 13 12 11 10 9 874LS20 1 2 3 4 5 6 7VCC 2A 2B NC 2C 2D

26、2Y 1A 1B NC 1C 1D 1Y GND74LS20 的引脚排列图 14 13 12 11 10 9 874LS00 1 2 3 4 5 6 774LS00内含4个2输入与非门，74LS20内含2个4输入与非门。( (三三) )、电压传输特性、电压传输特性ViVo&VVVCC输出电压输出电压V VO O随输入电压随输入电压V Vi i变化的关系曲线，即变化的关系曲线，即 V VO O = = f f(V(Vi i) )。测试电路测试电路传输特性曲线传输特性曲线V0(V)Vi(V)1233.6VBCDE0.6V 1.4V0A 电压传输特性电压传输特性电压传输特性分析电压传输特性分

27、析V0(V)Vi(V)1233.6VBCDE0.6V 1.4V0ABCBC段：段：线性区，当线性区，当0.6VV0.6VVi i1.4V1.4V1.4VV VO O0.3V0.3V几个参数几个参数VOH输出高电平：输出高电平：VOL输出低电平：输出低电平：与非门输入有低时，与非门输入有低时，Vo VOH 产品规范值产品规范值:VOH2.4V典典 型型 值值: VOH3.5V标准高电平标准高电平: VOH=VSH=2.4V与非门输入全高时，与非门输入全高时，Vo VOL 产品规范值产品规范值:VOL0.4V典典 型型 值值: VOL0.3V标准高低平标准高低平: VOL=VSL=0.4V1. V

28、OH 和和 VOL都是对具体门输出高、低电平都是对具体门输出高、低电平电压值电压值的的 要求。要求。2.高电平表示一种状态，低电平表示另一种状态，高电平表示一种状态，低电平表示另一种状态， 一种状态对应一定的电压范围，而不是一个固定值。一种状态对应一定的电压范围，而不是一个固定值。说明：说明：0V5V2.4VVSLVSH0.4VVOFF关门电平：关门电平：VON开门电平：开门电平：VT门坎电平：门坎电平：与非门在保证输出为高电平时，与非门在保证输出为高电平时，允许的最大输入低电平值。允许的最大输入低电平值。 VOFF0.8V与非门在保证输出为低电平时，与非门在保证输出为低电平时，允许的最小输入

29、高电平值。允许的最小输入高电平值。 VON2 VVVVVOFFONT4 . 12此时输入有低此时输入有低此时输入全高此时输入全高噪声容限噪声容限VSHVONVOFFVSLVNHVNL1100定义：定义：高电平噪声容限高电平噪声容限VNH VSH VON 2.420.4V低电平噪声容限低电平噪声容限VNL VOFF VSL 0.80.4V0.4V在保证输出高、低电平基本不变在保证输出高、低电平基本不变的条件下，输入电平的允许波动的条件下，输入电平的允许波动范围称为范围称为输入端噪声容限输入端噪声容限。 电路的噪声容限越大电路的噪声容限越大, ,其其抗干扰能力越强抗干扰能力越强输入端输入端“1”,

30、“0”？+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC 1.输入负载特性输入负载特性ViRI( (四四) )、输入、输入/ /输出特性输出特性ViUT=1.4V 时时,相当输入低电平相当输入低电平，所以输出为高电平。所以输出为高电平。)5(11beiURRRuRR33 . 4R较小时较小时R增大时增大时RVi=UT 时，输入变高，时，输入变高，输出变低电平。此时输出变低电平。此时Vi1.4V。1.4ViVR0+5VR13kT1ABCRViVi=UT 时，时，T2、T5导通，导通，Vb12.1V,使使Vi钳在钳在1.4V。R单位单位: K1. 悬空的输入端悬空的输入端（RI）

