第三章 逻辑门电路lhc

1、第第3 3章章 逻辑门电路逻辑门电路3.1 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 *3.4 砷化镓逻辑门电路砷化镓逻辑门电路 3.5 逻辑描述中的几个问题逻辑描述中的几个问题 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 教学基本要求：教学基本要求：1、掌握二极管、掌握二极管、MOS开关特性；开关特性；2、了解、了解TTL、 CMOS反相器的电路结构和反相器的电路结构和工作原理；工作原理；3、熟练掌握、熟练掌握OC/OD门、门、TSL门及传输门的门及传输门的逻辑符号及使用方法；逻辑符号及使用方法；

2、 4、了解正负逻辑的概念及相互关系；、了解正负逻辑的概念及相互关系；5、了解、了解TTL与与CMOS门的接口问题。门的接口问题。 3.1 MOS逻辑门电路逻辑门电路 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 3.1.3 MOS开关开关及其等效电路及其等效电路 3.1.4 CMOS反相器反相器 3.1.5 CMOS逻辑门电路逻辑门电路 3.1.6 CMOS漏极开路门和三态输出漏极开路门和三态输出门电路门电路 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 * 3.1.9 NMOS门电路门电路1.

3、CMOS1.CMOS集成电路集成电路: : （单极型）（单极型）广泛应用于超大规模、甚大规模集成电路。广泛应用于超大规模、甚大规模集成电路。 4000系列系列74HC 74HCT74VHC 74VHCT74LVC 74AUC 74系列系列74LS系列系列74AS系列系列74ALS系列系列2.TTL2.TTL集成电路集成电路: :（双极型）（双极型） 广泛应用于中小规模集成电路。广泛应用于中小规模集成电路。3.1.1 数字集成电路简介数字集成电路简介3.ECL3.ECL集成电路集成电路: :（双极型）（双极型） 广泛应用于高速与超高速数字系统。广泛应用于高速与超高速数字系统。抗干扰能力强抗干扰能

4、力强 功耗低功耗低速度快速度快速度极快速度极快74系列：民品系列：民品54系列：军品系列：军品3.1.2 逻辑电路的一般特性逻辑电路的一般特性1.1.输入和输出的高、低电平输入和输出的高、低电平 v O v I 驱动门驱动门 G 1 负载门负载门 G 2 1 1 输出高电平的下限值输出高电平的下限值 VOH(min) 输入低电平的上限值输入低电平的上限值 VIL(max) 输入高电平的下限值输入高电平的下限值 VIL(min) 输出低电平的上限值输出低电平的上限值 VOH(max) 输出输出 高电平高电平+ V DD V OH ( min ) V OL ( max ) 0 G 1 门门 v O

5、 范围范围 v O 输出输出 低电平低电平 输入输入 高电平高电平V IH ( min ) V IL ( max ) + V DD 0 G 2 门门 v I 范围范围 输入输入 低电平低电平 v I VNH 当前级门输出高电平的最小当前级门输出高电平的最小 值时值时允许负向噪声电压的最大值允许负向噪声电压的最大值。负载门输入高电平时的噪声容限：负载门输入高电平时的噪声容限：VNL 当前级门输出低电平的最大值当前级门输出低电平的最大值时允许正向噪声电压的最大值。时允许正向噪声电压的最大值。 负载门输入低电平时的噪声容限负载门输入低电平时的噪声容限：2.噪声容限噪声容限VNH =VOH(min)V

6、IH(min) VNL =VIL(max)VOL(max) 噪声容限噪声容限 在保证输出电平不变的条件下，输入电平允在保证输出电平不变的条件下，输入电平允许波动的范围。它表示门电路的抗干扰能力，电路的噪声许波动的范围。它表示门电路的抗干扰能力，电路的噪声容限愈大，容限愈大，抗干扰能力愈强。抗干扰能力愈强。 1 驱动驱动门门 v o 1 负载门负载门 v I 噪声噪声 类型类型 参数参数74HC VDD=5V74HCT VDD=5V74LVC VDD=3.3V74AUC VDD=1.8VtPLH或或tPHL(ns)782.10.93.传输延迟时间传输延迟时间 传输延迟时间传输延迟时间是表征门电路

7、是表征门电路开关速度的参数，它说明门电路开关速度的参数，它说明门电路在输入脉冲波形的作用下，其输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出波形相对于输入波形延迟了多长的时间长的时间。CMOS电路传输延迟时间电路传输延迟时间 t PHL 输出输出 50% 90% 50% 10% t PLH t f t r 输入输入 50% 50% 10% 90% 4 4.功耗功耗静态功耗：静态功耗：指的是当电路没有状态转换时的功耗，即指的是当电路没有状态转换时的功耗，即门电路空载时电源总电流门电路空载时电源总电流ID与电源电压与电源电压VDD的乘积。的乘积。动态功耗：动态功耗：指的是电路在输出状

