数字电子技术基础2

1、2.1 2.1 2.1 2.1 门电路门电路是构成数字电路的基本器件，要进行逻辑设计，是构成数字电路的基本器件，要进行逻辑设计，应对门电路有足够的认识，了解它们的基本结构及工作原理，应对门电路有足够的认识，了解它们的基本结构及工作原理，熟悉它们的主要特性，以便正确合理地选用单元门电路来实熟悉它们的主要特性，以便正确合理地选用单元门电路来实现所设计的电路。本章主要介绍常用的现所设计的电路。本章主要介绍常用的TTLTTL门电路和门电路和CMOSCMOS门门电路。电路。门电路：门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。基本和常用门电路有基本和常用门电路有与门

2、、或门、非门（反相器）、与非门、与门、或门、非门（反相器）、与非门、或非门、与或非门和异或门或非门、与或非门和异或门等。等。逻辑逻辑0 0和和1 1： 电子电路中用高、低电平来表示。电子电路中用高、低电平来表示。正逻辑：正逻辑：高电平为高电平为1 1，低电平为，低电平为0 0负逻辑：负逻辑：高电平为高电平为0 0，低电平为，低电平为1 1获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导获得高、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。通、截止（即开、关）两种工作状态。 利用二极管的单向导电性，相当于一个受外加电压极性利用二极管的单向导电性，相当于一个受外加电压极

3、性控制的开关。控制的开关。导通条件：导通条件：V VD D0.7V 0.7V 特点：相当于特点：相当于0.7V0.7V压降的闭合开关压降的闭合开关截止条件：截止条件： V VD D0.7V 0.7V 特点：相当于完全断开的开关特点：相当于完全断开的开关 稳态开关特性：稳态开关特性：晶体三极管工作于截止区时，内阻很大，相当于开关断晶体三极管工作于截止区时，内阻很大，相当于开关断开状态；开状态；工作于饱和区时，内阻很低，相当于开关接通状态。工作于饱和区时，内阻很低，相当于开关接通状态。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

4、80A60A40A20AiB=00 UCES VCC uCE(V) 0 0.5 uBE(V)输入特性曲线iB(A)Q1Q Rc cRbRc+VCCb ce截止状态截止状态饱和状态饱和状态iBIBSui=UIL0.5Vuo=+VCCui=UIHuo=0.3VRbRc+VCCb ce0.7V0.3V饱和区饱和区截止区截止区放放大大区区 10k ui iB e Rb b +VCC=+5V iC uo Rc 1k c =50 ui=0.3V时，因为时，因为uBE0.5V，iB=0，三极管工作在截止状三极管工作在截止状态，态，ic=0。因为因为ic=0，所以输所以输出电压出电压：u ui i=1V=1V

5、时，三极管导通，基极电流：时，三极管导通，基极电流：因为因为0iBIBS，三极管工作三极管工作在饱和状态。输出电压在饱和状态。输出电压：uoUCES0.3V一、二极管与门一、二极管与门+VCC(+5V) R 3k Y D1A D2B5V0VY=ABABY &A D1B D2 5V 0V YR3kY=A+BABY 1 A =30 +5V Y 电路图 1 逻辑符号 A Y 1k 4.3k u uA A0V0V时，三极管截止，时，三极管截止，i iB B0 0，i iC C0 0，输出电压，输出电压u uY YV VCCCC5V5Vu uA A5V5V时，三极管导通。基极时，三极管导通。基极

6、电流为：电流为：mA1mA3 . 47 . 05iB 三极管临界饱和时三极管临界饱和时的基极电流为：的基极电流为：mA16. 01303 . 05IBS i iB BI IBSBS，三极管工作，三极管工作在饱和状态。输出电在饱和状态。输出电压压u uY YU UCESCES0.3V0.3V。AY 2.1 2.1 TTL TTL电路是一种单片集成电路，即一个逻电路是一种单片集成电路，即一个逻辑电路的所有元件和连线都制作在同一块半辑电路的所有元件和连线都制作在同一块半导体基片上。由于这种集成电路的输入端和导体基片上。由于这种集成电路的输入端和输出端电路的结构形式都采用了半导体三极输出端电路的结构形

7、式都采用了半导体三极管，所以称为管，所以称为晶体管晶体管晶体管逻辑电路晶体管逻辑电路，即即TTL电路（电路（ Transister - Transister Logic) )T4 +VCC(+5V) b1 A BR13kT3T2T1Y R4100+VCC(+5V)T5 A BTTL与非门电路T1的等效电路D3c1R13kR2750R3360R53kD1D2 R4100T4 A BR13kT3T2T1Y+VCC(+5V)T5R2750R3360R53k0.7V0.7V+-3.6V3.6V0.3V0.3V输入信号不全为输入信号不全为1 1：如如u uA A=0.3V=0.3V， u uB B=3.

