数字电子技术基础简明教程第三学习教案

1、会计学1数字电子数字电子(dinz)技术基础简明教程第三技术基础简明教程第三第一页，共72页。高电平和低电平为某规定高电平和低电平为某规定(gudng)(gudng)范围的电位值，而非一固范围的电位值，而非一固定值。定值。 高电平信号高电平信号(xnho)是多大的信号是多大的信号(xnho)？低电平信号？低电平信号(xnho)又是多又是多大的信号大的信号(xnho)？10高电平高电平低电平低电平01高电平高电平低电平低电平正逻辑体制正逻辑体制负逻辑体制负逻辑体制由门电路种类等决定由门电路种类等决定 第2页/共72页第二页，共72页。2.2三极管的开关三极管的开关(kigun)特性特性主要主要(

2、zhyo)(zhyo)要求：要求： 理 解 三 极 管 的 开 关理 解 三 极 管 的 开 关(kigun)(kigun)特性。特性。 掌握三极管开关工作的条件。掌握三极管开关工作的条件。 第3页/共72页第三页，共72页。三极管为什么能用作开关？三极管为什么能用作开关？怎样怎样(znyng)控制它的开和关？控制它的开和关？ 当输入当输入(shr) uI (shr) uI 为低电平为低电平，使，使 uBE Uth uBE Uth时，三极管截止。时，三极管截止。 iB 0，iC 0，C、E 间相当间相当于开关于开关(kigun)断开。断开。 三极管关断的条件和等效电路三极管关断的条件和等效电路

3、IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS负载线负载线临界饱和线临界饱和线 饱饱和和区区放大区放大区截止区截止区uBE UthBEC三极管三极管截止状态截止状态等效电路等效电路uI=UILuBE+ +- -Uth为门限电压为门限电压第4页/共72页第四页，共72页。IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS临界饱和线临界饱和线 饱饱和和区区放大放大(fngd)区区一、三极管的开关一、三极管的开关(kigun)作用及作用及其条件其条件 uI 增大使增大使 iB 增大，从增大，从而而(cng r)工作点上移，工作点上移， iC 增大，增大，uCE

4、 减小。减小。截止区截止区uBE Uth时时，三极管开始导通，三极管开始导通，iB 0，三极管工作于放大导通，三极管工作于放大导通状态。状态。第5页/共72页第五页，共72页。IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS临界饱和线临界饱和线 饱饱和和区区放大放大(fngd)区区一、三极管的开关一、三极管的开关(kigun)作用作用及其条件及其条件 截止截止(jizh)区区uBE IB(sat)因为因为 iB =IHB 0.7 VURBBV .92V 7 . 06 . 3RR CCCB(sat)RVI mA 1 . 0k 150V 5 所以求得所以求得 RB ton二、三

5、极管的动态开关特性二、三极管的动态开关特性 开关时间主要由于开关时间主要由于电电荷存储效应荷存储效应引起，要提高开引起，要提高开关速度，必须降低三极管饱关速度，必须降低三极管饱和深度，加速基区存储电荷和深度，加速基区存储电荷的消散。的消散。第11页/共72页第十一页，共72页。C E B SBD B C E 在普通在普通(ptng)三极管的基极和集电极之间并三极管的基极和集电极之间并接一个肖特基势垒二极管接一个肖特基势垒二极管(简称简称 SBD) 。BCSBD抗饱和三极管的开关抗饱和三极管的开关(kigun)(kigun)速速度高度高 没有电荷存储效应没有电荷存储效应 SBD 的导通电压只有的

6、导通电压只有 0.4 V 而非而非 0.7 V， 因此因此(ync) UBC = 0.4 V 时，时，SBD 便导通便导通，使，使 UBC 钳在钳在 0.4 V 上，降低了饱和深度。上，降低了饱和深度。第12页/共72页第十二页，共72页。2.3TTL 集成集成(j chn)逻辑门逻辑门主要主要(zhyo)(zhyo)要求：要求： 了解了解 TTL 与非门的组成与非门的组成(z chn)和和工作原理。工作原理。了解了解 TTL 集成逻辑门的主要参数和使用常识。集成逻辑门的主要参数和使用常识。掌握掌握 TTL 基本门的逻辑功能和主要外特性。基本门的逻辑功能和主要外特性。了解了解集电极开路门和三态

7、门的逻辑功能和应用集电极开路门和三态门的逻辑功能和应用。第13页/共72页第十三页，共72页。ABCV1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3R1R2R4R5RBRCB1C1C2E2YVCC+5V输入级输入级中间倒相级中间倒相级输出级输出级STTL系列与非门电系列与非门电路路逻辑符号逻辑符号8 . 2 k 900 50 3 . 5 k 500 250 V1V2V3V5V6( (一一) )典型典型(dinxng) TTL (dinxng) TTL 与非门与非门电路电路 除除V4外，采用外，采用了抗饱和三极管，用了抗饱和三极管，用以提高门电路工作速以提高门电路工作速度。度。V4不会不会(b hu)

8、工作于饱和状态，因工作于饱和状态，因此用普通三极管。此用普通三极管。 输入级主要由多发射极管输入级主要由多发射极管 V1 和基极和基极电阻电阻 R1 组成，用以实现输入变量组成，用以实现输入变量 A、B、C 的与运算。的与运算。 VD1 VD3 为输入钳位二极管，用以抑为输入钳位二极管，用以抑制输入端出现的负极性干扰。正常信号输制输入端出现的负极性干扰。正常信号输入时，入时，VD1 VD3不工作，当输入的负极性不工作，当输入的负极性干扰电压大于二极管导通电压时，二极管干扰电压大于二极管导通电压时，二极管导通，输入端负电压被钳在导通，输入端负电压被钳在 - -0.7 V上，这上，这不但抑制了输入