8、态转换时的功耗。指的是电路在输出状态转换时的功耗。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；CMOS电路的静态功耗非常低，电路的静态功耗非常低，CMOS门电门电路有动态功耗。路有动态功耗。5.延时延时 功耗积功耗积是速度功耗综合性的指标。是速度功耗综合性的指标。延时延时 功耗积功耗积用符号用符号DP表示：表示：DPDP=t=tpdpdP PD D t tpdpd=(t=(tpLHpLH+t+tpHLpHL)/2)/2扇入数扇入数：逻辑门的输入端的个数。：逻辑门的输入端的个数。6.扇入与扇出数扇入与扇出数扇出数扇出数：是指其在正常工作情况下，所能带同：是指其在正常

9、工作情况下，所能带同类门电路的最大数目。类门电路的最大数目。Nfan-outNfan-outmin(Nmin(NOLOL,N,NOHOH),),还受输入电容等因素限制还受输入电容等因素限制（a)a)带拉电流负载带拉电流负载( (驱动门输出为高电平驱动门输出为高电平） 当负载门的个数增加时，总的拉电流将增加，会引起输出高当负载门的个数增加时，总的拉电流将增加，会引起输出高电压的降低。但不得低于输出高电平的下限值，这就限制了负载电压的降低。但不得低于输出高电平的下限值，这就限制了负载门的个数。门的个数。)(I)(IN负载门负载门驱动门驱动门IHOHOH 高电平高电平扇出数扇出数:IOH : :驱动

10、门的输出高电平电流驱动门的输出高电平电流 IIH : :负载门的输入高电平电流负载门的输入高电平电流负载电流从负载电流从驱动门流出驱动门流出扇出数扇出数（可查表）（可查表）(b)带灌电流负载带灌电流负载(驱动门输出为低电平驱动门输出为低电平）)(I)(IN负负载载门门驱驱动动门门ILOLOL 当负载门的个数增加时，总的灌电流当负载门的个数增加时，总的灌电流IOL将增加，同时也将将增加，同时也将引起输出低电压引起输出低电压VOL的升高。当输出为低电平，并且保证不超的升高。当输出为低电平，并且保证不超过输出低电平的上限值。过输出低电平的上限值。IOL ：驱动门的输出低电平电流驱动门的输出低电平电流

11、IIL ：负载门的输入低电平电流负载门的输入低电平电流负载电流流负载电流流入驱动门入驱动门扇出数扇出数低电平低电平扇出数扇出数:（可查表）（可查表）电路类型电路类型电源电压电源电压/V传输延迟传输延迟时间时间/ns静态功耗静态功耗/mW功耗延迟积功耗延迟积/mW-ns直流噪声容限直流噪声容限输出逻辑输出逻辑摆幅摆幅/VVNL/VVNH/VTTLCT54/74510151501.22.23.5CT54LS/74LS57.52150.40.53.5HTL158530255077.513ECLCE10K系列系列5.2225500.1550.1250.8CE100K系列系列4.50.7540300.1

12、350.1300.8CMOSVDD=5V5455103225 1032.23.45VDD=15V151215103180 1036.59.015高速高速CMOS5811038 1031.01.55各类数字集成电路主要性能参数的比较各类数字集成电路主要性能参数的比较3.1.3 MOS开关及其等效电路开关及其等效电路：MOS管工作在可变电阻区，输出低电平管工作在可变电阻区，输出低电平: : MOS管截止，输出高电平管截止，输出高电平当当I VT 讨论讨论 ：MOS管的工作特性？管的工作特性？MOS管相当于一个由管相当于一个由vGS控制的无触点开关。控制的无触点开关。MOS管工作在可变电阻区，管工作

13、在可变电阻区， 相当于开关相当于开关“闭合闭合”， 输出为输出为低低电平。电平。MOS管截止，管截止， 相当于开关相当于开关“断开断开” 输出为输出为高高电平。电平。当输入为当输入为低低电平时：电平时：当输入为当输入为高高电平时：电平时：低低低低高高高高3.1.4 CMOS 反相器反相器1.1.工作原理工作原理AL1+VDD+10VD1S1vivOTN TP D2 S2 0V+10V vivGSNvGSPTNTPvO0 V 0V -10V 截止截止 导通导通 10 V10 V 10V 0V 导通导通 截止截止 0 VVTN = 2 VVTP = 2 V逻辑图逻辑图AL 逻辑表达式逻辑表达式 v