8、6V=3.6V则则u uB1B1=0.3+0.7=1V=0.3+0.7=1V，T T2 2、T T5 5截止，截止，T T3 3、T T4 4导通导通忽略忽略i iB3B3，输出端的电位为：，输出端的电位为：uY50.70.73.6V输出输出Y Y为高电平。为高电平。T4ABR13kT3T2T1YR4100+VCC(+5V)T5R2750 R3360 R53k0.7V0.7V+-+-0.3V+-0.3V3.6V3.6V3.6V3.6V输入信号全为输入信号全为1 1：如如u uA A=u=uB B=3.6V=3.6V则则u uB1B1=2.1V=2.1V，T T2 2、T T5 5导通，导通，T

9、 T3 3、T T4 4截止截止输出端的电位为：输出端的电位为：u uY Y=U=UCESCES0.3V0.3V输出输出Y Y为低电平。为低电平。功能表功能表真值表真值表逻辑表达式逻辑表达式BAY74LS0074LS00内含内含4 4个个2 2输入与非门，输入与非门，74LS2074LS20内含内含2 2个个4 4输入与非门。输入与非门。 14 13 12 11 10 9 8 74LS00 1 2 3 4 5 6 7 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 8 74LS20 1 2 3

10、 4 5 6 7 VCC 2A 2B NC 2C 2D 2Y 1A 1B NC 1C 1D 1Y GND 74LS20 的引脚排列图 1 1、TTLTTL非门非门 14 13 12 11 10 9 874LS04 1 2 3 4 5 6 7VCC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND6 反相器 74LS04 的引脚排列图T4AR13kT3T2T1YR4100+VCCT5R2750R3360R53kTTL 反相器电路A=0A=0时，时，T T2 2、T T5 5截止，截止，T T3 3、T T4 4导通，导通，Y=1Y=1。A=1A=1时，时，T T2

11、2、T T5 5导通，导通，T T3 3、T T4 4截止，截止，Y=0Y=0。AY 14 13 12 11 10 9 874LS02 1 2 3 4 5 6 7VCC 3Y 3B 3A 4Y 4B 4A 1Y 1B 1A 2Y 2B 3A GND74LS02 的引脚排列图T4ABR1T3T2T1YR4+VCCT5R2R3R5T2T1R1TTL 或非门电路A A、B B中只要有一个为中只要有一个为1 1，即高电平，如，即高电平，如A A1 1，则，则i iB1B1就会经过就会经过T T1 1集集电结流入电结流入T T2 2基极，使基极，使T T2 2、T T5 5饱和导通，输出为低电平，即饱和

12、导通，输出为低电平，即Y Y0 0。A AB B0 0时，时，i iB1B1、iiB1B1均分别流入均分别流入T T1 1、T T 1 1发射极，使发射极，使T T2 2、T T 2 2、T T5 5均截止，均截止，T T3 3、T T4 4导通，输出为高电平，即导通，输出为高电平，即Y Y1 1。BAY 14 13 12 11 10 9 874LS51 1 2 3 4 5 6 7VCC 2B 2C 2D 2E 2F 2Y 2A 1A 1B 1C 1D 1Y GND74LS51 的引脚排列图T4ABCDR1T3T2T1YR4+VCCT5R2R3R5T2T1R1TTL 与或非门电路A A和和B

13、B都为高电平（都为高电平（T T2 2导通）、或导通）、或C C和和D D都为高电平（都为高电平（T T2 2导通）时，导通）时，T T5 5饱和导通、饱和导通、T T4 4截止，输出截止，输出Y Y=0=0。A A和和B B不全为高电平、并且不全为高电平、并且C C和和D D也不全为高电平（也不全为高电平（T T2 2和和T T2 2同时截同时截止）时，止）时，T T5 5截止、截止、T T4 4饱和导通，输出饱和导通，输出Y Y=1=1。DCBAY与与门门 A B AB & 1 Y=AB=AB A B & Y 或或门门 A B A+B 1 1 Y=A+B=A+B A B 1