9、端的负极性干扰，对不但抑制了输入端的负极性干扰，对 V1 还还有保护作用。有保护作用。 中间级起倒相放大作用，中间级起倒相放大作用，V2 集电极集电极 C2 和发射极和发射极 E2 同时输出两个逻辑电平相同时输出两个逻辑电平相反的信号，分别驱动反的信号，分别驱动 V3和和 V5。 RB、RC 和和 V6 构成有源构成有源泄放电路，用以减小泄放电路，用以减小 V5管管开关时间，从而提高门电路开关时间，从而提高门电路工作速度。工作速度。 输出级由输出级由 V3、V4、 R4、R5和和V5组成。其中组成。其中 V3 和和 V4 构成构成复合管，与复合管，与 V5 构成推拉构成推拉式输出结构式输出结构

10、，提高了负，提高了负载能力。载能力。 第14页/共72页第十四页，共72页。VD1 VD3 在正常信号在正常信号输输入时入时(rsh)不工作，因此下不工作，因此下面的分面的分析中不予考虑。析中不予考虑。RB、RC 和和V6 所构成的有源泄放电路的所构成的有源泄放电路的作用是提高开关速度，它们作用是提高开关速度，它们不影响与非门的逻辑功能，不影响与非门的逻辑功能，因此下面的工作原理分析中因此下面的工作原理分析中也不予考虑。也不予考虑。8.2k 因为抗饱和三极管因为抗饱和三极管 V1的集的集电结导通电压为电结导通电压为 0.4 V，而，而 V2、V5 发射结导通电压为发射结导通电压为 0.7 V，

11、因此，因此(ync)要使要使 V1 集电结和集电结和 V2、V5 发射结导通，必须发射结导通，必须 uB1 1.8 V。 0.3 V3.6 V3.6 V 输入输入(shr)(shr)端有一个或端有一个或数个为数个为 低电平时，输出高电平低电平时，输出高电平。 输入低电平端对应的发射结导通输入低电平端对应的发射结导通，uB1= 0.7 V + 0.3 V = 1 VV1管其他发射结因反偏而截止。管其他发射结因反偏而截止。1 V这时这时 V2、V5 截止。截止。 V2 截止使截止使 V1 集电极等效电阻很大，使集电极等效电阻很大，使 IB1 IB1(sat) ，V1 深度饱和。深度饱和。V2 截止

12、使截止使 uC2 VCC = 5 V，5 V因此，输入有低电平时，输出为高电平。因此，输入有低电平时，输出为高电平。截止截止截止截止深度深度饱和饱和V3 微饱和，微饱和，V4 放大工作。放大工作。uY = 5V - - 0.7 V - - 0.7 V = 3.6 V电路输出为高电平。电路输出为高电平。微饱和微饱和放大放大( (二二) )TTL 与非门的工作原理与非门的工作原理 第15页/共72页第十五页，共72页。综上所述综上所述,该电路实现了与非逻辑功能该电路实现了与非逻辑功能,即即ABCY 3.6 V3.6 V3.6 V因此，因此，V1 发射结反偏而集电极正发射结反偏而集电极正偏，称处于倒

13、置放大偏，称处于倒置放大(fngd)状态状态。1.8 V这时这时 V2、V5 饱和饱和(boh)。 uC2 = UCE2(sat) + uBE5 = 0.3 V + 0.7 V = 1 V使使 V3 导通，而导通，而 V4 截止截止(jizh)。1 V uY = UCE5(sat) 0.3 V 输出为低电平输出为低电平 因此，输入均为高电平时，输出为低电平。因此，输入均为高电平时，输出为低电平。 0.3 V V4 截止使截止使 V5 的等效集电极电的等效集电极电阻很大，使阻很大，使 IB5 IB5(sat) ，因此，因此 V5 深度饱和。深度饱和。倒置放大倒置放大饱饱和和饱和饱和截止截止导通导

14、通TTL 电路输入端悬空电路输入端悬空时相当于输入高电平。时相当于输入高电平。 输入均为高电平时，输入均为高电平时，输出低电平输出低电平 VCC 经经 R1 使使 V1 集电结和集电结和 V2、V5 发射结导通，使发射结导通，使uB1 = 1.8 V。深深注意注意2. TTL与非门的工作原理与非门的工作原理 第16页/共72页第十六页，共72页。电压传输特性测试电电压传输特性测试电路路0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOLSTTL与非门与非门电压传输特性曲电压传输特性曲线线( (三三) TTL ) TTL 与非门的外特性与非门的外特性(txng)(tx

15、ng)及主及主要参数要参数 1. 电压电压(diny)传输特性和噪声容限传输特性和噪声容限 输出电压随输入输出电压随输入(shr)电压变化的电压变化的特性特性 uI 较小时工作于较小时工作于AB 段段，这时，这时 V2、V5 截止，截止，V3、V4 导通，输出恒为高电平，导通，输出恒为高电平，UOH 3.6V，称与非门工作在截，称与非门工作在截止区或处于关门状态。止区或处于关门状态。 uI 较大时工作于较大时工作于 BC 段段，这时，这时 V2、V5 工作于放工作于放大区，大区， uI 的微小增大引的微小增大引起起 uO 急剧下降，称与非门急剧下降，称与非门工作在转折区。工作在转折区。 uI

