MOS逻辑门电路

1、YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3.1 MOS逻辑门电路逻辑门电路3.2 TTL逻辑门电路逻辑门电路 *3.3 射极耦合逻辑门电路射极耦合逻辑门电路 3.6 逻辑门电路使用中的几个实际问题逻辑门电路使用中的几个实际问题3.5 逻辑描述中的几个问题逻辑描述中的几个问题*3.4 砷化镓逻辑门电路砷化镓逻辑门电路 YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY教学基本要求教学基本要求1、了解半导体器件的开关特性。、了解半导体器件的

2、开关特性。2、掌握基本逻辑门（与、或、与非、或非、异或、掌握基本逻辑门（与、或、与非、或非、异或门）、三态门、门）、三态门、OC门的逻辑功能。门的逻辑功能。3、学会逻辑电路逻辑功能分析。、学会逻辑电路逻辑功能分析。4、掌握逻辑门的主要参数及在应用中的接口问题。、掌握逻辑门的主要参数及在应用中的接口问题。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。1 逻辑门电路：逻辑门电路：2 逻辑门电路的分类：逻辑门电路的分类：二极管门电路二极管门电路三极管门电路三极管门

3、电路TTL门电路门电路MOS门电路门电路PMOS门门CMOS门门逻辑门逻辑门 电路电路分立分立集成集成NMOS门门TTL- 三极管三极管-三极管三极管HTL 高阈值高阈值ECL 射极耦合射极耦合I2L 集成注入集成注入构成数字逻辑电路的基本元件构成数字逻辑电路的基本元件YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3 高、低电平产生的原理高、低电平产生的原理 +5V R vo S vI 当当S闭合，闭合，vO=当当S断开，断开，vO=0 V+ 5 V(低电平低电平)(高电平高电平)理想的开关应具有两个工作状态：理想的开关应具有两个工作状态：

4、接通状态：接通状态：断开状态断开状态：要求阻抗越小越好，要求阻抗越小越好，相当于短路（导通）相当于短路（导通）要求阻抗越大越好，要求阻抗越大越好，相当于开路（截止）相当于开路（截止）YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY iD O VBR D k阴阴极极 阳阳极极a Rc VCC VCC vCE iC Rc vo vI Rb VCC YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3.1 MOS逻辑门电路逻辑门电路 3.1.4 CMOS反相器反相器3.1.5 CMOS逻辑门电路逻辑

5、门电路3.1.6 CMOS漏极开路门和三态输出门电路漏极开路门和三态输出门电路 3.1.7 CMOS传输门传输门 3.1.8 CMOS逻辑门电路的技术参数逻辑门电路的技术参数 3.1.3 MOS开关及其等效电路开关及其等效电路 3.1.1 数字集成电路简介数字集成电路简介 3.1.2 逻辑电路的一般特性逻辑电路的一般特性3.1.9 NMOS门电路门电路YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3.1.1 数字集成电路简介数字集成电路简介 大规模集成芯片集成度高，所以要求体大规模集成芯片集成度高，所以要求体积小，而积小，而TTL系列不可能

6、做得很小，但系列不可能做得很小，但MOS管的结构和制造工艺对高密度制作较之管的结构和制造工艺对高密度制作较之TTL相对容易。相对容易。 与双极性电路比较，与双极性电路比较，MOS管的优点是功耗低，管的优点是功耗低，可达可达0.01mw，缺点是开关速度稍低。在大规模，缺点是开关速度稍低。在大规模的集成电路中，主要采用的的集成电路中，主要采用的CMOS电路。电路。4000系列系列4000B系系列列74HC系列系列74HCT系系列列YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3.1.1 数字集成电路简介数字集成电路简介双极型数字集成电路：双极型

7、数字集成电路：TTL和和ECL系列系列74 系系列列74H 系列系列74L 系列系列74S 系列系列74LS 系列系列74AS和和74ALS系列系列YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3.1.2 逻辑电路的一般特性逻辑电路的一般特性1、输入和输出的高，低电平、输入和输出的高，低电平YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY2. 噪声容限噪声容限 输入噪声容限输入噪声容限:输入高电平的噪声容限为输入高电平的噪声容限为 VNH=VOH(min)VIH(min) 1 驱动门驱动门