14、i (A) 0vO(L) 1逻辑真值表逻辑真值表10)VVVTPTNDD( P沟道沟道MOS管输出特性曲线坐标变换管输出特性曲线坐标变换输入高电平时的工作情况输入高电平时的工作情况输入低电平时的工作情况输入低电平时的工作情况作图分析：作图分析：2. 电压电压传输特性和电流传输特性传输特性和电流传输特性)v(fvIO 电压传输特性电压传输特性3.CMOS反相器反相器的工作速度的工作速度 在由于电路具有互补对称的性质，它的开通时间与关在由于电路具有互补对称的性质，它的开通时间与关闭时间是相等的。平均延迟时间：闭时间是相等的。平均延迟时间：10 ns。 带电容负载带电容负载A BTN1 TP1 TN

15、2 TP2L0 00 11 01 1截止截止 导通导通 截止截止导通导通 导通导通导通导通导通导通截止截止截止截止导通导通截止截止截止截止截止截止 截止截止导通导通导通导通1110与非门与非门1.CMOS 与非门电路与非门电路 vA +VDD +10V T P1 T N1 T P2 T N2 A B L vB vL AB&(a)(a)电路结构电路结构(b)(b)工作原理工作原理VTN = 2 VVTP = 2 V0V10VN输入的与非门的电路输入的与非门的电路?输入端增加有什么问题输入端增加有什么问题?3.1.5 CMOS 逻辑门电路逻辑门电路或非门或非门BAL 2.2.CMOS 或非

16、门电路或非门电路 +VDD +10V T P1 T N1 T N2 T P2 A B L A B TN1 TP1 TN2 TP2L0 00 11 01 1截止截止导通导通截止截止导通导通 导通导通导通导通导通导通截止截止截止截止导通导通截止截止截止截止截止截止截止截止导通导通导通导通1000AB10V10VVTN = 2 VVTP = 2 VN输入的或非门的电路的结构输入的或非门的电路的结构?输入端增加有什么问题输入端增加有什么问题?3. CMOS异或门电路异或门电路BA BABAXBAL BABA BA = A B 4.4.输入、输出保护电路和缓冲电路输入、输出保护电路和缓冲电路 基基本本逻

17、逻辑辑功功能能电电路路 基基本本逻逻辑辑功功能能电电路路 输输入入保保护护缓缓冲冲电电路路 输输出出缓缓冲冲电电路路 vi vo 采用缓冲电路能统一参数，使不同内部逻辑集成逻辑门电采用缓冲电路能统一参数，使不同内部逻辑集成逻辑门电路具有相同的输入和输出特性。路具有相同的输入和输出特性。V VDDDD（1 1）输入保护电路）输入保护电路: :(1) 0 vA VDD + vDF 二极管导通电压：二极管导通电压：vDF (3) vA vDF 当输入电压不在正常电压范围时当输入电压不在正常电压范围时, ,二极管导通，限制了电二极管导通，限制了电容两端电压的增加容两端电压的增加, ,保护了输入电路。保

18、护了输入电路。D1、D2截止截止D1导通导通, D2截止截止vA = VDD + vDFD2导通导通, D1截止截止vA = vDF RS和和MOS管的栅极电容组成积分网络，使输入信号的过冲管的栅极电容组成积分网络，使输入信号的过冲电压延迟且衰减后到栅极。电压延迟且衰减后到栅极。 D2 -分布式二极管分布式二极管(iD大大) VDD vI CN TP Rs D2 D1 TN CP vO AG GBABAL （2）CMOS逻辑门的缓冲电路逻辑门的缓冲电路 输入、输出端加了反相器作为缓冲电路，所输入、输出端加了反相器作为缓冲电路，所以电路的逻辑功能也发生了变化，增加了缓冲以电路的逻辑功能也发生了变

19、化，增加了缓冲器后的逻辑功能为与非功能。器后的逻辑功能为与非功能。1 1. CMOS漏极开路漏极开路（OD）门电路门电路 CMOS漏极开路门的提出漏极开路门的提出 输出短接，在一定情况下会产输出短接，在一定情况下会产生低阻通路，大电流有可能导致生低阻通路，大电流有可能导致器件的损毁，并且无法确定输出器件的损毁，并且无法确定输出是高电平还是低电平。是高电平还是低电平。 可用漏极可用漏极开路的开路的ODOD门来实现门来实现线与线与功能。功能。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 +VDD T N1 T N2 A B +VDD A B 01 线与：线与：指将两个或