16、很大时工作于很大时工作于 CD 段，段，这时这时 V2、V5 饱和，输出恒为低饱和，输出恒为低电平，电平，UOL 0.3V，称与非门工，称与非门工作在饱和区或处于开门状态。作在饱和区或处于开门状态。 电压传输特性测试电路电压传输特性测试电路0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOLSTTL与非门与非门电压传输特性曲线电压传输特性曲线饱和区：与非门饱和区：与非门处于开门状态。处于开门状态。 截止区：与非门截止区：与非门处于关门状态。处于关门状态。 转折区转折区 第17页/共72页第十七页，共72页。下面介绍与电压下面介绍与电压(diny)传输特性有关传输特性

17、有关的主要参数：的主要参数：有关有关(yugun)参数参数 0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOL电压传输特性曲电压传输特性曲线线标准标准(biozhn)高高电平电平 USH 当当 uO USH 时，则认为输出高电时，则认为输出高电平，通常取平，通常取 USH = 3 V。 标准低电平标准低电平 USL当当 uO USL 时，则认为输出低电时，则认为输出低电平，通常取平，通常取 USL = 0.3 V。 关门电平关门电平 UOFF保证输出保证输出不小于不小于标准高电平标准高电平USH 时时,允许的输入低电平的最大值。允许的输入低电平的最大值。开门电平开

18、门电平 UON保证输出保证输出不高于不高于标准低电平标准低电平USL 时时,允许的输入高电平的最小值。允许的输入高电平的最小值。阈值电压阈值电压 UTH转折区中点对应的输入电压，又转折区中点对应的输入电压，又称门槛电平。称门槛电平。USH = 3VUSL = 0.3VUOFFUONUTH近似分析时认为：近似分析时认为：uI UTH，则与非门开通，则与非门开通， 输出低电平输出低电平UOL；uI UTH，则与非门关闭，则与非门关闭， 输出高电平输出高电平UOH。第18页/共72页第十八页，共72页。噪声容限越大，抗干扰能力越强。噪声容限越大，抗干扰能力越强。 指输入指输入(shr)低电平时，允许

19、的最大正向噪声电压。低电平时，允许的最大正向噪声电压。UNL = UOFF UIL 指输入指输入(shr)高电平时，允许的最大负向噪声高电平时，允许的最大负向噪声电压。电压。UNH = UIH UON 输入信号上叠加的噪声电压只要不超过允许值输入信号上叠加的噪声电压只要不超过允许值，就不会影响电路，就不会影响电路(dinl)的正常逻辑功能，这个允的正常逻辑功能，这个允许值称为噪声容限。许值称为噪声容限。 输入高电平噪声容限输入高电平噪声容限 UNH输入低电平噪声容限输入低电平噪声容限 UNL第19页/共72页第十九页，共72页。输入负载特性测试电路输入负载特性测试电路 输入负载特性输入负载特性

20、曲线曲线0uI /VR1/k UOFF1.1FNROFFRON2. 输入输入(shr)负载负载特性特性 ROFF 称关门称关门(gunmn)电阻。电阻。RI RON 时，相应输时，相应输入端相当于输入高电平。对入端相当于输入高电平。对 STTL 系列，系列，RON 2.1 k。RONROFFUOFF第20页/共72页第二十页，共72页。 例例 下图中，已知下图中，已知 ROFF 800 ，RON 3 k ，试对应，试对应 输入波形定性画出输入波形定性画出TTL与非门的输出波形。与非门的输出波形。( (a) )( (b) )tA0.3 V3.6 VO不同不同(b tn) TTL 系列，系列， R

21、ON、 ROFF 不同不同(b tn)。相应相应(xingyng)输入端相当于输入低输入端相当于输入低电平，也即相当于输入逻辑电平，也即相当于输入逻辑 0 。逻辑逻辑(lu j)0因此因此 Ya 输出恒为高电平输出恒为高电平 UOH 。相应输入端相当于输入高电平，相应输入端相当于输入高电平，也即相当于输入逻辑也即相当于输入逻辑 1 。逻辑逻辑1AAYb 1因此，可画出波形如图所示。因此，可画出波形如图所示。YbtOYatUOHO解：图解：图( (a) )中，中，RI = 300 RON 3 k 第21页/共72页第二十一页，共72页。3. 负载负载(fzi)能力能力 负载负载(fzi)电流电流

22、流入与非门的输出端流入与非门的输出端。 负载电流从与非门负载电流从与非门的输出的输出(shch)端流向端流向外负载。外负载。负载电流流入驱动门负载电流流入驱动门IOL负载电流流出驱动门负载电流流出驱动门IOH输入均为输入均为高电平高电平 输入有输入有低电平低电平 输出为低电平输出为低电平 输出为高电平输出为高电平 灌电流负载灌电流负载拉电流负载拉电流负载 不管是灌电流负载还是拉电流负载，负载电不管是灌电流负载还是拉电流负载，负载电流都不能超过其最大允许电流，否则将导致电路流都不能超过其最大允许电流，否则将导致电路不能正常工作，甚至烧坏门电路。不能正常工作，甚至烧坏门电路。实用中常用实用中常用扇

23、出系数扇出系数 NOL 表示电路负载能力。表示电路负载能力。门电路输出低电平时允许带同类门电路的个数。门电路输出低电平时允许带同类门电路的个数。 通常按照负通常按照负载电流的流向将载电流的流向将与非门负载分为与非门负载分为 灌电流负载灌电流负载 拉电流负载拉电流负载 第22页/共72页第二十二页，共72页。 由于三极管存在开关时间，元、器件及由于三极管存在开关时间，元、器件及连线连线(lin xin)存在一定的寄生电容，因此输存在一定的寄生电容，因此输入矩形脉冲时，输出脉冲将延迟一定时间。入矩形脉冲时，输出脉冲将延迟一定时间。 输入信输入信号号UOm0.5 UOm0.5 UImUIm输出信输出