8、 vo 1 负载门负载门 vI 噪声噪声 1输出输出 1输入输入 0输入输入 0输出输出 vo vI +VDD 0 VNH VOH(min) VIH(min) VNL VOL(max) VIL(max) +VDD 0 输入低电平的噪声容限为输入低电平的噪声容限为 VNL=VIL(max)VOL(max) 当电路受到干扰时，在保证输出高、低电平基本不变的当电路受到干扰时，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范围。条件下，输入电平的允许波动范围。 3.1.2 逻辑电路的一般特性逻辑电路的一般特性YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UN

9、IVERSITY3.传输延迟时间传输延迟时间3.1.2 逻辑电路的一般特性逻辑电路的一般特性YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY 电路在输入脉冲波形的作用下，其输出波形相对于电路在输入脉冲波形的作用下，其输出波形相对于输入波形延迟了多长的时间。输入波形延迟了多长的时间。传输延迟时间传输延迟时间 输入输入 同相同相 输出输出 反相反相 输出输出 50% tPLH 50% 90% 10% tr tPLH 90% 50% 10% tf 50% tPLH tPLH 90% 50% 10% tf 90% 50% 10% tr VOL VOH

10、 VOL VOH 0V VCC 平均传输延迟时间平均传输延迟时间 tPdtPLH 为门电路输出由低电平转换到高电平所经历的时间为门电路输出由低电平转换到高电平所经历的时间; tPHL为由高电平转换到低电平所经历的时间。为由高电平转换到低电平所经历的时间。(tPLHtPHL)/2 表征门电路开关速度的参数表征门电路开关速度的参数YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY4. 功耗与延时功耗与延时 功耗积功耗积静态功耗：静态功耗：动态功耗：动态功耗：对于对于TTL门电路来说，静态功耗是主要的。门电路来说，静态功耗是主要的。5、延时、延时 功

11、耗积功耗积DP = tpdPD指的是当电路没有状态转换时的功耗指的是当电路没有状态转换时的功耗是在门的状态转换的瞬间的功耗。是在门的状态转换的瞬间的功耗。是一综合性的指标，用是一综合性的指标，用DP表示，其单位为焦耳。表示，其单位为焦耳。DP的值愈小，表明它的特性愈接于理想情况。的值愈小，表明它的特性愈接于理想情况。3.1.2 逻辑电路的一般特性逻辑电路的一般特性YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY 4. 扇入与扇出系数扇入与扇出系数 扇入数扇入数: 取决于门的输入端的个数取决于门的输入端的个数 扇出数扇出数: 带同类门的个数。带

12、同类门的个数。 有带灌电流负载和拉电流负载有带灌电流负载和拉电流负载两种情况两种情况:负载门负载门驱动门驱动门0 VCC(5V) Rb1 4kW T1 IIL T4 T3 Rc4 130W D 当负载门的个数增加时，总的当负载门的个数增加时，总的灌电流灌电流IIL将增加将增加,引起输出低引起输出低电压电压VOL的升高。的升高。 NIIOLOLIL()()驱动门负载门带灌电流负载：输出低电平时。带灌电流负载：输出低电平时。IILIOL101&3.1.2 逻辑电路的一般特性逻辑电路的一般特性YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY 4.

13、扇入与扇出系数扇入与扇出系数 扇入数扇入数: 取决于门的输入端的个数取决于门的输入端的个数 扇出数扇出数: 带同类门的个数。带同类门的个数。 有带灌电流负载和拉电流负载有带灌电流负载和拉电流负载两种情况两种情况:负载门负载门驱动门驱动门0 VCC(5V) Rb1 4kW T1 IIL T4 T3 Rc4 130W D 当负载门的个数增加时，总的当负载门的个数增加时，总的灌电流灌电流IIL将增加将增加,引起输出低引起输出低电压电压VOL的升高。的升高。 NIIOLOLIL()()驱动门负载门带灌电流负载：输出低电平时。带灌电流负载：输出低电平时。IILIOL101&3.1.2 逻辑电路的一般特性

