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1、第三章第三章门电路门电路1第三章第三章门电路门电路3.1概述概述3.2半导体二极管门电路半导体二极管门电路3.3CMOS门电路门电路*3.4其他类型的其他类型的MOS集成电路集成电路3.5TTL门电路门电路*3.6其他类型的双极型数字集成电路其他类型的双极型数字集成电路3.7Bi-CMOS门电路门电路3.8TTL电路与电路与CMOS电路的接口电路的接口2用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路通称为门电路。通称为门电路。基本逻辑门电路基本逻辑门电路与门、或门、非门与门、或门、非门常用门电路常用门电路与门、或门、非门与门、或门、非门与非门、或非门、
2、与或非门、异或、同或与非门、或非门、与或非门、异或、同或在电子电路中，用高、低电平分别表示在电子电路中，用高、低电平分别表示1 1和和0 0两种逻两种逻辑状态。辑状态。3.1概述概述3正逻辑与负逻辑正逻辑与负逻辑正逻辑：正逻辑：用高电平表示逻辑用高电平表示逻辑1，用低电平表示逻辑，用低电平表示逻辑0负逻辑：负逻辑：用低电平表示逻辑用低电平表示逻辑1，用高电平表示逻辑，用高电平表示逻辑0正负逻辑之间存在着简单的对偶关系，例如正逻辑与门等同于正负逻辑之间存在着简单的对偶关系，例如正逻辑与门等同于负逻辑或门等。（负逻辑或门等。（1表示条件满足、结果发生）表示条件满足、结果发生）ABY00001010
3、0111ABY111101011000正与门正与门负或门负或门VAVBVY0V0V0V0V3V0V3V0V0V3V3V3V用正逻辑用正逻辑用负逻辑用负逻辑ABY001011101110混合逻辑混合逻辑与非门与非门ABY110100010001或非门或非门4在数字系统的逻辑设计中，若采用在数字系统的逻辑设计中，若采用NPN晶体管和晶体管和NMOS管管,电源电压是正值，一般采用正逻辑。电源电压是正值，一般采用正逻辑。若采用的是若采用的是PNP管和管和PMOS管，电源电压为负值，则采用管，电源电压为负值，则采用负逻辑比较方便。负逻辑比较方便。今后除非特别说明，一律采用正逻辑。今后除非特别说明，一律采
4、用正逻辑。逻辑电平逻辑电平高电平高电平VH：大于给定电平值的电压范围（大于给定电平值的电压范围（2V5V）输入高电平输入高电平VIH输出高电平输出高电平VOH低电平低电平VL：小于给定电平值的电压范围小于给定电平值的电压范围（0V0.8V）输入低电平输入低电平VIL输出低电平输出低电平VOL5高电平和低电平都是对应的一段电压范围，因此在高电平和低电平都是对应的一段电压范围，因此在数字电路中，对数字电路中，对电子元件、器件参数精度的要求及其电电子元件、器件参数精度的要求及其电源的稳定度的要求比模拟电路要低。源的稳定度的要求比模拟电路要低。正逻辑正逻辑015V2V0.8V0V负逻辑负逻辑015V2
5、V0.8V0V6VI控制开关控制开关S的通、断。的通、断。S断开，断开，VO为高电平；为高电平；S接通，接通，VO为低电平。为低电平。用来获得高、低输出电平的基本开关电路用来获得高、低输出电平的基本开关电路：缺点：功耗比较大。缺点：功耗比较大。S接通，输出为接通，输出为VOL时，功耗时，功耗改进：采用互补开关电路。改进：采用互补开关电路。VI同时控制开关同时控制开关S的通、断。的通、断。S2断开断开,S1接通接通,VO为高电平为高电平;S1断开断开,S2接通接通,VO为低电平。为低电平。静态功耗静态功耗0 0互补开关电路互补开关电路在数字集成电在数字集成电路中广泛应用路中广泛应用7VISVIS
6、理想开关：理想开关：开关闭合时：开关闭合时：R=0V=0开关断开时：开关断开时：R=I=0开关时间：开关时间：t=0实际使用的开关为晶体二极管、三极管以及场效应管实际使用的开关为晶体二极管、三极管以及场效应管等电子器件。等电子器件。这些电子器件作为开关使用时，也是从这三个方面这些电子器件作为开关使用时，也是从这三个方面讨论其开关特性。讨论其开关特性。81、二极管符号、二极管符号3.2半导体二极管门电路半导体二极管门电路3.2.1半导体二极管开关特性半导体二极管开关特性二极管特性：单向导电性二极管特性：单向导电性在数字电路中，使用二极管的正向导通区（开关闭合）和在数字电路中，使用二极管的正向导通
