数电第2章门电路精品课件

1、第二章 门电路数字电子技术基础Fundamentals of Digital Electronic Technology替龟洼伏灸蛛输砷亢捣本枷里肋了嚷由痈躁伐壳瓷洞溺庭扶奥撑梨觉寡碰数电第2章门电路数电第2章门电路1第二章 门电路2.3 最简单的与、或、非门电路2.4 TTL门电路2.6 CMOS逻辑门电路*2.5 其它类型的双极型数字集成电路*2.7 其它类型的MOS集成电路2.1 概述2.2 半导体二极管和三极管的开关特性2.8 TTL电路与CMOS电路的接口污苑信屹敞役肤酱歼张衡揭叫驯兰疡掖视换樟坟样猛芬腊钦钱失慌跃凄冯数电第2章门电路数电第2章门电路2 2.1 概述门电路：是用以实现

2、基本逻辑运算和复合逻辑运算的电子电路。实现与运算的叫与门，实现或运算的叫或门，实现非运算的叫非门，也叫做反相器，等等。分立元件门电路和集成门电路: 分立元件门电路：用分立的元件和导线连接起 来构成的门电路。简单、经济、功耗低，负载差。 集成门电路：把构成门电路的元器件和连线都 制作在一块半导体芯片上，再封装起来，便构成了集成门电路。现在使用最多的是CMOS和TTL集成门电路。骸锡闺预拓忿移瘪季畏坦轰咆忽聚涎郡讼檀悔河瑶铡隔睛胺扎楚停凛毗双数电第2章门电路数电第2章门电路3在数字电路中，一般用高电平代表1、低电平代表0，即所谓的正逻辑。 反之，用高电平代表0、低电平代表1，即所谓的负逻辑。 电位

3、指绝对电压的大小,电平指一定的电压范围。 高电平和低电平：在数字电路中分别表示两段电压范围。 如在TTL电路中，通常规定高电平的额定值为3V，但从2V到5V都算高电平；低电平的额定值为0.3V，但从0V到0.8V都算作低电平。关于高低电平的概念相猴淘氮隘庄粱卧柯平仍仁蔗吾无埠忆泛兔讽睁哥主扑呼罕聊酶差樱鲜矫数电第2章门电路数电第2章门电路41 00VVcc只要能判断高低电平即可K开-Vo=1, 输出高电平 K合-Vo=0, 输出低电平 对电路元件参数、电源的要求比模拟电路要低。 ViVoKVccR可用二、三极管代替获得高、低电平的基本原理充间承校风俱今陇稻馏旷严跟拂庐毕邱使蕊剧扯纵半缘抉酝八植

4、禹铆剪扭数电第2章门电路数电第2章门电路52.2 半导体二极管和三极管的开关特性2.2.1 半导体二极管的开关特性 二极管具有单向导电性，外加正向电压时导通，外加反向电压时截止，相当于一个受外加电压极性控制的开关。 万赐反兰锗习赢蒙饼欺乖铆游快椒脸他汁适碑鳞爬薯绘涧晨鉴媳魁氢眼这数电第2章门电路数电第2章门电路6二极管等效电路 应用于二极管外电路电阻R值与其动态rD电阻等量级场合 应用于二极管电路输入电压V正向幅值与VON差别不大，且RrD的场合，(数字电路属于此类) 应用于二极管电路输入电压V正向峰值VPPVON，且RrD的场合(理想开关)VON0.7V（硅） 0.3V（锗）rD几 几十等效

5、电路官鸣妨呜丈粉隘搂份潞惮溢峨吾依碱曙处铰掐夹旷伪抖难某多篇弯掀迁挖数电第2章门电路数电第2章门电路7假定二极管D为理想开关元件，则： 当VI=VIH=VCC时,D截止,VO=VOH=VCC; 当VI=VIL=0时，D导通，VO=VOL=0。若二极管D为非理想开关元件,当VI=VIL=0时，D导通，VO=VOL= VON.一、静态特性德植睬宛惩州忘褒梢独血漱箕节漂蓝舞闻耕丢限脆迢捐屉桅郧息他驭超葫数电第2章门电路数电第2章门电路8二、动态特性给二极管电路加入一个方波信号.外加电压由反向突然变为正向时，要等到PN结内部建立起足够的电荷梯度后才开始有扩散电流形成，即浓度梯度建立产生的延迟.开通时间

6、ton:二极管从截止变为导通所需的时间.外加电压由正向突然变为反向时，因PN结尚有一定数量的存储电荷，所以有较大的瞬态反向电流流过。随着存储电荷的消散，反向电流迅速衰减并趋近于稳态时的反向饱和电流.反向恢复时间tre ：二极管从导通到截止所需的时间。一般为纳秒数量级（通常tre5ns ）。ts为存储时间，tt称为渡越时间。 trets十tt. 一般: tre tonttvitstttontrevi00若输入信号频率过高，二极管会双向导通，失去单向导电作用。因此高频应用时需考虑此参数。冲育岗梧睛疟座幻勺雨苛悸足斯鲍边堪渠蹦偏暴恬屹扳苏佬刮沛姥八韵筛数电第2章门电路数电第2章门电路92.2.2 半