14、逻辑电路的一般特性YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY1& 4. 扇入与扇出系数扇入与扇出系数 扇入数扇入数: 取决于门的输入端的个数取决于门的输入端的个数 扇出数扇出数: 带同类门的个数。带同类门的个数。 有带灌电流负载和拉电流负载有带灌电流负载和拉电流负载两种情况两种情况:负载门负载门驱动门驱动门1 VCC(5V) Rb1 4kW T1 IIL T4 T3 Rc4 130W D 01带拉电流负载：门输出高电平时带拉电流负载：门输出高电平时当负载门的个数增多时，必将当负载门的个数增多时，必将引起输出高电压的降低。引起输出高电压的

15、降低。 OHOHIH()()INI驱动门负载门IIHIOH3.1.2 逻辑电路的一般特性逻辑电路的一般特性YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY例例 查得基本的查得基本的TTL与非门与非门7410的参数如下：的参数如下： IOL16mA，IIL1.6mA，IOH0.4mA，IIH0.04mA.试计算其带同类门时的试计算其带同类门时的扇出数。扇出数。解：解： (1)低电平输出时的扇出数低电平输出时的扇出数OL16mA101.6mAN (2)高电平输出时的扇出数高电平输出时的扇出数OH0.4mA100.04mAN若若NOLNOH，则取较

16、小的作为电路的扇出数。，则取较小的作为电路的扇出数。例题：例题： 扇出数计算举例扇出数计算举例3.1.2 逻辑电路的一般特性逻辑电路的一般特性YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY1& 6. 扇入与扇出系数扇入与扇出系数 扇入数扇入数: 取决于门的输入端的个数取决于门的输入端的个数 扇出数扇出数: 带同类门的个数。带同类门的个数。 有带灌电流负载和拉电流负载有带灌电流负载和拉电流负载两种情况两种情况:负载门负载门驱动门驱动门1 VCC(5V) Rb1 4kW T1 IIL T4 T3 Rc4 130W D 01带拉电流负载：门输出高

17、电平时带拉电流负载：门输出高电平时当负载门的个数增多时，必将当负载门的个数增多时，必将引起输出高电压的降低。引起输出高电压的降低。 OHOHIH()()INI驱动门负载门IIHIOH3.1.2 逻辑电路的一般特性逻辑电路的一般特性YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY例例 查得基本的查得基本的TTL与非门与非门7410的参数如下：的参数如下： IOL16mA，IIL1.6mA，IOH0.4mA，IIH0.04mA.试计算其带同类门时的试计算其带同类门时的扇出数。扇出数。解：解： (1)低电平输出时的扇出数低电平输出时的扇出数OL16

18、mA101.6mAN (2)高电平输出时的扇出数高电平输出时的扇出数OH0.4mA100.04mAN若若NOLNOH，则取较小的作为电路的扇出数。，则取较小的作为电路的扇出数。例题：例题： 扇出数计算举例扇出数计算举例3.1.2 逻辑电路的一般特性逻辑电路的一般特性YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY1、MOS管的开关作用3.1.3 MOS开关及其等效电路开关及其等效电路 当当vIVT时，并且比较大时，并且比较大,使得使得vDS vGS-VT时时,MOS管处工作在饱管处工作在饱和区，随着和区，随着vI, iD，vDS ,MOS管最

19、后工作在可变电阻区。当管最后工作在可变电阻区。当vGS一一定是时，定是时，d,s 之间可近似等效为线性电阻。之间可近似等效为线性电阻。 vGS越大，输出特性曲线越大，输出特性曲线越倾斜，等效电阻越小，此时越倾斜，等效电阻越小，此时MOS管可以看成一个受管可以看成一个受vGS控制的可控制的可变电阻。变电阻。 vGS的取值足够大时，使得的取值足够大时，使得Rd远远小于远远小于d,s 之间等效电阻时，之间等效电阻时，电路输出为低电平。电路输出为低电平。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY2、MOS管的开关特性管的开关特性3.1.3 MO

20、S开关及其等效电路开关及其等效电路YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3.1.4 CMOS反相器反相器1. CMOS反相器的工作原理反相器的工作原理2. CMOS反相器的特点反相器的特点3. CMOS反相器的传输特性反相器的传输特性4. CMOS反相器的工作速度反相器的工作速度YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY1. CMOS反相器的工作原理反相器的工作原理 VDD TP TN vO vI VVVDDTNTP()YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYAN

21、GTZE NORMAL UNIVERSITY VDD TP TN vO vI 当当vI = 0 V时时 VDD OFFOFFONDDHORRRVV 1. CMOS反相器的工作原理反相器的工作原理VGSN =0 VTNTN管截止；管截止；|VGSP|=VDDVTP 电路中电流近似为零（忽略电路中电流近似为零（忽略TN的的截止漏电流）截止漏电流）,VDD主要降落在主要降落在TN上，输出为高电平上，输出为高电平VOHTP管导通。管导通。VDDYANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITYVDD TP TN vO vI 当当vI =VOH= VDD

22、时时 ONOFFONDDLORRRVV AL 1. CMOS反相器的工作原理反相器的工作原理VGSN =VDD VTNTN管导通；管导通；|VGSP|= 0 107，导通电阻，导通电阻+3V3V+3V一管导通程度愈深，另一管导通一管导通程度愈深，另一管导通愈浅，导通电阻近似为一常数。愈浅，导通电阻近似为一常数。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3. 1.8 CMOS逻辑门电路的技术参数逻辑门电路的技术参数系列参数基本的CMOS(4000/4000B系列)高速CMOS(74HC系列)与TTL兼容的高速MOS (74HCT系列)与T

23、TL兼容的高速BiCMOS (74BCT)系列tpd/ns(CL=15pF)7510132.9PD/mw0.0021.551.0020.00037.5DP/pJ0.1515.513.0260.0008722CMOS门电路的性能比较门电路的性能比较YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3、NMOS或非门或非门1、NMOS反相器反相器2、NMOS与非门与非门3.1.9 NMOS门电路门电路YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3.1.9 NMOS逻辑门电路逻辑门电路1、NMO

24、S反相器反相器-饱和型负载管反相器饱和型负载管反相器ViVoT2T1+VDD即：即：Vi为高电平时，为高电平时， Vo为低电平为低电平 Vi为低电平时，为低电平时， Vo为高电平为高电平当输入电压为高电平时，当输入电压为高电平时，T1导通导通当输入电压为低电平时，当输入电压为低电平时，T1截止截止T2还是导通还是导通所以，是反相器所以，是反相器T1为工作管，为工作管， T2为负载管为负载管DDDSDSDSOVRRRV211 1VVo VDDVT3-10K100-200K（低电平低电平） YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3.1.

25、9 NMOS逻辑门电路逻辑门电路2、NMOS与非门与非门当当A、B中有一个或两个均为低电平时，中有一个或两个均为低电平时，T1、T2有一个或两个都截止，输出为高有一个或两个都截止，输出为高电平电平 只有只有A、B全为高电平时，全为高电平时，T1、T2均均导通，输出为低电平导通，输出为低电平 T1、 T2为工作管，为工作管， T3为负载管为负载管BLT3T2+VDDAT1L= ABYANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3.1.9 NMOS逻辑门电路逻辑门电路3、NMOS或非门或非门 当当A、B中有一个为高电平时，中有一个为高电平时，T

26、1、 T2 有一个导通，输出有一个导通，输出0 A、B都为低电平时，都为低电平时，T1、T2均截均截止，止， 输出为输出为1 即即 L= A+B T1、 T2为工作管，为工作管， T3为负载管为负载管 因为因为T1、T2是并联的，要想增加输入是并联的，要想增加输入端的个数时不会引起输出低电平的变化。端的个数时不会引起输出低电平的变化。这给制造多输入端的或非门带来方便。这给制造多输入端的或非门带来方便。 L+VDDBT3T2AT1YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3.2.7 改进型改进型TTL门电路门电路 抗饱和抗饱和TTL电路电

27、路3.2.2 基本的基本的BJT反相器的动态性能反相器的动态性能3.2.3 TTL反相器的基本电路反相器的基本电路3.2.1 BJT的开关特性的开关特性3.2.4 TTL逻辑门电路逻辑门电路3.2.5 集电极开路门和三态门电路集电极开路门和三态门电路3.2.6 BiCMOS门电路门电路YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY1. BJT的开关作用的开关作用 IB5 iC IBS=IB4 IB3 IB2 IB1 A vCE VCC iB=0 VCES O ICS VCC /Rc CIBS=VCC/ Rc ICS= VCC/Rc CEVC

