第2章逻辑门电路(新)

1、数字电子技术基础数字电子技术基础第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路(书上的第书上的第3章）章） 基本逻辑门电路基本逻辑门电路一、逻辑门电路的分类一、逻辑门电路的分类 1.按基本结构分类按基本结构分类双极型逻辑门双极型逻辑门 单极型逻辑门单极型逻辑门 双极型双极型BJT： 按其结构再细分为 PNP 型和 NPN 型； 构成的集成逻辑门电路有 TTL 逻辑门、ECL 逻辑门、HTL 逻辑门。 其中：TTL集成逻辑门应用的最广泛，由于它的输入输出都采用三极管构成，也称晶体管晶体管晶体管晶体管 逻辑门电路，简称TTL逻辑门。 单极型：单极型：也称场效应管场效应管 可分为结型的结型的(JFET)和绝缘栅的

2、绝缘栅的(IGFET)，即MOS管。 MOS又分PMOS、 NMOS、CMOS。在LSI 和VLSI 中，MOS 型以其集成度高和工艺简单，获得了青睐。2. 按集成度分类按集成度分类小规模集成电路小规模集成电路SSI 中规模集成电路中规模集成电路MSI 大规模集成电路大规模集成电路LSI 超大规模集成电路超大规模集成电路VLSI 小规模集成电路小规模集成电路 SSI ： 集成度10门/片、 100元器件/片， 如逻辑门或 触发器等。 中规模集成电路中规模集成电路 MSI ：集成度：10 99门/片、 100 999元器件/片如译码器、计数器、寄存器等逻辑功能部件。 大规模集成电路大规模集成电路

3、 LSI ：集成度：100 1000门/片、1000 10000元器件/片。 如CPU、存储器、简单的数字逻辑系统等。 超大规模集成电路超大规模集成电路 VLSI集成度： 1000门/片、 10000元器件/片。如单片机、数字逻辑系统等。3. 常用门电路型号常用门电路型号 SN54/74系列系列54系列系列军用型：尺寸小、功耗小、可靠性高、工作温度范围大（-55+125 ）。2. 74系列系列民用型，低成本改进型，在一般场合下使用，工作温度（0+70 ）常用集成电路规格一览表类型名称时延ns功耗mv速度功耗乘积ps普通型高速型低功耗型超高速型低功耗超高速型7474H74L74S74LS1063

4、339.510221192100132335719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。2.1 半导体器件的开关特半导体器件的开关特性性1 1、二极管的开关特性二极管的开关特性逻辑门电路：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: 与门、或门、非门（反相器）、与非门、或非门、与或非门和异或门等。二极管符号：正极负极uD + 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 + + u

5、i=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，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。二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度。Ui0.5V时，二极管导通2 2、三、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

6、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 Rc 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，因为时，因为uBE0.5V，

7、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：ui=1V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：uoUCES0.3V2.3 基本逻辑门电路基本逻辑门电路1 1、二极管与门二极管与门+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

8、 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+BA =40+5V Y电路图1逻辑符号AY1k4.3k3 3、三极管非门三极管非门uA0V时，三极管截止，时，三极管截止，iB0，iC0， 输出电压输出电压uYVCC5VuA5V时，三极管导通。基极电流为：时，三极管导通。基极电流为：iBIBS，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

9、uYUCES0.3V。mA1mA3 . 47 . 05Bi三极管临界饱和三极管临界饱和时的基极电流为：时的基极电流为：mA16. 01303 . 05BSIAY0110AY AA1电路图逻辑符号YYGSDB+VDD+10V RD20k当当uA0V时，由于时，由于uGSuA0V，小于开启电压，小于开启电压UT，所以所以MOS管截止。输出电压为管截止。输出电压为uYVDD10V。当当uA10V时，由于时，由于uGSuA10V，大于开启电压，大于开启电压UT，所以所以MOS管导通，且工作在可变电阻区，导通电阻很小，管导通，且工作在可变电阻区，导通电阻很小，只有几百欧姆。输出电压为只有几百欧姆。输出电

