第6章 逻辑门电路_ST_2015

1、第第6 6章章 逻辑门电路逻辑门电路 内部电路是什么样的，如何实现相应的逻辑功能？内部电路是什么样的，如何实现相应的逻辑功能？内部电路不同，逻辑功能相同，如何正确使用？内部电路不同，逻辑功能相同，如何正确使用？问题的提出问题的提出与非门与非门的逻辑功能：的逻辑功能： 输入有输入有“0”，输出为，输出为“1” 输入全为输入全为“1”，输出才为，输出才为“0”F1=AB本章学习重点本章学习重点 半导体二极管和三极管（包括双极型和半导体二极管和三极管（包括双极型和MOS型）型）开关状开关状态下态下的等效电路的外特性；的等效电路的外特性； 理解理解TTL门电路结构与工作原理，门电路结构与工作原理， 掌

2、握掌握TTL门电路外特性，正确使用门电路外特性，正确使用TTL门电路；门电路； 理解理解CMOS门电路结构与工作原理，门电路结构与工作原理， 掌握掌握CMOS门电路外特性，正确使用门电路外特性，正确使用CMOS门电路。门电路。 门电路：实现基本运算、复合逻辑运算的单元电路。基本和常用门电路有：与门、或门、非门、 与非门或非门、与或非门、异或门6.1概述概述 u 获得高、低电平的基本方法：利用获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件半导体开关元件的的 导通、截止导通、截止（即开、关）两种工作状态。（即开、关）两种工作状态。u 逻辑逻辑1 1和逻辑和逻辑0 0：电子电路中用：电子电路中用高、低

3、电平高、低电平来表示。来表示。u 高、低电平：指电压的高、低电平：指电压的范围范围。电路中高、低电平的实现电路中高、低电平的实现逻辑值的定义：1010正逻辑正逻辑负逻辑负逻辑01高高/低电平都允许有低电平都允许有一定的变化范围一定的变化范围一般采用一般采用正逻辑正逻辑Forward6.1概述概述电路中的高、低电平都有一定的范电路中的高、低电平都有一定的范围，而不是固定的值！围，而不是固定的值！10100VVcc V V门门(电子开关电子开关)满足一定条件时，电路允满足一定条件时，电路允 许许信号通过信号通过 开关接通开关接通 。开门状态：开门状态：关门状态：关门状态：条件不满足时，信号通不过条

4、件不满足时，信号通不过 开关断开开关断开 。6.1概述概述门门（种类）（种类）半导体二极管门电路半导体二极管门电路TTLTTL门电路门电路CMOSCMOS门电路门电路PMOS和NMOS电路 (略)其他类型的双极型数字集成电路 (略)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： CEB1. 晶体管的放大作用晶体管的放大作用附：附： 晶体管电流分配及放大原理晶体管电流分配及放大原理uiuoRB+UCCRCC1C2ibicie T工作在放大区时，工作

5、在放大区时， iC= iBOuCEiCIB=0IB3IB2IB1IB3 IB2 IB10截止截止饱和饱和放大放大NPNbce2. 晶体管的开关作用晶体管的开关作用附：附： 晶体管电流分配及放大原理晶体管电流分配及放大原理uiuoRB+UCCRCC1C2ibicie T工作在截止区时，工作在截止区时， 0ci T工作在饱和区时，工作在饱和区时， maxcciiOuCEiCIB=0IB3IB2IB1IB3 IB2 IB10截止截止饱和饱和放大放大NPNbce6.26.2半导体二极管门电路半导体二极管门电路u理想开关特性的静态特性：理想开关特性的静态特性：闭合时电阻为闭合时电阻为0 0 实际上开关闭

6、合时总是有一个很小的电阻，断开时电实际上开关闭合时总是有一个很小的电阻，断开时电阻不可能为阻不可能为，转换过程总要花一定的时间。，转换过程总要花一定的时间。开关动作在瞬间完成开关动作在瞬间完成断开时电阻为断开时电阻为二极管具有单向导电性二极管具有单向导电性二极管加正向电压时导通，可以近似看作是一个闭合的开关二极管加正向电压时导通，可以近似看作是一个闭合的开关二极管加反向电压时截止，可以近似看作是一个断开的开关二极管加反向电压时截止，可以近似看作是一个断开的开关导通时的等效电路导通时的等效电路截止时的等效电路截止时的等效电路+-+u半导体二极管的开关特性：u半导体二极管的开关特性： VI=VIH