24、信号号4. 传输传输(chun sh)延迟时间延迟时间 输入输入(shr)电压波形下降沿电压波形下降沿 0.5 UIm 处到输出电压上升沿处到输出电压上升沿 0.5 Uom处间隔的时间称截止延迟时间处间隔的时间称截止延迟时间 tPLH。 输入电压波形上升沿输入电压波形上升沿 0.5 UIm 处到输出电压下降沿处到输出电压下降沿 0.5 Uom处间隔处间隔的时间称的时间称导通延迟时间导通延迟时间 tPHL L。平均传输延迟时间平均传输延迟时间 tpd 2PLHPHLpdttt tPHLtPLHtpd 越小，则门电越小，则门电路开关速度越高，工路开关速度越高，工作频率越高。作频率越高。 0.5 U

25、Im0.5 UOm第23页/共72页第二十三页，共72页。5. 功耗功耗(n ho)-延迟延迟积积 常用功耗常用功耗 P 和平均和平均(pngjn)传输延迟时间传输延迟时间 tpd 的乘积的乘积(简称简称功耗功耗 延迟积延迟积)来综合评价门电路的性能，即来综合评价门电路的性能，即M = P tpd 性能优越的门电路应具有性能优越的门电路应具有(jyu)功耗低、工作速功耗低、工作速度高的度高的特点，然而这两者矛盾。特点，然而这两者矛盾。 M 又称品质因素，值越小，说明综合性能越好。又称品质因素，值越小，说明综合性能越好。 第24页/共72页第二十四页，共72页。 使用使用(shyng)时时需外接

26、需外接上拉电阻上拉电阻 RL 即即 Open collector gate，简称，简称(jinchng) OC 门门。 常用的有集电极开路与非门、三态门、或非门、与或非常用的有集电极开路与非门、三态门、或非门、与或非门和异或门等。它们都是在与非门基础上发展出来的，门和异或门等。它们都是在与非门基础上发展出来的，TTL 与非门的上述特性对这些与非门的上述特性对这些(zhxi)门电路大多适用。门电路大多适用。 VC 可以等于可以等于 VCC也也可不等于可不等于 VCC ( (一一) )集电极开路与非门集电极开路与非门 1. 电路、逻辑符号和工作原理电路、逻辑符号和工作原理 输入都为高电平时，输入都

27、为高电平时， V2 和和 V5 饱和导通，输出为饱和导通，输出为低电平低电平 UOL 0.3 V 。输入有低电平时，输入有低电平时，V2和和 V5 截止，输出为高电平截止，输出为高电平 UOH VC 。 因此具有与非功能。因此具有与非功能。 工作原工作原理理 OC门门第25页/共72页第二十五页，共72页。 相当于与门作用。相当于与门作用。 因为因为 Y1、Y2 中有低电中有低电平时平时(pngsh)，Y 为低电平；只为低电平；只有有 Y1、Y2 均为高电平时均为高电平时(pngsh)，Y才为高电平，故才为高电平，故 Y = Y1 Y2。2. 应用应用(yngyng) (1) (1) 实现实现

28、(shxin)(shxin)线线与与两个或多个两个或多个 OC 门的输出端直接相连，相当门的输出端直接相连，相当于将这些输出信号相与，称为线与。于将这些输出信号相与，称为线与。 Y只有只有 OC 门才能实现线与。普通门才能实现线与。普通 TTL 门输出门输出端不能并联，否则可能损坏器件。端不能并联，否则可能损坏器件。注意注意CDABCDABY 第26页/共72页第二十六页，共72页。(2)(2)驱动驱动(q dn)(q dn)显示器和继显示器和继电器等电器等 例例 下图为用下图为用 OC OC 门驱动发光二极管门驱动发光二极管 LED LED 的显示电路。的显示电路。 已知已知 LED LED

29、 的正向导通压降的正向导通压降 UF = 2V UF = 2V，正向工，正向工作电流作电流 IF = 10 mA IF = 10 mA，为保证，为保证(bozhng)(bozhng)电路正常工作电路正常工作，试确定，试确定 RC RC 的值。的值。解解：为保证电路正常工作，应满足为保证电路正常工作，应满足FCOLFV5CIRUUIR mA 10V 3 . 0V 2V 5 C R即即因此因此(ync)(ync)RC = 270 RC = 270 分析：分析：该电路只有在该电路只有在 A、B 均为高均为高电平，使输出电平，使输出 uO 为低电平时，为低电平时，LED 才导通发光；否则才导通发光；否

30、则 LED 中无中无电流流通，不发光。电流流通，不发光。 要使要使 LED 发光，应满足发光，应满足IRc IF = 10 mA。第27页/共72页第二十七页，共72页。TTLCMOSRLVDD+5 V(3)(3)实现实现(shxin)(shxin)电平转换电平转换 TTL 与非门有时需要驱动其他种类门电路，而不与非门有时需要驱动其他种类门电路，而不同种类门电路的高低电平标准不一样。应用同种类门电路的高低电平标准不一样。应用(yngyng) OC 门就可以适应负载门对电平的要求。门就可以适应负载门对电平的要求。OC 门的门的 UOL 0.3V，UOH VDD，正好符合，正好符合 CMOS 电路