7、区（开关闭合）和反向截止区（开关断开）反向截止区（开关断开）vi反向截止反向截止正正向向导导通通反反向向击击穿穿VON2、伏安特性、伏安特性电流方程：电流方程：93、二极管开关等效电路、二极管开关等效电路 应应用用于于二二极极管管外外电电路路电电阻阻R R值值与与其其动动态态r rD D 电电阻阻等等量量级级场场合。合。应应用用于于二二极极管管电电路路输输入入电电压压V正正向向幅幅值值与与VON差差别别不不大大，且且RrD的的场场合合，数数字字电电路路属属于于此类。此类。应用于二极管应用于二极管电路输入电压电路输入电压V V正向峰值正向峰值V VPPPPVVONON，且，且RRr rD D 的
8、场合。的场合。10二极管的动态电流波形：二极管的动态电流波形：ovtoit原因：原因：二极管的电容效应二极管的电容效应反向恢复时间反向恢复时间11导通条件及特点导通条件及特点条件：条件：VD0.7V特点：相当于特点：相当于0.7V压降压降的闭合开关的闭合开关二极管开关特性二极管开关特性VI=0SVONIS开关时间：开关时间：t0截止条件及特点截止条件及特点条件：条件：VD0时时产生导电沟道产生导电沟道产生导电沟道时的栅源电压产生导电沟道时的栅源电压UGS称为称为开启电压开启电压，用，用UGS(th)表示表示。17UDS增加（未增加（未夹断）夹断）iD增加增加UGDUGS(th)UDS再增加到再
9、增加到UGD=UGS(th)预夹断预夹断UDS再增加，夹断再增加，夹断区加长区加长,iD不再增不再增加。加。UGDUGS(th)时时加加UDSUGSUGS(th)时时,导通。导通。所以，场效应管可以看成是一个由电压所以，场效应管可以看成是一个由电压VGS控制的开关控制的开关18N沟道增强型场效应管的开关特性：沟道增强型场效应管的开关特性：导通条件：导通条件：VGS VGS(th)特点：特点：导通内阻导通内阻RON1K1K相当于一个相当于一个闭闭合开关合开关截止条件：截止条件：VGS VGS(th)特点：特点：内阻内阻ROFF=，ID0相相当于一个断开的开关当于一个断开的开关C1代表栅极的输入电
10、容。约为几皮法。代表栅极的输入电容。约为几皮法。19二、二、N沟道增强型沟道增强型MOS管的管的输入特性和输出特性输入特性和输出特性输入特性：直流电流为输入特性：直流电流为0 0，看进去，看进去有一个输入电容有一个输入电容CI，对动态有影响。，对动态有影响。输出特性：输出特性：iD=f(VDS)对应不同的对应不同的VGS下的一族曲线下的一族曲线 。转移特性：转移特性：截止区：截止区：VGS109恒流区恒流区可变可变电阻区电阻区20N沟道耗尽型沟道耗尽型场效应管场效应管(NMOS)21P沟道增强型场效应管沟道增强型场效应管(PMOS)导通条件：导通条件：|VGS|VGS(th)|特点：特点：导通
11、内阻导通内阻RON1K1K相当于一个相当于一个闭闭合开关合开关截止条件：截止条件：|VGS|VGS(th)|特点：特点：内阻内阻ROFF=，ID0相相当于一个断开的开关当于一个断开的开关P沟道耗尽型场效应管沟道耗尽型场效应管(PMOS)22目目前前，采采用用MOS管管的的逻逻辑辑集集成成电电路路主主要要有有三三类类：以以N沟沟道道增增强强型型管管构构成成的的NMOS电电路路，以以P沟沟道道增增强强型型管管构构成成的的PMOS电电路路以及以及用用PMOS和和NMOS两种管子构成互补的两种管子构成互补的CMOS电路电路。三、三、MOS管的基本开关电路管的基本开关电路NMOS反相器反相器23设：设：
12、VDD=12V，VGS(th)=2V，VIL=0V，VIH=12VNMOS反相器反相器当当Vi=ViL=0V时时，VGS=ViLVGS(th)，MOS管导通，合理选管导通，合理选择择VDD和和RD，输出，输出VO=VOL为得到足够低的为得到足够低的VOL，要求要求RD很大，在实很大，在实际电路中，常用另一个际电路中，常用另一个MOS管来做负载。管来做负载。243.3.2CMOS反向器的电路结构和工作原理反向器的电路结构和工作原理VGSN=0V-0V=0V VTN，TN导通导通，V VGSPGSP=10V-10V=0V,=10V-10V=0V,TP截止截止,I ID D0 0;输出输出VO=I=
