惠州学院数电3 门电路

1、（2-1）第三章第三章 门电路门电路 3.1 概述概述 3.2 半导体二极管和三极管的开关特性半导体二极管和三极管的开关特性 3.3 最简单的与、或、非门电路最简单的与、或、非门电路 3.4 TTL集成门电路集成门电路 3.5 CMOS门电路门电路（2-2） 3.1 概述概述门电路是用以实现逻辑关系的电子电门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与我们所讲过的基本逻辑关系相对应，路，与我们所讲过的基本逻辑关系相对应，门电路主要有：门电路主要有：与门与门、或门或门、与非门与非门、或或非门非门、异或门异或门等。等。在数字电路中，一般用高电平代表在数字电路中，一般用高电平代表1、低电平代表低电平代表0，

2、即所谓的，即所谓的正逻辑系统正逻辑系统。反之，用高电平代表反之，用高电平代表0、低电平代表、低电平代表1，即所谓的即所谓的负逻辑系统负逻辑系统。（2-3） ViVoKVccR100VVcc只要能判断高只要能判断高低电平即可低电平即可K开开-Vo=1, 输出高电平输出高电平K合合-Vo=0, 输出低电平输出低电平可用三极可用三极管代替管代替构成门电路的核心构成门电路的核心器件是半导体器件器件是半导体器件（2-4） 3.2 半导体二极管和三极管的开关特性半导体二极管和三极管的开关特性二极管：二极管：开启电压开启电压=0 .5V，导通电压导通电压 0.7V(硅二极管硅二极管) 理想二极管：理想二极管

3、：开启电压开启电压=0 ，导通电压导通电压=0 导通：导通：ui开启电压，开启电压， UD =二极管正向压降二极管正向压降二二极管相当于开关闭合。极管相当于开关闭合。截止截止： ui 开启电压，开启电压， ID=0 二极管相当于开二极管相当于开关断开。关断开。3.2.1 二极管的开关特性二极管的开关特性：（2-5） + ui RL +uo D开关电路 IF 0.5 0.7iD(mA) uD(V)伏安特性UBR0 + 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，时，二极管截止，如同开关断

4、开，如同开关断开，uo0V。ui5V时，二极管导通，如同时，二极管导通，如同0.7V的电压源，的电压源，uo4.3V。Ui0.5V时，时，二极管导通二极管导通。（2-6）二极管伏安特性的等效二极管伏安特性的等效（2-7） 在低速脉冲电路中，二极在低速脉冲电路中，二极管开关由接通到断开，或由断管开关由接通到断开，或由断开到接通所需要的转换时间通开到接通所需要的转换时间通常是可以忽略的。然而在数字常是可以忽略的。然而在数字电路中，二极管开关经常工作电路中，二极管开关经常工作在高速通断状态。由于在高速通断状态。由于PN结中结中存储电荷的存在，二极管开关存储电荷的存在，二极管开关状态的转换不能瞬间完成

5、，需状态的转换不能瞬间完成，需经历一个过程。经历一个过程。 tre=ts+tf 叫做反向恢复时间。该现象叫做反向恢复时间。该现象说明，二极管在输入负跳变电压作用说明，二极管在输入负跳变电压作用下，开始仍然是导通的，只有经过一下，开始仍然是导通的，只有经过一段反向恢复时间段反向恢复时间tre之后，才能进入截之后，才能进入截止状态。由于止状态。由于tre的存在，限制了二极的存在，限制了二极管的开关速度管的开关速度 。二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度。二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度。（2-8） 图图 双极型三极管的两种类型双极型三极管的两种类型 (a)NPN型型 (b)PNP型

6、型3.2.2三极管的开关特性：三极管的开关特性：（2-9） 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uCEVCCuCEVCCiCRcuCEUCES0.3V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（2-10）uAtR1R2AF+uccuFt+ucc0.3V饱和区：饱和区：发射结正偏，集发射结正偏，集电结正偏。即：电结正偏。即：UCE UBE ， IBIC，UCE 0.3V C、E间相当于开关闭合。

7、间相当于开关闭合。截止区：截止区： UBEUth ， UDS 0V，MOS管导通管导通 D、S间相当于开关间相当于开关闭合。闭合。截止区：截止区： uI =UGS Uth， ID=0 ，MOS管截止管截止D、S间相当于开关断开。间相当于开关断开。+VDDUoUiNMOSR（2-12）开关开关作用作用二极管二极管反向截止：反向截止：开关接通开关接通开关断开开关断开三极管三极管（C,E)饱和区：饱和区： 截止区：截止区：开关接通开关接通CEB开关断开开关断开 正向导通：正向导通： CEB（2-13）3.2.4 3.2.4 二极管与门二极管与门 2. 工作原理工作原理D D1 1 D D2 2U U