10、压为uY0V。AY T4 +VCC(+5V) b1 A BR13kT3T2T1Y R4100+VCC(+5V)T5 A BTTL与非门电路T1的等效电路D3c1R13kR2750R3360R53kD1D22.4 TTL逻辑门电路逻辑门电路1 1、TTL与非门与非门输入信号不全为输入信号不全为1：如：如uA=0.3V， uB=3.6V R4 100 T4 A B R1 3k T3 T2 T1 Y +VCC(+5V) T5 R2 750 R3 360 R5 3k 0.7V 0.7V + + - - 3.6V0.3V1V则则uB1=0.3+0.7=1V，T2、T5截止，截止，T3、T4导通导通忽略忽

11、略iB3，输出端的电位为：，输出端的电位为：输出输出Y为高电平。为高电平。uY50.70.73.6VT4ABR13kT3T2T1YR4100+VCC(+5V)T5R2750 R3360 R53k0.7V0.7V+-+-0.3V+-0.3V3.6V3.6V输入信号全为输入信号全为1：如：如uA=uB=3.6V2.1V则则uB1=2.1V，T2、T5导通，导通，T3、T4截止截止输出端的电位为：输出端的电位为： uY=UCES0.3V输出输出Y为低电平。为低电平。BAYuA uBuY0.3V 0.3V0.3V 3.6V3.6V 0.3V3.6V 3.6V3.6V3.6V3.6V0.3VA BY0

12、00 11 01 11110功能表功能表真值表真值表逻辑表达式逻辑表达式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 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。2 2、TTL非门、或非门、与或非门非门、或非门、与或非门 14 13 12 1

13、1 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=0时，时，T2、T5截止，截止，T3、T4导通，导通，Y=1。A=1时，时，T2、T5导通，导通，T3、T4截止，截止，Y=0。AY TTL非门 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

14、 的引脚排列图T4ABR1T3T2T1YR4+VCCT5R2R3R5T2T1R1TTL 或非门电路A、B中只要有一个为中只要有一个为1，即高电平，如，即高电平，如A1，则，则iB1就会经过就会经过T1集集电结流入电结流入T2基极，使基极，使T2、T5饱和导通，输出为低电平，即饱和导通，输出为低电平，即Y0。AB0时，时，iB1、iB1均分别流入均分别流入T1、T1发射极，使发射极，使T2、T2、T5均截止，均截止，T3、T4导通，输出为高电平，即导通，输出为高电平，即Y1。BAYTTL或非门 14 13 12 11 10 9 874LS51 1 2 3 4 5 6 7VCC 2B 2C 2D

15、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和和B都为高电平（都为高电平（T2导通）、或导通）、或C和和D都为高电平（都为高电平（T2导通）时，导通）时，T5饱和导通、饱和导通、T4截止，输出截止，输出Y=0。A和和B不全为高电平、并且不全为高电平、并且C和和D也不全为高电平（也不全为高电平（T2和和T2同时同时截止）时，截止）时，T5截止、截止、T4饱和导通，输出饱和导通，输出Y=1。DCBAYTTL与或非门3、 集电极开路与非门集电极开路与非门(OC门门)

16、在实际使用中，若将两个以上与非门输出端在实际使用中，若将两个以上与非门输出端直接相连（如把多个与非门输出接到同一根总线直接相连（如把多个与非门输出接到同一根总线上），实现上），实现“与与”的逻辑关系，通常称为的逻辑关系，通常称为“线线与与”。 FR5VccT3T5T4R5VccT3T5T4G1G2 当当G1的输入端有低电平时，其的输入端有低电平时，其T3、T4处于处于饱和导通；而此时饱和导通；而此时G2的输入端全为高电平时，的输入端全为高电平时，其其T5处于饱和导通。处于饱和导通。 这样从这样从Vcc经经G1门的门的T4到输出，再经到输出，再经G2门门的的T5到地线，形成低阻通路，则电流到地线

17、，形成低阻通路，则电流Ic很大，很大，致使门电路因功耗过大而烧坏。致使门电路因功耗过大而烧坏。Ic 普通的普通的TTL与非门，由于其输出电阻很低，与非门，由于其输出电阻很低，不允许这样不允许这样“线与线与”。如左图中所示，将门。如左图中所示，将门G1与与门门G2的输出端直接连接。的输出端直接连接。线与线与解决的办法解决的办法：集电极开路，如下图所示，称为集电极开 路与非门，简称简称OC门门。在实际连接时，要外接电阻在实际连接时，要外接电阻R。OC 与非门的电路结构AB+VCCYR YABCD&OC 门线与图+VCCR Y1 Y2 T1 T2 T3 uB1A、B不全为不全为1时，时，uB