14、 Y 异或门AB&11Y A B =1 Y BABABA)BA)(BA()BA(BABABAY 用以上讲过的用以上讲过的TTLTTL门电路不能将输出端直接并联门电路不能将输出端直接并联因为：当并联的两个门电路中有一个门的输出是高电平，而另因为：当并联的两个门电路中有一个门的输出是高电平，而另一个门的输出为低电平时，则输出端并联后必将有很大的负载一个门的输出为低电平时，则输出端并联后必将有很大的负载电流同时流经两个门电路的输出极。这个电流远远超过了正常电流同时流经两个门电路的输出极。这个电流远远超过了正常工作电流，甚至使门电路损坏。工作电流，甚至使门电路损坏。10当将两个当将两个TTL“

15、TTL“与非与非”门门输出端直接并联输出端直接并联时：时：V VccccRR5 5门门1 1的的T T4 4门门2 2的的T T5 5产生产生一个很大的电流一个很大的电流产生一个大电流产生一个大电流1 1、抬高门、抬高门2 2输出输出低电平低电平2 2、会因功耗过大、会因功耗过大损坏门器件损坏门器件注：注：TTLTTL输出端输出端不能直接并联不能直接并联 解决这个问题的方法就是把输出极改为集电极开解决这个问题的方法就是把输出极改为集电极开路的三极管结构。路的三极管结构。集电极开路输出的门电路称为集电极开路输出的门电路称为OCOC门。门。 OCOC门电路在工作时需外接负载电阻和电源。门电路在工作

16、时需外接负载电阻和电源。只要只要电阻的阻值和电源电压的数值选择得当，就可保证输电阻的阻值和电源电压的数值选择得当，就可保证输出的高、低电平符合要求，输出三极管的负载电流又出的高、低电平符合要求，输出三极管的负载电流又不至过大。不至过大。 OC 与非门的电路结构 A B +VCC Y R Y A B C D & & OC 门线与图 +VCC R Y1 Y2 T1 T2 T3 uB1 问题的提出：问题的提出：为解决一般为解决一般TTLTTL与非门不能线与而设计的。与非门不能线与而设计的。接入外接电阻接入外接电阻R R后：后：A A、B B不全为不全为1 1时，时，u uB1B1=1

17、V=1V，T T2 2、T T3 3截止，截止，Y=1Y=1。A A、B B全为全为1 1时，时，u uB1B1=2.1V=2.1V，T T2 2、T T3 3饱和导通，饱和导通，Y=0Y=0。BAY 国标符号 T4 A R1 3k T3 T2 T1 Y R4 100 +VCC(+5V) T5 R2 750 R3 360 R5 3k A E & EN Y E D 电路结构 E E0 0时时，二极管，二极管D D导通，导通，T T1 1基极和基极和T T3 3基极均被钳制在低电平，因基极均被钳制在低电平，因而而T T2 2T T5 5均截止，输出端开路，电路处于均截止，输出端开路，电路处

18、于高阻状态高阻状态。E E1 1时时，二极管，二极管D D截止，截止，TSTS门的输出状态完全取决于输入信号门的输出状态完全取决于输入信号A A的状态，电路输出与输入的逻辑关系和一般反相器相同，即：的状态，电路输出与输入的逻辑关系和一般反相器相同，即： Y=AY=A，A A0 0时时Y Y1 1，为高电平；，为高电平；A A1 1时时Y Y0 0，为低电平。，为低电平。结论：结论：电路的输出有高阻态、高电平和低电平电路的输出有高阻态、高电平和低电平3 3种状态。种状态。 G1 总线 A B E 1 EN Y 1 EN 1 A E 1 EN B 1 EN 1 1 EN E1 A1 1 EN E2