7、 D截止，VO=VOH=VCC VI=VIL D导通，VO=VOL=0.7V高电平：VIH=VCC低电平：VIL=0 可以用可以用VI的高、低电平的高、低电平控制二极管控制二极管D 的开关状的开关状态，并在输出端态，并在输出端Vo输出输出相应的高、低电平信号相应的高、低电平信号p 静态特性静态特性伏安特性伏安特性加正向电压时导通，伏安特性很陡，压降很小（硅管：加正向电压时导通，伏安特性很陡，压降很小（硅管：0.7V0.7V，锗管，锗管0.6V0.6V）加反向电压时截止，截止后的伏安特性具有饱和特性（反向电流几乎不加反向电压时截止，截止后的伏安特性具有饱和特性（反向电流几乎不随反向电压的增大而增

8、大）且反向电流很小（随反向电压的增大而增大）且反向电流很小（nAnA级），级）， IF 0.5 0.7iD(mA) uD(V)伏安特性UBR0UiVON时，二时，二极管导通。极管导通。6.2半导体二极管门电路从伏安特性可见，二极管的正向电阻不是从伏安特性可见，二极管的正向电阻不是0 0，反向电阻也不是无穷大。，反向电阻也不是无穷大。VON：开启电压：开启电压可见，二极管在电路中表现为一个可见，二极管在电路中表现为一个受外加电压受外加电压V Vi i控制的开关控制的开关。当外。当外加电压加电压V Vi i为一脉冲信号时，二极管将随着脉冲电压的变化在为一脉冲信号时，二极管将随着脉冲电压的变化在“开

9、开”态与态与“关关”态之间转换。这个转换过程就是二极管开关的态之间转换。这个转换过程就是二极管开关的动态动态特性特性。 p 三种近似方法：三种近似方法：6.2半导体二极管门电路rD:正向电阻正向电阻存储时间p 动态特性动态特性( (略略) ) 当当uI 为一矩形电压时为一矩形电压时电流波形的不够陡峭（不理想）电流波形的不够陡峭（不理想）tt00漏电流iDuIuIiD上升时间二极管二极管VDVD的电流的变化过程的电流的变化过程上升时间、恢复时间都很小，基本上由二极管的制作工艺决定；上升时间、恢复时间都很小，基本上由二极管的制作工艺决定；存储时间与正向电流，反向电压有关。存储时间与正向电流，反向电

10、压有关。VDR这就限制了二极管的最高工作频率6.2半导体二极管门电路反向恢复时间 内部电路是什么样的，如何实现相应的逻辑功能？内部电路是什么样的，如何实现相应的逻辑功能？内部电路不同，逻辑功能相同，如何正确使用？内部电路不同，逻辑功能相同，如何正确使用？问题的提出问题的提出与非门与非门的逻辑功能：的逻辑功能： 输入有输入有“0”，输出为，输出为“1” 输入全为输入全为“1”，输出才为，输出才为“0”F1=AB +VCC(+5V) R 3k Y D1 A D2 B 3V 0V ABY &A BY0 00 11 01 10001Y=AB6.1半导体二极管门电路u 二极管与门二极管与门&规定规定3V

11、3V以上为以上为1 10V0V以下为以下为0 0 A D1 B D2 3V 0V Y R 3k ABY 1A BY0 00 11 01 10111Y=A+B6.1半导体二极管门电路u 二极管或门二极管或门1规定规定2.3V2.3V以上为以上为1 10V0V以下为以下为0 0 高低电平偏移高低电平偏移 0.7V1. 4Vu 分立元件门电路存在的问题分立元件门电路存在的问题2.1V既非高电平也非低电平VCC=5VVCC=5VVCC=5V3V3V3V0V3V0V3V3V00001116.1半导体二极管门电路只能用于只能用于ICIC内部电路内部电路 双极型三极管的开关特性双极型三极管的开关特性( (掌

