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1、获得高、低电平的基本方法：获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件利用半导体开关元件的导通、截止（即开、关）两种工作状态。的导通、截止（即开、关）两种工作状态。逻辑逻辑1和和0：电子电路中用高、低电平来表示。电子电路中用高、低电平来表示。逻辑门电路：逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路，简称门电路。子电路，简称门电路。基本和常用门电路有与门、或门、非门（反相器）、基本和常用门电路有与门、或门、非门（反相器）、与非门、或非门、与或非门和异或门等。与非门、或非门、与或非门和异或门等。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、二极管的
2、开关特性二极管的开关特性二极管符号：二极管符号：正极正极负极负极uD ui0V时，二极管截止，时，二极管截止，如同开关断开，如同开关断开，uo0V。ui5V时，二极管导通，时，二极管导通，如同如同0.7V的电压源，的电压源，uo4.3V。二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度。二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度。3.2.2 二极管与门二极管与门Y=AB、二极管或门二极管或门Y=A+B3.3 TTL集成门电路集成门电路集成门电路按开关元件分类集成门电路按开关元件分类 二极管二极管-晶体三极管逻辑门（晶体三极管逻辑门（DTL）集集 晶体三极管晶体三极管-晶体三极管逻辑门晶体三极管逻辑门
3、（TTL）成成 双极型双极型 射极耦合逻辑门射极耦合逻辑门（ECL）逻逻 集成注入逻辑门电路集成注入逻辑门电路（）辑辑 N沟道沟道MOS门门(NMOS)门门 单极型单极型(MOS型型)P 沟道沟道MOS门门 (PMOS)互补互补MOS门门(CMOS)集成：把晶体管、电阻、和导线等封装在一个芯片上。集成：把晶体管、电阻、和导线等封装在一个芯片上。、三、三极管的开关特性极管的开关特性uA0V时，三极管截止，时，三极管截止，iB0，iC0，输出电压，输出电压uYVCC5VuA5V时，三极管导通。基极电流为：时，三极管导通。基极电流为：iBIBS，三极管工作，三极管工作在饱和状态。输出电在饱和状态。输
4、出电压压uYUCES0.3V。三极管临界饱和时的基极电流为：三极管临界饱和时的基极电流为：3.3.2 TTL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一、电路结构一、电路结构二、电压的传输特性二、电压的传输特性需要说明的几个问题：需要说明的几个问题：三、输入噪声容限三、输入噪声容限一一.输入特性输入特性3.3.3 TTL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输入电压与输入电流之间的关系曲线，即输入电压与输入电流之间的关系曲线，即ii=f（Vi）输入短路电流输入短路电流IIS二二.输出特性输出特性高高电电平平输输出出特特性性高高电电平平输输出出等等效效电电路路低电
5、平输出特性低电平输出特性低低电电平平输输出出等等效效电电路路门电路输出驱动同类门的个数门电路输出驱动同类门的个数前级输出为前级输出为 高电平时高电平时拉电流负载。拉电流负载。IiH1IiH3IiH2IOH 扇出系数扇出系数因因IL拉拉受限制，故负载数量有限。受限制，故负载数量有限。前级前级IOLIiL1IiL2IiL3前级输出为前级输出为 低电平时低电平时灌电流负载。灌电流负载。因因IL灌灌受限制，故负载数量有限。受限制，故负载数量有限。即输入端通过电阻即输入端通过电阻R接地时的特性接地时的特性输入端输入端“1”,“0”？三三.输入负载特性输入负载特性:ViRIRi2.5K,使使Vi 1.4V
6、,T2、T5导通，导通，T4、D截截止，止，VO=VOL,反向器处于导通状态。反向器处于导通状态。1.4VR0RIViVi=UT 时，时，T2、T4导通，导通，Vb12.1V,使使Vi钳在钳在1.4V。开门电阻开门电阻 RON关门电阻关门电阻 ROFF在保证非门输出为在保证非门输出为低低时，时，允许输入电阻允许输入电阻R Ri i的最的最小小值。值。在保证非门输出为在保证非门输出为高高时，允许时，允许输入电阻输入电阻R Ri i的最的最大大值。值。RON2.5KROFF0.7 K当当RI RON时时，相当输入高电平。相当输入高电平。当当RI ROFF时时，相当输入低电平。相当输入低电平。悬空的