13、ID DR RONON0 0V。N沟道沟道P沟道沟道一、一、CMOS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由由N沟道增强型和沟道增强型和P沟道增强型沟道增强型MOS互补而成互补而成25（4 4）当当5 5VVi8 8V，TP逐渐变为截止，逐渐变为截止，TN导通导通（5 5）当）当Vi8 8V，TP截止，截止，TN导通，输出导通，输出Vo=0=0V。二、电压传输特性二、电压传输特性：（设：（设:VDD=10V，VGS(th)N=|VGS(th)P|=2V）（1）当）当Vi2V,TN截止截止,TP导通导通,输出输出VoVDD=10V（2）当）当2VVi5V，TN开始导通，开始导通，T
14、P导通导通（3）当）当Vi=5V，两管都导通，两管都导通，Vo=（VDD/2）=5V。CMOS门电路的阈值门电路的阈值电压电压VTH=VDD/2N沟道沟道P沟道沟道26二、电压传输特性二、电压传输特性：电流传输特性：电流传输特性：N沟道沟道P沟道沟道27三、输入噪声容限三、输入噪声容限保证输出高、低电平基本不变（在允许的范围内）的条件保证输出高、低电平基本不变（在允许的范围内）的条件下，而允许的输入信号的波动范围称为输入端噪声容限下，而允许的输入信号的波动范围称为输入端噪声容限输入低电平噪声容限：输入低电平噪声容限：VNL=VILmaxVOLmax=0.8V-0.3V=0.5V输入高电平噪声容
15、限：输入高电平噪声容限：VNH=VOHmin-VIHmin=11V-8V=3V0.3V0V12V11V0.8V0V12V8V283.3.3CMOS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:一一、输输入入特特性性：输输入入端端绝绝缘缘，输输入入电电流流为为0，输输入入端端保保护护电电路路必须必须避免输入端悬空避免输入端悬空。29二、输出特性二、输出特性:1 1、输出低电平、输出低电平VO=VOL时的输出特性时的输出特性输出电流流入反相器为正输出电流流入反相器为正改变改变VDD302、输出高电平、输出高电平V VO O=V VOH OH 时的输出特性时的输出特性输出电流流入反相
16、器为正输出电流流入反相器为正输出电流为负输出电流为负3.3.4CMOS反相器的动态特性（略）反相器的动态特性（略）313.3.5 其他类型的其他类型的CMOS门电路门电路P并并N串串1.CMOS与非门与非门ABY00011011一、其他逻辑功能一、其他逻辑功能CMOS门电路门电路1110RON/2RONRON2RON输出电阻输出电阻缺点：缺点：322.CMOS或非门或非门 P串串N并并ABY0001101110002RONRONRONRON/2输出电阻输出电阻缺点与缺点与CMOS与非门类似与非门类似解决方法：用解决方法：用带缓冲级的带缓冲级的CMOS门电路门电路333、带缓冲级的、带缓冲级的C
17、MOS门电路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。下图所示为作缓冲级。下图所示为带缓冲级的二输入端带缓冲级的二输入端与非门电路与非门电路34带缓冲级的二输入端或非门电路：带缓冲级的二输入端或非门电路：35二、漏极开路输出门电路（二、漏极开路输出门电路（OD门门）OD输出的与非门电路结构输出的与非门电路结构特点：特点：需需外外接接上上拉拉（负负载载）电电阻阻和电源才能使用和电源才能使用OD输出的与非门符号：输出的与非门符号：AB=11时，时，TN导通，输出导通，输出VO=0VAB11时，时，TN截止，输出截止，输出VO=V
18、DD2ABY001011101110VO=VDD2VO=036OD门的门的作用：作用：（1）输出端可以并接实现线与）输出端可以并接实现线与Y1Y2Y00011011000137OD门的门的作用：作用：（2 2）实现电平转换。）实现电平转换。如如图图示示，可可使使输输出出高高电电平平变为变为VDD2。（3 3）用做驱动器。）用做驱动器。如如图图是是用用来来驱驱动动发发光光二二极极管管的电路。的电路。38OD门外接电阻门外接电阻RL的计算方法：的计算方法：（1）当所有）当所有OD门同时截止时，门同时截止时，输出为高电平输出为高电平VOHn个个OD门，负载门高电平门，负载门高电平输输入入电电流流m个