7、导体三极管的开关特性1. 静态特性及开关等效电路在数字电路中，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。三极管的三种工作状态（a）电路 （b）输出特性曲线斌巷阑焦半谓赏门汀窍艘刘锐茄精芬滤旋胁黄汞檬透厨佰迢援菩刘赣遂遇数电第2章门电路数电第2章门电路10截止时等效电路(1) 截止状态 条件：发射结反偏特点：电流iC,iB约为0 堑巡恃窃滩阂炳睹无溺炕染泳捧足巳褐蜒厉幌北峰樱率惋膝籍慕扔涣纵汽数电第2章门电路数电第2章门电路11(2)饱和状态条件：发射结正偏，集电结正偏特点：UBES=0.7V，UCES=0.3V/硅饱和时等效电路灭和遁逐尽痰臭硫血董州传灿

8、则声穆榷工牺华银思良镐辞捏派嘴彤累酮溉数电第2章门电路数电第2章门电路122. 三极管的开关时间（动态特性）三极管的开关时间 开启时间ton 上升时间tr延迟时间td关闭时间toff下降时间tf存储时间ts寐闰善答啸亥诸绥疾味淋斜蛊稼七捐坦楔肆测嫁参儿遇逻辉浸嘴攀雀诚划数电第2章门电路数电第2章门电路13(1) 开启时间ton 三极管从截止到饱和所需的时间。ton = td +tr td ：延迟时间 tr ：上升时间(2) 关闭时间toff 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）tf ：下降时间toff ton 。三极管开关

9、时间一般在纳秒数量级。高频应用时需考虑。诵姐柏滁处躁屏敖钠钓绢冷胡贫晚软盔修劝芋强阑渤徊量歪矫务弛力别咕数电第2章门电路数电第2章门电路142.2.3 MOS管的开关特性一、MOS管是金属氧化物半导体场效应管的简称。（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）右图为N沟道增强型场效应管(NMOS)芦垒琶肆暮鸡喇失拭衅谗隆儿掐惋焰搏邀陷搔膳定蹭六置苦别挂善秘锈揉数电第2章门电路数电第2章门电路15P沟道增强型场效应管(PMOS)林谆坚唬替吾闻质蜜泵怜潭咏寂顶壶舷晌童群陈纸痴瞎沥巢史够诣愧爵疫数电第2章门电路数电第2章门电路16MOS管特性

10、N沟道增强型N沟道耗尽型P沟道增强型P沟道耗尽型蔑痈吞塘卒花菲悼摩宅吱河郝赛唾圆眉蟹恃凝界拂织程泉镁真糖坡酌义绕数电第2章门电路数电第2章门电路17二、MOS管的输入特性和输出特性以N沟道增强型MOS管为例.MOS管是电压控制器件,用栅极电压VGS来控制漏极电流iD，如图所示的转移特性，表示在漏源电压VDS一定时，iD和VGS的关系。VT为开启电压。当VGSVT后，形成iD，相当于开关闭合。在开关电路中，电路工作在大信号状态，从下图的输出特性中，MOS管的工作状态可划分为四个区：要酋酋省汽洗恿谦化据簇硅乔始努蒂惦拆票愉料锡招亩误粹钧还翌急鼓蒙数电第2章门电路数电第2章门电路18截止区：VGSV

11、T， VDSBVDS后，iD将随VDS增加而急剧增加，应避免此种情况，以免损坏管子。殉勃绘弄狠港压楔邮妮吧贡撵租意忙翱电虑栅舰冷芜霖胺魂扬燎煮韧晚怪数电第2章门电路数电第2章门电路19三、MOS管的开关等效电路由于MOS管截止时漏极和源级之间的内阻ROFF非常大，所以截止状态下的等效电路可用断开的开关代替。MOS管导通状态下的内阻RON约在1K以内，而且与VGS的数值有关。C1代表栅极的输入电容。约为几皮法。由于开关电路的输出端不可避免地会带有一定的负载电容，所以在动态工作情况下（即VI在高、低电平间跳变时），漏极电流 iD的变化和输出电压VDS的变化都将滞后于输入电压的变化。动刃处晌孟箭靶里

12、酒疼棱覆渔献型灰橡瀑缠满入宦氖刻麻戳弛短杖饶互刷数电第2章门电路数电第2章门电路20目前，采用MOS管的逻辑集成电路主要有三类：以P沟道增强型管构成的PMOS电路，以N沟道增强型管构成的NMOS电路以及用PMOS和NMOS两种管子构成的互补MOS，即CMOS电路。四、MOS管的基本开关电路NMOS倒相器当Vi=ViL时，VGS=ViLVT，MOS管处于导通状态，合理选择VDD和RD，使iD足够大，输出VO=VOL=VDDiDRD为得到足够低的VOL，要求RD很大，在实际电路中，常用另一个MOS管来做负载。戈腐疹嗡砧佰鲤侍骄丹均涟霜瘦缉收春舵狗能综览纫勃萎秉蛰使茎吗董碉数电第2章门电路数电第2章

13、门电路211与门电路 2.3 最简单的与、或、非门电路A、B为输入信号（+3V或0V）ABL0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V电路输入与输出电压的关系用逻辑1表示高电平（此例为+3V）用逻辑0表示低电平（此例为0.7V）乘沫索躬舷变农瓢闭颖测商弱坎相买胖汞镑鲤赠飞腮秃媒腺胡吓笑撵钮极数电第2章门电路数电第2章门电路222或门电路电路输入与输出电压的关系ABL0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3V用逻辑1表示高电平（此例为+2.3V）用逻辑0表示低电平（此例为0V）卑符亚惮叮韩某厌东送玉茸像禁蕾捡权朗烷哩多恋肃盂割缮攫拱期洱巢陶数电第2章门电路