28、ES0.2V VCC RC iC T Rb ib + v1 -VB1 VCC RC iC T Rb ib + v1 +VB1YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY截止状态截止状态cbe饱和状态饱和状态Vb=0.7v, Vc=0.3vebc1. BJT的开关作用的开关作用YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITYICS CSIiCICSVRCCc工作状态工作状态截截 止止放放 大大饱饱 和和条件条件iB0 0 iB 工工作作特特点点偏置情况偏置情况 发射结和集发射结和集电结均为

29、反偏电结均为反偏 发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏集电结反偏 发射结和集电发射结和集电结均为正偏结均为正偏集电极电集电极电流流iC 0Ic iB 且不随且不随iB增加而增加而增加增加管压降管压降VCEO VCCVCEVCCiCRcVCES 0.20.3 V c、e间等间等效内阻效内阻 很大，约为很大，约为数百千欧，相数百千欧，相当于开关断开当于开关断开可变可变很小，约为数百很小，约为数百欧，相当于开关欧，相当于开关闭合闭合2. NPN 型型 BJT 截止、放大、截止、放大、饱和三种工作状态的特点饱和三种工作状态的特点YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMA

30、L UNIVERSITY v1 +VB2 VB2 O t iC ICS 0.9ICS 0.1ICS O tr ts t tf td 3. BJT的开关时间的开关时间开通时间开通时间 ton= td+trtd 延迟时间延迟时间 tr 上升时间上升时间关闭时间关闭时间 toFF= ts+ tfts存储时间存储时间 tf-下降时间下降时间 开关时间随管子类型的开关时间随管子类型的不同而不同，一般为几不同而不同，一般为几十几百纳秒。开关时间十几百纳秒。开关时间越短，开关速度越高。一越短，开关速度越高。一般可用改进管子内部构造般可用改进管子内部构造和外电路的方法来提高三和外电路的方法来提高三极管的开关速

31、度。极管的开关速度。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITYTTL反相器的产生反相器的产生:若考虑基本反相器负载电容若考虑基本反相器负载电容CL的影响，在反相器输出电压的影响，在反相器输出电压 O由低向高过渡时，电路由由低向高过渡时，电路由VCC通过通过Rc对对CL充电。充电。 vccRcTCL 反之，当反之，当 O由高向低过渡时，由高向低过渡时，CL又将通过又将通过BJT放电。放电。CL的充、放电过程均需经历一定的时间，必然会增加输出的充、放电过程均需经历一定的时间，必然会增加输出电压电压 O波形的上升时间和下降时间，导致基本的波形

32、的上升时间和下降时间，导致基本的BJT反相反相器的开关速度不高。故需寻求更为实用的器的开关速度不高。故需寻求更为实用的TTL电路结构。电路结构。 YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY1. TTL反相器的基本电路反相器的基本电路2. TTL反相器的工作原理反相器的工作原理3. 采用输入级以提高工作速度采用输入级以提高工作速度 4. 采用推拉式输出级以提高开关速度采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力和带负载能力YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY1. TTL反相器的

33、基本电路反相器的基本电路 Rb1 4k W Rc2 1.6k W Rc4 130 W T4 D T2 T1 + vI T3 + vO 负载 Re2 1K W VCC(5V) 输入级输入级 中间级中间级 输出级输出级 YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 D T2 T1 + vI T3 + vO 负载 Re2 1K VCC(5V) VB1 2. TTL反相器的工作原理反相器的工作原理 （1）当输入为低电平）当输入为低电平（ I = 0.2 V） 0.9V 0.2V OVCCVBE

34、4VD 50.70.7 =3.6V I低电平低电平(0.2V)T1深饱和深饱和T2截止截止T3截止截止T4放大放大 O高电平高电平（3.6V） Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 D T2 T1 + vI T3 + vO 负载 Re2 1K VCC(5V) VB1 YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 D T2 T1 + vI T3 + vO 负载 Re2 1K VCC(5V) VB1 2. TTL反相器的工作原理反相器的工作原理 当输入为高电平（当输入为高电