19、 A2 1 EN En An (a) 多路开关 (b) 双向传输 (c) 单向总线 G1 G2 G1 G2 G2 Gn 构成数据总线：让各门的控构成数据总线：让各门的控制端轮流处于低电平，即任何制端轮流处于低电平，即任何时刻只让一个时刻只让一个TSTS门处于工作状门处于工作状态，而其余态，而其余TSTS门均处于高阻状门均处于高阻状态，这样总线就会轮流接受各态，这样总线就会轮流接受各TSTS门的输出。门的输出。信号双向传输：信号双向传输：E=0时信号向右时信号向右传送，传送，B=A；E=1时信号向左时信号向左传送，传送，A=B 。作多路开关：作多路开关：E=0E=0时，门时，门G G1 1使使能

20、，能，G G2 2禁止，禁止，Y=AY=A；E=1E=1时，时，门门G G2 2使能，使能，G G1 1禁禁止，止，Y=BY=B。7474：标准系列：标准系列，前面介绍的，前面介绍的TTLTTL门电路都属于门电路都属于7474系列，其典型系列，其典型电路与非门的平均传输时间电路与非门的平均传输时间t tpdpd10ns10ns，平均功耗，平均功耗P P10mW10mW。74H74H：高速系列，是在：高速系列，是在7474系列基础上改进得到的，其典型电路与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非门的平均传输时间t tpdpd6ns6ns，平均功耗，平均功耗P P22mW22mW。，

21、是在，是在74H74H系列基础上改进得到的，其典型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电路与非门的平均传输时间t tpdpd3ns3ns，平均功耗，平均功耗P P19mW19mW。，是在，是在74S74S系列基础上改进得到的，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其典型电路与非门的平均传输时间t tpdpd9ns9ns，平均功耗，平均功耗P P2mW2mW。74LS74LS系列产品具有最佳的综合性能，是系列产品具有最佳的综合性能，是TTLTTL集成电路的主流，是集成电路的主流，是应用最广的系列。应用最广的系列。（1 1）输出高电平输出高电平V VOHOH：TTLT

22、TL与非门的一个或几个输入为低电平时的与非门的一个或几个输入为低电平时的输出电平。产品规范值输出电平。产品规范值V VOHOH2.4V2.4V，标准高电平，标准高电平V VSHSH2.4V2.4V。（2 2）高电平输出电流高电平输出电流I IOHOH：输出为高电平时，提供给外接负载的：输出为高电平时，提供给外接负载的最大输出电流，超过此值会使输出高电平下降。最大输出电流，超过此值会使输出高电平下降。I IOHOH表示电路的拉表示电路的拉电流负载能力。电流负载能力。（3 3）输出低电平输出低电平V VOLOL：TTLTTL与非门的输入全为高电平时的输出电平。与非门的输入全为高电平时的输出电平。产

23、品规范值产品规范值V VOLOL0.4V0.4V，标准低电平，标准低电平V VSLSL0.4V0.4V。（4 4）低电平输出电流低电平输出电流I IOLOL：输出为低电平时，外接负载的最大输：输出为低电平时，外接负载的最大输出电流，超过此值会使输出低电平上升。出电流，超过此值会使输出低电平上升。I IOLOL表示电路的灌电流负表示电路的灌电流负载能力。载能力。（5 5）扇出系数扇出系数N NO O：指一个门电路能带同类门的最大数目，它表示：指一个门电路能带同类门的最大数目，它表示门电路的带负载能力。一般门电路的带负载能力。一般TTLTTL门电路要求门电路要求N NO O88。l 扇出系数：扇出

24、系数： 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T1T1IiH1IiH3IiH2IOH前级输出为高电平时前级输出为高电平时+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级前级IOLIiL1IiL2IiL3前级输出为低电平时前级输出为低电平时 输出低电平时，流入前级的电流（输出低电平时，流入前级的电流（灌电流灌电流）：）：iL2iL1OLIII输出高电平时，前级流出的电流（输出高电平时，前级流出的电流（拉电流拉电流）：）：iH2iH1OHIII一般与非门的扇出系数为一般与非门的扇出系数为1010。 由于由于 IOL、IOH 的限制，每个门电路输出端