8、Y YU Ua UbUb0 0 0 0 0 3v 0 3v 3v 03v 03v 3v3v 3v3. 真值表真值表（状态表）（状态表）4. 输出函数式输出函数式Y=AB 5. 5. 逻辑符号逻辑符号&Y YA BA B0 O0 O0 10 11 01 01 11 1Y Y0 00 00 01 1导通导通 导通导通导通导通导通导通导通导通 导通导通截止截止截止截止0.7V0.7V0.7V0.7V0.7V0.7V3.7v3.7vAB1. 电路组成电路组成（以二输入为例）（以二输入为例）+V+VCCCCR RA AB BY YD D1 1D D2 2设：设：VCCCC= =5V5V，U UI

9、HIH= =3v3v,U,UILIL= =0v0v二极管正向压降二极管正向压降0.7V0.7V。（2-14）1. 1. 电路组成电路组成( (以二输入为例以二输入为例) ) 2. 2. 工作原理工作原理Ua UbUa Ub0 00 00 3v0 3v3v 03v 03v 3v3v 3v3.3.真值表真值表A BA B0 00 00 10 11 01 01 11 1Y Y0 01 11 11 1 4. 4.输出函数式输出函数式Y=A+BY=A+B5.5.逻辑符号逻辑符号截止截止 截止截止截止截止截止截止导通导通导通导通导通导通 导通导通Da DbDa DbU UY Y2.3v2.3v2.3v2.

10、3v2.3v2.3vY YAB1 10 03.2.53.2.5 二极管或门二极管或门（2-15）-V-VEEEEVccVcc3.3.真值表真值表A A0 01 1Y Y1 10 04.4.输出函数式输出函数式 Y = AY = A 5.5.逻辑符号逻辑符号1 1A AY Y2.2.工作原理工作原理注：注：为了保证在输入低电平时三极为了保证在输入低电平时三极 管可靠截止，常将电路接管可靠截止，常将电路接成上图形式。由于接入了负电源成上图形式。由于接入了负电源VEEEE，即使输入低电平信号稍，即使输入低电平信号稍大于零，也能使三极管的基大于零，也能使三极管的基 极为负电位，使三极管可靠截止，极为负

11、电位，使三极管可靠截止，输出为高电平。输出为高电平。1.1.电原理图电原理图UaUa0 03v3vT T截止截止饱和饱和U UY Y0 03.2.6. 3.2.6. 三极管非门三极管非门（2-16）与非门与非门（2-17）3.2.7. 3.2.7. 其它门电路其它门电路一、一、 其它门电路其它门电路 其它门电路有与非门、或非门、同或门、异或门等等。其它门电路有与非门、或非门、同或门、异或门等等。 （略）（略） 二、二、 门电路的门电路的“封锁封锁”和和“打开打开”问题问题& &A AB BC CY Y当当C=1C=1时，时，Y=ABY=AB. .1=AB1=AB与门打开，与功能

12、成立。与门打开，与功能成立。当当C=0C=0时，时，Y=ABY=AB. .0=00=0与门封锁，与门不能工作。与门封锁，与门不能工作。A AB BC CY Y当当C=1C=1时，时，Y=A+B+1=1Y=A+B+1=1或门封锁，或门不能工作。或门封锁，或门不能工作。当当C=0C=0时，时，Y=A+B+0=A+BY=A+B+0=A+B或门打开，或功能成立。或门打开，或功能成立。能能“打开打开”或者或者“封锁封锁”门电路的信号叫门电路的信号叫“控制信号控制信号”。控制信号的输入端叫控制信号的输入端叫“控制端控制端”，或，或“使能端使能端”。与门、与非门可用与门、与非门可用“0”0”封锁，用封锁，用

13、“1”1”打开；打开；或门、或非门可用或门、或非门可用“1”1”封锁，用封锁，用“0”0”打开；打开；（2-18）1、体积大、工作不可靠。、体积大、工作不可靠。2、需要不同电源。、需要不同电源。3、各种门的输入、输出电平不匹配。、各种门的输入、输出电平不匹配。（2-19）3.4 TTL门电路门电路数字集成电路：数字集成电路：在一块半导体基片上制作出一个在一块半导体基片上制作出一个完整的逻辑电路所需要的全部元件和连线。完整的逻辑电路所需要的全部元件和连线。使用时接：电源、输入和输出。数字集成电使用时接：电源、输入和输出。数字集成电路具有体积小、可靠性高、速度快、而且价路具有体积小、可靠性高、速度

