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1、第三章第三章 门电路门电路 本章将着重讨论：本章将着重讨论：TTL、CMOS、及、及ECL等门电路的等门电路的基本结构、基本结构、工作原理、工作原理、外部特性外部特性及应用知识及应用知识第一节第一节 晶体管的开关特性及反相器晶体管的开关特性及反相器 一、半导体二极管开关及其特性一、半导体二极管开关及其特性1、晶体二极管特性曲线及等效电路、晶体二极管特性曲线及等效电路 实实际际特特性性曲曲线线一、半导体二极管开关及其特性一、半导体二极管开关及其特性2、二极管限幅电路、二极管限幅电路 a.限幅概念：限幅概念：当输入电压超出一定范围时，输出电压保持不变。当输入电压超出一定范围时，输出电压保持不变。上
2、限幅：输入电压高于限幅电平时，输出不变上限幅：输入电压高于限幅电平时，输出不变 下限幅：输入电压低于限幅电平时，输出不变下限幅：输入电压低于限幅电平时，输出不变b.二极管限幅原理二极管限幅原理c.限幅电路的应用限幅电路的应用导通时导通时下降时间下降时间上升时间上升时间二极管限幅二极管限幅n开关特性+电阻分压n串联限幅限幅n并联限幅限幅一、半导体二极管开关及其特性一、半导体二极管开关及其特性3、二极管钳位电路、二极管钳位电路 将输出波形底部或顶部固定在所需电平上将输出波形底部或顶部固定在所需电平上二极管二极管+？一、半导体二极管开关及其特性一、半导体二极管开关及其特性4、二极管的开关特性、二极管
3、的开关特性 改进改进措施措施第一节第一节 晶体管的开关特性及反相器晶体管的开关特性及反相器 二二、晶体管三极开关及其特性、晶体管三极开关及其特性 1、晶体三极管特性曲线的折线化和等效电路、晶体三极管特性曲线的折线化和等效电路 二二、晶体管三极开关及其特性、晶体管三极开关及其特性1、晶体三极管特性曲线的折线化和等效电路、晶体三极管特性曲线的折线化和等效电路 饱和等效饱和等效 截止等效截止等效二二、晶体管三极开关及其特性、晶体管三极开关及其特性2、分布电容对反相器的影响、分布电容对反相器的影响 BE结结钳位钳位T截止截止T饱和饱和二二、晶体管三极开关及其特性、晶体管三极开关及其特性3、晶体管的开关
4、特性、晶体管的开关特性 Vb=？第二节第二节 早期门电路早期门电路一、二极管门电路一、二极管门电路 二极管与门二极管与门第二节第二节 早期门电路早期门电路一、二极管门电路一、二极管门电路 二极管门电路特点，优点：简单、经济；二极管门电路特点，优点：简单、经济；二极管或门二极管或门第二节第二节 早期门电路早期门电路一、二极管门电路一、二极管门电路?不足：不足：有电平位移现象有电平位移现象第二节第二节 早期门电路早期门电路二、三极管门电路二、三极管门电路 特点：输出电平不会偏离特点：输出电平不会偏离第二节第二节 早期门电路早期门电路三、电阻晶体管逻辑门（三、电阻晶体管逻辑门（RTL）Resisto
5、r-Transistor Logic 功能？功能？第二节第二节 早期门电路早期门电路三、电阻晶体管逻辑门（三、电阻晶体管逻辑门（RTL）特点：高电平输出时，特点：高电平输出时，负载能力差负载能力差第二节第二节 早期门电路早期门电路三、二极管晶体管逻辑门（三、二极管晶体管逻辑门（DTL）Diode-Transistor Logic二极管与门二极管与门与逻辑与逻辑电平电平移位移位倒相倒相第二节第二节 早期门电路早期门电路三、二极管晶体管逻辑门（三、二极管晶体管逻辑门（DTL）特点：输出低电平时特点：输出低电平时 负载能力差负载能力差问题：问题：为什么为什么RTL低电平负载能力不差？低电平负载能力不