19、个VOHIRLRL不能太大。不能太大。RL为最大值时为最大值时要保证输出电压为要保证输出电压为VOH（min）IOH：输出漏电流：输出漏电流IIH：输入漏电流输入漏电流nmIOHIOHIIHIIHIIH39RL不不能能太太小小。RL为为最最小小值值时时要保证输出电压为要保证输出电压为VOL（max）RL（min）RLRL（max）（2）当输出低电平时）当输出低电平时VOLIRLm|IIL|当所有当所有OD门中只有一个导通门中只有一个导通时，全部负载电流都流入导通的那时，全部负载电流都流入导通的那个个OD门，因而门，因而RL值不可太小，以值不可太小，以确保流入导通确保流入导通OD门的电流不至于门
20、的电流不至于超过最大允许的超过最大允许的IOL（max）值。值。IOL(max)IOH|IIL|IIL|IIL|m40例例3.3.2(P96)已知已知IOH(max)=5A,VOL(max)=0.33V,IOL(max)=5.2mA,IIH(max)=|IIL|=1A,n=3,m=6,m=6,VDD=5V,要求要求VOH4.4V,VOL0.33V,计计算算RL的范的范围围.解：解：可取可取RL=10K41三、三、CMOS传输门和双向模拟开关传输门和双向模拟开关C和和C是一对互补的控制信号是一对互补的控制信号,设控制信号的高低电平分别为设控制信号的高低电平分别为VDD和和0V,那么当那么当C=0
21、时时,只要输入信号的变化范围不超出只要输入信号的变化范围不超出0VDD,则则Vi=0VVDDVGS1=0V-VDD，T1始终截止始终截止；VGS2=VDD 0V，T2始终截止始终截止。T1和和T2同时截止，输入与输出之间呈高阻态同时截止，输入与输出之间呈高阻态(109)，传输门截止，传输门截止1、传输门、传输门电路结构：电路结构：逻辑符号：逻辑符号：42反之，若反之，若C=1、C=0时：时：由于由于T1、T2管的结构形式是对称的，即漏极和源极可互易管的结构形式是对称的，即漏极和源极可互易使用，因而使用，因而CMOS传输门属于双向器件，它的输入端和输出端传输门属于双向器件，它的输入端和输出端也可
22、互易使用也可互易使用。Vi=0VVDDVGS1=VDD-Vi=VDD0V，（10V8V2V0V）T1导通导通导通导通截止；截止；VGS2=0V-Vi=0V-VDD，（0V-2V-8V-10V）T2截止截止导通导通导通导通。T1、T2至少有一个门导通，至少有一个门导通，VO=Vi，信号可以传输过来。，信号可以传输过来。设：设：VDD=10V，VGS（TH）=2V，43利用利用CMOS传输门和传输门和CMOS反相器可以组合成各种复杂的反相器可以组合成各种复杂的逻辑电路，如数据选择器、寄存器、计数器等等。逻辑电路，如数据选择器、寄存器、计数器等等。例：例：P98利用利用CMOS传输门和传输门和CMO
23、S反相器构成异或门反相器构成异或门AB TG1TG2Y0 00 00 01 11 10 01 11 10 01 1通通通通断断断断通通通通断断断断1 10 0Y=BY=B442.双向模拟开关双向模拟开关电路结构和符号：电路结构和符号：传输门的另一个重要用途是作模拟开关，用来传输连续变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。化的模拟电压信号。假定接在输出端的电阻为假定接在输出端的电阻为RL,双向模拟开关的导通内阻为双向模拟开关的导通内阻为RTG。当当C=0时，开关截止，输出与输入之间的联系被切断时，开关截止，输出与输入之间的联系被切断Vo=0。当当C=1时，开关接通，
24、输出电压为：时，开关接通，输出电压为：电压传输系数电压传输系数45四、三态输出四、三态输出的的CMOS门电路门电路电路结构：电路结构：逻辑符号：逻辑符号：010AAAEN=0时时：Y=AEN=1时时：Y=Z（高阻态）（高阻态）101A10三态输出三态输出的的CMOS门电路门电路有输出高电平、低电平、有输出高电平、低电平、高阻态三种输出状态。高阻态三种输出状态。46三态门的用途三态门的用途三态门在计算机总线结构中有着广泛的应用。三态门在计算机总线结构中有着广泛的应用。（a）组成单向总线，实现信号的分时单向传送组成单向总线，实现信号的分时单向传送.（b）组成双向总线，实现信号的分时双向传送。组成双