35、平（ I = 3.6 V） 3.6V 4.3V 2.1V 1.4V 0.2V I全为高电平全为高电平(3.6V)T1倒置放大倒置放大T2饱和饱和T3饱和饱和T4截止截止 O低电平低电平0.2V） Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 D T2 T1 + vI T3 + vO 负载 Re2 1K VCC(5V) VB1 YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 D T2 T1 + vI T3 + vO 负载 Re2 1K VCC(5V) VB1 3. 采用输入级以提高

36、工作速度采用输入级以提高工作速度 （1）当）当TTL反相器反相器 I由由3.6V变变0.2V的瞬间的瞬间 0.9V1.4V T1管的变化先于管的变化先于T2、 T3管的变化；管的变化；T1管管Je正偏、正偏、Jc反偏，反偏， T1工作在放大状态。工作在放大状态。T1管射极电流管射极电流 1 iB1很很快地从快地从T2的基区抽走多的基区抽走多余的存储电荷余的存储电荷,从而加从而加速了状态转换。速了状态转换。 YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY4. 采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力

37、 当输出为低电平时，当输出为低电平时，T3处于深处于深度饱和状态，度饱和状态，T4截止，截止， T3的集的集电极电流可以全部用来驱动负电极电流可以全部用来驱动负载。载。 输出为高电平时，输出为高电平时，T3截止，截止，T4组成的电压跟随器的输出电阻组成的电压跟随器的输出电阻很小，所以输出高电平稳定，很小，所以输出高电平稳定，带负载能力也较强。带负载能力也较强。 Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 D T2 T1 + vI T3 + vO 负载 Re2 1K VCC(5V) VB1 3.6V 2.1V 1.4V 0.2V Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 D

38、 T2 T1 + vI T3 + vO 负载 Re2 1K VCC(5V) VB1 0.9V 0.2V 3.6V波形上升沿陡直。而当输出电压由高变低后，波形上升沿陡直。而当输出电压由高变低后， CL很快放很快放电，输出波形的上升沿和下降沿都很好。电，输出波形的上升沿和下降沿都很好。 输出端接有负载电容输出端接有负载电容CL时，在时，在 输出由低到高跳变的瞬间，输出由低到高跳变的瞬间，CL充电，其时间常数很小，使输出充电，其时间常数很小，使输出YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY1. TTL与非门电路与非门电路多发射极多发射极BJT

39、 VCC(5V) Rc4 130 Rc2 1.6k Rb2 1.6k T4 T2 T3 T1 A B Re2 1k D A B & BAL= T1 e e e e b b c c YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY2. TTL与非门电路的工作原理与非门电路的工作原理 任一输入端为低电平时任一输入端为低电平时: T1的发射结正向偏置而导通，的发射结正向偏置而导通，T2截截止。输出为高电平。止。输出为高电平。TTL与非门各级工作状态与非门各级工作状态 VCC(5V) Rc 4 130 W Rc2 1.6k W Rb 2 1.6k W

40、 T4 T2 T3 T1 A B Re 2 1k W D IT1T2T3T4O输入全为高电平 (3.6V)倒置使用的放大状态饱和 饱和 截止 低电平（0.2V）输入有低电平 (0.2V)深饱和截止 截止 放大 高电平（3.6V）只有当全部输入端为高电平时：只有当全部输入端为高电平时： T1将转入倒置放大状态，将转入倒置放大状态，T2和和T3均均饱和，输出为低电平。饱和，输出为低电平。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY2. TTL或非门或非门 A B 1 BAL R1A R1 R1B R4 VCC T1A T2A T2B B D

41、T3 R3 T4 AT1BLYANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY R1A R1 R1B R4 VCC A T1A T2A T2B T1B B D L T3 R3 T4 2. TTL或非门工作原理或非门工作原理 TTL或非门的逻辑电路或非门的逻辑电路若二输入端为低电平若二输入端为低电平 0.9 v0.2 v0.2 v0.9 v3.6V YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY1. 1. 集电极开路门集电极开路门 (Open Collector Gate)(Open Coll

42、ector Gate) VC C(5 V ) Rc 4 1 3 0 Rc 2 1 .6 k Rb 2 1 .6 k T4 T2 T3 T1 A B Re 2 1 k D VC C(5 V ) Rc 4 1 3 0 Rc 2 1 .6 k Rb 2 1 .6 k T4 T2 T3 T1 A B Re 2 1 k D v vOHOHv vOLOLXYANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY1. 集电极开路门集电极开路门 TTL 电路电路 TTL 电路电路 D C B A T1 T2 VCC RP L A B C D & )()(CDABL=