31、相当于接高相当于接高电平。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。开门电阻开门电阻 RON关门电阻关门电阻 ROFF在保证与非门输出为在保证与非门输出为低低时，时，允许输入电阻允许输入电阻R R的最的最小小值。值。在保证与非门输出为在保证与非门输出为高高时，允时，允许输入电阻许输入电阻R R的最的最大大值。值。RON2 KROFF0.8 K当当RI RON时时，相当输入高电平。相当输入高电平。当当RI ROFF时时，相当输入低电平。相当输入低电平。门电路输出驱动同类门的个数门电路输出驱动同类门的个数+5VR4R2R5T3T4T1前级前级T1T

32、1前级输出为前级输出为 高电平时高电平时拉电流负载。拉电流负载。 IiH1IiH3IiH2IOH (1)扇出系数扇出系数因因IL拉拉受限制，故负载数量有限。受限制，故负载数量有限。2.输出特性输出特性+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级前级IOLIiL1IiL2IiL3前级输出为前级输出为 低电平时低电平时灌电流负载。灌电流负载。 因因IL灌灌受限制，故负载数量有限。受限制，故负载数量有限。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）：21iLiLOLIII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）：21iHiHO

33、HIII一般与非门的扇出系数为一般与非门的扇出系数为8。 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门电路的个数有限，一般带门电路的个数有限，一般 N灌灌N拉拉。(2)扇入系数：指扇入系数：指TTL门电路的输入端的个数门电路的输入端的个数+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5TTL与非门的改进与非门的改进存在问题存在问题：TTLTTL门电路工作速度相对较快，但由于当输门电路工作速度相对较快，但由于当输出为低电平时出为低电平时T T5 5工作在深度饱和状态，当输出由低转工作在深度饱和状态，当输出由低转为高电平，由于在基区和集电区有存储电荷不能马上为高电

34、平，由于在基区和集电区有存储电荷不能马上消散，而影响工作速度消散，而影响工作速度。有源泄放有源泄放由由T6、R6和和R3构成构成的有源泄的有源泄放电路来放电路来代替代替T2射射极电阻极电阻R3 T T2 2、T T5 5同时导通，同时导通，因此电压传输特性曲因此电压传输特性曲线过渡区变窄，曲线线过渡区变窄，曲线变陡，输入低电平噪变陡，输入低电平噪声容限声容限V VNLNL提高了提高了0.7V0.7V左右。左右。减少了电路的开启时间减少了电路的开启时间缩短了电路关闭时间。缩短了电路关闭时间。平均平均 tpd6 610ns10nsR3R6T6其他类型的TTL门电路 TTL或非门电路TTL与或非门电

35、路+5VR4R2T3T4T5R3TTL与非门的输出电阻与非门的输出电阻很低。这时，直接线与很低。这时，直接线与会使电流会使电流 i 剧烈增加。剧烈增加。i 功耗功耗 T4热击穿热击穿UOL 与非门与非门2：不允许直接不允许直接“线与线与”与非门与非门1 截止截止与非门与非门2 导通导通UOHUOL与非门与非门1：i+5VR4R2T3T4T5R3问题：问题：TTL与非门能否直接线与？与非门能否直接线与？+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1二种特殊门二种特殊门(一）、集电极开路门一）、集电极开路门(OC门门)电路电路无无T3,T4VCC2RL 负载电阻负载电阻VCC11.正

36、常使用时，输出端必须外接正常使用时，输出端必须外接负载电阻负载电阻RL。2. VCC1和和VCC2可以不等。可以不等。集电极悬空集电极悬空FABC&符号符号&ABCFFABC&VCCF1F2F3FF=F1F2F3RL输出级输出级 VCCRLT5T5T5 F直接将两个逻直接将两个逻辑门的输出连辑门的输出连接起来，希望接起来，希望实现与的逻辑实现与的逻辑功能。功能。 OC门的用途门的用途1) 实现实现“线与线与”功功能能F=F1F2F3?任一导通任一导通F=0VCCRLF1F2F3F 全部截止全部截止F=1F=F1F2F3?所以：所以：F=F1F2F3VCCRLF1F2F3