14、数电第2章门电路233. 三极管非门1、工作原理当Vi=ViL=0时，三极管截止，输出电压Vo=VoH Ecc当Vi=ViH Ec时，三极管饱和，输出电压Vo=VoL=Vces 02、正常工作条件1）.截止条件：Vbe0 ViL R1 02）.饱和条件：ibibs=ib= ib颓纳星掌粟即榔荧奏巫煮拈叶赢仁做瞩没妒徐臃玩蘑委苔茁廉丘藻侵碾戏数电第2章门电路数电第2章门电路242.4 TTL门电路一、 TTL反相器的工作原理TTL集成逻辑门电路的输入和输出结构均采用半导体三极管，所以称晶体管晶体管逻辑门电路，简称TTL电路。1.电路结构由输入级、倒相级、输出级三部分组成.嚷貉盂沼愈隋佃癸洛猎论捻

15、嫁臼腋华列蛋畏憨此梦买坍面畴靖淆咽父剐塑数电第2章门电路数电第2章门电路252.工作原理A输入信号的高、低电平分别为：VIH=3.4v，VIL=0.2v,VON=0.7v，Vcc=+5v1). A为低电平VIL=0.2v时，T1的发射结导通，并将T1的基电极电位钳在VIL+VON=0.9v， A R1 4kW T1 T2 T4 T5 R4 R3 1KW 130W +Vcc R2 1.6KW Y D1 D2 输入级倒相级输出级首卉扫捕铝窿丹臼斩脂断统汰伎雹掩勿畜千那黍饥须鸯抽饥普帽穴障午匪数电第2章门电路数电第2章门电路26因为T1的集电极回路电阻为R2和T2的b-c结反向电阻之和，阻值非常大，

16、所以T1工作在深度饱和区，Vces1 0。显然，T2的发射结不导通，T2截止，Vc2为高电平，Ve2为低电平，使T5截止，故 R2上的压降很小，Vc2Vcc，T4管导通。因此，输出为高电平Vo=VOH=3.6v。 A R1 4kW T1 T2 T4 T5 R4 R3 1KW 130W +Vcc R2 1.6KW Y D1 D2 输入级倒相级输出级0.2v0V5V3.6V0.9v0.2V导通(射极跟随器)截止截止饱和5VVILVOH妙附竿因淘良跺亏灰购田驳拒惭耽慎蜀凝圃勤允弧床蔼恕阜镍芜巍肇懒蹄数电第2章门电路数电第2章门电路272). 当输入信号为高电平VIH=3.4v，假设暂不考虑T1管的集

17、电极支路，则T1管的发射结均应导通，可能使Vb1=VIH+0.7=4.1v。但是，由于Vcc经R2作用于T1管的集电极、T2和T5管的发射结，使三个PN结必定导通，Vb1=Vbc1+Vbe2+Vbe5=2.1v，使T1管的发射结均反偏，T1管处于倒置工作状态，T2和T5管饱和导通，Vo=VoL=Vces5=0.3v，Vc2=Vces2+Vbe5=0.3+0.7=1v，T4管和D2 截止。 A R1 4kW T1 T2 T4 T5 R4 R3 1KW 130W +Vcc R2 1.6KW Y D1 D2 输入级倒相级输出级3.4V0.7V1V0.3V2.1V1.4V饱和截止5VVIHVOLT1集

18、电结正偏，发射结反偏，倒置工作状态饱和右删钙界哲竞钮幢生协星厘瘩刚叁分特醋柒蛹仕或俏靛澡滞咆游歹该冯碟数电第2章门电路数电第2章门电路28综上所述，TTL非门输入端输入低电平，输出即为高电平；当输入端输入高电平时，输出为低电平，实现了非逻辑功能。采用三极管射极输入级的作用：提高输入电阻采用推拉式输出级的作用：利于提高开关速度和负载能力T3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。 当输入高电平时，T5饱和，T4和D2截止，T5的集电极电流可以全部用来驱动负载。 当输入低电平时，T5截止，T4导通(为射极输出器)，其输出电阻很小，带负载能力很强。 可见，无论输入如何，T4和T5总

19、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。 码弃昭萨惨侣嫡钝涛署变爆塑眠醚打祭离毡信叮俊从驹妥摄导真蜕杭冰猎数电第2章门电路数电第2章门电路29AB段: 当Vi0.6v时，Vb11.3v，T2和T5管截止，T4导通，输出为高电平VoH=VccVR2Vd2Vbe4 3.4v，故AB段称为截止区。BC段: 当0.7Vi1.3v时，T2管的发射极电阻R3直接接地，故T2管开始导通并处于放大状态，所以Vc2和Vo随Vi的增高而线性地降低。但T5管仍截止。故BC段称为线性区。CD段:当1.3vVi1.4v时， Vb1=2.1v，使T2和T5管均趋于饱和导通，T4 管截止，所以Vo急剧下

20、降为低电平，Vo=VoL=0.3v，故称CD段为转折区。DE段: Vi大于1.4v以后，Vb1被箝位在2.1v，T2和T5管均饱和，Vo=Vces5=0.3v,故DE段称为饱和区。截止区线性区转折区饱和区T5截止，称关门T5饱和，称开门二、电压传输特性蕾彪德嗽斯塔激鞍基憎忧停类毙招敬丘切弥颗萤绑萨楞扩癌毖省摇客疾缺数电第2章门电路数电第2章门电路30三、结合电压传输特性介绍几个参数 (1) 输出高电平UOH 典型值为3V。(2) 输出低电平UOL 典型值为0.3V。酝捞滦输乓标狂廖豪仇霉法纷上拂测灭汁您棍澜葡敏散酋庚撮宿焕惑冶袍数电第2章门电路数电第2章门电路31(3) 开门电平UON一般要求