25、所带门电路的的限制，每个门电路输出端所带门电路的个数，称为扇出系数。个数，称为扇出系数。（1 1）输出高电平输出高电平V VOHOH：TTLTTL与非门的一个或几个输入为低电平时的与非门的一个或几个输入为低电平时的输出电平。产品规范值输出电平。产品规范值V VOHOH2.4V2.4V，标准高电平，标准高电平V VSHSH2.4V2.4V。（2 2）高电平输出电流高电平输出电流I IOHOH：输出为高电平时，提供给外接负载的：输出为高电平时，提供给外接负载的最大输出电流，超过此值会使输出高电平下降。最大输出电流，超过此值会使输出高电平下降。I IOHOH表示电路的拉表示电路的拉电流负载能力。电流

26、负载能力。（3 3）输出低电平输出低电平V VOLOL：TTLTTL与非门的输入全为高电平时的输出电平。与非门的输入全为高电平时的输出电平。产品规范值产品规范值V VOLOL0.4V0.4V，标准低电平，标准低电平V VSLSL0.4V0.4V。（4 4）低电平输出电流低电平输出电流I IOLOL：输出为低电平时，外接负载的最大输：输出为低电平时，外接负载的最大输出电流，超过此值会使输出低电平上升。出电流，超过此值会使输出低电平上升。I IOLOL表示电路的灌电流负表示电路的灌电流负载能力。载能力。（5 5）扇出系数扇出系数N NO O：指一个门电路能带同类门的最大数目，它表示：指一个门电路能

27、带同类门的最大数目，它表示门电路的带负载能力。一般门电路的带负载能力。一般TTLTTL门电路要求门电路要求N NO O88。（6 6）最大工作频率最大工作频率f fmaxmax：超过此频率电路就不能正常工作。：超过此频率电路就不能正常工作。（7 7）输入开门电平输入开门电平V VONON：是在额定负载下使与非门的输出电平达：是在额定负载下使与非门的输出电平达到标准低电平到标准低电平V VSLSL的输入电平。它表示使与非门开通的最小输入电的输入电平。它表示使与非门开通的最小输入电平。一般平。一般TTLTTL门电路的门电路的V VONON1.8V1.8V。（8 8）输入关门电平输入关门电平V VO

28、FFOFF：使与非门的输出电平达到标准高电平：使与非门的输出电平达到标准高电平V VSHSH的输入电平。它表示使与非门关断所需的最大输入电平。一般的输入电平。它表示使与非门关断所需的最大输入电平。一般TTLTTL门电路的门电路的V VOFFOFF0.8V0.8V。VoffVSHVonVSL关门电平关门电平V OFF：保证输出为标准高电平保证输出为标准高电平VSH的最大输入低电平值的最大输入低电平值开门电平开门电平V ON：保证输出为标准低电平保证输出为标准低电平VSL的最小输入高电平值的最小输入高电平值低电平噪声容限低电平噪声容限V NL：V NL= V OFF - VSL高电平噪声容限高电平

29、噪声容限V NH：V NH= V SH - VON噪声容限：保证输出逻辑状态一定，而允许的输入噪声干扰的电压幅值噪声容限：保证输出逻辑状态一定，而允许的输入噪声干扰的电压幅值（7 7）输入开门电平输入开门电平V VONON：是在额定负载下使与非门的输出电平达：是在额定负载下使与非门的输出电平达到标准低电平到标准低电平V VSLSL的输入电平。它表示使与非门开通的最小输入电的输入电平。它表示使与非门开通的最小输入电平。一般平。一般TTLTTL门电路的门电路的V VONON1.8V1.8V。（8 8）输入关门电平输入关门电平V VOFFOFF：使与非门的输出电平达到标准高电平：使与非门的输出电平达

30、到标准高电平V VSHSH的输入电平。它表示使与非门关断所需的最大输入电平。一般的输入电平。它表示使与非门关断所需的最大输入电平。一般TTLTTL门电路的门电路的V VOFFOFF0.8V0.8V。（9 9）高电平输入电流高电平输入电流I IIHIH：输入为高电平时的输入电流，也即当：输入为高电平时的输入电流，也即当前级输出为高电平时，本级输入电路造成的前级拉电流。前级输出为高电平时，本级输入电路造成的前级拉电流。（1010）低电平输入电流低电平输入电流I IILIL：输入为低电平时的输出电流，也即当：输入为低电平时的输出电流，也即当前级输出为低电平时，本级输入电路造成的前级灌电流。前级输出为