37、F （二）、三态门电路（二）、三态门电路 通常数字逻辑是二值的，即仅通常数字逻辑是二值的，即仅0，1值，其值，其所对应电路的输出电平是高、低两种状态。在所对应电路的输出电平是高、低两种状态。在实际电路中，还有一种输出既非高电平又非低实际电路中，还有一种输出既非高电平又非低电平的状态，被称之为第三状态。于是数字电电平的状态，被称之为第三状态。于是数字电路的输出就有：路的输出就有：0、1和和Z（高阻）的三种状态。（高阻）的三种状态。这种电路称三态逻辑电路或称这种电路称三态逻辑电路或称三态门电路三态门电路。+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5AB DE 电路电路E称为控制端、使能端称为控

38、制端、使能端1截止截止ABF +5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5AB 原理原理E 结论结论：E1时，电路具备自时，电路具备自身逻辑功能身逻辑功能截止截止截止截止高阻态高阻态+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5AB E 0导通导通结论结论： E0时，电路输出为时，电路输出为高阻状态。高阻状态。FZ（高阻）（高阻）1V1V输出高阻输出高阻0E1EABF 功能表功能表低电平起作用低电平起作用符号符号高电平起作用高电平起作用输出高阻输出高阻0E1EABF 功能表功能表&ABFE&ABFE三、三、TTL系列集成电路系列集成电路74：标准系列，前面介绍的TTL门电

39、路都属于74系列，其典型电路与非门的平均传输时间tpd10ns，平均功耗P10mW。74H：高速系列，是在74系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd6ns，平均功耗P22mW。74S：肖特基系列，是在74H系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd3ns，平均功耗P19mW。74LS：低功耗肖特基系列，是在74S系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd9ns，平均功耗P2mW。74LS系列产品具有最佳的综合性能，是TTL集成电路的主流，是应用最广的系列。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）（一）、输出端的连接

40、、输出端的连接 1、 具有推拉输出结构的具有推拉输出结构的TTL门电路的输出端不允许并联使用门电路的输出端不允许并联使用 。 2、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。 3、三态输出门的输出端可并联使用，但在同一时刻只能有一个、三态输出门的输出端可并联使用，但在同一时刻只能有一个门工作，其它门输出呈高阻态。门工作，其它门输出呈高阻态。 4、集电极开路门输出端可并联使用，但公共端和电源、集电极开路门输出端可并联使用，但公共端和电源VCC之间之间应接上拉电阻应接上拉电阻RL。 5、TTL门电路的等效负载电阻不可小于门电路的等效负载电阻不可小于200欧欧。（二）、

41、闲置输入端的处理（二）、闲置输入端的处理 1、对于与非门的闲置输入端可以直接接电源电压、对于与非门的闲置输入端可以直接接电源电压VCC，或，或通过通过13千欧的电阻接电源千欧的电阻接电源VCC。也可以利用一个反相器将闲置。也可以利用一个反相器将闲置输入端接地。输入端接地。 2、如前级驱动能力允许时，可将闲置输入端与有用端并联使、如前级驱动能力允许时，可将闲置输入端与有用端并联使用。用。 3、或非门不使用的闲置输入端应接地，对与或非中不使用的、或非门不使用的闲置输入端应接地，对与或非中不使用的与门至少有一个输入端接地。与门至少有一个输入端接地。 （三）、改变输入端对地所接电阻（三）、改变输入端对

42、地所接电阻R的值时，可改变门电路输出的值时，可改变门电路输出状态。状态。 1、当输入端对地所接电阻小于、当输入端对地所接电阻小于800欧时，相当于此端输入的欧时，相当于此端输入的为低电平。为低电平。 2、当输入端对地所接电阻大于、当输入端对地所接电阻大于2千欧时，相当于此端输入的千欧时，相当于此端输入的为高电平。为高电平。NMOS管管驱动管驱动管PMOS管管负载管负载管一、一、CMOS反相器反相器VDDAFSPDNGPVPVNDPSNGN漏极相连漏极相连做输出端做输出端PMOSPMOS管的衬底总是接到管的衬底总是接到电路的电路的最高电位最高电位NMOSNMOS管的衬底总是接到管的衬底总是接到电