18、1=1V，T2、T3截止，截止，Y=1。接入外接电阻接入外接电阻R后：后：A、B全为全为1时，时，uB1=2.1V，T2、T3饱和导通，饱和导通，Y=0。BAY外接电阻R的取值范围为：ILOLOLCCmIIUVmaxIHOHOHCCmInIUVminR根据根据“线与线与”的门的个数和负载门的情况，正确计算出的的门的个数和负载门的情况，正确计算出的R的值的值保证输出正确的高电平和低电平，同时流经保证输出正确的高电平和低电平，同时流经T3管的电流不会过大。管的电流不会过大。OC 与非门的电路结构AB+VCCYR YABCD&OC 门线与图+VCCR Y1 Y2 T1 T2 T3 uB14、

19、 三态门三态门(TSL门门)FR5R1VccR2T1T2T3T5BAR4T4RbRcT6设计一个设计一个控制端控制端E(或称使能端或称使能端)当当E = 0 时，时，T1截止截止T2、T5 截止截止由于二极管由于二极管D钳位，钳位，Vc2 = VE+VDED= 0.3+0.7 = 1V T3、T4 截止截止,故故:T4、T5同时截止同时截止，从门的输出，从门的输出端向门里看去，等效电阻很大，即端向门里看去，等效电阻很大，即呈高阻状态。呈高阻状态。三态门的逻辑符号如下三态门的逻辑符号如下：&ABFE所以：三态门具有三种输出状态：所以：三态门具有三种输出状态：高电平、低电平和高阻状态高电平

20、、低电平和高阻状态，后者后者也称禁止状态。也称禁止状态。电路分析电路分析： 当当E = 1 时，时，F = ABABEF 三态门门的应用三态门门的应用：G1总线ABE1ENY1EN1AE1ENB1EN1 1ENE1 A1 1ENE2 A2 1ENEn An(a) 多路开关(b) 双向传输(c) 单向总线G1G2G1G2G2Gna、作多路关：、作多路关：E=0时，门时，门G1使使能，能，G2禁止，禁止，Y=A；E=1时，时，门门G2使能，使能，G1禁止，禁止，Y=B。b、 信号双向输：信号双向输：E=0时信号向右传时信号向右传送，送，B=A；E=1时时信号向左传送，信号向左传送，A=B 。c、构

21、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TSL门处于工作门处于工作状态，而其余状态，而其余TSL门均处于高门均处于高阻状态，这样总线就会轮流接阻状态，这样总线就会轮流接受各受各TSL门的输出门的输出。5 5、TTL系列集成电路及主要参数系列集成电路及主要参数TTL系列集成电路74：标准系列，前面介绍的：标准系列，前面介绍的TTL门电路都属于门电路都属于74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tpd10ns，平均功耗，平均功耗P10mW。74H：高速系列，是在：高速系列，是在

22、74系列基础上改进得到的，其典型电路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与非门的平均传输时间tpd6ns，平均功耗，平均功耗P22mW。74S：肖特基系列，是在：肖特基系列，是在74H系列基础上改进得到的，其典型电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路与非门的平均传输时间tpd3ns，平均功耗，平均功耗P19mW。74LS：低功耗肖特基系列，是在：低功耗肖特基系列，是在74S基础上改进得到的，其典基础上改进得到的，其典 型电路与非门的平均传输时间型电路与非门的平均传输时间tpd9ns，平均功耗，平均功耗P2mW。 74LS系列产品具有最佳的综合性能，是系列产

23、品具有最佳的综合性能，是TTL集成电路的主流，集成电路的主流， 是应用最广的系列。是应用最广的系列。TTL与非门主要参数（1）输出高电平）输出高电平UOH：TTL与非门的一个或几个输入为低电平时与非门的一个或几个输入为低电平时 的输出电平。产品规范值的输出电平。产品规范值2.4 3.6V ，标准高电平标准高电平USH2.4V。（2）高电平输出电流）高电平输出电流IOH：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。IOH表示电路表示电路 的拉电流负载能力。的拉电流负载能力。（3）输出低电平