31、低电平时，本级输入电路造成的前级灌电流。0.3V+V13b1B1TR1iCC4K1VILIl 输入低电平电流输入低电平电流IIL是指当门电路的输入端接低电平时，是指当门电路的输入端接低电平时， 从门电路输入端流出的电流。从门电路输入端流出的电流。3.6V+V13b1IB1IHTR1iCC4KA2.1V1.4Vl 输入高电平电流输入高电平电流IIH是指当门电路的输入端接高电平时，是指当门电路的输入端接高电平时， 流入输入端的电流流入输入端的电流( (很小很小) )。 （7 7）输入开门电平输入开门电平V VONON：是在额定负载下使与非门的输出电平达：是在额定负载下使与非门的输出电平达到标准低电

32、平到标准低电平V VSLSL的输入电平。它表示使与非门开通的最小输入电的输入电平。它表示使与非门开通的最小输入电平。一般平。一般TTLTTL门电路的门电路的V VONON1.8V1.8V。（8 8）输入关门电平输入关门电平V VOFFOFF：使与非门的输出电平达到标准高电平：使与非门的输出电平达到标准高电平V VSHSH的输入电平。它表示使与非门关断所需的最大输入电平。一般的输入电平。它表示使与非门关断所需的最大输入电平。一般TTLTTL门电路的门电路的V VOFFOFF0.8V0.8V。（9 9）高电平输入电流高电平输入电流I IIHIH：输入为高电平时的输入电流，也即当：输入为高电平时的输

33、入电流，也即当前级输出为高电平时，本级输入电路造成的前级拉电流。前级输出为高电平时，本级输入电路造成的前级拉电流。（1010）低电平输入电流低电平输入电流I IILIL：输入为低电平时的输出电流，也即当：输入为低电平时的输出电流，也即当前级输出为低电平时，本级输入电路造成的前级灌电流。前级输出为低电平时，本级输入电路造成的前级灌电流。（1111）平均传输时间平均传输时间t tpdpd：信号通过与非门时所需的平均延迟时间。：信号通过与非门时所需的平均延迟时间。在工作频率较高的数字电路中，信号经过多级传输后造成的时间在工作频率较高的数字电路中，信号经过多级传输后造成的时间延迟，会影响电路的逻辑功能

34、。延迟，会影响电路的逻辑功能。导通延迟时间导通延迟时间t tPHLPHL ：输入波形上升沿的输入波形上升沿的50%50%幅值处到输出幅值处到输出波形下降沿波形下降沿50% 50% 幅值处所需要的时间。幅值处所需要的时间。截止延迟时间截止延迟时间t tPLHPLH：从输从输入波形下降沿入波形下降沿50% 50% 幅值幅值处到输出波形上升沿处到输出波形上升沿50% 50% 幅值处所需要的时幅值处所需要的时间。间。平均传输延迟时间平均传输延迟时间t tpdpd：2t t t PHLPLHpd通常通常t tPLHPLHt tPHLPHL，t tpdpd越小，电路的越小，电路的开关速度越高。开关速度越高

35、。一般一般t tpdpd = 10ns = 10ns40ns40ns输入信号输入信号VI输出信号输出信号V0（7 7）输入开门电平输入开门电平V VONON：是在额定负载下使与非门的输出电平达：是在额定负载下使与非门的输出电平达到标准低电平到标准低电平V VSLSL的输入电平。它表示使与非门开通的最小输入电的输入电平。它表示使与非门开通的最小输入电平。一般平。一般TTLTTL门电路的门电路的V VONON1.8V1.8V。（8 8）输入关门电平输入关门电平V VOFFOFF：使与非门的输出电平达到标准高电平：使与非门的输出电平达到标准高电平V VSHSH的输入电平。它表示使与非门关断所需的最大

36、输入电平。一般的输入电平。它表示使与非门关断所需的最大输入电平。一般TTLTTL门电路的门电路的V VOFFOFF0.8V0.8V。（9 9）高电平输入电流高电平输入电流I IIHIH：输入为高电平时的输入电流，也即当：输入为高电平时的输入电流，也即当前级输出为高电平时，本级输入电路造成的前级拉电流。前级输出为高电平时，本级输入电路造成的前级拉电流。（1010）低电平输入电流低电平输入电流I IILIL：输入为低电平时的输出电流，也即当：输入为低电平时的输出电流，也即当前级输出为低电平时，本级输入电路造成的前级灌电流。前级输出为低电平时，本级输入电路造成的前级灌电流。（1111）平均传输时间平