43、 VCC(5V) Rc 4 130 W Rc2 1.6k W Rb2 1.6k W T4 T2 T3 T1 A B Re 2 1k W D YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY 集电极开路门上拉电阻集电极开路门上拉电阻Rp 的计算的计算 TTL 电路 TTL 电路 D C B A T 1 T 2 VCCL R P 在极限情况，上拉电阻在极限情况，上拉电阻Rp具有限具有限制电流的作用。以保证制电流的作用。以保证IOL不超过额不超过额定值定值IOL(max)，故必须合理选用，故必须合理选用Rp的值。的值。 另一方面，另一方面，Rp的大

44、小影响的大小影响OC门门的开关速度，的开关速度，Rp的值愈大，因而的值愈大，因而开关速度愈慢开关速度愈慢 Rp(min)OL(max)OL(max)IL(total)CCVVII CCIH(min)p(max)IH(total)VVRIYANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY集电极开路门上拉电阻集电极开路门上拉电阻RpRp的计算举例的计算举例 例例2.4.2 2.4.2 设设TTLTTL与非门与非门74LS01(OC)74LS01(OC)驱动八个驱动八个74LS04(74LS04(反相器反相器) )， 试确定一合适大小的上拉电阻试确定

45、一合适大小的上拉电阻RpRp，设，设V VCCCC5V5V。解：从器件手册查出得：解：从器件手册查出得：VCC=5VVCC=5V，VOL(max)=0.4VVOL(max)=0.4V，IOL(max)=8mAIOL(max)=8mA，IIL= 400IIL= 400 A A，VIH(min) =2VVIH(min) =2V，IIH=20IIH=20 A A。 I IILIL(total)=400(total)=400 A A8=3.2mA8=3.2mA得得 p(min)5V0.4V9588mA3.2mAR V VCCCC=5V=5V，I IIHIH(total) =20(total) =20

46、A A8= 0.16mA8= 0.16mA。 p(min)5V2V18.75k0.16mAR RpRp的值可在的值可在985985 至至18.75k18.75k , ,之间选择之间选择, ,可选可选1k1k 的电阻器为宜。的电阻器为宜。所以所以 YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY集电极开路门的缺点集电极开路门的缺点： 由于由于OC门输出不是推拉式门输出不是推拉式(Totem)结构，电路结构，电路的上升延迟很大，这是因为：的上升延迟很大，这是因为： T3退出饱和状态很慢；退出饱和状态很慢； 对输出负载电容的充电电流只能通过外接的对

47、输出负载电容的充电电流只能通过外接的RL来提供。因此，输出波形的上升沿时间很来提供。因此，输出波形的上升沿时间很大。大。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY 2. 三态与非门三态与非门(TSL ) 三态钳位电路三态钳位电路 R1 R2 R4 VCC T4L T3 R3T1与非门A B CS T5 T6 T7 R5 R66 VCC D3.6V1.4V0.7V当当CS= 1时时CS数据输入端输出端LAB10010111011100三态与非门真值表三态与非门真值表 =ABYANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE

48、NORMAL UNIVERSITY R1 R2 R4 VCC T4L T3 R3T1与非门A B CS T5 T6 T7 R5 R66 VCC D当当CS= 0时时0.2V0.9V低电平低电平0.9V开路开路CS数据输入端数据输入端输出端输出端LAB10010111011100高阻 3. 三态与非门三态与非门(TSL ) 三态与非门真值表三态与非门真值表 AB CS & L 高电平使能高电平使能=高阻状态高阻状态与非功能与非功能 ZL ABLCS = 0_CS =1YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY 输入级：输入级：MP、MN、M1、M2输出级：输出级：T1、T2VI为高电平时，为高电平时， MN 、M1 、T2导通导通 MP 、M2、 T1截止输出为低电平截止输出为低电平VI为低电平时，为低电平时， MP 、M2、 T1导通导通 MN 、M1 、T2截止输出为高电平截止输出为高电平YANGTZE NORMAL U