14、快、而且价格便宜的特点。格便宜的特点。TTL型电路：型电路：输入和输出端结构都采用了半导体晶输入和输出端结构都采用了半导体晶体管，称之为体管，称之为: Transistor Transistor Logic。（2-20）100个以下：个以下：小规模小规模集成电路集成电路 ( Small Scale Integration :SSI ) 几百个：几百个：中规模中规模集成电路集成电路 （Medium Scale Integration :MSI ) 几千个：几千个：大规模大规模集成电路集成电路 （ Large Scale Integration :LSI ) 一万个以上：一万个以上：超大规模超大规

15、模集成电路集成电路 （ Very Large Scale Integration :VLSI ) 名称名称（2-21）与分离元件电路相比，集成电路具与分离元件电路相比，集成电路具有体积小、可靠性高、速度快的特点，有体积小、可靠性高、速度快的特点，而且输入、输出电平匹配，所以早已广而且输入、输出电平匹配，所以早已广泛采用。根据电路内部的结构，可分为泛采用。根据电路内部的结构，可分为DTL、TTL、MOS管等管等集成门电路。集成门电路。（2-22）3.4 TTL门电路门电路1. 双极性三极管的开关特性（静态）双极性三极管的开关特性（静态）在数字电路中，三极管作为开关元件，主要工作在饱和在数字电路中

16、，三极管作为开关元件，主要工作在饱和和截止两种开关状态，放大区只是极短暂的过渡状态。和截止两种开关状态，放大区只是极短暂的过渡状态。（2-23） 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uCEVCCuCEVCCiCRcuCEUCES0.3V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（2-24）2. 三极管的开关时间（动态特性）三极管的开关时间（动态特性）开启时间开启时间ton 上升时间上升时间tr

17、延迟时间延迟时间td关闭时间关闭时间toff下降时间下降时间tf存储时间存储时间ts3.4 TTL门电路门电路（2-25）(1) 开启时间开启时间ton ：三极管从截止到饱和所需的时间。：三极管从截止到饱和所需的时间。 ton = td +tr td ：延迟时间延迟时间 tr ：上升时间上升时间(2) 关闭时间关闭时间toff ：三极管从饱和到截止所需的时间。：三极管从饱和到截止所需的时间。toff = ts +tf ts ：存储时间（几个参数中最长的；饱和越深越长）：存储时间（几个参数中最长的；饱和越深越长） tf ：下降时间：下降时间toff ton 。开关时间一般在纳秒数量级。高频应用时

18、需考虑。开关时间一般在纳秒数量级。高频应用时需考虑。3.4 TTL门电路门电路（2-26）3. TTL反相器（反相器（Transistor-Transistor Logic）3.4 TTL门电路门电路 当输入高电平时，当输入高电平时， uI=3.6V，VT1处于倒置工作状态，集电结处于倒置工作状态，集电结正 偏 ， 发 射 结 反 偏 ，正 偏 ， 发 射 结 反 偏 ， uB1=0.7V3=2.1V IB2=(5-2.1)/4=0.725mA 假定假定 210，若，若T2工作于放大工作于放大状态，则状态，则 IC27.25mA 所以所以 VC2VCC-IC2R2=-6.6V故故T2不可能工作

19、于放大状态和截不可能工作于放大状态和截止状态，只可能是饱和状态。止状态，只可能是饱和状态。 因因VB4=VCES2+VBE5=1VVT4截止。截止。VT5状态取决于外电状态取决于外电路，在输出电流小于路，在输出电流小于IOLmax时，时，输出为低电平输出为低电平uO=00.3V。2.1V0.3V3.6V（1）电路结构和工作原理）电路结构和工作原理（2-27）3.4 TTL门电路门电路 当 输 入 低 电 平 时 ，当 输 入 低 电 平 时 ， uI=0.3V，VT1发射结导通，发射结导通， uB1=0.3V+0.7V=1VVT2和和VT5均截止，均截止，VT4和和VD导通。输出高电平导通。输

20、出高电平 uO =VCC -UBE3-UD-IB4R2 5V-0.7V-0.7V=3.6V1V3.6V0.3V（2-28）3.4 TTL门电路门电路 采用推拉式输出级利于提高开关速度和负载能力采用推拉式输出级利于提高开关速度和负载能力 VT3组成射极输出器，优点是既能提高开关速度，又能组成射极输出器，优点是既能提高开关速度，又能提高负载能力。提高负载能力。 当输入高电平时，当输入高电平时，VT4饱和，饱和，uB3=uC2=0.3V+0.7V=1V，VT3和和VD截止，截止，VT4的集电极电流可以全部用来驱动负载。的集电极电流可以全部用来驱动负载。 当输入低电平时，当输入低电平时，VT4截止，截