12、握）掌握） TTLTTL反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理( (理解理解) ) TTLTTL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( (理解理解) ) TTLTTL反相器的动态特性反相器的动态特性( (理解理解) ) 其他类型的其他类型的TTLTTL门电路门电路( (了解了解) )TTLTTL门电路门电路u双极型三极管的结构双极型三极管的结构管芯管芯 + 三个引出电极三个引出电极 + 外壳外壳双极型半导体三极管的开关特性基区薄低掺杂发射区高掺杂集电区低掺杂u双极型半导体三极管的内部结构掺杂掺杂：在在本征半导本征半导体中掺入体中掺入少量的杂少量的杂质元素，

13、质元素，从而改善从而改善半导体的半导体的导电性能。导电性能。半导体三极管半导体三极管(Transistor)的结构的结构N型硅PNuNPN型三极管的结构与符号型三极管的结构与符号c集电极集电极Collector发射极发射极Emittereb基极基极Base集电区集电区基区基区发射区发射区发射结发射结E结结集电结集电结C结结简化简化cBeC结结E结结NPNecb 半导体三极管又称双极型晶体管半导体三极管又称双极型晶体管,它的基本组成部分是两个靠得它的基本组成部分是两个靠得很近且背对背排列的很近且背对背排列的PN结。根据排列方式不同，可分为结。根据排列方式不同，可分为NPN和和PNP两种类型。两种

14、类型。结结构构特特点点发射区的掺杂浓度远大于基发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度区的掺杂浓度基区很薄基区很薄(m 数量级数量级),掺掺杂浓度最低；杂浓度最低；集电结面积大于发射结集电结面积大于发射结双极型半导体三极管的掺杂 掺杂：掺杂：在本征半导体中掺入少量的杂质元素，从而改变半在本征半导体中掺入少量的杂质元素，从而改变半导体的导电性能。导体的导电性能。 N N型半导体：型半导体：在纯净的硅（或锗）晶体中掺入少量的在纯净的硅（或锗）晶体中掺入少量的5 5价杂价杂质元素（如质元素（如磷磷P P、砷、砷AsAs、锑、锑SbSb等），形成等），形成N N型半导体；型半导体； P P型半导体：型半导

15、体：在纯净的硅（或锗）晶体中掺入少量的在纯净的硅（或锗）晶体中掺入少量的3 3价杂价杂质元素（如硼质元素（如硼B B、铝、铝AlAl、镓、镓GaGa等），形成等），形成P P型半导体。型半导体。 载流子载流子：运载电荷的粒子，包括带负电的自由电子和带正：运载电荷的粒子，包括带负电的自由电子和带正电的空穴。电的空穴。 发射区高掺杂发射区高掺杂：以便于产生较多的载流子。：以便于产生较多的载流子。 基区薄低掺杂基区薄低掺杂，有利于发射区载流子穿过基区到达集电区；，有利于发射区载流子穿过基区到达集电区； 集电区低掺杂，但面积大集电区低掺杂，但面积大，以保证尽可能多地收集到从发，以保证尽可能多地收集到从

16、发射区发出的载流子。射区发出的载流子。图图2.2.5 2.2.5 双极型三极管的两种类型双极型三极管的两种类型 ( (a)NPNa)NPN型型 ( (b)b)PNPPNP型型u双极型三极管的简化结构u1. 1. 双极型三极管双极型三极管T的放大特性的放大特性 uiuoRB+UCCRCC1C2ibicie T工作在放大区时，工作在放大区时， iC= iBOuCEiCIB=0IB3IB2IB1IB3 IB2 IB10截止截止饱和饱和放大放大NPNbce+ UBE - (a)输入特性曲线输入特性曲线 (b)输出特性曲线输出特性曲线返回返回双极型三极管的特性曲线u输入特性和输出特性VON:开启电压开启

17、电压:硅三级管：硅三级管： VON =0.5V 0.7V 锗三极管：锗三极管： VON =0.2V0.3V T工作在放大区时，工作在放大区时， iC= iBuiuoRB+UCCRCC1C2ibicie T工作在截止区时，工作在截止区时， 0ci T工作在饱和区时，工作在饱和区时， maxcciiOuCEiCIB=0IB3IB2IB1IB3 IB2 IB10截止截止饱和饱和放大放大NPNbce2.双极型三极管的开关特性三极管三极管CECE之间相当于一个开关：在饱和区之间相当于一个开关：在饱和区“闭合闭合”，截止区，截止区“断断开开”三极管是电流控制的电流源，在模拟电路中，工作在三极管是电流控制的