31、电路(dinl) UIH VDD，UIL 0的要求。的要求。 VDDRL第28页/共72页第二十八页，共72页。 即即 Tri-State Logic 门，简门，简称称 TSL 门。其输出门。其输出(shch)有有高电平态、低电平态和高阻态高电平态、低电平态和高阻态三种状态。三种状态。三态输出与非门电路三态输出与非门电路 EN = 1 时，时，P = 0，uP = 0.3V01100.3V1V导通导通截止截止(jizh)截 止截 止(jizh) 另一方面，另一方面，V1 导通，导通， uB1 = 0.3V + 0.7V = 1V, V2、V5 截止。截止。这时，从输出端这时，从输出端 Y 看进

32、去，对地看进去，对地和对电源和对电源 VCC 都相当于开路，都相当于开路，输出输出端呈现高阻态端呈现高阻态，相当于输出端，相当于输出端开路。开路。Y=AB1V导通导通截止截止截止截止Z这时这时 VD 导通，使导通，使 uC2 = 0.3 V + 0.7 V = 1 V，使，使 V4 截止。截止。( (二二) )三态输出门三态输出门 1. 电路、逻辑符号和工作原理电路、逻辑符号和工作原理工作原理工作原理 EN = 0 时，时，P = 1，VD 截止截止电路等效为一个输入为电路等效为一个输入为 A、B 和和1 的的 TTL 与非门。与非门。 Y = AB 第29页/共72页第二十九页，共72页。综

33、上所述综上所述，可见，可见(kjin)：( (二二) )三态输出三态输出(shch)(shch)门门 1. 电路、逻辑符号电路、逻辑符号(fho)和工作原理和工作原理只有当使能信号只有当使能信号 EN = 0 时才允许三态时才允许三态门工作，故称门工作，故称 EN 低电平有效低电平有效。EN 称使能信号或控制信号称使能信号或控制信号，A、B 称数据信号。称数据信号。当当 EN = 0 时，时，Y = AB，三态门处于工作态；三态门处于工作态；当当 EN = 1 时，三态门输出时，三态门输出呈现高阻态，又呈现高阻态，又称称禁止态。禁止态。第30页/共72页第三十页，共72页。EN 即即 Enab

34、le功能表功能表Z0AB1YEN使能端的两种控制方式使能端的两种控制方式使能端低电平有效使能端低电平有效使能端高电平有效使能端高电平有效功能表功能表Z1AB0YENEN第31页/共72页第三十一页，共72页。2. 应用应用(yngyng) 任何时刻任何时刻 EN1、EN2、 EN3 中只能有一个为有效电中只能有一个为有效电平，平，使相应三态门工作，而使相应三态门工作，而其他三态输出门处于高阻状其他三态输出门处于高阻状态，从而实现了总线的复用态，从而实现了总线的复用。总线总线 ( (1) )构成单向总线构成单向总线 第32页/共72页第三十二页，共72页。DIDO/DIDO00高阻态高阻态工作工

35、作DI EN = 0 时，时，总线上的数据总线上的数据 DI经反相后在经反相后在 G2 输输出端输出。出端输出。(2)(2)构成构成(guchng)(guchng)双双向总线向总线 DIDO/DIDO11工工作作 DO高阻态高阻态 EN = 1 时时，数据，数据 DO 经经 G1 反相后传送反相后传送到总线上。到总线上。 DIDO/DIDO11工工作作 DO高阻态高阻态 EN = 1 时时，数据，数据 DO 经经 G1 反相后传送反相后传送到总线上。到总线上。 DIDO/DIDO第33页/共72页第三十三页，共72页。 TTL 集成门的集成门的类型很多类型很多,那么如何那么如何识别它们识别它们

36、?各类型各类型之间有何异同之间有何异同(ytng)?如何选用如何选用合适的门合适的门?1. 各系列各系列(xli) TTL 集成门的比较与选用集成门的比较与选用 用于民品用于民品 用于军品用于军品 具有完全相同的电路结构和电气性能具有完全相同的电路结构和电气性能参数，但参数，但 CT54 系列更适合在温度条件恶劣系列更适合在温度条件恶劣、供电电源变化大的环境中工作。、供电电源变化大的环境中工作。 按工作温度和电源允许变化范围不同分为按工作温度和电源允许变化范围不同分为 CT74 系列系列 CT54 系列系列第34页/共72页第三十四页，共72页。向高速向高速(o s)发展发展 向低功向低功耗

37、发 展耗 发 展(fzhn) 按平均传输按平均传输(chun sh)延迟时间和平均功延迟时间和平均功耗不同分耗不同分 向减小向减小功耗功耗 - -延迟积延迟积发展发展 措施：增大电阻值措施：增大电阻值 措施：措施：( (1) ) 采用采用 SBD 和抗饱和三极管；和抗饱和三极管；( (2) ) 采用有源泄放电路；采用有源泄放电路；( (3) ) 减小电路中的电阻值。减小电路中的电阻值。其中，其中，LSTTL 系列综合性能优越、品种多、价格系列综合性能优越、品种多、价格便宜；便宜； ALSTTL 系列性能优于系列性能优于 LSTTL，但品种少、价格，但品种少、价格较高，因此较高，因此实用中多选用

38、实用中多选用 LSTTL。 CT74 系列系列( (即标准即标准 TTL ) )CT74L 系列系列( (即低功耗即低功耗 TTL简称简称 LTTL) ) CT74H 系列系列( (即高速即高速 TTL简称简称 HTTL) )CT74S 系列系列( (即肖特基即肖特基TTL简称简称 STTL) ) CT74AS 系列系列( (即先进肖特基即先进肖特基TTL简称简称 ASTTL) ) CT74LS 系列系列( (即低功耗肖特基即低功耗肖特基TTL 简称简称 LSTTL) )CT74ALS 系列系列( (即先进低功耗肖特基即先进低功耗肖特基TTL 简称简称 LSTTL) ) 第35页/共72页第三