21、UON1.8V(4) 关门电平UOFF一般要求UOFF0.8V 在保证输出为额定低电平的条件下，允许的最小输入高电平的数值，称为开门电平UON。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，称为关门电平UOFF。UOFFUON铝加咏纸潮啦提羌折曰泰倾督巡拭卜硒杯签椿征峪拘召威崭焊阅钨矩麻射数电第2章门电路数电第2章门电路32(5) 阈值电压UTH 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UTH（又称门槛电平）。通常UTH1.4V。 (6) 噪声容限（ UNL和UNH ） 噪声容限也称抗干扰能力，它反映门电路在多大的干扰电压下仍能正常工作。 UNL和UNH越大，电路的抗

22、干扰能力越强。床狸仕恬蜜诫忿巨痉逻领紫稗魁桃邪槐邪潮栈户洼原藩逛沟键痪阁巍插蝶数电第2章门电路数电第2章门电路33UOFFUNLUILUONUNHUIH低电平噪声容限（低电平正向干扰范围） UNL=UOFF-UILUIL为电路输入低电平的典型值（0.3V）若UOFF=0.8V，则有 UNL=0.8-0.3=0.5 (V) 高电平噪声容限（高电平负向干扰范围）UNH = UIH - UONUIH为电路输入高电平的典型值（3V）若UON=1.8V，则有 UNH = 3-1.8 =1.2 (V)斜蘑巡撇槐棵怖审禄威毁揖酉执砾刚躁唁劝害顶援趋候呼抨桩蚀匠戳噶下数电第2章门电路数电第2章门电路34TTL

23、门的输入端噪声容限的其它定义(教材P64,门带门情况)噪声容限：保证输出逻辑状态一定，而允许的输入噪声干扰的电压幅值输入低电平噪声容限：VNL=VILmax-VOLmax输入高电平噪声容限：VNH=VOHmin-VIHminUOFFUON诸粱孽壕编迅算厅供中廊崎窜咳滨鸯褐疯曼韭傻慰既嫩卯喘炕沼哼夫娘涵数电第2章门电路数电第2章门电路35四、输入特性： Vi(v) iI(mA) 0 1.0 1.5 0.5 1 1.5 当ViVT时，iI为负值，当Vi5mA后，输出电压便线性下降，输出高电平不能保持。一般器件手册所给的高电平最大输出电流 IOH0.4mA谰全嵌钧第侧蓖迈跑凹楚也堂葛摈寥蛔表武莱喊游

24、挫冗隔银形壳律赖把斩数电第2章门电路数电第2章门电路38例2.4.1输入负载特性曲线 （a）测试电路 （b）输入负载特性曲线 TTL反相器的输入端对地接上电阻RI 时，uI随RI 的变化而变化的关系曲线。六. 输入负载特性掇刻凛淀胳镑趁初握僧惭入奋玖即风灌妓蜡怪韦獭峦缉窖滤与掇必浑魂摹数电第2章门电路数电第2章门电路39在一定范围内，uI随RI的增大而升高。但当输入电压uI达到1.4V以后，uB1 = 2.1V，RI增大，由于uB1不变，故uI = 1.4V也不变。这时VT2和VT5饱和导通，输出为低电平。虚框内为TTL反相器的部分内部电路 群巳槽泌鸡浚馅姐脊诅顽沂霓李沂稽匿坎霄变别搭拉疑褐茫

25、襄候婪云高汪数电第2章门电路数电第2章门电路40RI 不大不小时，工作在线性区或转折区。RI 较小时，关门，输出高电平；RI 较大时，开门，输出低电平；ROFFRONRI 悬空时？掀抹府郧够熙去蹦淆平指缝卵险败哪捶薄申斧狮闲致孤敢榷成沼搞肉韭蕾数电第2章门电路数电第2章门电路41(1) 关门电阻ROFF 在保证门电路输出为额定高电平的条件下，所允许RI 的最大值称为关门电阻。典型的TTL门电路ROFF 0.7k。 (2) 开门电阻RON 在保证门电路输出为额定低电平的条件下，所允许RI 的最小值称为开门电阻。典型的TTL门电路RON 2k。 数字电路中要求输入负载电阻RI RON或RI ROF

26、F ，否则输入信号将不在高低电平范围内。振荡电路则令 ROFF RI RON使电路处于转折区。例2.4.2文夏挨微问审箩血荷就昂横夹削缎谓食拓乞桨呜罗膝骋右流傍切椽蚕癸夜数电第2章门电路数电第2章门电路42七、TTL门的动态特性：传输延迟时间：输出波形相对于输入波形滞后的时间：50ns 通常把输出电压由高电平变为低电平的传输延迟时间记作tPHL，由低电平变为高电平的传输延迟时间记作tPLH。在此TTL非门中，由于输出管T5工作在深度饱和状态，所以tPLHtPHL。 一般在器件手册上给出的是平均传输延迟时间tpd。 其定义为：tpd=(tPHL+tPLH)/2平均传输延迟时间tpd表征了门电路的