20、两个以指将两个或两个以上的门电路的输出端直接并联上的门电路的输出端直接并联以实现以实现与与逻辑功能。逻辑功能。C D RP VDD L A B & & （1）漏极开路门的结构及符号漏极开路门的结构及符号(c)(c) 可以实现线与功能。可以实现线与功能。CDABL+VDD V SS T P1 T N1 T P2 T N2 A B L A B L 电路电路A B L & 逻辑符号逻辑符号(b)(b)与非逻辑不变；与非逻辑不变；RP VDD L A B 漏极开路门输出连接漏极开路门输出连接RP VDD L A B C D (a)(a)工作时必须外接电源和电阻工作时必须外接电源

21、和电阻; ;(2)(2)上拉电阻对上拉电阻对OD门动态性能的影响门动态性能的影响RP VDD L A B C D Rp的值愈小，负载电容的充电的值愈小，负载电容的充电时间常数亦愈小，因而开关速度愈时间常数亦愈小，因而开关速度愈快快。但功耗大但功耗大, ,且可能使输出电流超且可能使输出电流超过允许的最大值过允许的最大值IOL(max） 。 电路带电容负载电路带电容负载1 10 0CL L Rp的值大，可保证输出电流不的值大，可保证输出电流不能超过允许的最大值能超过允许的最大值IOL(max）、）、功耗功耗小小。但负载电容的充电时间常数亦。但负载电容的充电时间常数亦愈大，开关速度因而愈慢愈大，开关

22、速度因而愈慢。110最不利的情况：只有一个最不利的情况：只有一个 ODOD门导通，为保证低电平输出门导通，为保证低电平输出ODOD门的输出电流不能超过允许的门的输出电流不能超过允许的最大值最大值 IOL(max)且且VO=VOL(max） ，RP不能太小不能太小。当当VO=VOL ：IL(total)OLOLDDpIIVVR(max)(max)(min) IL(total)pOLDDOLIRVVI(min)(max)(max) +V DDIILRP&n &m& kIIL（total)IOL（max)（3）上拉电阻的计算上拉电阻的计算当当VO=VOH ：+V DDRP&a

23、mp;n &m& 111IIH（total)I0Z（total) 为使得高电平不低于规定的为使得高电平不低于规定的VIH的最小值，则的最小值，则Rp的选择不能过的选择不能过大。大。Rp的最大值的最大值Rp(max) ：IH(total)OH(total)IHDDpIIVVR(min)(max) ZO2.三态三态(TSL)输出门电路输出门电路1TP TN VDD L A EN & 1 1 EN A L 1 0011截止截止导通导通1 1 1 高阻高阻 0 输出输出L输入输入A使能使能EN 0 0 11 10 00截止截止导通导通010截止截止截止截止X1逻辑功能：高电平有

24、效的同相逻辑门逻辑功能：高电平有效的同相逻辑门0 1E N A L 1 低电平有效反相逻辑门低电平有效反相逻辑门EN=1 L=AEN=0 L为高阻为高阻EN=0 L=AEN=0 L=AEN=1 LEN=1 L为高阻为高阻3.1.7 CMOS传输门传输门( (双向模拟开关双向模拟开关) ) 1 1. CMOS传输门电路传输门电路TP vI /vO TN vO /vI C C +5V 5V 电路电路vI /vO vO /vI C C T G 逻辑符号逻辑符号I / O o/ I C 等效电路等效电路2. CMOS传输门电路的工作原理（略）传输门电路的工作原理（略） 设设TP:|VTP|=2V， T

25、N:VTN=2 V I的变化范围为的变化范围为5V到到+5V。 GSN0, TP截止截止1）当）当c=0， c =1时时c=0 （-5V）；）； c c =1 （+5V） 5V到到+5VTP vI /vO TN vO /vI C C +5V 5V 5V+5V C T P v O / v I v I / v O +5V 5V T N C +5V5V GSP= 5V (3V+5V) = 2V 10V GSN=5V (5V+3V)=(102)V b、 I= 3V5V GSNVTN, TN导通导通a、 I= 5V3VTN导通，导通，TP导通导通 GSP |VT|, TP导通导通C、 I= 5V5VIO

26、vv 2）当）当c=1， c =0时时开关闭合开关闭合传输门组成的数据选择器：传输门组成的数据选择器：C=0：TG1导通导通, TG2断开断开 L=XTG2导通导通, TG1断开断开 L=YC=1：3.3. 传输门的应用传输门的应用12 CMOS逻辑集成器件发展使它的技术参数从总逻辑集成器件发展使它的技术参数从总体上来说已经达到或者超过体上来说已经达到或者超过TTL器件的水平。器件的水平。CMOS器件的功耗低，扇出数大，噪声容限大，器件的功耗低，扇出数大，噪声容限大，静态功耗小，动态功耗随频率的增加而增加。静态功耗小，动态功耗随频率的增加而增加。参数参数 系列系列传输延迟时间传输延迟时间 tp