24、）输出低电平UOL：TTL与非门的输入全为高电平时的输出电与非门的输入全为高电平时的输出电 平。产品规范值平。产品规范值UOL0.4V，标准低电平标准低电平USL0.4V。（4）低电平输出电流）低电平输出电流IOL：输出为低电平时，外接负载的最大输出：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。电流，超过此值会使输出低电平上升。IOL表示电路的灌电流表示电路的灌电流 负载能力。负载能力。（5）输入高电平）输入高电平UIH：是在额定负载下使与非门的输出电平达到标：是在额定负载下使与非门的输出电平达到标 准低电平准低电平USL的输入电平。它表示使与非门开通的最小输入电的输

25、入电平。它表示使与非门开通的最小输入电 平。平。一般一般TTL门电路的门电路的UIH 在在1.22V。标准标准UIH =2V（开门电平（开门电平 UON=1.4V,电压传输特性电压传输特性D点的点的Ui值）值）（6）输入低电平）输入低电平UIL：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USH的的 输入电平。它表示使与非门关断所需的最大输入电平。输入电平。它表示使与非门关断所需的最大输入电平。一般一般 TTL门电路的门电路的UIL在在0.41V 之间之间。标准标准UIL =0.8V（关门电平（关门电平 UOFF ）。）。（7）高电平输入电流）高电平输入电流IIH：输入为

26、高电平时的输入电流，也即当前：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。级输出为高电平时，本级输入电路造成的前级拉电流。（8）低电平输入电流）低电平输入电流IIL：输入为低电平时的输出电流，也即当前：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。级输出为低电平时，本级输入电路造成的前级灌电流。（9）最大工作频率）最大工作频率fmax：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。 (10) 噪声容限噪声容限VNH和和VNL： 当与非门的输入端全接高电平时，其输出应为低电平，但当与非门的输入端全接高电

27、平时，其输出应为低电平，但是若输入端窜入负向干扰电压，就会使实际输入电平低于是若输入端窜入负向干扰电压，就会使实际输入电平低于UON，致使输出电压不能保证为低电平。在保证与非门输出低电平的致使输出电压不能保证为低电平。在保证与非门输出低电平的前提条件下，前提条件下， 允许叠加在输入高电平上的最大负向干扰电压叫允许叠加在输入高电平上的最大负向干扰电压叫高电平噪声容限高电平噪声容限(或叫高电平干扰容限或叫高电平干扰容限)，记作，记作VNH。其值一为：。其值一为： VNH=UOH-UON=2.4-2=0.4V式中，式中，UOH=2.4V是输出高电平的标准值。是输出高电平的标准值。 当与非门的输入端接

28、有低电平时，其输出应为高电平。当与非门的输入端接有低电平时，其输出应为高电平。 若若输入端窜入正向干扰，以致使输入低电平叠加上该干扰电压后输入端窜入正向干扰，以致使输入低电平叠加上该干扰电压后大于大于UOFF，则输出就不能保证是高电平。，则输出就不能保证是高电平。 在保证与非门输出高在保证与非门输出高电平。电平。 在保证与非门输出高电平的前提下，允许叠加在输入低在保证与非门输出高电平的前提下，允许叠加在输入低电平上的最大正向干扰电压叫电平上的最大正向干扰电压叫低电平噪声容限低电平噪声容限(或叫低电平干扰或叫低电平干扰容限容限)，记作，记作VNL。 其值一般为：其值一般为： VNL=UOFF-U

29、OL=0.8-0.4=0.4V式中，式中，UOL=0.4V是输出低电平的标准值。是输出低电平的标准值。 (11) 平均传输延迟时间平均传输延迟时间tpd： 平均传输延迟时间是衡量门电路运算速度的重要指标。当平均传输延迟时间是衡量门电路运算速度的重要指标。当输入端接入输入信号后，需要经过一定的时间，才能在输出端输入端接入输入信号后，需要经过一定的时间，才能在输出端产生对应的输出信号。产生对应的输出信号。 从输入端接入高电平开始，到输出端输出低电平为止，所从输入端接入高电平开始，到输出端输出低电平为止，所经历的时间叫导通延迟时间，记作经历的时间叫导通延迟时间，记作tpLH。测试时，把输入波。测试时