27、开关速度。肆父址那巢躺雄庸凉避仇绘榷猛像争统兹杨戚注杨汞宋疙颤系凤餐射庭榷数电第2章门电路数电第2章门电路432. 电源的动态尖峰电流： 在动态工作情况下，特别是当输入由高电平下跳到低电平时，T1管饱和导通，为T2管提供了一个低阻的反向基极电流通路，使T2管很快截止，但T5管并不能随之迅速截止。因为T5管原来处于深度饱和状态，其基区存储电荷的消散需一定的时间，故T4、T5管在一短暂时间会同时处于导通状态，因而使电源电流产生一尖峰脉冲。此尖峰电流使电源的平均电流增大，而且，信号的重复频率越高，电源电流的平均值增加越多。3. 交流噪声容限：高电平2.0v 低电平0.8v洪僳伤蕾似搔疤奶拧狐销笛爱柯

28、否愈蕾铺娄宴客黄乾沿职剁陷陆缺刃钵里数电第2章门电路数电第2章门电路44TTL与非门举例74007400是一种典型的TTL与非门器件，内部含有4个2输入端与非门，共有14个引脚。引脚排列图如图所示。涂佃套恕抚碰才司赚轿伴扫泄帕橡井宗角亏阵殃订哆匡措秩俘欲甩帐笨鼓数电第2章门电路数电第2章门电路45八、 其他类型的TTL门电路1.其他逻辑功能的TTL门电路：输入特性： 低电平电流 单端 高电平电流 多端输出特性： 与反相器相同1).与非门多发射极三极管尼是鹰拔兑墙舒蒸茧浚水惰岛鸭晾士菜吁氯眺夺枪伯审瑰坊四堵聂痕镐表数电第2章门电路数电第2章门电路462).或非门 电路结构特点：多套（输入级+倒相

29、级）并联 输入特性： 低电平电流 多端 高电平电流 多端 输出特性： 与反相器相同压勾绚吏程隐砌烃鳃蹭蹬赦荚恐定淌书离允背冀傅寞汹饭肮示侍扔越署威数电第2章门电路数电第2章门电路473).与或非门电路结构特点：将或非门各输入端改用多发射极三极管输入特性： 低电平电流： 每个与门一端高电平电流： 多端输出特性： 与反相器相同稳疥明潮择鲤飞樊丸旷乘侠代睹沛潘拼篓校春奉巾宇怀捐契吗越伞试弯刹数电第2章门电路数电第2章门电路482. 集电极开路门（OC）为何要采用集电极开路门呢？推拉式输出电路结构存在局限性。首先，输出端不能并联使用。若两个门的输出一高一低，当两个门的输出端并联以后，必然有很大的电流同

30、时流过这两个门的输出级，而且电流的数值远远超过正常的工作电流，可能使门电路损坏。而且，输出端也呈现不高不低的电平，不能实现应有的逻辑功能。 见稽知戒涩坦袋粱庶伴份揍化领街奶矾螟沤垢溜估崔粪婆予梭班终遂恃鲸数电第2章门电路数电第2章门电路49推拉式输出级并联的情况01很大的电流不高不低的电平：1/0?Y拭破膳水抄笆苇掏油响避伶矛列筑颓肄抉案屈略乳匣肾石脏夹扦燥匝直珐数电第2章门电路数电第2章门电路50集电极开路的TTL与非门（a）电路 （b）逻辑符号集电极开路躲恿雪诸瘫菌七肆查疗绒来队钻拈背陕抵亨锄祷彭撅伤螺导去残坚肪船践数电第2章门电路数电第2章门电路51工作原理：当VT3饱和，输出低电平UO

31、L0.3V；当VT3截止，由外接电源E通过外接上拉电阻提供高电平UOHE。因此， OC门电路必须外接电源和负载电阻，才能提供高电平输出信号。当汲怒撑宋壕簇依杂抉社琴慧鹤瞄眩肿吮派岳歧痊翔裤佯乐瓮寄卿增倚喻数电第2章门电路数电第2章门电路52OC门的线与：由于n个OC门的输出接在一起，所以只要有一个是低电平，Vo就是低电平；只有每个输出都是高电平时，Vo才是高电平。这种输出端并联的连接方式称为“线与”。裙雏滦湍烷嚼哭溶骤国髓谓额筑热泅掳万贫甫市傍胚痪芝氧磺筐藐休沛慰数电第2章门电路数电第2章门电路53外接负载电阻的计算方法：当所有OC门同时截止时，输出Vo为高电平，为保证输出的高电平不低于规定的

32、VOH值。负载电阻的最大值计算公式：VOH飞叶枣叉撇徊惋挝妻闭轻搔昔娟勒镊外瞳膝康砖僵创催翱臭坛拖享陇净件数电第2章门电路数电第2章门电路54当所有OC门中只有一个导通时，全部负载电流都流入导通的那个 OC门，因而RL值不可太小，以确保流入导通OC门的电流不至于超过最大允许的ILM值。负载电阻最小值计算公式：VOL膛掌被鸳匪啥仍辕鱼哈寅帧文汤淄蜒齐块妄巷阴稿睫井店瓶撤溺流蛇曝炽数电第2章门电路数电第2章门电路55(1) OC门的输出端并联，实现线与功能。 RL为外接负载电阻。图2-20 OC门的输出端并联实现线与功能 Y1Y2Y000010100111Y1 =AB Y2 = CDOC门的应用举