27、d/ns(CL=15pF)功耗功耗 (mW)延时功耗积延时功耗积 (pJ)4000B751(1MHz) 7574HC101.5 (1MHz) 1574HCT131 (1MHz) 13BiCMOS2.90.00037.50.00087223.1.8 CMOS逻辑门电路的技术参数逻辑门电路的技术参数CMOS门电路各系列的性能比较门电路各系列的性能比较1、NMOS反相器饱和型负载管反相器ViVoT2T1+VDD即：Vi为高电平时， Vo为低电平 Vi为低电平时， Vo为高电平当输入电压为高电平时，T1导通当输入电压为低电平时，T1截止T2还是导通T1为工作管， T2为负载管DDDSDSDSOVRRR

28、V211 1VVo VDDVT3-10K100-200K（低电平） 3.1.9 NMOS门电路门电路2、NMOS与非门电路当A、B中有一个或两个均为低电平时，T1、T2有一个或两个都截止，输出为高电平 只有A、B全为高电平时，T1、T2均导通，输出为低电平 T1、 T2为工作管， T3为负载管BLT3T2+VDDAT1L= AB3、NMOS或非门电路 当A、B中有一个为高电平时， T1、T2 有一个导通，输出0 A、B都为低电平时，T1、T2均截止， 输出为1 即 L= A+B T1、 T2为工作管， T3为负载管 因为T1、T2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。这给制

29、造多输入端的或非门带来方便。 L+VDDBT3T2AT1讨论讨论 ：如何分析某如何分析某CMOS电路实现何种逻辑功能？电路实现何种逻辑功能？ 3.1.2 ； 3.1.3 ； 3.1.6 3.1.8 ； 3.1.12(a) ； 3.1.14 作业：3.2 TTL逻辑门电路逻辑门电路3.2.1 BJT的开关特性的开关特性 3.2.2 基本基本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 3.2.4 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 讨论讨论 ：三极管的工作特

30、性？三极管的工作特性？3.2 TTL逻辑门电路逻辑门电路3.2.1 BJT的开关特性的开关特性 iB 0，iC 0，vOVCEVCC，c、e极之间近似于开路极之间近似于开路vI=0V时时:iB=VCC/RC，iC=VCC/RC ，vOVCES0.2V，c、e极之间近似于短路极之间近似于短路vI=5V时时:iCICSVRCCc很小，约为数很小，约为数百欧，相当于百欧，相当于开关闭合开关闭合可变可变 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 c、e间等间等效内阻效内阻VCES 0.20.3 VVCEVCCiCRc VCEO VCC 管压降管压降且不随且不随iB增加而增加

31、而增加增加ic iB iC 0集电极电集电极电流流 发射结和集电发射结和集电结均为正偏结均为正偏 发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏集电结反偏 发射结和集发射结和集电结均为反偏电结均为反偏偏置情况偏置情况工工作作特特点点 iB iB0条件条件饱饱 和和放放 大大截截 止止工作状态工作状态1. NPN型型BJT的开关条件及工作特点：的开关条件及工作特点： 0 iB CSI CSI2. BJT的开关时间的开关时间从截止到导通从截止到导通: : 开通开通时间时间ton(=td+tr) 从导通到截止从导通到截止: : 关闭时间关闭时间toff(= ts+tf) BJT饱和与截止两种状态的相饱和与截止两

32、种状态的相 互转换需要一定的时间才能完成。互转换需要一定的时间才能完成。延迟时间延迟时间上升时间上升时间存储时间存储时间下降时间下降时间CL的充、放电过程均需经历一定的充、放电过程均需经历一定 的时间，必然会增加输出电压的时间，必然会增加输出电压 O波波 形的上升时间和下降时间，导致基形的上升时间和下降时间，导致基 本的本的BJT反相器的开关速度不高。反相器的开关速度不高。 3.2.2基本基本BJT反相器的动态性能反相器的动态性能 若带电容负载若带电容负载: : 故需设计有较快开关速度的故需设计有较快开关速度的实用型实用型TTL门电路。门电路。 输出级输出级 T3、D、T4和和Rc4构构成推拉