30、，把输入波形的上升边沿的中点，到对应输出波形下降边沿的中点之间形的上升边沿的中点，到对应输出波形下降边沿的中点之间的时间间隔作为的时间间隔作为tpLH的值。的值。TTL与非门的延迟时间 从输入端接入低电平开始，到输出端输出高电平从输入端接入低电平开始，到输出端输出高电平为止，所经历的时间叫截止延迟时间，记作为止，所经历的时间叫截止延迟时间，记作tpHL。测。测试时，试时， 把输入波形的下降边沿的中点到对应输出波形把输入波形的下降边沿的中点到对应输出波形的上升边沿的中点之间的时间间隔作为的上升边沿的中点之间的时间间隔作为tpHL的值。如的值。如图所示。图所示。 平均传输延迟时间平均传输延迟时间t

31、pd是是tpHL和和tpLH的平均值，即的平均值，即 TTL门的门的tpd在在340 ns之间。之间。 )(21pLHpHLpdttt (12) 空载功耗。输出端不接负载时，门电路消耗的功空载功耗。输出端不接负载时，门电路消耗的功率叫空载功耗。率叫空载功耗。 动态功耗是门电路的输出状态由动态功耗是门电路的输出状态由UOH变为变为UOL(或相反或相反)时，时， 门电路消耗的功率。门电路消耗的功率。 静态功耗是门电路的输出状态不变时，门电路消耗的静态功耗是门电路的输出状态不变时，门电路消耗的功率。静态功耗又分为截止功耗和导通功耗。功率。静态功耗又分为截止功耗和导通功耗。 截止功耗截止功耗POFF是

32、门输出高电平时消耗的功率；导通功是门输出高电平时消耗的功率；导通功耗耗PON是门输出低电平时消耗的功率。导通功耗大于截止是门输出低电平时消耗的功率。导通功耗大于截止功耗。功耗。 作为门电路的功耗指标通常是指空载导通功耗。作为门电路的功耗指标通常是指空载导通功耗。TTL门的功耗范围为门的功耗范围为122 mW。 (13) 功耗延迟积功耗延迟积DP。门的平均延迟时间。门的平均延迟时间tpd和空载导通和空载导通功耗功耗PON的乘积叫功耗延迟积或功耗速度积，也叫品质的乘积叫功耗延迟积或功耗速度积，也叫品质因数，因数， 简称简称DP积。积。DP =PONtpd 若若PON的单位是的单位是mW，tpd的单

33、位是的单位是ns，则的单，则的单DP位位是是pJ(微微焦耳微微焦耳)。 DP是全面衡量一个门电路品质的重是全面衡量一个门电路品质的重要指标。要指标。 DP越小，越小， 其品质越高。其品质越高。 (14) 扇入系数扇入系数NI： 扇入系数是门电路的输入端数。一般扇入系数是门电路的输入端数。一般NI5，最多不，最多不超过超过8。当需要的输入端数超过。当需要的输入端数超过NI时，可以用与扩展器时，可以用与扩展器来实现。来实现。 (15) 扇出系数扇出系数NO： 扇出系数扇出系数NO是在保证门电路输出正确的逻辑电平和是在保证门电路输出正确的逻辑电平和不出现过功耗的前提下，其输出端允许连接的同类门的不出

34、现过功耗的前提下，其输出端允许连接的同类门的输入端数。输入端数。 NO由由IOLmax/IIL（式（式2.4.14）和IOHmax/IIH（式（式2.4.15）中的较小者决定。一般中的较小者决定。一般NO8，NO越大，表明门的负载越大，表明门的负载能力越强。能力越强。 (16) 最小负载电阻最小负载电阻RLmin。 RLmin是为保证门电路输出正确的逻辑电平，在其输出端是为保证门电路输出正确的逻辑电平，在其输出端允许接入的最小电阻允许接入的最小电阻(或最小等效电阻或最小等效电阻)。 V4R4UCCR2V3R5RLUOIO 在门的输出端接上负载电阻在门的输出端接上负载电阻RL后，只要后，只要RL

35、的阻值不趋近于的阻值不趋近于零，对于输出低电平几乎无影响。但零，对于输出低电平几乎无影响。但RL阻值太小，阻值太小， 会使门电路会使门电路无法输出正确的高电平。因为与非门处于关门状态时，应当输无法输出正确的高电平。因为与非门处于关门状态时，应当输出高电平，此时流经出高电平，此时流经RL的电流的电流IRL的实际方向是由门的输出端经的实际方向是由门的输出端经RL流向参考地，属于门电路的拉电流的最大允许值为流向参考地，属于门电路的拉电流的最大允许值为IOHmax。与。与非门的输出电平非门的输出电平UO=IRLRL。若。若RL阻值太小，就会使得阻值太小，就会使得IRL达到达到允许的最大值允许的最大值I