6、差？为什么为什么DTL高电平负载能力不差？高电平负载能力不差？第二节第二节 早期门电路早期门电路四、逻辑约定及逻辑符号四、逻辑约定及逻辑符号 逻辑状态：二进制两个变量的状态逻辑状态：二进制两个变量的状态“1”、“0”，可用不同确，可用不同确定定 范围的电平范围的电平 相对较高逻辑高电平相对较高逻辑高电平H；相对较低逻辑低电平；相对较低逻辑低电平L正逻辑：较高电平对应逻辑正逻辑：较高电平对应逻辑1；较低电平对应逻辑；较低电平对应逻辑0负逻辑：较高电平对应逻辑负逻辑：较高电平对应逻辑0；较低电平对应逻辑；较低电平对应逻辑1正逻辑正逻辑=负逻辑的对偶负逻辑的对偶负逻辑的用途：负逻辑的用途：中断申请，
7、母线中断申请，母线作业：作业：P110-3.13.33.73.93.10 3.13 3.173.27第三节第三节 晶体管晶体管逻辑门（晶体管晶体管逻辑门（TTL）TTL（Transistor-Transistor-Logic）一、概述一、概述二、二、TTL基本门基本门（一）工作原理（一）工作原理（二）电压传输特性（二）电压传输特性（三）噪声容限（三）噪声容限（四）输入输出特性（四）输入输出特性（五）动态特性（五）动态特性（六）（六）TTL与非门与非门 电路的改进电路的改进TTL与非门工作原理与非门工作原理输入级：输入级：完成完成“与与”逻辑功能逻辑功能中间级：中间级：反相反相 输出输出输出级：
8、输出级：电平移位电平移位输出驱动输出驱动TTL与非门工作原理与非门工作原理ABF0.30.33.60.33.63.63.60.33.63.63.60.3=1V5V3.6VT1导通：饱和T2截止：T4、D3导通T5截止：TTL与非门工作原理与非门工作原理ABF0.30.33.60.33.63.63.60.33.63.63.60.32.1V1V0.3VT1倒置工作倒置工作：T2饱和：T4、D3截止T5饱和：TTL与非门总结：与非门总结：1、当任一输入、当任一输入为低电平时，为低电平时，输出为高电平输出为高电平2、当输入均为、当输入均为高电平时，输高电平时，输出为低电平出为低电平1.00.4 0.4
9、（二）电压传输特性（二）电压传输特性VOHminVOLmax线线性性区区输出电压随输入电压的变化输出电压随输入电压的变化电压传输特性电压传输特性VOHminVOLmax可靠低电平：？可靠低电平：？可靠低电平：？可靠低电平：？噪声容限：所允许叠加噪声电压的最大值噪声容限：所允许叠加噪声电压的最大值高电平高电平噪声容限噪声容限低电平低电平噪声容限噪声容限噪声容限：噪声的破坏作用噪声容限：噪声的破坏作用VOHminVOLmax噪声容限噪声容限（四）输入输出特性（四）输入输出特性1、输入特性、输入特性:输入端电流输入端电流iI随输入电压随输入电压VI的变化关系的变化关系。当Vi1.4V时：（四）输入输
10、出特性（四）输入输出特性2、输入负载特性：、输入负载特性：输入电压与输入负载的特性曲线输入电压与输入负载的特性曲线输入接电阻输入接电阻负载时的电路图负载时的电路图输入负载特性输入负载特性VOHminVOLmax？=开门电阻：大于开门电阻：大于2k关门电阻：小于关门电阻：小于600（四）输入输出特性（四）输入输出特性3、输出特性：输出驱动能力、输出特性：输出驱动能力（四）输入输出特性（四）输入输出特性3、输出特性、输出特性（四）输入输出特性（四）输入输出特性3、输出特性、输出特性Why？（四）输入输出特性（四）输入输出特性3、输出特性、输出特性（五）动态特性（五）动态特性VOHminVOLmax
11、（五）动态特性（五）动态特性电源出现尖峰，措施：电源出现尖峰，措施：串电感，并电容串电感，并电容（六）（六）TTL与非门电路的改进与非门电路的改进1、快速型（、快速型（H-TTL）和低功耗型（）和低功耗型（L-TTL）快速快速快速措施：快速措施：（六）（六）TTL与非门电路的改进与非门电路的改进1、快速型（、快速型（H-TTL）和低功耗型（）和低功耗型（L-TTL）低功耗措施：加大电阻低功耗措施：加大电阻 R1=40K ，R2=20K ，R3=500 ，R4=12K（六）（六）TTL与非门电路的改进与非门电路的改进2、肖特基、肖特基 TTL（S-TTL）措施：措施：（六）（六）TTL与非门电路