21、止，VT3导通（为射极输出器）导通（为射极输出器），其输出电阻很小，带负载能力很强。，其输出电阻很小，带负载能力很强。 可见，无论输入如何，可见，无论输入如何，VT3和和VT4总是一管导通而另一总是一管导通而另一管截止。这种推拉式工作方式，带负载能力很强。管截止。这种推拉式工作方式，带负载能力很强。 （2-29）3.4 TTL门电路门电路（2）TTL反相器的电压传输特性及参数 截止区截止区线性区线性区转折区转折区饱和区饱和区VT4截止，称关门截止，称关门VT4饱和，饱和，称开门称开门（2-30）3.4 TTL门电路门电路 输出高电平输出高电平UOH 典型值为典型值为3V。 输出低电平输出低电平

22、UOL 典型值为典型值为0.3V。（2-31）3.4 TTL门电路门电路 开门电平开门电平UON一般要求一般要求UON1.8V 关门电平关门电平UOFF一般要求一般要求UOFF0.8V 在保证输出为额在保证输出为额定低电平的条件下，定低电平的条件下，允许的最小输入高电允许的最小输入高电平的数值，称为开门平的数值，称为开门电平电平UON。在保证输出为额定高电平的条件在保证输出为额定高电平的条件下，允许的最大输入低电平的数值，下，允许的最大输入低电平的数值，称为关门电平称为关门电平UOFF。UOFFUON 电压传输特性曲线转折区中点所对应的电压传输特性曲线转折区中点所对应的uI值称为阈值电压值称为

23、阈值电压UTH（又称门槛电平）。通常（又称门槛电平）。通常UTH 1.4V。 （2-32）3.4 TTL门电路门电路 噪声容限（噪声容限（ UNL和和UNH ） 噪声容限也称抗噪声容限也称抗干扰能力，它反映干扰能力，它反映门电路在多大的干门电路在多大的干扰电压下仍能正常扰电压下仍能正常工作。工作。UNL和和UNH越越大，电路的抗干扰大，电路的抗干扰能力越强。能力越强。maxNLOFFILVVVminNHIHOHVVV（2-33）3.4 TTL门电路门电路（3）TTL反相器的输入特性和输出特性 输入伏安特性输入伏安特性（2-34）3.4 TTL门电路门电路 两个重要参数：两个重要参数： (1)

24、输入短路电流输入短路电流IIS当当uI = 0V时，时，iI从输入端流出。从输入端流出。 iI =(VCCUBE1)/R1 =(50.7)/4 1.1mA(2) 高电平输入电流高电平输入电流IIH 当输入为高电平时，当输入为高电平时，VT1的发射结反偏，集电结正偏，的发射结反偏，集电结正偏，处于倒置工作状态，倒置工作的三极管电流放大系数处于倒置工作状态，倒置工作的三极管电流放大系数反反很很小小(约在约在0.01以下以下)，所以，所以 iI = IIH =反反 iB2 IIH很小，约为很小，约为10A左右。左右。（2-35）3.4 TTL门电路门电路TTL反相器的输入端对地接上电阻反相器的输入端

25、对地接上电阻RI 时，时，uI随随RI 的的变化而变化的关系曲线。变化而变化的关系曲线。 输入负载特性输入负载特性（2-36）3.4 TTL门电路门电路在一定范围内，在一定范围内，uI随随RI的增大而升高。的增大而升高。但当输入电压但当输入电压uI达到达到1.4V以后，以后，uB1 = 2.1V，RI增大，由于增大，由于uB1不变，不变，故故uI = 1.4V也不变。也不变。这时这时VT2和和VT4饱和导饱和导通，输出为低电平。通，输出为低电平。虚框内为虚框内为TTL反相器的部分内部电路反相器的部分内部电路 （2-37）3.4 TTL门电路门电路RI 不大不小时，工作在线性区或转折区。RI 较

26、小时，关门，输出高电平；RI 较大时，开门，输出低电平；ROFFRONRI 悬空时？（2-38）3.4 TTL门电路门电路(1) 关门电阻关门电阻ROFF 在保证门电路输出为额定高电在保证门电路输出为额定高电平的条件下，所允许平的条件下，所允许RI 的最大值称为关门电阻。典型的的最大值称为关门电阻。典型的TTL门电路门电路ROFF 0.7k。 (2) 开门电阻开门电阻RON 在保证门电路输出为额定低电平在保证门电路输出为额定低电平的条件下，所允许的条件下，所允许RI 的最小值称为开门电阻。典型的的最小值称为开门电阻。典型的TTL门电路门电路RON 2k。 数字电路中要求输入负载电阻数字电路中要