18、电流源，在模拟电路中，工作在放大区放大区在数字电路中工作在饱和区或截止区在数字电路中工作在饱和区或截止区开关状态开关状态饱和区截止区放放大大区区双极型三极管的开关特性p 输入特性和输出特性vonl 三极管的三种工作状态三极管的三种工作状态 （1 1）截止状态）截止状态：当当V VI I小于三极管发射结死区电压小于三极管发射结死区电压( (V VONON) )时，时，I IB B00，I IC C00，V VCECEV VCCCC，三极管工作在截止区，对应图中的，三极管工作在截止区，对应图中的A A点。点。 三极管工作在截止状态的条件为：发射结反偏或小于死区电压三极管工作在截止状态的条件为：发射

19、结反偏或小于死区电压. . ( V( VBEBEV10 门电路u集成逻辑门电路的分类集成逻辑门电路的分类TTL (Transistor-Transistor Logic)： 以以双极型三极管双极型三极管作为开关器件作为开关器件CMOS (Complementary Metal-oxide-Semiconductor)： 由由NMOS和和PMOS互补组合而成互补组合而成两者性能比较：两者性能比较：按按基本组成元件基本组成元件可分为：可分为：TTL：电路速度较快，功耗较大电路速度较快，功耗较大CMOS：电路速度慢，功耗很低电路速度慢，功耗很低TTL集成门电路概述DTLTTLH-TTLL-TTLLS

20、-TTL被被CMOS取代取代（速度低）（速度低）（低功耗）（低功耗）（高速）（高速）（低功耗、高速）（低功耗、高速）74XX，74HXX，74SXX，74LSXX不同：不同：平均传输延迟时间和平均功耗有差异。平均传输延迟时间和平均功耗有差异。相同：相同：其他参数和外引线彼此相容，结构特点相其他参数和外引线彼此相容，结构特点相同，电气参数基本相同。同，电气参数基本相同。uTTL集成电路的分类集成电路的分类uTTL产品系列：产品系列：TTL集成门电路概述6.5.2 TTL反相器的电路结构和工作原理所有的所有的TTLTTL电路工作电压都是电路工作电压都是5V5V。反相器是最简单的TTL集成门电路。(

21、1) (1) 输入级：输入级： 输入级由三极管输入级由三极管T T1 1、 D D1 1和电阻和电阻R R1 1 组成；组成；(2) (2) 中间级：中间级： 中间级由中间级由T T2 2、 R R2 2和和R R3 3组成。组成。T T2 2的集电极和发射极输出两的集电极和发射极输出两个相位相反的信号，作为个相位相反的信号，作为T T4 4和和T T5 5的驱动信号；的驱动信号；(3) (3) 输出级：输出级： 输出级由输出级由D D2 2、T T4 4、T T5 5和和R R4 4组成，这种电路形式称为组成，这种电路形式称为推拉推拉式电路式电路。TTL反相器的电路结构和工作原理（1）输入低

22、电平输入低电平0.2V 时时T1发射结导通，发射结导通，VB1=0.9V，所以，所以T2、T5都截止。由于都截止。由于T2截止，流过截止，流过R2的的电流较小，可以忽略，所以电流较小，可以忽略，所以VB4VCC=5V ，使，使T4和和D2导通，则有：导通，则有： VOVCC-VBE4-VD=5-0.7-0.7=3.6（V） 。关态关态实现了非门的逻辑功能之一实现了非门的逻辑功能之一： 输入为低电平时，输入为低电平时， 输出为高电平。输出为高电平。TTL反相器的电路结构和工作原理（2）输入为高电平）输入为高电平3.4V时时 T2、T5导通，导通，VB1=0.73=2.1（V ），），由于由于T5

23、饱和导通，输出电压为：饱和导通，输出电压为：VO=VCES50.3V, 开态开态实现了非门的逻辑功能的另一方面：实现了非门的逻辑功能的另一方面：输入为高电平时，输出为低电平。输入为高电平时，输出为低电平。综合上述两种情况，该电路综合上述两种情况，该电路满足非的逻辑功能，即：满足非的逻辑功能，即：FA=TTL反相器的电路结构和工作原理TTLTTL非门举例非门举例74LS0474LS0474LS0474LS04是一种典型的是一种典型的TTLTTL非门器件，内部含有非门器件，内部含有6 6个非门，共个非门，共有有1414个引脚。引脚排列图如图所示。个引脚。引脚排列图如图所示。 14 13 12 11