37、均传输时间t tpdpd：信号通过与非门时所需的平均延迟时间。：信号通过与非门时所需的平均延迟时间。在工作频率较高的数字电路中，信号经过多级传输后造成的时间在工作频率较高的数字电路中，信号经过多级传输后造成的时间延迟，会影响电路的逻辑功能。延迟，会影响电路的逻辑功能。（1212）空载功耗空载功耗：与非门空载时电源总电流：与非门空载时电源总电流I ICCCC与电源电压与电源电压V VCCCC的乘的乘积。积。 集成电路的功耗和集成密度密切相关。功耗大的的元器件集集成电路的功耗和集成密度密切相关。功耗大的的元器件集成度不能很高，否则，器件因无法散热而容易烧毁。成度不能很高，否则，器件因无法散热而容易

38、烧毁。 v电源电压及电源干扰的消除：引入电源滤波，每隔电源电压及电源干扰的消除：引入电源滤波，每隔6 68 8个门个门加接一个加接一个0.010.010.10.1F F的电容对高频进行滤波。的电容对高频进行滤波。v输出端的连接：注意线与问题和负载能力。输出端的连接：注意线与问题和负载能力。v闲置输入端的处理。闲置输入端的处理。v电路安装接线和焊接应注意的问题：线要短、接地要好、烙电路安装接线和焊接应注意的问题：线要短、接地要好、烙铁功率不大于铁功率不大于25W25W，焊接时间要短。，焊接时间要短。v调试中应注意的问题：输出端高低电平的范围，输出端与地调试中应注意的问题：输出端高低电平的范围，输

39、出端与地及电源之间的短接要避免。及电源之间的短接要避免。2.1 2.1 MOSMOS管是金属管是金属氧化物氧化物半导体场效应管的简称。半导体场效应管的简称。（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）用用PMOS和和NMOS两种管子构成的互补两种管子构成的互补MOSMOS，即，即CMOS电路。电路。工作原理电路工作原理电路转移特性曲线转移特性曲线u ui iu uo oG GD DS SR RD D+V+VDDDD MOS MOS管是电压控制器件管是电压控制器件, ,用栅极电压用栅极电压V VGSGS来控制漏极电流来控制漏极电流i iD

40、 D，如图，如图所示的转移特性，表示在漏源电压所示的转移特性，表示在漏源电压V VDSDS一定时，一定时，i iD D和和V VGSGS的关系。的关系。V VT T为为开启电压。当开启电压。当V VGSGSVVVT T后，形成后，形成i iD D，相当于开关闭合。相当于开关闭合。VT0246810123iD(mA)VGS(v)V)VDS=6 v(VT=4v)截止区：截止区：V VGSGSVVVT T， V VDSDSVBVBVDSDS后，后，i iD D将随将随V VDSDS增加而急剧增加，应避免此种情增加而急剧增加，应避免此种情况，以免损坏管子。况，以免损坏管子。0246810123iD(m

41、A)VDS(v)V)12线性电阻区线性电阻区饱和区饱和区击穿区击穿区截止区截止区VGS=8v7v6v5v4v输出特性曲线输出特性曲线GDSRD+V+VDDDDu ui iUUUT Tu uo o00 由于由于MOSMOS管截止时漏极和源级之间的内阻管截止时漏极和源级之间的内阻R ROFFOFF非常大，所以截非常大，所以截止状态下的等效电路可用断开的开关代替。止状态下的等效电路可用断开的开关代替。MOSMOS管导通状态下的管导通状态下的内阻内阻R RONON约在约在1K1K 以内，而且与以内，而且与V VGSGS的数值有关。的数值有关。 uA +VDD +10V TP TN +VDD +10V

42、+VDD +10V S S RONP RONN 10V 0V (a) 电电 路路 (b) TN截截 止止 、 TP导导 通通 (c) TN导导 通通 、 TP截截 止止 uY uY uY （1 1）u uA A0V0V时，时，T TN N截止，截止，T TP P导通。输出电压导通。输出电压u uY YV VDDDD10V10V。（2 2）u uA A10V10V时，时，T TN N导通导通，T TP P截止。输出电压截止。输出电压u uY Y0V0V。AY 静态时静态时T TN N和和T TP P总是工作在一个导通而另一个截止，其截止内阻总是工作在一个导通而另一个截止，其截止内阻又极高，流过又