43、路的电路的最低电位最低电位柵 极 相 连柵 极 相 连做输入端做输入端电路电路2.6CMOS集成门电路集成门电路A=1导通导通截止截止V=0V即即F0VDDAFVPVN工作原理工作原理设设VDD10V，A1时，时，VA10V A0时，时，VA0 VVgsP=0 VVgsN=10 VA=0截止截止导通导通V=10V即即F1VDDAFVPVN设设VDD10V，A1时，时，VA10V A0时，时，VA0 VVgsP=10 VVgsN=0 VA VP VN Y 0 导通导通 截止截止 1 1 截止截止 导通导通 0 结论：结论：二、二、CMOS与非门与非门VDDVP2VP1VN2VN1ABF电路电路负

44、载管并联负载管并联驱动管串联驱动管串联工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABFA=0,B=0:设设VDD10V，AB1时，时，VAVB10V AB0时，时，VAVB0 VVgsP1= VgsP2 = 10 VVgsN1= VgsN2 = 0 VVN1、VN2：截止：截止VP1、VP2：导通：导通F=1001工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABF设设VDD10V，AB1时，时，VAVB10V AB0时，时，VAVB0 VA=0,B=0:VN1、VN2：截止：截止VP1、VP2：导通：导通F=1A=0,B=1:VN2、VP1：截止：截止VP2、VN1：导通：导通F=101

45、1工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABF设设VDD10V，AB1时，时，VAVB10V AB0时，时，VAVB0 VA=0,B=0:VN1、VN2：截止：截止VP1、VP2：导通：导通F=1A=0,B=1:VN2、VP1：截止：截止VP2、VN1：导通：导通F=1101A=1,B=0:VN1、VP2：截止：截止VN2、VP1：导通：导通F=1工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABF设设VDD10V，AB1时，时，VAVB10V AB0时，时，VAVB0 V110A=0,B=0:VN1、VN2：截止：截止VP1、VP2：导通：导通F=1A=0,B=1:VN1、VP2：截

46、止：截止VP1、VN2：导通：导通F=1A=1,B=0:VP1、VN2：截止：截止VN1、VP2：导通：导通F=1A=1,B=1:VP1、VP2：截止：截止VN1、VN2：导通：导通F=0_ABY 逻辑关系逻辑关系:A B VP1 VP2 VN1 VN2 F 0 0 导通导通 导通导通 截止截止 截止截止 10 1 导通导通 截止截止 截止截止 导通导通 11 0 截止截止 导通导通 导通导通 截止截止 11 1 截止截止 截止截止 导通导通 导通导通 0负载管负载管驱动管驱动管三、三、CMOS或非门或非门电路电路VDDVP2VP1VN2VN1ABF负载管串联负载管串联驱动管并联驱动管并联工作

47、原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABF设设VDD10V，AB1时，时，VAVB10V AB0时，时，VAVB0 VA=0,B=0:VP1、VP2：导通：导通F=1VN1、VN2：截止：截止VgsP1= VgsP2 = 10 V001工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABF设设VDD10V，AB1时，时，VAVB10V AB0时，时，VAVB0 VA=0,B=0:VP1、VP2：导通：导通F=1VN1、VN2：截止：截止010A=0,B=1:VN1、VP2：截止：截止VP1、VN2：导通：导通F=0工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABF设设VDD10V，AB1

48、时，时，VAVB10V AB0时，时，VAVB0 V100A=0,B=0:VP1、VP2：导通：导通F=1VN1、VN2：截止：截止A=0,B=1:VN1、VP2：截止：截止VP1、VN2：导通：导通F=0A=1,B=0:F=0VP1、VN2：截止：截止VN1、VP2：导通：导通工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABF设设VDD10V，AB1时，时，VAVB10V AB0时，时，VAVB0 V110A=0,B=0:VP1、VP2：导通：导通F=1VN1、VN2：截止：截止A=0,B=1:VN1、VP2：截止：截止VP1、VN2：导通：导通F=0A=1,B=0:F=0VP1、VN2：截止：截止VN1、VP