27、求输入负载电阻RI RON或或RI ROFF ，否，否则输入信号将不在高低电平范围内。则输入信号将不在高低电平范围内。 振荡电路则令振荡电路则令 ROFF RI RON使电路处于转折区。使电路处于转折区。（2-39）3.4 TTL门电路门电路 输出特性输出特性(a) 输出高电平时的输出特性输出高电平时的输出特性负载电流负载电流iL不可过大，否则输出高电平会降低。不可过大，否则输出高电平会降低。拉电流负载拉电流负载（2-40）3.4 TTL门电路门电路(b) 输出低电平时的输出特性输出低电平时的输出特性 负载电流负载电流iL不可过大，否则输出低电平会升高。一般不可过大，否则输出低电平会升高。一般

28、灌电流在灌电流在20mA以下时，电路可以正常工作。典型以下时，电路可以正常工作。典型TTL门门电路的灌电流负载为电路的灌电流负载为12.8 mA。 灌电流负载灌电流负载（2-41）3.4 TTL门电路门电路 （4 ）TTL反相器的动态特性 传输延迟时间传输延迟时间tpd 平均传输延迟时平均传输延迟时间间tpd表征了门电路表征了门电路的开关速度。的开关速度。 tpd =（tpLH +tpHL）/2 （2-42） 扇出系数扇出系数v 总的扇出系数是高、低电平状态下扇出系数中较小总的扇出系数是高、低电平状态下扇出系数中较小的一个。的一个。 逻辑门所能够驱动同类门（输入端）的个逻辑门所能够驱动同类门（

29、输入端）的个数。数。(load)I(drive)INILOLmaxOL(load)I(drive)INIHOHmaxOH)(OHOLON,NminNv IOLmax: 保证输出不高于保证输出不高于VOLmax的低电平最大灌电流。的低电平最大灌电流。 v IOHmax:保证输出不低于保证输出不低于VOHmin的高电平最大拉电流。的高电平最大拉电流。 （2-43）例：如图电路，已知例：如图电路，已知 74S00门电路门电路GP参数为：参数为：IOH/IOL=1.0mA/-20mAIIH/IIL=50A/-1.43mA试求门试求门GP的扇出系数的扇出系数N是多少？若将电路中的是多少？若将电路中的芯片

30、改为芯片改为74S20，其门电路参数同，其门电路参数同74S00，问此，问此时扇出系数又为多少？时扇出系数又为多少？&GPG1Gn（2-44）求此类问题时，要对门求此类问题时，要对门P输出的高低电平情况分输出的高低电平情况分别进行讨论。别进行讨论。门门P输出的低电平时，设可带门数为输出的低电平时，设可带门数为N1：OLILIIN11443. 120ILOLLIIN门门P输出的高电平时，设可带门数为输出的高电平时，设可带门数为N2：OHIHIIN221005. 020 . 12IHOHHIIN扇出系数扇出系数N=10（2-45）74S20为为4输入与非门，所以输入与非门，所以门门P输出的

31、低电平时，设可带门数为输出的低电平时，设可带门数为N1：OLILIIN11443. 120ILOLLIIN门门P输出的高电平时，设可带门数为输出的高电平时，设可带门数为N2：OHIHIIN42505. 040 . 14IHOHHIIN扇出系数扇出系数=5（2-46）3.4 TTL门电路门电路（1） TTL与非门与非门4. 其他类型的其他类型的TTL门电路门电路全全1输出输出0有有0输出输出11V2.1V（2-47）3.4 TTL门电路门电路 每一个发射极能各自独立形成正向偏置的发射结，并每一个发射极能各自独立形成正向偏置的发射结，并可使三极管进入放大或饱和区。可使三极管进入放大或饱和区。多发射

32、极三极管多发射极三极管 有有0.3V箝位于箝位于1.0V全为全为3.6V集电集电结导结导通通（2-48）3.4 TTL门电路门电路（2）集电极开路门（OC门）集电极集电极开路开路（2-49）3.4 TTL门电路门电路例：例：用用OC门实现电平转换门实现电平转换（2-50）3.4 TTL门电路门电路（3）三态门）三态门01截止截止YAB EN = 0时，电路为正常的与非工作状态，所以称时，电路为正常的与非工作状态，所以称控制端低电平有效。控制端低电平有效。（2-51）3.4 TTL门电路门电路10导通导通1.0V1.0V截止截止截止截止高阻高阻当当EN = 1时，门电路输出端处于高阻状态。时，门