24、 10 9 8 74LS04 1 2 3 4 5 6 7 VCC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND 6 反相器 74LS04 的引脚排列图 1. 1.与非门与非门其他类型的TTL门电路u 其他逻辑功能门电路其他逻辑功能门电路（1 1）有一个输入端输入低电平）有一个输入端输入低电平TTL“与非门”集成电路（2 2） 两个输入高电平两个输入高电平2.1VVV3.4V3.4VT2饱和饱和T5深度饱和深度饱和0.7V1.0VD3，T4截止截止0.3VABY+5VT1T2D3T4T5R1R2R3R44k1.6k130W W1kTTL“与非门”集成电路BAYA

25、 BY0 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TTL“与非门”集成电路TTL“与非门”集成电路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。A A、B B中只要有

26、一个为中只要有一个为1 1，即高电平，如A1，则iB1就会经过T1集电结流入T2基极，使T2、T5饱和导通，输出为低电平，即输出为低电平，即Y Y0 0。A AB B0 0时时，iB1、iB1均分别流入T1、T1发射极，使T2、T2、T5均截止，D3、T4导通，输出为高电平，即Y Y1 1。BAY 2. TTL或非门其他类型的TTL门电路 14 13 12 11 10 9 8 74LS51 1 2 3 4 5 6 7 VCC 2B 2C 2D 2E 2F 2Y 2A 1A 1B 1C 1D 1Y GND 74LS51 的引脚排列图 T4 A B C D R1 T3 T2 T1 Y R4 +VC

27、C T5 R2 R3 R5 T2 T1 R1 TTL 与或非门电路 A和B都为高电平（T2导通）、或C和D都为高电平（T2导通）时，T5饱和导通、T4截止，输出Y=0。A和B不全为高电平、并且C和D也不全为高电平（T2和T2同时截止）时，T5截止、T4饱和导通，输出Y=1。DCBAY3.TTL与或非门其他类型的TTL门电路A和B都为高电平时，T6、 T9导通， T8截止，输出Y=0；反之，A和B都为低电平时， T4 、T5截止，使T7 、T9导通，输出Y=0。A和B不同时、 T1饱和导通， T6截止，又A、B中必有一个高电平，使T4 、T5中有一个导通，使T7截止， T6、 T7同时截止后，使

28、T8导通， T9截止，输出Y=1。YAB4.TTL异或门其他类型的TTL门电路 (略)例例:求下图所示各电路的输出求下图所示各电路的输出F &AF1 R11AF2 R解解: :“0” “1” 其他类型的TTL门电路u 输入端负载特性输入端负载特性 在具体使用门电路时，往往需要在输入端与地之间或者输入端与信号之间接入电阻，如图所示。TTL反相器的静态输入特性和输出特性 保证门的输入为逻辑保证门的输入为逻辑“0 0”的最大电阻值的最大电阻值. .典型值典型值: :0.8KW（1）关门电阻）关门电阻 offR（2）开门电阻）开门电阻 ONR 保证门的输入为逻辑保证门的输入为逻辑“1 1”的最小电阻值

29、的最小电阻值. .典型值典型值: :2KW&F1 Rp（3）悬空相当于接高电平；）悬空相当于接高电平； 101AFAAF11AAF02例例:求下图所示各电路的输出求下图所示各电路的输出F &AF1 R11AF2 R解解: :(1)(1)若若R2K K“1” 解解: :(1)(1)若若R2K K“1” 若输入端若输入端”悬悬空空”, ,等效为什么等效为什么? ?其他类型的TTL门电路例：在使用常用TTL门电路时，会遇到多余输入端的问题，处理方法是：&AABAB&YBUCCABYUCCYYABABBYABABY1ABABBY.1YABAB与门、与非门的处理办法是一样的，并联使用或接电源其他类型的T