12、的改进与非门电路的改进3、低功耗肖特基、低功耗肖特基 TTL（LS-TTL）3、低功耗肖特基、低功耗肖特基 TTL（LS-TTL）4、高速型、高速型 TTL（F-TTL）三、其他逻辑功能的三、其他逻辑功能的TTL门电路门电路 1.与或非门与或非门F1F2F3F1=ABF2=CDF3=AB+CD三、其他逻辑功能的三、其他逻辑功能的TTL门电路门电路 2.异或门异或门F=?三、其他逻辑功能的三、其他逻辑功能的TTL门电路门电路 3.集电极开路与非门（集电极开路与非门（OC门）门）为什么？为什么？三、其他逻辑功能的三、其他逻辑功能的TTL门电路门电路 3.集电极开路与非门（集电极开路与非门（OC门）
13、门）三、其他逻辑功能的三、其他逻辑功能的TTL门电路门电路 3.集电极开路与非门（集电极开路与非门（OC门）门）见新符号P14-16三、其他逻辑功能的三、其他逻辑功能的TTL门电路门电路 集电极开路与非门（集电极开路与非门（OC门）门）mn3.集电极开路与非门（集电极开路与非门（OC门）门）OC门输出全高时门输出全高时 RL值的确定值的确定mnVcc-ILRLVOHmin=2.4（二）集电极开路与非门（二）集电极开路与非门（OC门）门）OC门输出只有门输出只有1个为低时个为低时RL值的确定值的确定mnIOLVcc-ILRLVOLmax=0.4（二）集电极开路与非门（二）集电极开路与非门（OC门
14、）门）OC应用应用三、其他逻辑功能的三、其他逻辑功能的TTL门电路门电路 4.三态门（三态门（TS门）门）正常工作正常工作高阻状态高阻状态三态门（三态门（TS门）应用门）应用构成数据总线构成数据总线-0.6VVIH=-0.9VVIL=-1.75V-1.3V第四节第四节 射极耦合逻辑门（射极耦合逻辑门（ECL）一、工作原理一、工作原理-1.75-1.75-2.55-2.1-0.87-1.75-0.9当输入均为VIL-0.6VVIH=-0.9VVIL=-1.75V-1.3V第四节第四节 射极耦合逻辑门（射极耦合逻辑门（ECL）一、工作原理一、工作原理-0.9-1.7-2.1-0.98-1.75-0
15、.9当任一输入为VIH第四节第四节 射极耦合逻辑门（射极耦合逻辑门（ECL）第四节第四节 射极耦合逻辑门（射极耦合逻辑门（ECL）图图(a)所示是所示是H型开路输出限定型开路输出限定符号，表示该输出内部为符号，表示该输出内部为“1”时时(输出晶体管导通时输出晶体管导通时)，外部输出，外部输出H电电平；该输出内部为平；该输出内部为“0”时，外部处时，外部处于高阻抗状态常用于高阻抗状态常用 Z 表示表示)。图图(b)所示是所示是L型开路输出限定符型开路输出限定符号，表示该输出内部为号，表示该输出内部为“0”时时(输输出晶体管导通时出晶体管导通时)，外部输出，外部输出L电平；电平；该输出内部为该输出
16、内部为“1”时，外部处于高时，外部处于高阻抗状态阻抗状态。第四节第四节 射极耦合逻辑门（射极耦合逻辑门（ECL）二、特点二、特点第四节第四节 射极耦合逻辑门（射极耦合逻辑门（ECL）二、特点二、特点 1.由于工作非饱和状态，电阻取值较小由于工作非饱和状态，电阻取值较小，逻辑摆幅小，工作逻辑摆幅小，工作速度高；速度高；2.互补输出，使用方便；互补输出，使用方便；3.采用射极跟随器输出，输出阻抗低，负载能力强；采用射极跟随器输出，输出阻抗低，负载能力强；4.开关状态下电流基本不变，所以开关噪声低。开关状态下电流基本不变，所以开关噪声低。5.VOH与与VEE无关，与无关，与VCC及射随器的射结电压有