33、电路输出端处于高阻状态。（2-52）3.4 TTL门电路门电路控制端高电平有效的三态门控制端高电平有效的三态门控制端低电平有效的三态门控制端低电平有效的三态门用用“”表示输出表示输出为三态。为三态。高电平有效高电平有效低电平有效低电平有效（2-53）3.4 TTL门电路门电路肖特基三极管（肖特基三极管（Schottky Transistors）R2+VIN-+VCE=0.2V-VBE=0.6V+-VBC=0.4VbaseemittercollectorR2R1VINVOUTQ1VCC+VIN-+VCE=0.35V-VBE=0.6V+-VBC=0.25V+ 0.25V - Why can pro

34、pagation delay be reduced by using a Schottky transistor ?（4）肖特基系列）肖特基系列TTL门电路门电路（2-54）3.4 TTL门电路门电路VATTL与非门与非门Diode AND gate and input protectionPhase splitterOutputstageActive load What is the purpose of the 120- resistor R5?（2-55）3.4 TTL门电路门电路5. TTL系列系列74 FAM nn前缀系列助记符功能数字 74S(Schottky TTL): 肖特基肖

35、特基TTL系列，比普通系列，比普通74系列速度高，但功耗大。系列速度高，但功耗大。74LS(Low-power Schottky TTL):低功耗肖特基低功耗肖特基TTL系列，系列，比普通比普通74系列速度高，功耗只有其系列速度高，功耗只有其1/5。74AS(Advanced Schottky TTL):改进型肖特基改进型肖特基TTL系列，系列，比普通肖特基系列速度高一倍，功耗相同。比普通肖特基系列速度高一倍，功耗相同。（2-56）3.4 TTL门电路门电路 74ALS(Advanced Low-power Schottky TTL):改进型低改进型低功耗肖特基功耗肖特基TTL系列，比系列，比

36、74LS系列的功耗低、速度快。系列的功耗低、速度快。 74F(Fast TTL): 高速肖特基高速肖特基TTL系列，功耗、速度介于系列，功耗、速度介于 74AS 和和 74ALS 之间。之间。 TTL集成电路多余或暂时不用的输入端的处理集成电路多余或暂时不用的输入端的处理 （1）多余或暂时不用的输入端的一般不悬空，但可）多余或暂时不用的输入端的一般不悬空，但可以悬空；悬空时相当于接高电平。以悬空；悬空时相当于接高电平。 （2）与其它输入端并联使用。）与其它输入端并联使用。 （3）将不用的输入端按照电路功能要求接电源或接）将不用的输入端按照电路功能要求接电源或接地。一般，接电源时需接上拉电阻；接

37、地时需接下拉电地。一般，接电源时需接上拉电阻；接地时需接下拉电阻。典型值阻。典型值1-10k。（2-57）MOS电路电路的特点的特点：2. 是电压控制元件，静态功耗小。是电压控制元件，静态功耗小。3. 允许电源电压范围宽（允许电源电压范围宽（3 18V）。）。4. 扇出系数大，抗噪声容限大。扇出系数大，抗噪声容限大。优点优点1. 工艺简单，集成度高。工艺简单，集成度高。缺点：缺点：工作速度比工作速度比TTL低低 。（2-58） 2.5 2.5 CMOS门电路门电路基本电路用基本电路用T TP P管和管和T TN N管构成。管构成。输入脉冲幅度通常为输入脉冲幅度通常为V VDDDD。V VA A

38、0V0VT TP P T TN NU UY YV VDDDD真值表真值表A A0 01 1Y Y1 10 0当当U UI I V VDDDD/2 /2 时时, , = U U0L0L 0 0当当U UI I V VDDDD/2 /2 时时, , = U U0H0H V VDDDD表达式表达式Y Y= =A AU U0 0U U0 0其阈值电平其阈值电平V VTHTH = = V VDDDD/2/20 0VDDV VDDDD截止截止截止截止导通导通导通导通0 0T TN NT TP P+V+VDDDDA AY YV VDDDD/2/2V VDDDDV VDDDD/2/2V VDDDD0 0V V

