数字电子电路基础教程第三章

3.1数字集成电路的分类3.2TTL与非门工作原理3.3CMOS门电路第三章集成门电路各种系列门电路的性能比较数字集成电路型号的命名法TTL与非门的特性与参数集电极开路（OC）门三态门3.1数字集成电路的分类一.按工艺结构区分：1.按工艺区分IIL电路54/74系列54H/74H系列54LS/74LS系列54AS/74AS系列54ALS/74ALS系列CMOS电路NMOS电路PMOS电路ECL电路HTL电路TTL电路54HC/74HC系列54HTC/74HTC系列4000系列Bi-CMOS型MOS型双极型2.按输出结构区分推拉式输出或CMOS反向器输出OC输出或OD输出三态输出二、按集成度分类小规模集成电路(SSI-SmallScaleIntegration)，每片组件内包含10-100个元件(或10-20个等效门)。中规模集成电路(MSI-MediumScaleIntegration)，每片组件内含100-1000个元件(或20-100个等效门)。大规模集成电路(LSI-LargeScaleIntegration)，每片组件内含1000-100000个元件(或100-1000个等效门)。超大规模集成电路(VLSI-VeryLargeScaleIntegration)，每片组件内含100000个元件(或1000个以上等效门)。逻辑门触发器译码器、数据选择器加法器、计数器、移位寄存器只读存储器、随机存取存储器、微处理器、专用数字信号处理器三.按数字系统设计方法分类1.通用型中规模（MSI），小规模（SSI）集成逻辑件。2.由软件组态的大规模（LSI），超大规模（VLSI）集成逻辑器件，如微处理器、单片机、通用和专用数字信号处理器等。3.专用集成电路ASIC。***全定制半定制PLDPROMPLAPALGALCPLDFPGA各种系列门电路的性能比较开关控制VI控制开关S的断、通情况。S断开，VO为高电平；S接通，VO为低电平。

103.6V0V0.8V1.8V高电平下限低电平上限实际开关为晶体二极管、三极管以及场效应管等电子器件uccV1VoS二极管门电路F=ABCF=A+B+C多发射极晶体管T1

的等效电路1.TTL与非门电路3.2TTL门电路工作原理设：A=0

B=C=1

0.3V3.6V3.6V

则：VA=0.3V

VB1=0.3+0.7=1VVB2=0.3V所以：T2T5

截止

T3T4

导通结果：VF

=5－UBE3－UBE4

5－0.7－0.7=3.6V

拉电流1V0.3V

DA导通F=1BACABC3.6V3.6V3.6V设：A=B=C=1

即：VA=VB=

VC=3.6VVF=0.3V，F=0VF=0.3V2.1VVB3=UCE2+UBE5=0.3+0.7=1V1VT3导通，T4截止

灌电流则：T2T5饱和DA、DB、DC截止T1集电结正偏VB1=+UBE5=2.1V0.7

UBE2+输入悬空时相当于11、电压传输特性BC接高电平UiBCUiUo(V)3.6AB0V≤Ui<0.6VAB段截止区C0.6<Ui<1.3VIc2Uc2BC段线形区2.70.81.3≤Ui<1.4VCD段转折区D1.4V≤UiEDE段饱和区1.80.3UoffUoff----关门电平UonUon---开门电平UT---阈值电压UTUo(V)3.6ABC2.70.8DE1.80.3UoffUoff----关门电平UonUon---开门电平1输出0输出1输入0输入UOH,minUIH,minUNHUIL,maxUOL,maxUNL5V3V0.3V0V5V1.8V0.8V0VUi1、电压传输特性2、输入负载特性&11Ui≤UoffRoff=0.7kΩRon=2kΩUi≥Uon11RF3、输入特性&11UiF～I＋I－①输入短路电流IiS典型值约为-1.5mA。