25、向总线，实现信号的分时双向传送。47利用利用CMOS反相器附加一个反相器附加一个PMOS管和一个管和一个NMOS管管也可以构成三态门电路也可以构成三态门电路EN=0时时：Y=AEN=1时时：Y=Z（高阻态）（高阻态）483.3.6CMOS电路的正确使用（略）电路的正确使用（略）3.3.7CMOS数字集成电路的各种系列及主要参数数字集成电路的各种系列及主要参数1 1CMOS逻辑门电路的系列逻辑门电路的系列（1 1）基本的）基本的CMOS40004000系列。系列。（2 2）高速的高速的CMOSHC系列。系列。（3 3）与）与TTL兼容的高速兼容的高速CMOSHCT系列。系列。2 2CMOS逻辑门
26、电路的主要参数逻辑门电路的主要参数（1 1）VOH（min）=0.9=0.9VDD；VOL（max）=0.01=0.01VDD。CMOS门电路的逻辑摆幅（即高低电平之差）较大。门电路的逻辑摆幅（即高低电平之差）较大。（2 2）阈值电压）阈值电压Vth约为约为VDD/2/2。（3 3）CMOS电路的功耗很小，一般小于电路的功耗很小，一般小于1mW/门；门；（4 4）因电路有极高的输入阻抗，故扇出系数很大，可达）因电路有极高的输入阻抗，故扇出系数很大，可达5050。493.5.1、双极型三极管的开关特性、双极型三极管的开关特性一、一、双极型三极管的结构和符号双极型三极管的结构和符号：3.5、TTL
27、门电路门电路 e发射极发射极 集电极集电极c基极基极bPPN e发射极发射极 集电极集电极c基极基极bNNPbecbecIc=IbIe=Ic+Ib50二、二、输入特性和输出特性：输入特性和输出特性：1、输入特性、输入特性VON：开启电压：开启电压VBEVON，VbcVON，发射结、集电结均正偏。发射结、集电结均正偏。Ic Ib截止区：截止区：VbeVON，Vbc Ics/=IBS特点：特点：VBE=0.7V,VCES=0.3V相当于两个闭合开关相当于两个闭合开关截止条件及特点截止条件及特点条件：条件：VBE0becbec0.7V0.3V53三极管反相器三极管反相器：输入电压输入电压VIH=5V
28、，VIL=0V，VCC=5V，RC=1K，Rb=3.3k，三极管的三极管的VBE=0.7V,Vces=0.3V，=20。IBIBS三极管饱和导通三极管饱和导通1.VI=VIH=5V时时假设三极管饱和导通，则有：假设三极管饱和导通，则有：VBE=0.7V,Vces=0.3V 542.VI=VIL=0V时时VBE=0V-0V=0V 0.5V三极管截止，三极管截止，IB=0，IC=0VO=VCC-ICRCVI=VIH=5V时，三极管饱和导通时，三极管饱和导通V0=Vces=0.3VVI=VIL=0V时，三极管截止时，三极管截止V0=Vcc=5V这是一个非门电路这是一个非门电路总结：总结：=VCC 0
29、=5V55一、电路结构：以一、电路结构：以74系列系列TTL反相器的典型电路为例反相器的典型电路为例其中，其中，D1是输入端钳位二是输入端钳位二极管，它既可以抑制输入极管，它既可以抑制输入端可能出现的负极性干扰端可能出现的负极性干扰脉冲，又可以防止输入电脉冲，又可以防止输入电压为负时压为负时T1的发射极电流的发射极电流过大，起到保护作用，正过大，起到保护作用，正常工作时，常工作时，D1不起作用不起作用.3.5.2TTL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TTL型电路：型电路：输入端和输出端都采用了三极管结构，称输入端和输出端都采用了三极管结构，称之为之为:三极管三极管-三极管逻
30、辑电路（三极管逻辑电路（TransistorTransistorLogic），简称为），简称为TTL电路。电路。561、V1=0.2V时时T1能够导通，能够导通，VB1=0.2+0.7=0.9V工作原理：工作原理：T1深度饱和，深度饱和，VCES10VT2、T5截止，截止，I IB2B2=I=IC2C200V VR2R20.2V,V0.2V,VB4B45V-0.2V=4.8V5V-0.2V=4.8VVO=VCC-VR2-VBE4-VD2=5-0.2-0.7-0.7=3.4(V)0.9V0.2V4.8V0.2VT T4 4、D D2 2导通导通572、V1=3.4V时时VB1=3.4V+0.7V