39、I IV VO O2.5.1 2.5.1 CMOS反向器的工作原理反向器的工作原理一一. . 电路结构电路结构二二. .工作原理工作原理三三. . 电压传输特性电压传输特性（2-59）图图2.6.4 不同不同VDD下下CMOS反相器的噪声容限反相器的噪声容限NLNHVV （2-60）由于由于CMOSCMOS反向器的栅极和衬底之间有反向器的栅极和衬底之间有SiOSiO2 2绝缘层，绝缘层，所以所以CMOSCMOS反向器正常工作时，有反向器正常工作时，有I II I= =I IG G =0=0成立。成立。但绝缘层非常薄，极易击穿但绝缘层非常薄，极易击穿 , 所以，制作所以，制作CMOSCMOS器件

40、时，器件时， 集成了集成了“输入保护电路输入保护电路”, , 以保护绝缘层不被击穿。以保护绝缘层不被击穿。输入保护措施是有限度的，输入保护措施是有限度的，使用时还必须注意器件的使用时还必须注意器件的 正确使用方法。正确使用方法。2.5.2 CMOS2.5.2 CMOS反相器的静态输入特性和输出特性反相器的静态输入特性和输出特性一、一、 输入特性输入特性（2-61）由于由于UGSUGS越大，越大， TNTN管的导通电阻管的导通电阻RONRON就就越小，越小，1.1.低电平输出特性低电平输出特性U U0 0= =U U0L0L时时: :所以：所以：在同样的在同样的I IOLOL值下，值下， V V

41、DDDD越高，越高， 使使T TN N管导通时的管导通时的U UGSGS就越大，就越大，其其R RONON就越小，就越小，U UOLOL也就越低。也就越低。+V+VDDDDT TN NT TP PU UIHIHU UOLOLI IOLOLR RL LI IOLOL从负载电路注入从负载电路注入T TN N管。管。T TN N管导通，管导通，T TP P管截止，管截止，V VDDDD=5V=5V1010V V1515V VU UOLOLO OI IOLOL二、二、 输出特性输出特性（2-62）2.2.高电平输出特性高电平输出特性由于由于UGSUGS越负，越负， TPTP管的导通电阻管的导通电阻RO

42、NRON就就越小，越小，U U0 0= =U U0H0H时：时：所以：所以：在同样的在同样的I IOHOH值下，值下， V VDDDD越高，越高， 使使T TP P管导通时的管导通时的U UGSGS就越负，就越负，其其R RONON就越小，就越小，V VOHOH也就越高。也就越高。T TN NT TP P+V+VDDDDU UILILU UOHOHI IOHOHR RL LI IOHOH从从T TP P管流向负载电路。管流向负载电路。T TP P管导通管导通，T TN N管截止，管截止，U UOHOHO OI IOHOHV VDDDDV VDDDD=5V=5V10V10V15V15V（2-63

43、） CMOS门电路中的门电路中的与或非门与或非门、异或门异或门、同或门同或门等等下面重点介绍下面重点介绍CMOS与非门与非门和和或非门或非门2.5.3 2.5.3 其它类型的其它类型的CMOS门电路门电路（2-64）一、一、CMOS与非门（以二输入为例）与非门（以二输入为例）1 1、 组成组成两两T TP P管在上，管在上，并联并联；两两T TN N管在下，管在下，串联串联；2 2、工作原理工作原理只有当只有当AB同为同为1、 使串联的使串联的T TN N管同时导通时管同时导通时 ，输出才为输出才为0，其它情况输出为其它情况输出为1。A BA B0 00 00 10 11 01 01 11 1

44、T T3P 3P T T1P 1P T T2N 2N T T4N4NY YB BA A功能功能特点：特点： 3 3、输出逻辑表达式输出逻辑表达式1 11 11 10 0通通通通通通通通通通通通通通通通止止止止止止止止止止止止止止止止T1T1T3T3+V+VDDDDY YT2T2T4T4A AB BY=AY=AB BY=AY=AB B（2-65）二、二、 CMOS或非门（以二输入为例）或非门（以二输入为例）3 3、输出逻辑表达式：输出逻辑表达式：Y=AY=AB B1 1、 组成组成两两T TP P管在上，管在上，串联串联；两两T TN N管在下，管在下，并联并联；2 2、工作原理工作原理只有当只

45、有当AB同为同为0、 使串联的使串联的T TP P管同时导通时管同时导通时 ，输出才为输出才为1，其它情况输出为其它情况输出为0。功能功能特点：特点：A BA B0 00 00 10 11 01 01 11 1T T3P 3P T T1P 1P T T2N 2N T T4 4N NY YB BA A通通止止通通止止通通通通止止止止止止止止通通通通止止通通止止通通1 10 00 00 0B BA AT3T3T1T1T2T2T4T4V VDDDDY Y=A+B=A+B（2-66）为了克服上述缺点，可在门电路的输入、输出端增设为了克服上述缺点，可在门电路的输入、输出端增设“缓冲器缓冲器”。 CMOS