36、OHmax时，输出电平仍低于时，输出电平仍低于UOHmin，从而造成逻辑，从而造成逻辑错误。为了输出正确的逻辑高电平，错误。为了输出正确的逻辑高电平，RL的阻值必须使如下的不的阻值必须使如下的不等式成立：等式成立： maxminminminmaxOHOHLOHLOHIURURI即：即： 对于对于TTL标准系列，按上式求得的标准系列，按上式求得的RLmin的阻值范围为的阻值范围为150200，为留有余地，一般取，为留有余地，一般取RLmin=200。对于。对于TTL改进系列改进系列(如高速系列及低功耗系列等如高速系列及低功耗系列等)，按上式求得的，按上式求得的RLmin相差很大，很难确定一个参考

37、值。在实际工作中，应相差很大，很难确定一个参考值。在实际工作中，应根据给定的参数按上式进行计算。根据给定的参数按上式进行计算。 6. TTL与非门改进电路与非门改进电路 为了提高逻辑门的工作速度、降低功耗、提高抗干扰能力及为了提高逻辑门的工作速度、降低功耗、提高抗干扰能力及提高集成度等，对提高集成度等，对TTL电路不断进行改进。电路不断进行改进。 有源泄放电路有源泄放电路FR5R1VccR2AT1T2T3T5BCR4T4RbRcT6电路分析：电路分析：用用T6 和和Rb、Rc组成的有组成的有源泄放电路替代原来的源泄放电路替代原来的R3，加快了，加快了T5在截止状态与饱和导通状态之间在截止状态与

38、饱和导通状态之间的开关时间，提高工作速度的开关时间，提高工作速度 有源泄放电路有源泄放电路 T2 ：截止：截止 饱和导通饱和导通起分流作用，可减轻起分流作用，可减轻T5的饱和深度。的饱和深度。速饱和；而后速饱和；而后T6才导通，泄放电路才导通，泄放电路乎全部乎全部 IE2 电流都流入电流都流入T5，使，使T5迅迅开始，开始，T5 比比T6 优先导通，几优先导通，几 T2 ：饱和导通：饱和导通 截止截止很快地通过有源泄放电路消散。很快地通过有源泄放电路消散。仍处在导通状态，仍处在导通状态，T5 的存储电荷能的存储电荷能在在T2 截止后的一段时间截止后的一段时间T5、T6 。抗饱和电路与抗饱和抗饱

39、和电路与抗饱和TTL与非门与非门 存储时间是影响三极管开关速存储时间是影响三极管开关速度的主要原因，而存储时间又是度的主要原因，而存储时间又是由管子的饱和深度决定的，饱和由管子的饱和深度决定的，饱和越深，存储电荷越多，电荷消散越深，存储电荷越多，电荷消散时间越长。故限制饱和深度可以时间越长。故限制饱和深度可以提高工作速度提高工作速度 下面是采用肖特基势垒二极管下面是采用肖特基势垒二极管(SBD)(开启电压开启电压0.4V)构成的抗饱构成的抗饱和三极管：和三极管：bec当当Vb为高电位时，由于为高电位时，由于SBD的钳位作用，的钳位作用，使使Vbc=0.4V(0.7V)，则，则Ib的过量驱动电流

40、的过量驱动电流经过并联二极管流掉，而不再向集电区注经过并联二极管流掉，而不再向集电区注入过量的存储电荷。有效限制了饱和深度入过量的存储电荷。有效限制了饱和深度becSBDFR5R1VccR2AT1T2T3T5BCR4T4RbRcT6由此获得抗饱和由此获得抗饱和TTL与非门，如下与非门，如下存在问题：存在问题：T1管导通压降增加，阀值电压降低，管导通压降增加，阀值电压降低，输入低电平的噪声容限要比普通输入低电平的噪声容限要比普通TTL与非门低，与非门低，故抗干扰能力差。故抗干扰能力差。T5管的导通压降高，使输出低电压值高。管的导通压降高，使输出低电压值高。2.5 其他双极型逻辑门电路其他双极型逻