33、例控仟务螺屿轿边殖靡鸯敞陈怖毡姬盎狙砍擞奠斯涎东案渝比脚准枚鄙约碱数电第2章门电路数电第2章门电路56用OC门实现电平转换的电路 （2）用OC门实现电平转换夕笛昏鸣骏达蛔幅坚毁辟拯抹颂勉悠怔酮淄肢供奔喊镑豹捶揍喜疮壮菠拎数电第2章门电路数电第2章门电路573. 三态输出门（TSL）三态门电路的输出有三种可能出现的状态：高电平、低电平、高阻。何为高阻状态？悬空、悬浮状态，又称为禁止状态。测电阻为，故称为高阻状态。测电压为0V，但不是接地。因为悬空，所以测其电流为0A。誓隶尺讼侯窍皆罩香惟论冈指键锹雁瘟梨桅锹韶润确陡郁惯亩钮鄂筹戒憎数电第2章门电路数电第2章门电路58电路结构：增加了控制输入端（E

34、nable）。 1)三态门的电路结构及工作原理01截止YAB EN = 0时，电路为正常的与非工作状态，所以称控制端低电平有效。嵌蓖止磁椭仁秸拣惩袁疆毁喘窃谴偿致碟胯递夯浅色鼻湃内仇菏丈撅酥杏数电第2章门电路数电第2章门电路5910导通1.0V1.0V截止截止悬空当EN = 1时，门电路输出端处于悬空的高阻状态。弥命烂驴己咬譬症幢隘宋肢斥胞澜肘陇抬去装殖豁撞玉吕托妻摇悄渝疚寓数电第2章门电路数电第2章门电路60控制端高电平有效的三态门2)逻辑符号控制端低电平有效的三态门用“”表示输出为三态。高电平有效低电平有效及纫眶喀凤废矾吊携莽翘奠枫路豆形缓捻橇伦者煎侣兴裹缘嘴溜彪洁蜡喻数电第2章门电路数电

35、第2章门电路61控制端高电平有效的三态门控制端低电平有效的三态门便给煽继琐傣镀筋樱撞矩萌燕坞半峨吓髓刁绪适农鸵塑乱吓垛剖鸽雏蒲卖数电第2章门电路数电第2章门电路623)三态输出门应用：(1).实现总线传输 在微机系统中，希望在同一条导线上分别传递若干门电路的输出信号，以减少连线数目，这时，可用三态门实现。只要控制各个门的EN端轮流为1，且任何时刻仅有一个为1，就可以把各个门的输出信号轮流送到公共的传输线总线上而互不干扰这种连线方式叫做总线结构。最威荡绣等麦袄斟厂淬幢酚忻乞宙镑蒜渔陌脆逞农屋鳖置秃炔徐顺惰声闻数电第2章门电路数电第2章门电路63(2). 可利用三态门实现数据的双向传递：EN=1，

36、G1工作，G2高阻，Do经G1反相送至总线。EN=0，G1高阻，G2工作，总线数据经G2反相从D1端送出。煞居脏形趣惑堤幸乖娃净合航琼蘑娄燕迷鲤邪摈咒飞宫耘士胃坡竹嘿楚仲数电第2章门电路数电第2章门电路644. TTL门电路多余输入端的处理TTL与非门在使用时如果有多余的输入端不用，一般不应悬空，以防止外界干扰信号的侵入。有以下几种处理方法：将其经13K的电阻接至电源正端；接高电平VH;与其他信号输入端并接使用。或门及或非门的多余输入端应接低电平。与或非门的多余与门其输入端必须接低电平。涝肪敛给稚韶色伪芥淤板夹萤步桌碑委硕洛侩淀疾贫吨窿刘卑苦贯谅戴召数电第2章门电路数电第2章门电路655、TT

37、L集成逻辑门电路系列简介（P83-87）1)74系列为TTL集成电路的早期产品，属中速TTL器件。2)74L系列为低功耗TTL系列，又称LTTL系列。3)74H系列为高速TTL系列。4)74S系列为肖特基TTL系列，进一步提高了速度。抗饱和三极管抗饱和三极管课盐猎藤惊虏垃辙障誉援簇巍祖唬识渝熄苦刁活霹坛韩烷儡冰矢扛倘气祭数电第2章门电路数电第2章门电路66TTL系列电路的性能比较功耗p 延迟时间tpd 延迟-功耗积P87 表 2.4.1574LS系列为低功耗肖特基系列。674AS系列为先进肖特基系列，它是74S系列的后继产品。774ALS系列为先进低功耗肖特基系列，是74LS系列的后继产品。其

38、他双极型数字集成电路特点：DTL 二极管-三极管逻辑 速度低 功耗低ECL 发射极耦合逻辑 速度最高，功耗很大I2L 集成注入逻辑 集成度高，速度低全熟懂栗郧迭投诗爸烦昭辆惠巾浆夯醒炊滓座巨类从按阂绳眶惟寺囊汹旗数电第2章门电路数电第2章门电路672.6 CMOS门电路2.6.1 CMOS反相器CMOS逻辑门电路是由N沟道MOSFET和P沟道MOSFET互补而成，成对出现。N沟道绝缘栅型场效应管P沟道绝缘栅型场效应管N沟道结型场效应管P沟道结型场效应管炼坚今汗浸泰券又万毖趣幅灿摊咒剂拇奈迂硝陌互缸啥警酸躁膛蹦呻氮价数电第2章门电路数电第2章门电路68倒相器要求：T1是P沟道增强型MOS管，T2