30、TL门电路例：在使用常用TTL门电路时，会遇到多余输入端的问题，处理方法是：BAAB11ABY111111YYBABABAY0BABBAYBABAY0或门、或非门的处理办法是一样的，并联使用或接地其他类型的TTL门电路YABBAB 在工程实践中，有时需要将几个门的输出端并联使用，以实现与逻辑，称为线与。普通的TTL门电路不能进行线与。 TTL与非门直接线与的情况其他类型的TTL门电路u 集电极开路的门电路（集电极开路的门电路（OCOC门）门） 与非门的线与连接图与非门的线与连接图 为此，专门生产了一种可以进行线与的门为此，专门生产了一种可以进行线与的门电路电路集电极开路门集电极开路门。1、推拉

31、式输出电路结构的局限性 输出电平不可调 负载能力不强，尤其是高电平输出 输出端不能并联使用 OC门其他类型的TTL门电路此时负载电流此时负载电流可能很大可能很大OC(Open Collector)门， 其电路及符号如图所示。其他类型的TTL门电路以集电极开路的与非门为例，就是原与非门去掉T4 、D2的集电极内部开路。（这样就可以驱动一些小型的继电器）实际上这种电路必须接上拉电阻才能工作，实际上这种电路必须接上拉电阻才能工作，负载的电源负载的电源U UCC2CC2一般可工作在一般可工作在1230V1230V。557407:40/ 30OCTTSNmAV输出端为三极管，可承受较大电压、电流，如与”

32、输出端并联可实现“线 T5的集电极是断开的，必须经外接电阻RL接通电源后，电路才能实现与非逻辑及线与功能。 图是实现线与逻辑的OC门， 其逻辑表达式为其他类型的TTL门电路12()YYYY、有一个低， 即为低，只有两者同高， 才为高1 2YYYAB CDABCD（1 1）实现线与）实现线与电路如右图所示，逻辑关系为电路如右图所示，逻辑关系为: :p 0C0C门主要有以下几方面的应用：门主要有以下几方面的应用：（2 2）实现电平转换）实现电平转换如图示，可使输出高电平变为如图示，可使输出高电平变为10V10V。（3 3）用做驱动器）用做驱动器如图是用来驱动发光二极管的电路。如图是用来驱动发光二极

33、管的电路。其他类型的TTL门电路1 2YYYAB CD线与线与)(,ZVVOHOL，高阻输出有三个状态：u 三态门（三态门（TSTS门）门）0.7V0.9V截止截止截止截止(1)0,1,(2)1,0,( 45ENPDYABENPDTTYZ截止，为“工作状态”导通，为“高阻状态”、都截止）5V0.2V0V)(,ZVVOHOL，高阻输出有三个状态：u 三态门（三态门（TSTS门）门）0.7V2.1V？截止截止截止截止(1)0,1,(2)1,0,( 45ENPDYABENPDTTYZ截止，为“工作状态”导通，为“高阻状态”、都截止）5V3.4V3.4V0V0.7Vp TSL门典型的应用： 三态门在计

34、算机总线结构中有着广泛的应用。其他类型的TTL门电路（a）组成单向总线，实现信号的分时单向传送.分时控制电路依次使三态门分时控制电路依次使三态门G G0 0、 G G1 1 G G7 7使能（且任意时刻使能使能（且任意时刻使能一个）一个） ，就将，就将D D0 0、 D D1 1 D D7 7（以反码的形式）分时送到总线上（以反码的形式）分时送到总线上 1EN 1EN 1EN分时控制电路D0D1D7G0G1G7在一些复杂的数字系统中（如计算机）为了减少各单元电路之间的连线，使用了“总线” 0D1D7D0 1 11 0 11 1 0总线(b)组成双向总线，实现信号的分时双向传送其他类型的TTL门

35、电路 (略)当E=0时，门1工作，门2禁止，数据从A送到B；E=1时，门1禁止，门2工作，数据从B送到A。三态门的用途TTLTTL系列集成电路及主要参数系列集成电路及主要参数74 ：标准系列，前面介绍的TTL门电路都属于74系列，其典型电路非门的平均传输时间tpd10ns，平均功耗P10mW。74H ：高速系列，是在74系列基础上改进得到的，其典型电路非门的平均传输时间tpd6ns，平均功耗P22mW。74S ：肖特基系列，是在74H系列基础上改进得到的，其典型电路非门的平均传输时间tpd4ns，平均功耗P20mW。74LS ：低功耗肖特基系列，是在74S系列基础上改进得到的，其典型电路与非门