41、辑门电路比比TTL门电路具有更高的抗干扰、高集成度、高速度等特点。门电路具有更高的抗干扰、高集成度、高速度等特点。1. 射极耦合逻辑门射极耦合逻辑门(ECL) 为提高速度而设计的一种非饱和型高速电路。为提高速度而设计的一种非饱和型高速电路。VR (1V)参考电压参考电压VEEc(6V)Rc1 100T1T3L1T2EE (-12V)ABL2Rc3 100RE 1.2KIE = (VE-EE) / RE=10mA， 当当A = B = “0” (0.5V) ，因为，因为VR=1VT3 优先导通优先导通VE = VR-Vbe3 = 0.3VT1、T2 仍截止仍截止L1 = Ec = “1” (6V

42、) L2=“0” (=Ec- IE Rc3 = 5V ) 当当A 或或 B = 1 (1.5V)T1或或T2优先优先导通导通VE = 0.8V， L1=“0”,L2=“1” 当当A = B = “1” (1.5V)T1、T2优先优先导通导通VE = VA-Vbe3 = 1.5V - 0.7VT3截止截止L2 = Ec = “1” (6V)= 0.8V，L1=“0”(=0.3+0.8=1.1V)L1 = A + BL2 = A + B1ABL2L1逻辑符号2. 高阀值逻辑门高阀值逻辑门(HTL) 为提高电路的抗干扰能力设计有较高阀值电压的门为提高电路的抗干扰能力设计有较高阀值电压的门 所谓所谓“

43、阀值电压阀值电压”是指在保证与非门正常工作时，输入端所允许的最大干是指在保证与非门正常工作时，输入端所允许的最大干扰扰电压。这种门是专门为工业控制设备而设计的一种逻辑电路，又称高抗电路。电压。这种门是专门为工业控制设备而设计的一种逻辑电路，又称高抗电路。D1Ec (15V)R1 3KT1ABFD2R2 12KR4 15KT2R3 3K稳压管DZ基本HTL与非门 稳压管稳压管DZ采用齐纳二极管，采用齐纳二极管，Vz为为7V，噪声容限为，噪声容限为5.5V，起电，起电平转移作用。平转移作用。 当输入信号为低电平当输入信号为低电平(0.3V)，P点电位点电位Vp=0.3+0.7=1VP此电位使此电位

44、使T1、T2截止，截止，F = “1”。 此时，输入端受到外来干扰信号，此时，输入端受到外来干扰信号，Vp在原来基础上向上偏移，但只在原来基础上向上偏移，但只要干扰电压要干扰电压6.4V，则，则VpUCC时，上述方法不再适用时，上述方法不再适用。否则，当否则，当V5截截止止(TTL输出输出UOH)时，所承受反压时，所承受反压(约为约为UDD)超过其耐压超过其耐压极限而损坏。极限而损坏。 解决的方法之一是在解决的方法之一是在TTL门和门和CMOS门之间插入一门之间插入一级级OC门门(如如T1006) ，图，图2.9 - 1(b)所示所示(OC门的输出管均门的输出管均采用高反压管，采用高反压管，

45、其耐压可高达其耐压可高达30 V以上以上)。 另一种方案是采用一个专用的另一种方案是采用一个专用的CMOS电平移动器电平移动器(例例如如40109)，它由两种直流电源，它由两种直流电源UCC和和UDD供电，电平移动供电，电平移动器接收器接收TTL电平电平(对应于对应于UCC)，而输出，而输出CMOS电平电平(对应对应于于UDD)，应用电路如图，应用电路如图2.9 - 1(c)所示。所示。 (a)(b)TTL11CMOSR110 k UCC(5V) UDD(8 18 V)&UI1UI2UO(c)UCCUDD&1CMOSTTL电平移动器R13.3 k UCC(5 V) UDD(8

46、18 V)CC40109TTL1CMOSR110 k UCC(5 V)UO&UI UDD UCC图 2.9 1 TTLCMOS的接口 用用TTL电路驱动电路驱动HCT系列和系列和ACT系列系列的的CMOS门电路门电路时，因两类电路性能兼容，故可以直接相接，不需外加元件时，因两类电路性能兼容，故可以直接相接，不需外加元件和器件。和器件。 2) 用用CMOS电路驱动电路驱动TTL电路电路 当当CMOS电路驱动电路驱动TTL电路时，由于电路时，由于CMOS驱动电流较驱动电流较小，所以对小，所以对TTL电路的驱动能力很有限。例如，电路的驱动能力很有限。例如，CD4069(六反六反相器相器)只能