7、输入端悬空的输入端（RI）相当于接相当于接 高电平高电平。3.3.4 TTL反相器的动态特性反相器的动态特性一、传输延迟时间传输延迟时间1、现象现象：导通延迟时间导通延迟时间tPHL截止延迟时间截止延迟时间tPLH传输延迟时间传输延迟时间二、交流噪声容限二、交流噪声容限（b）负脉冲噪声容限负脉冲噪声容限（a）正脉冲噪声容限正脉冲噪声容限 当输入信号为窄脉冲，且接当输入信号为窄脉冲，且接近于近于tpd时，为使输出状态改时，为使输出状态改变所需的脉冲幅度。交流噪声变所需的脉冲幅度。交流噪声容限远大于直流噪声容限。容限远大于直流噪声容限。由于三极管的开关时间和分布电容由于三极管的开关时间和分布电容的
8、充放电过程，输入信号状态变化时的充放电过程，输入信号状态变化时必有足够的变化幅度和作用时间才能必有足够的变化幅度和作用时间才能使输出状态改变使输出状态改变三、电源的动态尖峰电流三、电源的动态尖峰电流2、动态尖峰电流（、动态尖峰电流（P126）影响：影响：1.使电源的平均电流增加；使电源的平均电流增加；2.尖峰电流较大时，将通过电源线和地线及电源的内阻形成尖峰电流较大时，将通过电源线和地线及电源的内阻形成一个系统内部的噪声源。应抑制在允许的限度内。一个系统内部的噪声源。应抑制在允许的限度内。3.3.5 其他类型的其他类型的TTL门电路门电路一、其他逻辑功能的门电路一、其他逻辑功能的门电路1.与非
9、门与非门2.或非门或非门3.与或非与或非4.异或门异或门二、集电极开路的门电路二、集电极开路的门电路1、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 带载能力不强，尤其是高电平带载能力不强，尤其是高电平输出输出 输出端不能并联使用输出端不能并联使用 OC门门2、OC门的结构特点门的结构特点OC门实现的线与门实现的线与三、三态输出门（三、三态输出门（Three state Output Gate,TS）三态门的用途三态门的用途74/54系列（标准系列）：如74 00器件的命名请参照书后的附录SN 74 XX 00 C D 陶瓷封装直插陶瓷封装直插工作温度范
10、围：工作温度范围：070度度器件系列和器件系列和品种代号品种代号生产厂商生产厂商一、高速系列一、高速系列74H/54H1.电路的改进电路的改进:(1)输出级采用复合管（减小输出电阻输出级采用复合管（减小输出电阻Ro）2.(2)减少各电阻值减少各电阻值3.2.性能特点性能特点4.速度提高（速度提高（）的同时功耗也增加（）的同时功耗也增加（）3.3.6 TTL数字集成电路的各种系列数字集成电路的各种系列二、肖特基系列二、肖特基系列74S/54S（Schottky TTL）1.电路改进电路改进(1)采用抗饱和三极管采用抗饱和三极管(2)用有源泄放电路代替用有源泄放电路代替74H系列中的系列中的R3(
11、3)减小电阻值减小电阻值(4)2.性能特点性能特点:速度进一步提高，电压传输特性没有线性区，功耗增大速度进一步提高，电压传输特性没有线性区，功耗增大三、低功耗肖特基系列三、低功耗肖特基系列74LS/54LS（Low-Power Schottky TTL）四、四、74AS,74ALS（Advanced Low-Power Schottky TTL）3.5 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*DTL：输入为二极管门电路，速度低，已经不用：输入为二极管门电路，速度低，已经不用HTL：电源电压高，：电源电压高，Vth高，抗干扰好，已被高，抗干扰好，已被CMOS替代替代ECL：非饱
12、和逻辑，速度快，用于高速系统：非饱和逻辑，速度快，用于高速系统I2L：属饱和逻辑，电路简单，用于：属饱和逻辑，电路简单，用于LSI内部电路内部电路3.4 CMOS3.4 CMOS门电路门电路、场效应、场效应管的开关特性管的开关特性工作原理电路工作原理电路转移特性曲线转移特性曲线输出特性曲线输出特性曲线uiuoGDSRD+VDDGDSRD+VDDGDSRD+VDD截止状态截止状态uiUTuo0开关时间开关时间（1）uA0V时，时，TN截止，截止，TP导通。输出电压导通。输出电压uYVDD10V。（2）uA10V时，时，TN导通，导通，TP截止。输出电压截止。输出电压uY0V。一一.电路结构电路结