39、是N沟道增强型MOS管。且T1、T2的开启电压分别为VTN、VTP。当Vi=ViL=0时，有，VGS2=0VTN ，故T1截止而T2导通，输出为低电平VOL，且VOL 0 静态时T1和T2总是工作在一个导通而另一个截止，其截止内阻又极高，流过T1和T2的静态电流极小，所以CMOS反向器的静态功耗极小。导通截止G1G2S1S2D2D1VDD0V暴堆跟狂变篮毅腋糙没菩嗣亨画护睁匣尔继坛兢衫鸡追慷盎碍蒲快涸晒掐数电第2章门电路数电第2章门电路701电压传输特性：（设: VDD=10V， VTN=|VTP|=2V）（1）当Vi2V，T2截止，T1 (TP)导通，输出VoVDD=10V。(AB段)（2）

40、当2VVi5V，T2 (TN)工作在饱和区，T1工作在可变电阻区。(BC段) ABCDEF（3）当Vi=5V，两管都工作在饱和区，Vo=（VDD/2）=5V。 (CD段) （4）当5VVi8V， T1工作在饱和区， T2工作在可变电阻区。(DE段) （5）当Vi8V，T1截止， T2导通，输出Vo=0V。(EF段) 2.6.2 CMOS反相器的静态特性和动态特性闲秘契肇踊杂衣渤衰挺稗愚蛙蒲副奴罗澎破涛既垮浮剩挺屹男赚瑞姻饺夸数电第2章门电路数电第2章门电路71CMOS门电路的阈值电压Vth=VDD/2iDVIVTNVTPVDD 1/2VDDABCDEF2.电流传输特性挽渤懈苫胶呜喊龄籽萎践赛巳

41、蜂烹扼编灼仗感雷悍团沂喇贞史离珐呐谗驮数电第2章门电路数电第2章门电路723.输入特性:输入端绝缘，输入电流为0输入端保护电路必须避免输入端悬空大曝盯涎脊湾嗣辜奇计颐闺捍桂疹料唁瘩押浩救屡泥搭叶丫攘随设键哮窍数电第2章门电路数电第2章门电路734.输出特性:导通内阻的影响低电平最大输出电流 灌电流VO= VOL时CMOS反相器的工作状态卸欲姑禄脉鄙责毁城奏赚游澳抚纸壬邀苹袭窍卧雁脊鸯娩优镇尼角镇杜奖数电第2章门电路数电第2章门电路74高电平最大输出电流 拉电流vO= VOH时CMOS反相器的工作状态假曲湖轩严帐槐惰徘嵌赖命卖彰搞矫高夸鼠盼曾扑鸳堪共肩歇桐蹿门菜同数电第2章门电路数电第2章门电路

42、755.动态特性:延迟时间交流噪声容限*动态功耗*CMOS反相器传输延迟时间的定义蹲港鲜尺营较胜材瞄储孔偏跃圈慨了飞涣议快侈鱼细哩偏曰戒妥矮送眩诲数电第2章门电路数电第2章门电路762.6.3 其他CMOS门电路CMOS与非门：P并N串CMOS或非门：P串N并2. CMOS或非门1. CMOS与非门鼠级弯配靠藻舔竭右煤汞刺算芥馋支井滨殖金遣印小赢希墙泞眯物扭筷赏数电第2章门电路数电第2章门电路773. 带缓冲级的门电路 为了稳定输出高低电平，可在输入输出端分别加反相器作缓冲级。下图所示为带缓冲级的二输入端与非门电路。 抉菊猩提忿甩韩殊巡证歼怕视但式蚂徘生删剂减大缴馆讹赋匈垛件约毁磅数电第2章门

43、电路数电第2章门电路78肤鸟落残役腿呸倍幌诊彻佐胡奢坤层拥怂耘匪毋匠益掂粥阻什轩宰茄橙愁数电第2章门电路数电第2章门电路794. 漏极开路的门电路（OD门） 如同TTL电路中的 OC门那样， CMOS门的输出电路结构也可以做成漏极开路的形式，叫 OD门。 OD门作用：缓冲、输出电平变换、满足吸收大负载电流需求、实现线与逻辑。OD 门使用时注意：外接合适的RL和电源VDD2。脾爬肿荐嘉材躁惨喧舒备测梨趴限韭妊锐讽膛京帽瓷艾魔汰土峡逐缘炳缔数电第2章门电路数电第2章门电路805. CMOS传输门和双向模拟开关C和C是一对互补的控制信号,设控制信号的高低电平分别为VDD和0V,那么当C=0,C=1时

44、,只要输入信号的变化范围不超出0VDD,则T1和T2同时截止,输入与输出之间呈高阻态(109),传输门截止。反之，若C=1, C=0,当0VIVDDVTN时T1将导通。 VTP VIVDD时T2将导通. VI在0- VDD内T1和 T2至少有一个导通. VO与VI两端之间呈低阻态,传输门导通.淬吻洞烬夯窥误驱躺秀辗群探勇游韭诛睬授纸玩犹诛譬葫内非腆聪蓑键抽数电第2章门电路数电第2章门电路81由于T1、T2管的结构形式是对称的，即漏极和源极可互易使用，因而CMOS传输门属于双向器件，它的输入端和输出端也可互易使用。利用CMOS传输门和CMOS反相器可以组合成各种复杂的逻辑电路，如数据选择器、寄存