33、式的输出级。成推拉式的输出级。用于提高开关速度用于提高开关速度和带负载能力。和带负载能力。中间级：中间级：T2和电阻和电阻Rc2、Re2组成，从组成，从T2的集电的集电结和发射极同时输结和发射极同时输出两个相位相反的出两个相位相反的信号，作为信号，作为T T3 3和和T T4 4输出级的驱动信号；输出级的驱动信号； R b1 4k W R c 2 1.6k W R c 4 130 W T 4 D T 2 T 1 + v I T 3 + v O 负载 R e2 1K W V CC (5V) 输入级输入级 中间级中间级输出级输出级 3.2.3 TTL反相器的基本反相器的基本电路电路1. 1. 电路

34、组成电路组成输入级：输入级：T1和电阻和电阻Rb1组成。组成。用于提高电路的开用于提高电路的开关速度关速度 2. TTL反相器的工作原理（逻辑关系、性能改善）反相器的工作原理（逻辑关系、性能改善） （1 1）当输入为低电平（）当输入为低电平（ I I = 0.2 V）mA 0251 1B1CCB1.RvVi 0 BS1 IBS1B1Ii T1 深度饱和：深度饱和： V 3.6V )7 . 07 . 05(DBE414Ovvvv 截止截止导通导通导通导通截止截止饱和饱和低电平低电平T4D4T3T2T1 输入输入高电平高电平输出输出T2 、 T3截止，截止，T4 、D导通导通0.20.9（2）当输

35、入为高电平（）当输入为高电平（ I = 3.6 V） T2、T3饱和导通饱和导通 T1:倒置的放大状态倒置的放大状态 T4和和D截止截止使输出为低电平：使输出为低电平：vO=vC3=VCES3=0.2V3.62.1（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 当当TTL反相器反相器 I由由3.6V变变0.2V的瞬间的瞬间 T2、T3管的状态变化滞管的状态变化滞后于后于T1管，仍处于导通管，仍处于导通状态。状态。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+ 1 ） iB1很快地从很快地从T2的基区抽的基区抽走多余的存

36、储电荷走多余的存储电荷,从而从而加速了输出由低电平到加速了输出由低电平到高电平的转换。高电平的转换。 （4）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当当 O=0.2V时：时：当输出为低电平时，当输出为低电平时，T4截止，截止，T3饱和导通，其饱和电流全饱和导通，其饱和电流全部用来驱动负载部用来驱动负载 a)提高带负载能力提高带负载能力当当 O O= =3.6V时：时： T T3 3截止，截止，T T4 4组成的电组成的电压跟随器的输出电阻很小，压跟随器的输出电阻很小，输出高电平稳定，带负载输出高电平稳定，带负载能力也较强。能力也较强。 O由低到高电

37、平跳变的瞬由低到高电平跳变的瞬间，间，CL充电，其时间常数充电，其时间常数很小使输出波形上升沿陡很小使输出波形上升沿陡直。而当直。而当 O由高变低后，由高变低后， CL很快放电，输出波形的很快放电，输出波形的下降沿也很好。下降沿也很好。输出端接负载输出端接负载电容电容CL时时，b)输出级对提高开关速度的作用输出级对提高开关速度的作用74S系列（参见系列（参见3.2.7）、）、74LS系列、系列、 74AS系列、系列、74ALS系列、系列、74F系列等系列等其他改进：其他改进：1. TTL与非门电路与非门电路多发射极多发射极BJT T 1 e e b c e e b c 3.2.4 TTL逻辑门

38、电路逻辑门电路A & B ABL TTL与非门与非门电路的工作原理电路的工作原理 任一输入端为低电平时任一输入端为低电平时: :TTL与非门各级工作状态与非门各级工作状态 I T1 T2 T4 T3 O 输入全为高电输入全为高电平平 (3.6V)倒置使用的放大倒置使用的放大状态状态饱和饱和截止截止饱和饱和低电平低电平（0.2V）输入有低电平输入有低电平 (0.2V)深饱和深饱和截止截止放大放大截止截止高电平高电平（3.6V）当全部输入端为高电平时：当全部输入端为高电平时： 输出低电平输出低电平 输出高电平输出高电平 2. TTL或非门电路或非门电路 若若A、B中有一个为高电平中有一个为

39、高电平:若若A、B均为低电平均为低电平:T2A和和T2B均将截止，均将截止， T3截止。截止。 T4和和D饱和，饱和， 输出为高电平。输出为高电平。T2A或或T2B将饱和，将饱和， T3饱和，饱和，T4截止，截止， 输出为低电平。输出为低电平。BAL 逻辑表达式逻辑表达式: vOHvOL输出为低电平输出为低电平的逻辑门输出的逻辑门输出级的损坏级的损坏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1.1.集电极开路门电路集电极开路门电路（ OCOC门门 ） VCC(5V) Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 A B C T1 T2 D Re2 1k T3 VCC(