31、=4.1V(不考虑不考虑T2、T5)3.4V2.1V1.4V0.7V1V显然，由于显然，由于T2、T5的存在和的存在和PN结结(VBE)的钳位作用，的钳位作用，T2、T5导通导通，VB1=2.1V，VC1=1.4V，VE1=3.4VT T1 1管倒置管倒置假设假设T2饱和导通饱和导通则则VCES20.3V，VC2=0.3+0.7=1VT2饱和导通饱和导通T2饱和导通饱和导通V VC2=1V，VB2=1V T4、D2截止截止IC5=0，T5深度饱和深度饱和VO=VCES5=0.1V58AY0110工作特点：工作特点：输出级在稳定状态下输出级在稳定状态下T4和和T5总是一个导通而另一个总是一个导通
32、而另一个截止，所以，截止，所以，TTL非门电路静态功耗低、驱动负载非门电路静态功耗低、驱动负载的能力强。的能力强。总结：总结：V1=0.2V时：时：T1深度饱和，深度饱和，T2、T5截止，截止，T4、D2导通，导通，VO=3.4(V)V1=3.4V时：时：T1管倒置管倒置、T2饱和饱和导通、导通、T4、D2截止、截止、T5深度饱和深度饱和VO=VCES5=0.1V59AB段段:当当Vi0.7v时，时，Vb20.7v，T2和和T5管截止，管截止，T4导通，输出为高电平导通，输出为高电平,VoH=Vcc-VR2-Vd2-Vbe4 3.4V故故AB段称为段称为截止区截止区.0.9V0.2V4.8V0
33、.2VBC段段:当当0.7Vi1.3v时时T2管的发射极电阻管的发射极电阻R3直接直接接地，故接地，故T2管开始导通并管开始导通并处于放大状态，所以处于放大状态，所以Vc2和和Vo随随Vi的增高而线性地降的增高而线性地降低。但低。但T5管仍截止。故管仍截止。故BC段称为段称为线性区线性区。ABCVOVI0123321三、电压传输特性：三、电压传输特性：1.4V0.7V4.8V0.7V2.1V1.4V1.0V1.4V60CD段段:当当1.3vVi1.4v时，时，Vb1=2.1v，使使T2和和T5管均管均趋于饱和导通，趋于饱和导通，T4管截止，管截止，所以所以Vo急剧下降为低电平，急剧下降为低电平
34、，Vo=VoL=0.1v，故称故称CD段段为为转折区转折区。1.4V2.1V1.4V0.7V1VDEDE段段:Vi大于大于1.4v以后，以后，Vb1被箝位在被箝位在2.1v，T2和和T5管均饱和，管均饱和，Vo=Vces5=0.1v,故故DE段称为段称为饱和区饱和区。AVOVI0123321BC61（1 1）输输出出高高电电平平电电压压V VOHOH在在正正逻逻辑辑体体制制中中代代表表逻逻辑辑“1 1”的的输输出出电电压压。VOH的的理理论论值值为为3.43.4V，产产品品规规定定输输出出高高电电压压的的最最小小值值VOH（min）=2.4=2.4V。（2 2）输输出出低低电电平平电电压压V
35、VOLOL在在正正逻逻辑辑体体制制中中代代表表逻逻辑辑“0 0”的的输输出出电电压压。VOL的的理理论论值值为为0.30.3V，产产品品规规定定输输出出低低电电压压的的最最大大值值VOL（max）=0.4=0.4V。（3 3）关关门门电电平平电电压压V VOFFOFF是是指指输输出出电电压压下下降降到到VOH（min）时时对对应应的的输输入入电电压压。即即输输入入低低电电压压的的最最大大值值。在在产产品品手手册册中中常常称称为为输入低电平电压输入低电平电压，用用VIL（max）表示。规定表示。规定VIL（max）=0.8=0.8V。（4）开开门门电电平平电电压压VON是是指指输输出出电电压压下
36、下降降到到VOL（max）时时对对应应的的输输入入电电压压。即即输输入入高高电电压压的的最最小小值值。在在产产品品手手册册中中常常称称为为输入高电平电压，输入高电平电压，用用VIH（min）表示。规定表示。规定VIH（min）=2V。几个重要参数几个重要参数62（5）阈值电压阈值电压VTH电压传输特性的过渡区所对应的输入电压，电压传输特性的过渡区所对应的输入电压，即决定电路截止和导通的分界线，也是决定输出高、低电压的分即决定电路截止和导通的分界线，也是决定输出高、低电压的分界线。界线。VTH又常被形象化地称为又常被形象化地称为门槛电压门槛电压。其值为。其值为1.3V1.VVOH（min）=2.