13、构工作原理工作原理:3.4.2 CMOS3.4.2 CMOS反相器的电路结构及工作原理反相器的电路结构及工作原理反相器的电路结构及工作原理反相器的电路结构及工作原理二、电压、电流传输特性二、电压、电流传输特性电压传输特性电压传输特性电流传输特性电流传输特性三、输入噪声容限三、输入噪声容限（P82）3.4.3 CMOS 反相器的静态输入反相器的静态输入/出特性出特性一、输入特性一、输入特性二、输出特性二、输出特性3.4.4 CMOS反相器的动态特性反相器的动态特性一、传输延迟时间一、传输延迟时间二、交流噪声容限二、交流噪声容限（P87）三、动态功耗三、动态功耗3.4.5 其他类型的其他类型的CM
14、OS门电路门电路一、其他逻辑功能的门电路一、其他逻辑功能的门电路2.或非门或非门 1.与非门与非门二、漏极开路的门电路（二、漏极开路的门电路（OD门）门）三、三、CMOS传输门及双向模拟开关传输门及双向模拟开关1.传输门传输门2.双向模拟开关四、三态输出门四、三态输出门、CMOS数字电路的特点及使用时的注意事项数字电路的特点及使用时的注意事项（1）CMOS电路的工作速度比电路的工作速度比TTL电路的低。电路的低。（2）CMOS带负载的能力比带负载的能力比TTL电路强。电路强。（3）CMOS电电路路的的电电源源电电压压允允许许范范围围较较大大，约约在在318V，抗抗干干扰能力比扰能力比TTL电路
15、强。电路强。（4）CMOS电电路路的的功功耗耗比比TTL电电路路小小得得多多。门门电电路路的的功功耗耗只只有有几几个个W，中规模集成电路的功耗也不会超过，中规模集成电路的功耗也不会超过100W。（5）CMOS集成电路的集成度比集成电路的集成度比TTL电路高。电路高。（6）CMOS电路适合于特殊环境下工作。电路适合于特殊环境下工作。（7）CMOS电电路路容容易易受受静静电电感感应应而而击击穿穿，在在使使用用和和存存放放时时应应注注意意静静电电屏屏蔽蔽，焊焊接接时时电电烙烙铁铁应应接接地地良良好好，尤尤其其是是CMOS电电路路多多余余不不用的输入端不能悬空，应根据需要接地或接高电平。用的输入端不能
16、悬空，应根据需要接地或接高电平。CMOS数字电路的特点数字电路的特点使用集成电路时的注意事项使用集成电路时的注意事项（1）对于各种集成电路，使用时一定要在推荐的工作条件范围）对于各种集成电路，使用时一定要在推荐的工作条件范围内，否则将导致性能下降或损坏器件。内，否则将导致性能下降或损坏器件。（2）数字集成电路中多余的输入端在不改变逻辑关系的前提下）数字集成电路中多余的输入端在不改变逻辑关系的前提下可以并联起来使用，也可根据逻辑关系的要求接地或接高电平。可以并联起来使用，也可根据逻辑关系的要求接地或接高电平。TTL电路多余的输入端悬空表示输入为高电平电路多余的输入端悬空表示输入为高电平；但；但C
17、MOS电路，电路，多余的输入端不允许悬空多余的输入端不允许悬空，否则电路将不能正常工作。，否则电路将不能正常工作。（3）TTL电路和电路和CMOS电路之间一般不能直接连接，而需利用电路之间一般不能直接连接，而需利用接口电路进行电平转换或电流变换才可进行连接，使前级器件的接口电路进行电平转换或电流变换才可进行连接，使前级器件的输出电平及电流满足后级器件对输入电平及电流的要求，并不得输出电平及电流满足后级器件对输入电平及电流的要求，并不得对器件造成损害。对器件造成损害。利用半导体器件的开关特性，可以构成与门、或门、非门、利用半导体器件的开关特性，可以构成与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、
18、异或门等各种逻辑门电路，也可以与非门、或非门、与或非门、异或门等各种逻辑门电路，也可以构成在电路结构和特性两方面都别具特色的三态门、构成在电路结构和特性两方面都别具特色的三态门、OCOC门、门、ODOD门门和传输门。和传输门。随着集成电路技术的飞速发展，分立元件的数字电路已被随着集成电路技术的飞速发展，分立元件的数字电路已被集成电路所取代。集成电路所取代。TTLTTL电路的优点是开关速度较高，抗干扰能力较强，带负载电路的优点是开关速度较高，抗干扰能力较强，带负载的能力也比较强，缺点是功耗较大。的能力也比较强，缺点是功耗较大。CMOSCMOS电路具有制造工艺简单、功耗小、输入阻抗高、集成电路具有制造工艺简单、功耗小、输入阻抗高、集成度高、电源电压范围宽等优点，其主要缺点是工作速度稍低，但度高、电源电压范围宽等优点，其主要缺点是工作速度稍低，但随着集成工艺的不断改进，随着集成工艺的不断改进，CMOSCMOS电路的工作速度已有了大幅度的电路的工作速度已有了大幅度的提高。提高。本章小结本章小结