46、门电路的优点门电路的优点：电路结构简单：电路结构简单CMOS门电路的缺点门电路的缺点：1 1）输出电阻）输出电阻R RONON的大小，受输入端状态的影响的大小，受输入端状态的影响2 2）输出电平）输出电平U UOLOL、U UOHOH，受输入端数目的影响，受输入端数目的影响缓冲器可由缓冲器可由CMOS非门非门组成。组成。增加缓冲器后，电路的逻辑功能将改变：增加缓冲器后，电路的逻辑功能将改变：& &1 11 11 1A AB BY Y1 11 11 1A AB BY Y11Y=A+BY=A+BY=AY=AB B=A=AB B=A+B=A+B三三. .带缓冲级的带缓冲级的CMOS门

47、电路门电路（2-67）1.1.CMOS传输门（传输门（TGTG）组成和逻辑符号组成和逻辑符号当当C C=0=0时，时，C C=1=1时，时，当当C C=1=1时，时，C C=0=0时，时，T T1 1、T T2 2总有一个导电，传输门导通。总有一个导电，传输门导通。如同如同TTLTTLOC门，门，CMOS OD门，门，可用来实现可用来实现“线与逻辑线与逻辑”。工作时，要求工作时，要求U UI I在在0 0 V VDDDD之间变化。之间变化。CMOSCMOS传输门是双向输入和输出器件，两端可以互易使用。传输门是双向输入和输出器件，两端可以互易使用。C CT T2 2T T1 1V VDDDDV

48、VI I/V/VO OV VO O/V/VI IC CTGTGC CV VI I/V/VO OV VO O/V/VI IC C四四. . OD门（漏极开路的门电路）门（漏极开路的门电路）五五. . CMOS传输门传输门T T1 1、T T2 2截止，传输门截止。截止，传输门截止。（2-68）2. 2. CMOS传输门应用举例传输门应用举例利用利用CMOSCMOS传输门传输门和和CMOSCMOS非门非门可以可以组成各种复杂的逻辑电路。组成各种复杂的逻辑电路。当当C C=0=0时，时，SW截止；截止；CMOS双向模拟开关双向模拟开关的组成和符号：的组成和符号：例如做例如做模拟开关，模拟开关，用来传

49、输模拟信号，用来传输模拟信号，这是一般的逻辑门无法实现的。这是一般的逻辑门无法实现的。TGTGC CV VI I/V/VO OV VO O/V/VI I1 1SWSWC CV VI I/V/VO OV VO O/V/VI I当当C=1C=1时时，SW导通。导通。（2-69）例例1 1、 电路结构见图电路结构见图工作原理工作原理输出逻辑表达式和图形符号：输出逻辑表达式和图形符号：Y =Y =A A高阻高阻0 00 01 01 01 11 1T T1 1P P T T1 1P P T T2 2N N T T2 2N N 1 1 0 0高阻高阻高阻高阻Y YENENENENA AEN AEN A通通

50、止止通通止止止止通通止止通通通通通通止止止止通通通通止止止止（EN=0EN=0 时）时）（EN=1EN=1时）时）0 10 1六六. . CMOS三态输出门（三态输出门（TSTS门）门）（2-70）例例2. 2. 电路结构见图电路结构见图工作原理工作原理0 00 01 01 01 11 1B B1 11 11 10 0T T1 1P P T T2 2N N T T2 2N NY Y高阻高阻高阻高阻 0 0 1ENENB B 输出逻辑表达式和图形符号：输出逻辑表达式和图形符号：Y =A A高阻高阻EN EN A A止止止止止止通通通通通通通通止止止止止止通通通通（EN=1 1时）时）（EN=0 0时）时）0 10 1（2-71）例例3.3.电路结构见图电路结构见图工作原理工作原理TGTGY Y0 00 01 01 01 11 1输出逻辑表达式和图形符号：输出逻辑表达式和图形符号：Y=Y=A （EN=0 0时）时）高阻（高阻（EN=1 1时）时）EN EN A A0 10 1导通导通截止截止截止截止导通导通高阻高阻高阻高阻0 01 1（2-72）CMOSCMOS电路的特点电路的特点1.1.静态功耗小静态功耗小：CMOSCMOS门工作时，一管导通，一管截止，门工作时，一管导通，一管截止，几乎不由电源吸取电流，因此其静态功耗极小。几乎不由电