37、4VVOL（max）=0.4VVIL（max）=VOFF=0.8VVIH（min）=VON=2VVTH1.VABCDEVOVI0123321VOHVOH(min)VOLVTHVOffVIL(max)VONVIH(min)VOL（max）VOH=3.4VVOL=0.3V633.5.3TTL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为了正确处理门电路之间以及门电路与其他电路之间的连接为了正确处理门电路之间以及门电路与其他电路之间的连接问题，必须了解门电路的输入特性和输出特性。问题，必须了解门电路的输入特性和输出特性。一、一、输入特性输入特性：当当ViVTH时，时，Ii为负值，当为
38、负值，当Vi0.6v时，时，T2和和T5管截止，管截止，Ii=-IR1,当当Vi=ViL=0.2v时时输入低电平电流输入低电平电流IIL为为:VI=0时的输入电流叫做输入短路电流时的输入电流叫做输入短路电流IIS当当VIL增大时，增大时，|IIL|随之减小。当随之减小。当Vi大于大于1.4v以后，以后，Ii转为正方转为正方向。当向。当VI=VIH=3.4v时，此时的输入高电平电流时，此时的输入高电平电流IIH约为约为10 A。IIH叫做输入漏电流，叫做输入漏电流，74系列的系列的IIH40AIR1iI64输入短路电流输入短路电流IIS流出流出T1，为负值，为负值，Iis=-1.1mA输入低电平
39、电流输入低电平电流IILIIL=-1mAIis输入漏电流输入漏电流IIH流入流入T1，为正值，为正值，IIH40A输入特性曲线：输入特性曲线：IISIILIIH65二、二、输出特性输出特性：1、低电平低电平输出特性输出特性(灌电流灌电流)输出为低电平时，门电路输出端输出为低电平时，门电路输出端的的T5管饱和导通而管饱和导通而T4管截止。管截止。b14KIL+VCC1D1截止截止5饱和饱和TTR截止截止4c4R4Kb1R输出低电平输出低电平IOLC5I=+VCCILIOLIILIIL由于由于T5管饱和导通时管饱和导通时c-e间的间的电阻很小电阻很小,所以负载电流所以负载电流iL增加增加时时VOL
40、仅稍有升高，在一定范仅稍有升高，在一定范围内基本为线性关系。围内基本为线性关系。把允许灌入输出端的电流定义把允许灌入输出端的电流定义为为输出低电平电流输出低电平电流IOL,产品产品规定规定IOL=16mA。N NOLOL称为输出低电平时的扇出系数称为输出低电平时的扇出系数。66IIHIIHIOH|IOH|=NOH IIHN NOHOH称称为为输输出出高高电电平平时时的的扇出系数扇出系数。一般一般NOLNOH，常取两者中的较小值作为门电路的扇出系数，常取两者中的较小值作为门电路的扇出系数，用用N表示。表示。一般器件手册所给的一般器件手册所给的高电平高电平最大输出电流最大输出电流IOH 0.4mA
41、2、高电平高电平输出特性输出特性（拉电流）（拉电流）规定：流入为正规定：流入为正输出电流为负输出电流为负67接接入入电电阻阻RP时时，IR1流流过过RP，RP上必有电压上必有电压VI三、输入端负载特性：三、输入端负载特性：RP=0时，时，VI=0，RP，VI当当VI=1.4V以后以后，T2、T5都都导导通，通，VB1被被钳钳位在位在2.1V左右，即使左右，即使RP再再增加，增加，VI也不会再升高了。也不会再升高了。1.4V2K即即RPRON时时，VI相当于高相当于高电电平；平；RPROFF时时，VI相当于低相当于低电电平平输入端串接电阻时对输入电压的影响输入端串接电阻时对输入电压的影响IR1V
42、I对对TTL门电路，一般取门电路，一般取RON=2K，ROFF=0.7K0.8V0.7K683.5.4、TTL反相器的动态特性（略）反相器的动态特性（略）3.5.5、其他类型的、其他类型的TTL门电路门电路1 1与非门与非门一、其他逻辑功能的门电路一、其他逻辑功能的门电路ABY001011101110流出电流：流出电流：|IIS|流入流入电电流：流：2IIH逻辑功能逻辑功能:输入特性输入特性:输出特性输出特性:与与TTL非门完全相同。非门完全相同。692、或非门、或非门ABY001010100110流出电流：流出电流：2|IIS|流入流入电电流：流：2IIH逻辑功能逻辑功能:输入特性输入特性:
43、输出特性输出特性:与与TTL非门完全相同。非门完全相同。703、与或非门、与或非门流出电流：流出电流：2|IIS|流入流入电电流：流：4IIHABCDY110110输入特性输入特性:输出特性输出特性:与与TTL非门完全相同。非门完全相同。714、异或异或门门72二、集电极开路输出的门电路（二、集电极开路输出的门电路（OC门）门）改进改进：集电极开路门：集电极开路门Y1Y2Y0001101100011、推拉式输出电路结构的局限性、推拉式输出电路结构的局限性输出电平不可调输出电平不可调负载能力不强，尤其是高电平输出负载能力不强，尤其是高电平输出输出端不能并联使用输出端不能并联使用电流太大，电流太大
44、，烧坏！烧坏！73集电极开路门（集电极开路门（OC门）门）注意：注意：OC门必须外接门必须外接合适的负载电阻和电源合适的负载电阻和电源才能正常工作。才能正常工作。ABY001011101110VO=VCCVO=VCes5RLVCC 电路结构电路结构图形符号图形符号与与OD门相同门相同与与OD门相同门相同74OC门的线与：门的线与：75（1 1）实现线与）实现线与 电电路路如如右右图图所所示示，逻逻辑辑关关系系为为:OC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）实现电平转换如如图图示示，可可使使输输出出高高电电平平变为变为1010V。（3 3）用做驱动器）用做驱
45、动器如如图图是是用用来来驱驱动动发发光光二二极极管管的电路。的电路。与与OD门相同门相同76当当EN=1时时，P=0，D导通，导通，T2、T5都截止。都截止。VC2=0.9V，T4、D都截止都截止,这时从输出端这时从输出端Y看进去，呈现高阻，称为看进去，呈现高阻，称为高阻态，或禁止态。高阻态，或禁止态。三、三态输出门电路（三、三态输出门电路（TS TS 门）门）（1）三态输出门的结构及工作原理。）三态输出门的结构及工作原理。相当于一个正常的二输入端相当于一个正常的二输入端与非门，称为正常工作状态与非门，称为正常工作状态。当当EN=0时时，P=1，D截止截止符号：符号：当当EN=1时，工作时，工
46、作77（a）组成单向总线，实现信号的分时单向传送组成单向总线，实现信号的分时单向传送.（b）组成双向总线，实现信号的分时双向传送。组成双向总线，实现信号的分时双向传送。三态门的应用三态门的应用与与CMOS三态门相同三态门相同785 57474LS系列系列为低功耗肖特基系列。为低功耗肖特基系列。6 67474AS系列系列为改进肖特基系列，为改进肖特基系列，它是它是7474S系列的后继产品。系列的后继产品。7 77474ALS系系列列为为改改进进低低功功耗耗肖肖特特基基系列，是系列，是74LS系列的后继产品。系列的后继产品。3.5.6、TTL集成逻辑门电路系列简介集成逻辑门电路系列简介1 1747
47、4系列系列为为TTL集成电路的早期产品，属中速集成电路的早期产品，属中速TTL器件。器件。2 27474L系列系列为低功耗为低功耗TTL系列，又称系列，又称LTTL系列。系列。3 37474H系列系列为高速为高速TTL系列。系列。4 47474S系列系列为肖特基为肖特基TTL系列，进一步提高了速度。如图示。系列，进一步提高了速度。如图示。79（2 2）对对于于或或非非门门及及或或门门，多多余余输输入入端端应应接接低低电电平平，比比如如直直接接接地。接地。TTL集成电路集成电路多余输入端的处理多余输入端的处理（1 1）对于与非门及与门对于与非门及与门，多余输入端应接高电平。多余输入端应接高电平。VCC10k0.1k在前级驱动能力允许时，与在前级驱动能力允许时，与有用的输入端并联使用。有用的输入端并联使用。通过一个大于通过一个大于2K2K的电阻接地的电阻接地与有用的输入端并联使用与有用的输入端并联使用。通过一个小于通过一个小于0.7K的电阻接地的电阻接地.80TTL与非门举例与非门举例74LS0074LS0074LS0074LS00是是一一种种典典型型的的TTL与与非非门门器器件件，内内部部含含有有4 4个个2 2输入端与非门，共有输入端与非门，共有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。逻辑功能：逻辑功能：81