43、极高，流过T TN N和和T TP P的静态电流极小，所以的静态电流极小，所以CMOSCMOS反向器的静态功耗反向器的静态功耗极小。极小。1 1、CMOSCMOS与非门与非门BY+VDDATP1TN1TN2TP2A A、B B当中有一个或全为当中有一个或全为低电平低电平时，时，T TN1N1、T TN2N2中有中有一个或全部截止，一个或全部截止，T TP1P1、T TP2P2中有一个或全部导通，中有一个或全部导通，输出输出Y Y为高电平为高电平。只有当只有当输入输入A A、B B全为高全为高电平电平时，时，T TN1N1和和T TN2N2才会都导才会都导通，通，T TP1P1和和T TP2P2

44、才会都截止，才会都截止，输出输出Y Y才会为低电平才会为低电平。BAY BY+VDDATN1TP2TN2TP1只要只要输入输入A A、B B当中当中有一个或全为高电平有一个或全为高电平，T TP1P1、T TP2P2中有一个或全中有一个或全部截止，部截止，T TN1N1、T TN2N2中有中有一个或全部导通，一个或全部导通，输输出出Y Y为低电平为低电平。只有当只有当A A、B B全为低电全为低电平平时，时，T TP1P1和和T TP2P2才会都才会都导通，导通，T TN1N1和和T TN2N2才会都才会都截止，截止，输出输出Y Y才会为高才会为高电平电平。BAY 与与门门 A B AB &a

45、mp; 1 Y=AB=ABAB&Y或或门门ABA+B11Y=A+B=A+BAB1YCMOSCMOS与或非门与或非门&1&1 & 1ABCDABCDABCDYYY(a) 由与非门和反相器构成(b) 由与门和或非门构成(c) 逻辑符号DCBADCBAY DCBAY CMOSCMOS异或门异或门&ABY&BABABABABABAY 1 1、CMOS ODCMOS OD门门&1YAB+VDDRD外接AB&Y(a) 电路(b) 符号ABY 11ENAETP2TP1 YTN1TN2AEY+VDD(a) 电路(b) 符号E=1E=1时，时，T

46、TP2P2、T TN2N2均截止，均截止，Y Y与地和电源都断开了，输与地和电源都断开了，输出端呈现为出端呈现为高阻态高阻态。E=0E=0时，时，T TP2P2、T TN2N2均导通，均导通，T TP1P1、T TN1N1构成构成反相器反相器。可见电路的输出有高阻态、可见电路的输出有高阻态、高电平和低电平高电平和低电平3 3种状态，种状态，是一种三态门。是一种三态门。C+VDDTGuiuiuouoTPTNCCC(a) 电路(b) 符号C0、 ，即，即C端为低电平（端为低电平（0V）、）、 端为高电平（端为高电平（VDD）时，时， TN和和TP都不具备开启条件而截止，输入和输出之间相当于都不具备

47、开启条件而截止，输入和输出之间相当于开关断开一样。开关断开一样。C1、 ，即，即C端为高电平（端为高电平（VDD）、）、 端为低电平（端为低电平（0V）时，时，TN和和TP都具备了导通条件，输入和输出之间相当于开关接都具备了导通条件，输入和输出之间相当于开关接通一样，通一样，uoui。1C0CCC（1 1）CMOSCMOS电路的工作速度比电路的工作速度比TTLTTL电路的低。电路的低。（2 2）CMOSCMOS带负载的能力比带负载的能力比TTLTTL电路强。电路强。（3 3）CMOSCMOS电路的电源电压允许范围较大，约在电路的电源电压允许范围较大，约在3 318V18V，抗干扰，抗干扰能力比能力比TTLTTL电路强。电路强。（4 4）CMOSCMOS电路的功耗比电路的功耗比TTLTTL电路小得多。门电路的功耗只有几电路小得多。门电路的功耗只有几个个WW，中规模集成电路的功耗也不会超过，中规模集成电路的功耗也不会超过100W100W。（5 5）CMOSCMOS集成电路的集成度比集成电路的集成度比TTLTTL电路高。电路高。（6 6）CMOS