39、十五页，共72页。集成门的选用集成门的选用(xunyng)要点要点(1)(1)实际使用实际使用(shyng)(shyng)中的最高工作频率中的最高工作频率 fm fm 应不大于逻应不大于逻辑门最高工作辑门最高工作 频率频率 fmax fmax 的一半。的一半。 实实物物图图片片 ( (2) )不同系列不同系列 TTL 中，器件型号后面几位数字相同时，通中，器件型号后面几位数字相同时，通常逻辑功能、外型尺寸、外引线排列都相同。但工作常逻辑功能、外型尺寸、外引线排列都相同。但工作速速度度( (平均传输延迟时间平均传输延迟时间 tpd ) )和平均功耗不同。实际使用和平均功耗不同。实际使用时，时，

40、高速门电路可以替换低速的；反之则不行。高速门电路可以替换低速的；反之则不行。 例如例如 CT7400CT74L00CT74H00CT74S00CT74LS00CT74AS00CT74ALS00 xx74xx00 引脚图引脚图 双列直插双列直插 14 引脚引脚四四 2 输入输入(shr)与非门与非门 第36页/共72页第三十六页，共72页。2. TTL 集成集成(j chn)逻辑门的使用要逻辑门的使用要点点 (1)(1)电源电源(dinyun)(dinyun)电压用电压用 + 5 V+ 5 V， 74 系列系列(xli)应满足应满足 5 V 5% 。( (2) )输出端的连接输出端的连接 普通普

41、通 TTL 门输出端不允许直接并联使用。门输出端不允许直接并联使用。 三态输出门的输出端可并联使用，但同一时刻只能有三态输出门的输出端可并联使用，但同一时刻只能有一个门工作，其他门输出处于高阻状态。一个门工作，其他门输出处于高阻状态。 集电极开路门输出端可并联使用，但公共输出端和集电极开路门输出端可并联使用，但公共输出端和电源电源 VCC 之间应接负载电阻之间应接负载电阻 RL。 输出端不允许直接接电源输出端不允许直接接电源 VCC 或直接接地。或直接接地。输出电流应小于产品手册上规定的最大值。输出电流应小于产品手册上规定的最大值。 第37页/共72页第三十七页，共72页。3. 多余多余(du

42、y)输入端的输入端的处理处理 与门和与非门的多余输入端接与门和与非门的多余输入端接(dun ji)(dun ji)逻辑逻辑 1 1 或者与有用输入端并或者与有用输入端并接。接。接接 VCC通过通过(tnggu) 1 10 k(tnggu) 1 10 k 电电阻接阻接 VCC VCC与有用输入端并接与有用输入端并接TTL 电路输入端悬空时相当于输入高电平，电路输入端悬空时相当于输入高电平，做实验时与门和与非门等的做实验时与门和与非门等的多余输入端可悬空，但使多余输入端可悬空，但使用中多余输入端一般不悬空，以防止干扰。用中多余输入端一般不悬空，以防止干扰。第38页/共72页第三十八页，共72页。或

43、门和或非门的多余输入端接或门和或非门的多余输入端接(dun ji)(dun ji)逻逻辑辑 0 0或者与有用输入端并接或者与有用输入端并接第39页/共72页第三十九页，共72页。 例例 欲用下列电路实现非运算，试改错。欲用下列电路实现非运算，试改错。( (ROFF 700 ，RON 2.1 k )第40页/共72页第四十页，共72页。解：解：OC 门输出门输出(shch)端端需外接上拉需外接上拉电阻电阻RC5.1kY = 1Y = 0 RI RON ，相应，相应(xingyng)输入端为输入端为高电平。高电平。510 RI UGS(th)N +UGS(th)P且且 UGS(th)N =UGS(

44、th)P UGS(th)N增强型增强型 NMOS 管开启管开启(kiq)电压电压AuIYuOVDDSGDDGSBVPVNB NMOS 管的衬底接管的衬底接电路最低电位，电路最低电位，PMOS管的衬底接最高电位，管的衬底接最高电位，从而从而保证衬底与漏源间保证衬底与漏源间的的 PN 结始终反偏。结始终反偏。.uGSN+- -增强型增强型 PMOS 管开启电压管开启电压uGSP+- -UGS(th)PuGSN UGS(th)N 时，增强型时，增强型 NMOS 管导通管导通uGSN UGS(th)N 时，增强型时，增强型 NMOS 管截止管截止OiDuGSUGS(th)N增强型增强型 NMOS 管管

45、转移特性转移特性 时时, 增强型增强型 PMOS 管导通管导通 时时, 增强型增强型 PMOS 管截止管截止OiDuGSUGS(th)P增强型增强型 PMOS 管管转移特性转移特性PGS(th)GSPUu PGS(th)GSPUu AuIYuOVDDSGDDGSBVPVNB( (一一) )电路基本结构电路基本结构 UIL = 0 V，UIH = VDD第43页/共72页第四十三页，共72页。AuIYuOVDDSGDDGSVP衬底衬底 BVN衬底衬底 B( (二二) )工作工作(gngzu)(gngzu)原理原理 ROFFNRONPuO+VDDSDDS导通电阻导通电阻 RON 截止电阻截止电阻