②输入漏电流IiH

Ui＞UT时的Ii

典型值为10μAUi＞7V后T1的ce结将发生击穿当Ui<-1V时T1的be结可能烧毁4、输出特性①与非门处于开态时，输出低电平T5饱和IL灌电流灌电流增大，使V5脱离饱和UOL将很快增加为了保证UOL≤0.35V应使IL≤25mA4、输出特性②与非门处于关态时，输出高电平由于IR5≈ILUOH=UCC-Uces3-Ube4-ILR5T5截止，T3微饱和，T4导通IL拉电流IL＜5mA时T3、V4处于射随器状态当IL＞5mA时，T3进入深饱和负载电流IL≤14mA，允许的最小负载电阻RL约为170Ω

5.扇入系数和扇出系数扇出系数NO是指一个门能驱动同类型门的个数。当TTL门的某个输入端为低电平时，其输入电流约等于IIS(输入短路电流)；当输入端为高电平时，输入电流为IIH(输入漏电流)。而IIS比IIH大得多，因此按最坏的情况考虑，当测出输出端为低电平时允许灌入的最大负载电流ILmax后，则可求出驱动门的扇出系数NO：6.平均延迟时间tpd输出电压由高电平跳变为低电平的传输延迟时间称为导通延迟时间tPHL，由低电平跳变为高电平的传输延迟时间称为截止延迟时间tPLH74S系列肖脱基系列将Ubc限制在0.3V左右肖特基抗饱和三极管有源泄放网络Uo(V)3.6ABC2.70.8DE1.80.3UT

集电极开路门又称OC(OpenCollector)门图3-13OC门电路集电极开路门集电极开路门V5截止输出端接地电流过大烧坏V5普通与非门输出直接相接门1门2输出高电平V5截止输出低电平V4截止ILUoIL从截止门的V4管流到导通门的V5管UccRLFRL的选取输出高电平时，不低于输出高电平的最小值UOHmin；输出低电平时，不高于输出低电平的最大值UOLmaxF=AB·CDILIoHIoH1100IoLIoL集电极开路门线与功能UccIRLIoH

IoH

IoH

UoIiH

IiH

IiH

集电极开路门UccIRLIoL

IoL

IoL

UoIiL

IiL

IiL

3.6V集电极开路门IRL=nIOL-mIiLRLmin=(Ucc-OLmax)/IRL用OC门构成锯齿波发生器UCCRLCUi1001+-110TTL三态与非门DF：第三状态高阻1V1VT2T5截止二极管D截止VB1=1VVB3=1V二极管D导通EN

=0时

EN=1时T3导通，T4截止0.3VF=ABTTL三态门三态非门三态与门三态与非门三态门eF0b1a

线或（Wired-OR）

F=ae+beQuestionF=?ENEND0D1ENG1G2EN=1时G1工作G2高阻数据从D0D1EN=0时G2工作G1高阻数据从D1D0用三态门实现双向传输三态门应用于总线DisplayPrinterkeysCPU110Bus三态门接于总线，可实现数据或信号的轮流传送00

TTL门电路由晶体管组成，属双极型门电路，MOS门电路由场效应管组成，属单极型门电路，MOS门电路是目前大规模和超大规模数字集成电路中应用最广泛的一种。

MOS门电路分类NMOS电路PMOS电路CMOS电路3.3CMOS门电路称场效应管集成电路P沟道N沟道互补对称结构设：A=0则：T2导通T1截止0F=11设：A=1则：T1导通T2截止F=0F=A1.CMOS反相器该电路具有反相器的功能。10CMOS门电路是一种互补对2.CMOS“与非”门电路P沟道负载管并联N沟道驱动管串联设：A=1，B=1则：T1T2导通T3T4截止F=00设：A=0，B=1（不全为1）则：T2T3导通T1T4截止F=1F=AB负载管和驱动管串联110113.CMOS“或非”门电路P沟道负载管串联N沟道驱动管并联设：A=0，B=0

0

0则：T3