47、直接驱动两个只能直接驱动两个74LS系列门负载。另外，系列门负载。另外， CMOS门的门的UOHUDD，UOL0 V，满足，满足TTL门对门对UIH和和UIL的逻辑要求。但的逻辑要求。但是当是当UDD太高时，有可能使太高时，有可能使TTL损坏。损坏。 因此接口电路既要把因此接口电路既要把输出高电平降低到输出高电平降低到TTL门所允许的范围内，又要对门所允许的范围内，又要对TTL门有门有足够大的驱动电流。具体实现方法如下：足够大的驱动电流。具体实现方法如下： 方法一：方法一：采用专用的采用专用的CMOSTTL电平转换器，如电平转换器，如CC4049(六反相器六反相器)或或CC4050(六缓冲器六

48、缓冲器)。由于它们的输入保。由于它们的输入保护电路特殊，因而允许输入电压高于电源电压护电路特殊，因而允许输入电压高于电源电压UDD。例如，。例如，当当UDD=5V时，其输入端所允许输入的最高电压为时，其输入端所允许输入的最高电压为15 V， 而而其输出电平在其输出电平在TTL的的UIH和和UIL的允许范围内。应用电路如图的允许范围内。应用电路如图2.9 - 2(a)所示。所示。 方法二：方法二：采用采用CMOS漏极开路门漏极开路门(OD门门)，如，如CC40107。 当当UDD=5 V时，其时，其IOL16mA， 应用电路如图应用电路如图2.9 - 2(b)所示。所示。 方法三：方法三： 用分

49、立三极管开关。应用电路如图用分立三极管开关。应用电路如图2.9-2(c)所示。所示。 方法四：方法四： 将同一封装内的门电路并联应用，以加大驱动将同一封装内的门电路并联应用，以加大驱动能力。能力。 (c)(a)(b)UDD&TTL1/6CC4050&CMOS UDD(5 18 V) UCC(5 V)TTL&1CMOSRx UCC( 5 V)&CMOS UDD(5 18 V)CMOSR2 UCC(5 V)& UDD(5 18 V)10 k10 kR33.3 kR1图 2.9 2 CMOSTTL的接口 3) 用门电路驱动大电流负载的接口电路用门电路驱动大电流

50、负载的接口电路 大电流负载通常对输入电平的要求很宽松，但要求有大电流负载通常对输入电平的要求很宽松，但要求有足够大的驱动电流。最常见的大电流负载有继电器、脉冲足够大的驱动电流。最常见的大电流负载有继电器、脉冲变压器、显示器、指示灯、可关断可控硅等。普通门电路变压器、显示器、指示灯、可关断可控硅等。普通门电路很难驱动这类负载，常用的方法有如下几种：很难驱动这类负载，常用的方法有如下几种： 方法一：方法一：在普通门电路和大电流负载间，接入和普通门在普通门电路和大电流负载间，接入和普通门电路类型相同的功率门电路类型相同的功率门(也叫驱动门也叫驱动门)。有些功率门的驱动电。有些功率门的驱动电流可达几百

51、毫安。流可达几百毫安。 方法二：方法二：利用利用OC门或门或OD门门(CMOS漏极开路门漏极开路门)做接口。做接口。 把把OC门或门或OD门的输入端与普通门的输出端相连，把大电门的输入端与普通门的输出端相连，把大电流负载接在上拉电阻的位置上。流负载接在上拉电阻的位置上。 方法三：方法三：用分立的三极管或用分立的三极管或MOS管做接口电路来管做接口电路来实现电流扩展，为充分发挥前级门的潜力，应将拉电实现电流扩展，为充分发挥前级门的潜力，应将拉电流负载变成灌电流负载，因为大多数逻辑门的灌电流流负载变成灌电流负载，因为大多数逻辑门的灌电流能力比拉电流能力强，例如能力比拉电流能力强，例如TTL门门74系列的系列的IOH=0.4 mA，IOL=16