46、ROFFRONNROFFPuO+VDDSDDS可见可见(kjin)该电路构成该电路构成 CMOS 非门，又称非门，又称 CMOS 反反相器。相器。无论输入高低，无论输入高低，VN、VP 中总有一管截止中总有一管截止(jizh)，使静态，使静态漏极电流漏极电流 iD 0。因此。因此 CMOS 反相器静态功耗极微小。反相器静态功耗极微小。 输入为低电平，输入为低电平，UIL = 0V 时，时，uGSN = 0V UGS(th)N , VN 导通，导通，VP 截止，截止，PGS(th)DDDDGSPV0UVVu 输入为低电平输入为低电平 UIL = 0 V 时时，uGSN = 0V UGS(th)N

47、 ， VN 截止，截止，VP 导通，导通，PGS(th)DDSPGPV0UVuu GSPuuO VDD , 为高电平。为高电平。UIH = VDDuO 0 V ，为低电平。，为低电平。第44页/共72页第四十四页，共72页。( (一一) )CMOS 与非门和或非门与非门和或非门 1. . CMOS 与非门与非门 ABVDDVPBVPAVNAVNBY 每个输入端对应一每个输入端对应一对对 NMOS 管和管和PMOS 管。管。NMOS 管为驱动管管为驱动管，PMOS 管为负载管。管为负载管。输入端与它们的栅极相输入端与它们的栅极相连。连。与非门结构特点：与非门结构特点：驱动管相串联驱动管相串联，负

48、载管相并联负载管相并联。第45页/共72页第四十五页，共72页。ABVDDVPBVPAVNAVNBY CMOS 与非门工作与非门工作(gngzu)原理原理11导通导通导通导通截止截止截止截止0 驱动管均导通，驱动管均导通， 负载管均截止，负载管均截止， 输出为低电平。输出为低电平。 当输入均为当输入均为 高电平时：高电平时： 低电平输入端低电平输入端相对应的驱动管截相对应的驱动管截止，负载管导通，止，负载管导通，输出为高电平。输出为高电平。 当输入中有当输入中有 低电平时：低电平时：ABVDDVPBVPAVNAVNBY0截止截止导通导通1因此因此 Y = AB第46页/共72页第四十六页，共7

49、2页。2. . CMOS 或非门或非门 ABVDDVPBVPAVNAVNBY或非门结构特点：或非门结构特点：驱动管相并联驱动管相并联，负载管相串联负载管相串联。第47页/共72页第四十七页，共72页。YABuOuIVDD1漏极开路的漏极开路的CMOS与非与非门电门电路路( (二二) )漏极开路漏极开路(kil)(kil)的的 CMOS CMOS 门门简称简称(jinchng) OD 门门 与与 OC OC 门相似，常用作驱动器、电平门相似，常用作驱动器、电平(din pn)(din pn)转换器和实转换器和实现线与等。现线与等。Y = AB构成与门构成与门 构成输构成输出端开出端开路的非路的非

50、门门需外接上需外接上拉电阻拉电阻 RD第48页/共72页第四十八页，共72页。C、C 为互补为互补控制信号控制信号 由一对参数对称由一对参数对称(duchn)一一致的增强型致的增强型 NMOS 管和管和 PMOS 管并联构成。管并联构成。 PMOSCuI/uOVDDCMOS传输传输门电路结门电路结构构uO/uIVPCNMOSVN( (三三)CMOS )CMOS 传输传输(chun (chun sh)sh)门门 工作工作(gngzu(gngzu) )原理原理 MOS 管的漏极和源极结构对称，可管的漏极和源极结构对称，可互换使用，因此互换使用，因此 CMOS 传输门的输出端传输门的输出端和输入端也

51、可互换。和输入端也可互换。 uOuIuIuO 当当 C = 0V，uI = 0 VDD 时，时，VN、VP 均截止，输出与输入之间呈现高均截止，输出与输入之间呈现高电阻，相当于开关断开。电阻，相当于开关断开。 uI 不能传输到输出端，称传输门关闭。不能传输到输出端，称传输门关闭。CC 当当 C = VDD，uI = 0 VDD 时，时，VN、VP 中至少有一管导通，输出与输入中至少有一管导通，输出与输入之间呈现低电阻，相当于开关闭合。之间呈现低电阻，相当于开关闭合。 uO = uI，称传输门开通。，称传输门开通。 C = 1，C = 0 时，传输门开通，时，传输门开通，uO = uI； C =

52、 0，C = 1 时，传输门关闭，信号不能传输。时，传输门关闭，信号不能传输。第49页/共72页第四十九页，共72页。PMOSCuI/uOVDDCMOS传输传输门电路结门电路结构构uO/uIVPCNMOSVN 传输传输(chun sh)(chun sh)门是一个理想的双门是一个理想的双向开关，向开关，可传输可传输(chun sh)(chun sh)模拟信号，也可传输模拟信号，也可传输(chun sh)(chun sh)数字信号。数字信号。TGuI/uOuO/uICC传输门逻辑符号传输门逻辑符号 TG 即即 Transmission Gate 的缩写的缩写(suxi) ( (三三)CMOS )C

53、MOS 传输传输(chun (chun sh)sh)门门 第50页/共72页第五十页，共72页。 在反相器基础上串接在反相器基础上串接了了 PMOS 管管 VP2 和和 NMOS 管管 VN2，它们的栅极分别，它们的栅极分别受受 EN 和和 EN 控制。控制。( (四四)CMOS )CMOS 三态输出三态输出(shch)(shch)门门 AENVDDYVP2VP1VN1VN2低电平使能的低电平使能的 CMOS 三态输出门三态输出门工作工作(gngzu(gngzu)原理原理001导通导通导通导通Y=A110截止截止截止截止Z EN = 1 时，时，VP2、VN2 均截止，输出端均截止，输出端 Y