40、5V) Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 A B C T1 T2 D Re2 1k T3 a） 集电极开路与非门电路集电极开路与非门电路b） 使用时的外电路连接使用时的外电路连接C） 逻辑功能逻辑功能L = A BOC门输出端连接实现线与门输出端连接实现线与VCC T1 Re2 Rc2 Rc4 Rb1 T2 T3 T4 D A B L VCC T1 Re2 Rc2 Rb1 T2 T3 A B L VCCC D RP VDD L A B & & 2. 三态与非门三态与非门(TSL ) （1）当）当EN= 3.6V时时EN数据输入端数据输入端输出端输出端LAB1

41、0010111011100 高阻高阻三态与非门真值表三态与非门真值表 （2）当）当EN= 0.2V时时EN 数据输入端数据输入端 输出端输出端L LA B 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 高阻高阻 真值表真值表逻辑符号逻辑符号A B EN & L ENEN = 0 高阻状态高阻状态与非逻辑与非逻辑 Z L AB L EN =1 特点特点: :功耗低、速度快、驱动力强功耗低、速度快、驱动力强 3.2.6 BiCMOS门电路（自学了解）门电路（自学了解） I I为高电平为高电平: :MN、M1和和T2导通，导通，MP、M2和和T1 截止，输出截止，输出 O O为低电

42、平。为低电平。工作原理工作原理: :M1的导通的导通, , 迅速拉走迅速拉走T1的基区存储的基区存储电荷电荷; ; M2截止截止, , MN的输出电流全的输出电流全部作为部作为T2管的驱动电流管的驱动电流, , M1 、 M2加快输出状态的转换。加快输出状态的转换。 I I为低电平为低电平: :MP、M2和和T1导通，导通，MN、M1和和T2 截止，输出截止，输出 O O为高电平。为高电平。T2基区的存储电荷通过基区的存储电荷通过M2而消散。而消散。 M1 、 M2加快输出状态的转换加快输出状态的转换电电路的开关速度可得到改善。路的开关速度可得到改善。M1截止，截止，MP的输出的输出 电流全部

43、作为电流全部作为T1的驱动电流。的驱动电流。讨论讨论 ：如何分析某如何分析某TTL电路实现何种逻辑功能？电路实现何种逻辑功能？ 3.2.3 ； 3.2.4 作业：3.5.1 正负逻辑问题正负逻辑问题 3.5 逻辑描述中的几个问题逻辑描述中的几个问题3.5.2 基本逻辑门电路的等效符号及其应用基本逻辑门电路的等效符号及其应用 3.5.1 正负逻辑问题正负逻辑问题1. 1. 正负逻辑的规定正负逻辑的规定 0 01 1 1 10 0正逻辑正逻辑负逻辑负逻辑正逻辑体制正逻辑体制: :将高电平用逻辑将高电平用逻辑1 1表示，低电平用逻辑表示，低电平用逻辑0 0表示表示负逻辑体制负逻辑体制: :将高电平用

44、逻辑将高电平用逻辑0 0表示，低电平用逻辑表示，低电平用逻辑1 1表示表示 A B L 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 _与非门与非门 A B L 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 某电路输入与输出电平表某电路输入与输出电平表A B L L L H L H H H L H H H L 采用正逻辑采用正逻辑 _或非门或非门 采用负逻辑采用负逻辑 与非与非 或非或非 负逻辑负逻辑 正逻辑正逻辑2. 正负逻辑的等效正负逻辑的等效变换变换 与与 或或 非非 非非 3.5.2 基本逻辑门电路的等效符号及其应用基本逻辑门电路的等效符号及其应用 1、 基本逻辑门电路的等效符号基

45、本逻辑门电路的等效符号ABL LA B & B A 与非门及其等效符号与非门及其等效符号 B A BAL 1 BA BABAL B A LAB 1 或非门及其等效符号或非门及其等效符号BAL & B A & B A B A ABBAL 1 L=AB BABAL B A 1 & B A L=A+B BAABL BABAL & B A L 1 & B A & B A L 1 & B A & B A L & & B A 2、逻辑门等效符号的应用逻辑门等效符号的应用 利用逻辑门等效符号，可实现对逻辑电路进行变换，利

46、用逻辑门等效符号，可实现对逻辑电路进行变换， 以简化电路，能减少实现电路的以简化电路，能减少实现电路的门的种类门的种类。LA B & B A RE & 1 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 IC L EN AL G1 G2 控制电路控制电路LREAL 0 AL1 RE3 3、逻辑门等效符号强调低电平有效逻辑门等效符号强调低电平有效L=0 RE & L G2 AL & AL G2 L RE & AL G2 L RE 如如RE、AL都要求高电平有效，都要求高电平有效，EN高电平有效高电平有效 如如