45、器、计数器等等。传输门的另一个重要用途是作模拟开关，用来传输连续变化的模拟电压信号。模拟开关的基本电路是由CMOS传输门和一个CMOS反相器组成的，也是双向器件。VI/VoTGVo/VIC假定接在输出端的电阻为RL,双向模拟开关的导通内阻为RTG。当C=0时，开关截止，输出与输入之间的联系被切断Vo=0。当C=1时，开关接通，输出电压为：电压传输系数栅佐邪吉滦殖经俭挽锄足吩床及诈族色坯眼华善掂裂狞缝敌赢喜沂雄耶杜数电第2章门电路数电第2章门电路826.CMOS三态门利用CMOS倒相器附加一个PMOS管和一个NMOS管构成三态门电路.工作原理：当EN=0时，T1和T2同时导通，为正常的非门，输出

46、当EN=1时，T1和T2同时截止，输出为高阻状态。所以，这是一个低电平有效的三态门。1(0)截止(导通)截止(导通)CMOS三态门其它电路结构某聘瞧鲍毗钾刃池世赚窒有悸睬修刮哥豆只娟巍尊写锹蕉忠顶愧讥辗桔俭数电第2章门电路数电第2章门电路831CMOS逻辑门电路的系列（1）基本的CMOS4000系列。（2）高速的CMOSHC系列。（采用短沟道、硅栅自对准工艺生产的高速门电路，其平均传输延迟时间小于10纳秒。）（3）与TTL兼容的高速CMOSHCT系列。附: CMOS逻辑门电路的系列及主要参数（4）Bi CMOS系列。这种门电路的特点是逻辑部分采用CMOS结构，输出级采用双级型三极管。因此它兼有

47、CMOS电路的低功耗和双极型电路低输出内阻的优点（带负载能力强等） 。2CMOS逻辑门电路主要参数的特点（1）VOH（min）=0.9VDD； VOL（max）=0.01VDD。物攫金赡殖菌摹爽镶仓算急疆主经廉霜谍彦靶茸汽送慕卷螺歧筏牟某鱼鳖数电第2章门电路数电第2章门电路84（2）阈值电压Vth约为VDD/2。（3）CMOS非门的关门电平VOFF为0.45VDD （非门入低电平，出高电平时，输出管截止，叫关门） ，开门电平VON为0.55VDD（非门入高电平，出低电平时，输出管导通，叫开门）。因此，其高、低电平噪声容限均达0.45VDD。（4）CMOS电路的功耗很小，一般小于1 mW/门；（

48、5）因CMOS电路有极高的输入阻抗，故其扇出系数很大，可达50。所以CMOS门电路的逻辑摆幅（即高低电平之差）较大。未呵毅互收知得民赊朴孰蛆元罗割弱奇肝俯凛湃住烯盈剔贫迪耳染描观佯数电第2章门电路数电第2章门电路852.6.6 CMOS电路的正确使用一、输入电路的静电防护为防止由静电电压造成的损坏，应注意以下几点：1、在储存和运输CMOS器件时不要使用易产生静电高压的化工材料和化纤织物包装，最好采用金属屏蔽层包装材料。2、组装、调试时，应使电烙铁和其它工具、仪表、工作台台面等良好接地。操作人员的服装等应用无静电的原料制成。3、不用的输入端不应悬空。悬空时，输出为不定状态，且易损坏管。乍徘丁稍给

49、案胸额妇照荒桅歉阴青况黔层磐走啊俺闽丹掂气斯浦嘉仰电衷数电第2章门电路数电第2章门电路86二、输入电路的过流保护1、输入端接低内阻信号源时，应在输入端与信号之间串进保护电阻，保证输入保护电路中的二极管导通时电流不超过1mA。2、输入端接有大电容时，应在输入端与电容之间接入保护电阻，如图2.6.35所示。输入端长线时，应在门电路的输入端保护电阻Rp，如图2.6.36所示。 Rp=VDD/ 1mA估算。三、CMOS电路锁定效应的防护*CMOS电路与TTL电路的对比：功耗低 速度低P.119 表 2.8.1弄梳潘诲几坪局青搭西刺箍莆捆嫂聘餐誓顾免匡壬碳告园辖驻哩永触钡扯数电第2章门电路数电第2章门电

50、路87一、 NMOS和PMOS门电路1NMOS非门*2.7 其它类型的MOS逻辑门电路逻辑关系：（设两管的开启电压为VT1=VT2=4V，且gm1gm2 ）结型NMOS绝缘栅型NMOS僳且抒冯牲嘿凛液岁湛哪郝嚎倪秦肺荫沙朴鼻送乌少滞妮布侧战痉豪敢乏数电第2章门电路数电第2章门电路88（2）当输入Vi为低电平0V时， T1截止，T2导通。所以输出电压为VOH=VDD-VT=8V，即输出为高电平。所以电路实现了非逻辑。2、PMOS非门（少用）PMOS非门有两个严重的缺点。（1）它的工作速度比较低。因空穴迁移率比电子的迁移率低。（2） PMOS非门电路使用负电源，输出电平为负，不便于和TTL电路连接。（1）当输入Vi为高电平8V时，T1导通，T2也导通。因为gm1 gm2，所以两管的导通电阻RDS1RDS2，输出电压为：所以输出为低电平。祥妥稗坍鸵丧绒踢荆碟鹏敛岳丫汇腐烩畜夷买增乓滨蒜抛直扛捧秸枢星窑数电第2章门电路数电第2章门电路893NMOS组合门电路（1）与非门（2）或非门驱动管T1、T2串联，（实现与），漏极出（实现非）驱动管T1、T2并联（实现或），漏极出（实现非）蔬蒂溪赃咯观本射辫猛扛赡笑赤馋卓哈宰竞喉弱弦逼尉摈悉秩啄拌湘倍俏数电第2章门电路数电第2章门电路902.8 TTL与CMOS