17、关及射随器的射结电压有关缺点：缺点：1.噪声容限低噪声容限低 2.功耗大，不利于集成，主要用于高速系统。功耗大，不利于集成，主要用于高速系统。第四节第四节 射极耦合逻辑门（射极耦合逻辑门（ECL）二、特点二、特点 1.由于工作非饱和状态，电阻取值较小由于工作非饱和状态，电阻取值较小，逻辑摆幅小，工作逻辑摆幅小，工作速度高；速度高；2.互补输出，使用方便；互补输出，使用方便；3.采用射极跟随器输出，输出阻抗低，负载能力强；采用射极跟随器输出，输出阻抗低，负载能力强；4.开关状态下电流基本不变，所以开关噪声低。开关状态下电流基本不变，所以开关噪声低。5.VOH与与VEE无关，与无关，与VCC及射随
18、器的射结电压有关及射随器的射结电压有关缺点：缺点：1.噪声容限低噪声容限低 2.功耗大，不利于集成，主要用于高速系统。功耗大，不利于集成，主要用于高速系统。第四节第四节 射极耦合逻辑门（射极耦合逻辑门（ECL）第四节第四节 射极耦合逻辑门（射极耦合逻辑门（ECL）第五节金属第五节金属-氧化物氧化物-半导体逻辑门半导体逻辑门(MOSL)MOS：Metal-Oxide-Semiconductor Logic一、一、NMOS门门源极源极栅极栅极漏极漏极衬底衬底特点：特点：Ri=Ro=第五节金属第五节金属-氧化物氧化物-半导体逻辑门半导体逻辑门(MOSL)MOS：Metal Oxide Semicon
19、ductor一、一、NMOS门门第五节金属第五节金属-氧化物氧化物-半导体逻辑门半导体逻辑门(MOSL)二、二、CMOS门（门（Comlementary MOS）1.非门非门NMOSPMOS第五节金属第五节金属-氧化物氧化物-半导体逻辑门半导体逻辑门(MOSL)二、二、CMOS门（门（Comlementary MOS）1.非门非门第五节金属第五节金属-氧化物氧化物-半导体逻辑门半导体逻辑门(MOSL)CMOS门噪声容限和转换特性门噪声容限和转换特性二、二、CMOS门门2.或非门和与非门或非门和与非门二、二、CMOS门门2.或非门和与非门或非门和与非门二、二、CMOS门门3.CMOS传输门传输门
20、二、二、CMOS门门3.CMOS传输门传输门PCI接口的应用接口的应用二、二、CMOS门门3.CMOS传输门传输门第六节第六节 接口电路接口电路 一、一、TTL与与COMS电路互联电路互联第六节第六节 接口电路接口电路 一、一、TTL与与COMS电路互联电路互联第六节第六节 接口电路接口电路 一、一、TTL与与COMS电路互联电路互联第六节第六节 接口电路接口电路一、一、TTL与与COMS电路互联电路互联第六节第六节 接口电路接口电路二、二、TTL与与ECL电路互联电路互联第六节第六节 接口电路接口电路三、双向收发器三、双向收发器第三章第三章 总结总结1.了解二极管、三极管的开关特性，早期门电
21、路了解二极管、三极管的开关特性，早期门电路重点掌握重点掌握2.TTL与非门的工作原理与非门的工作原理3.TTL门电路的外特性门电路的外特性 传输、输入、输入负载、输出负载特性传输、输入、输入负载、输出负载特性4.OC门和三态门的工作原理及应用门和三态门的工作原理及应用5.了解了解ECL门电路基本工作原理门电路基本工作原理6.了解了解MOS电路基本工作原理电路基本工作原理作业：作业：P110-3.13.33.73.93.10 3.13 3.173.27TTL与非门工作原理与非门工作原理电压传输特性电压传输特性VOHminVOLmax三、其他逻辑功能的三、其他逻辑功能的TTL们电路们电路 （二）集电极开路与非门（二）集电极开路与非门（OC门）门）三、其他逻辑功能的三、其他逻辑功能的TTL门电路门电路 （三）三态门（三）三态门（TS门）门）作业：作业：P110-3.13.33.73.93.10 3.13 3.173.27