54、 呈现高呈现高阻态。阻态。 因此因此(ync)构成使能端构成使能端低电平有效的三态门。低电平有效的三态门。 EN = 0 时，时，VP2 和和 VN2 导通，呈现低电阻，不影导通，呈现低电阻，不影响响 CMOS 反相器工作。反相器工作。 Y = AEN第51页/共72页第五十一页，共72页。( (一一)CMOS )CMOS 数字集成电路数字集成电路(jchng-(jchng-dinl)dinl)系列系列 CMOS4000 系列系列 功耗极低、抗干扰能力强；功耗极低、抗干扰能力强；电源电压范围宽电源电压范围宽 VDD = 3 15 V；工作频率低，工作频率低，fmax = 5 MHz；驱动能力差

55、驱动能力差。高速高速CMOS 系列系列( (又称又称 HCMOS 系列系列) ) 功耗极低、抗干扰能力强；电功耗极低、抗干扰能力强；电源电压范围源电压范围 VDD = 2 6 V；工作频率高，工作频率高，fmax = 50 MHz；驱动能力强。驱动能力强。 提高提高(t go)(t go)速度措速度措施：减小施：减小MOS MOS 管的极间电容。管的极间电容。 由于由于CMOS电路电路 UTH VDD / 2，噪声容限，噪声容限UNL UNH VDD / 2，因此抗，因此抗干扰干扰能力很强。电源电压越高能力很强。电源电压越高，抗干扰能力越强。，抗干扰能力越强。第52页/共72页第五十二页，共7

56、2页。民品民品(mn pn) 军品军品 VDD = 2 6 V T 表示表示(biosh)与与 TTL 兼容兼容VDD = 4.5 5.5 V CC54HC / 74HC 系列系列CC54HC / 74HC 系系列列 TT按按电源电压电源电压不同分为不同分为 按工作温度不同分为按工作温度不同分为 CC74 系列系列 CC54 系列系列 高速高速 CMOS 系列系列第53页/共72页第五十三页，共72页。1. 注意不同系列注意不同系列 CMOS 电路允许的电源电压范围电路允许的电源电压范围(fnwi)不不同，同， 一般多用一般多用 + 5 V。电源电压越高，抗干扰能力也越强。电源电压越高，抗干扰

57、能力也越强。 ( (二二)CMOS )CMOS 集成逻辑集成逻辑(lu j)(lu j)门使用门使用要点要点 2. 闲置输入闲置输入(shr)端端的处理的处理 不允许悬空。不允许悬空。 可与使用输入端并联使用。但这样会增大输入电容，可与使用输入端并联使用。但这样会增大输入电容，使速度下降，因此工作频率高时不宜这样用。使速度下降，因此工作频率高时不宜这样用。 与门和与非门的闲置输入端可接正电源或高电平；与门和与非门的闲置输入端可接正电源或高电平；或门和或非门的闲置输入端可接地或低电平。或门和或非门的闲置输入端可接地或低电平。 第54页/共72页第五十四页，共72页。2.5 集成逻辑集成逻辑(lu

58、 j)门电路的应用门电路的应用主要主要(zhyo)(zhyo)要求：要求： 了解了解 TTL 和和 CMOS 电路电路(dinl)的主要差异。的主要差异。 了解了解集成门电路的选用和应用。集成门电路的选用和应用。 第55页/共72页第五十五页，共72页。 注意：注意：CMOS 电路的扇出系数电路的扇出系数(xsh)大是由于其负载门大是由于其负载门的输入阻抗很高，所需驱动功率极小，并非的输入阻抗很高，所需驱动功率极小，并非 CMOS 电路的驱电路的驱动能力比动能力比 TTL 强。实际上强。实际上 CMOS4000 系列驱动能力远小于系列驱动能力远小于 TTL，HCMOS 驱动能力与驱动能力与 T

59、TL 相近。相近。 功耗极低功耗极低 抗干扰能力强抗干扰能力强 电源电压范围宽电源电压范围宽 输出信号摆幅大输出信号摆幅大( (UOH VDD，UOL 0 V) ) 输入阻抗高输入阻抗高 扇出系数大扇出系数大 第56页/共72页第五十六页，共72页。根据电路工作要求根据电路工作要求(yoqi)和市场因素等综和市场因素等综合决定合决定 若对功耗和抗干扰能力要求一般若对功耗和抗干扰能力要求一般(ybn)，可选用，可选用 TTL 电路。目前多用电路。目前多用 74LS 系列，它的功耗较小系列，它的功耗较小，工作频率一般，工作频率一般(ybn)可用至可用至 20 MHz；如工作；如工作频率较高，可选用

60、频率较高，可选用 CT74ALS 系列，其工作频率系列，其工作频率一般一般(ybn)可至可至 50 MHz。 若要求功耗低、抗干扰能力强，则应选用若要求功耗低、抗干扰能力强，则应选用 CMOS 电路。电路。其中其中 CMOS4000 系列一般用于工系列一般用于工作频率作频率 1 MHz 以下、驱动能力要求不高的场合；以下、驱动能力要求不高的场合；HCMOS 常用于工作频率常用于工作频率 20 MHz 以下、要求较强以下、要求较强驱动能力的场合。驱动能力的场合。 第57页/共72页第五十七页，共72页。解：解： 例例 试 改 正 下 图 电 路 的 错 误 ， 使 其 正 常试 改 正 下 图 电 路