47、RE、AL都要求低电平有效，都要求低电平有效，EN高电平有效高电平有效 如如RE、AL都要求高电平有效，都要求高电平有效，EN低电平有效低电平有效 3.5.1作业：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3.6.1 各种门电路之间的接口问题各种门电路之间的接口问题 3.6.2 门电路带负载时的接口问题门电路带负载时的接口问题 (1) 驱动器件的输出电压必须处在负载器件所要求的输入驱动器件的输出电压必须处在负载器件所要求的输入电压范围，包括高、低电压值（属于电压范围，包括高、低电压值（属于电压兼容性电压兼容性的问题）。的问题）。 在数字电路或系统的设计中，往往将在数字

48、电路或系统的设计中，往往将TTL和和CMOS两种两种器件混合使用，以满足器件混合使用，以满足工作速度工作速度或者或者功耗功耗指标的要求。由于指标的要求。由于每种器件的电压和电流参数各不相同，因而在这两种器件连每种器件的电压和电流参数各不相同，因而在这两种器件连接时，要满足驱动器件和负载器件以下两个条件：接时，要满足驱动器件和负载器件以下两个条件： (2) 驱动器件必须对负载器件提供足够大的拉电流和驱动器件必须对负载器件提供足够大的拉电流和灌灌 电流电流（属于门电路的（属于门电路的扇出数扇出数问题）。问题）。3.6.1 各种门电路之间的接口问题各种门电路之间的接口问题v O v I 驱动门驱动门

49、 负载门负载门 1 1 V OH ( min ) v O V OL ( max ) v I V IH ( min ) V IL ( max ) 负载器件所要求的输入电压负载器件所要求的输入电压VOH(min) VIH(min) VOL(max) VIL(max) 灌电流灌电流IIL IOL IIL 拉电流拉电流IIH IOH IIH 10111 1n个个01110 1n个个对负载器件提供足够大的拉电流和灌电流对负载器件提供足够大的拉电流和灌电流 IOH(max) IIH(total)IOL(max) IIL(total) 2. 驱动电路必须能为负载电路提供足够的驱动电流条件，驱动电路必须能为负

50、载电路提供足够的驱动电流条件，见见（3）、（）、（4）式）式。 驱动电路驱动电路 负载电路负载电路（1）VOH(min) VIH(min)（2）VOL(max) VIL(max)（4）IOL(max) IIL(total)1. 驱动电路必须能为负载电路提供合乎相应标准的高、低电驱动电路必须能为负载电路提供合乎相应标准的高、低电平条件，见（平条件，见（1）、（）、（2）式。）式。 IOH(max) IIH(total)（3）1. CMOS门驱动门驱动TTL门门VOH（min)=4.9V VOL(max) =0.1VTTL门（门（74系列）系列）： VIH(min) = 2V VIL(max )=

51、 0.8VIOH（max)=-0.51mAIIH（max)=20 AVOH(min) VIH(min)VOL(max) VIL(max)带拉电流负载带拉电流负载输出、输入电压输出、输入电压带灌电流负载带灌电流负载?T3 VCC VDD T4 R1 R2 R3 T1 T2 CMOS门门(4000系列）：系列）：IOL（max)=0.51mAIIL（max)=-0.4mA，IOH(max) IIH(total)例：例：用一个用一个74HC00与非门电路驱动一个与非门电路驱动一个74系列系列TTL反反相器和六个相器和六个74LS系列逻辑门电路。试验算此时的系列逻辑门电路。试验算此时的CMOS门电路是

52、否过载？门电路是否过载？VOH（min)=3.84V， VOL(max) =0.33VIOH（max)=-4mAIOL（max)=4mA 74HC00： IIH（max)=004mAIIL（max)=1.6mA74系列：系列： VIH（min)=2V， VIL(max) =0.8V&111 CMOS门门74系列系列74LS74LS系列系列74LS系列系列IIL（max)=-0.4mAIIH（max)=0.02mA，VOH(min) VIH(min)VOL(max) VIL(max)解：解：总的输入电流总的输入电流IIL(total)=1.6mA+6 0.4mA=4mA 灌电流情况灌电流情况 拉电流情况拉电流情况 74HC00: IOH(max)=4mA 74系列反相器系列反相器: IIH(max)=0.04mA 74LS门：门： IIH(max)=0.02mA总的输入电流总的输入电流 IIH(total)=0.04mA+6 0.02mA=0.16mA 74HC00: IOL(max)=4mA 74系列反相器系列反相器: IIL(max)=1.6mA 74LS门：门： IIL(max)=0.4mA驱动电路能为负载电路提供足够的驱动电