36、的平均传输时间tpd10ns，平均功耗P2mW。74LS系列产品具有最佳的综合性能，是TTL集成电路的主流，是应用最广的系列。说明：只要说明：只要的数字相同逻辑功能就相同的数字相同逻辑功能就相同CMOSCMOS集成电路是集成电路家族中的后起之秀。集成电路是集成电路家族中的后起之秀。它以它以MOSMOS管作为开关元件管作为开关元件，由于，由于MOSMOS管的输入电阻极高管的输入电阻极高（可达（可达10101010以上），是一种以上），是一种电压控制型电压控制型器件，故器件，故MOSMOS电电路具有路具有功耗低功耗低的明显特征。的明显特征。在速度要求不高的场合中，在速度要求不高的场合中，CMOSC

37、MOS电路已基本取代电路已基本取代TTLTTL电路。电路。高速的高速的CMOSCMOS器件也被广泛应用，目前市面上的器件也被广泛应用，目前市面上的74HC74HC系列系列的的CMOSCMOS器件，其平均传输延迟时间约器件，其平均传输延迟时间约9ns9ns，与，与TTLTTL的的74LS74LS系列的传输延迟时间相当，并且系列的传输延迟时间相当，并且74HC74HC系列器件的管脚、系列器件的管脚、功能与功能与74LS74LS兼容，在应用兼容，在应用74LS74LS系列器件的场合都可用系列器件的场合都可用74HC74HC系列代替。系列代替。低功耗器件不仅在便携式设备或仪器中广泛应用，而且低功耗器件

38、不仅在便携式设备或仪器中广泛应用，而且低功耗器件的使用寿命也长于高功耗器件，因此，低功耗器件的使用寿命也长于高功耗器件，因此，在数在数字电子技术中字电子技术中CMOSCMOS器件是数字集成电路发展的主流。器件是数字集成电路发展的主流。 6.3 CMOS门电路 场效应半导体三极管是仅由一种载流子参与导电的半导体场效应半导体三极管是仅由一种载流子参与导电的半导体器件，是一种用输入电压控制输出电流的的半导体器件器件，是一种用输入电压控制输出电流的的半导体器件。 （通过栅极所加电压来控制（通过栅极所加电压来控制MOSMOS管的导通和截止）管的导通和截止） MOS MOS管是金属氧化物半导体又称为管是金

39、属氧化物半导体又称为绝缘栅型场效应三极管绝缘栅型场效应三极管（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect TransisteorTransisteor, MOSFET, MOSFET） MOS MOS管分为管分为增强型增强型和和耗尽型耗尽型两大类，从参与导电两大类，从参与导电的载流子来划分的载流子来划分，每类又有每类又有N N沟道沟道和和P P沟道沟道之分；它们之分；它们的工作原理基本相同。的工作原理基本相同。6.3.1MOS管开关特性u MOS管概念一、MOS管的结构S (Sour

40、ce)：源极G (Gate)：栅极D (Drain)：漏极B (Substrate):衬底金属层氧化物层半导体层PN结6.3.1 MOS管开关特性u MOSD管的结构与工作原理通过通过栅极栅极所加电压来控所加电压来控制制MOS管的导通和截止管的导通和截止6.3.1 MOS管开关特性u增强型增强型NMOSNMOS管基本开关电路管基本开关电路P型衬底BSiO2N+N+SDG 取一块P型半导体作为衬底,用B表示。用氧化工艺生成一层SiO2 薄膜绝缘层。用光刻工艺腐蚀出两个孔。 扩散两个高掺杂的N型区。从而形成两个PN结。（绿色部分） 从N型区引出电极，一个是漏极D,一个是源极S。 在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。p N沟道增强型MOSFET的结构和符号DGSBDGSBu漏极特性曲线（分三个区域） 截止区 恒流区 可变电阻区MOS管的输入特性和输出特性MOS管的基本开关电路()()0IILGSOOHDDIIHGSOOLIVVVthTVVVVVVthTVVMOSDSV 当截止当导通所以管间相当于一个受