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1、2.1 2.1 概述门电路中以高门电路中以高门电路中以高门电路中以高/低电平表低电平表低电平表低电平表示逻辑状态的示逻辑状态的示逻辑状态的示逻辑状态的1/01/0门电路：实现基本运算、复合运算的单元电门电路：实现基本运算、复合运算的单元电路，如路，如与与门、门、与非与非门、门、或或门门 第1页/共80页获得高、低电平的基本原理高高高高/低电平都允许低电平都允许低电平都允许低电平都允许有一定的变化范有一定的变化范有一定的变化范有一定的变化范围围围围第2页/共80页正逻辑正逻辑正逻辑正逻辑：高电平表示为高电平表示为高电平表示为高电平表示为1 1，低电平表示为，低电平表示为，低电平表示为，低电平表示
2、为0 0高电平表示为高电平表示为高电平表示为高电平表示为0 0，低电平表示为，低电平表示为，低电平表示为，低电平表示为1 1负逻辑：负逻辑：负逻辑：负逻辑：3V（1.8V以上）0.3V（0.8V以下）第3页/共80页2.2 二极管、三极管的开关特性二极管、三极管的开关特性数字电路中，二极管、三极管工作在开关状态：数字电路中，二极管、三极管工作在开关状态：正向导通时：导通电阻很小，两端相当于短路；反向截止时：等效电阻很大，两端相当于开路。当脉冲信号的频率很高时，开关状态的变化速度很快，每秒可达百万次，这就要求器件的开关转换速度要在微秒甚至纳秒内完成。管子开关特性表现在正向导通和反向截止状态之 间
3、的转换过程（即动态特性）：第4页/共80页2.2.12.2.1半导体二极管开关特性二极管的结构：PN结+引线+封装构成PN半导体二极管的结构和外特性半导体二极管的结构和外特性（DiodeDiode）第5页/共80页2.2.1二极管的开关特性：V VI I=V=VIHIH D D截止，截止，V VOO=V=VOHOH=V=VCCCCV VI I=V=VILIL D D导通，导通，V VOO=V=VOLOL=0.7V=0.7V高电平：VIH=VCC低电平：VIL=0 第6页/共80页R导通截止相当于相当于开关断开开关断开相当于相当于开关闭合开关闭合S3V0VSRRD3V0V2.2.1二极管的开关特
4、性：第7页/共80页2.2.2 BJT的开关特性的开关特性1.三极管的基本开关电路只要参数合理：VI=VIL时，T截止，VO=VOH;VI=VIH时，T导通，VO=VOL.第8页/共80页3、三极管的开关等效电路截止状态截止状态截止状态截止状态饱和导通状态饱和导通状态饱和导通状态饱和导通状态简化等效电路简化等效电路饱和导通饱和导通饱和导通饱和导通等效电路等效电路截止状态截止状态截止状态截止状态等效电路等效电路第9页/共80页4、动态开关特性 从二极管已知，PN结存在电容效应。在饱和与截止两个状态之间转换时，iC的变化将滞后于VI，则VO的变化也滞后于VI。第10页/共80页A AB BY YA
5、 AB BY Y0 00 00 00 01 10 01 10 00 01 11 11 1规定3V左右为10V左右为左右为02.3.12.3.1二极管与门0V0V3V3V0.7V0.7V3V3V0V0V0.7V0.7V3V3V3V3V3.7V3.7V0V0V0V0V0.7V0.7V设VCC=5V加到A,B的 VIH=3V VIL=0V二极管导通时 VDF=0.7VABY=AB&第11页/共80页2.3.2.二极管或门二极管或门设设VCC=5V加到加到A,B的的 VIH=3V VIL=0V二极管导通时二极管导通时 VDF=0.7VA AB BY Y0V0V0V0V0V0V0V0V3V3V2.3V2
6、.3V3V3V0V0V2.3V2.3V3V3V3V3V2.3V2.3VA AB BY Y0 00 00 00 01 11 11 10 01 11 11 11 1规定2.3V2.3V以上为1 10V左右为0Y=A+B第12页/共80页二极管构成的门电路的缺点二极管构成的门电路的缺点电平有偏移电平有偏移只用于IC内部电路带负载能力差带负载能力差第13页/共80页ABYVL VLVLVLVHVL1 11ABY1 00 10 00000ABY0 10 01 01 1111VL VHVH VLVH VH电平关系正逻辑负逻辑正与=负或正或=负与正与非=负或非正或非=负与非（与门）（或门）正逻辑与负逻辑高电
7、平VH用逻辑1表示，低电平VL用逻辑0表示高电平VH用逻辑0表示，低电平VL用逻辑1表示第14页/共80页当输入为当输入为逻辑逻辑0 0时时:0 vcc1输入输入A A输出输出Y Y非逻辑真值表 012.3.3 三极管反相器第15页/共80页当输入为逻辑当输入为逻辑1 1时时:1 0.3v0输入输入输入输入A A输出输出输出输出Y Y非逻辑真值表 2.3.3 非门电路非门电路 三极管反相器三极管反相器0110第16页/共80页2.3.3、三极管反相器 实际应用中，为保证实际应用中，为保证实际应用中，为保证实际应用中，为保证V VI I=V=VILIL时时时时T T可靠截止，常在可靠截止，常在可
8、靠截止，常在可靠截止，常在 输入接入负压。输入接入负压。输入接入负压。输入接入负压。非逻辑符号只要电路参数合理，VI=VIL时，T截止，VO=VOH。VI=VIH时，T饱和，VO=VOL第17页/共80页2.4 TTL2.4 TTL门电路门电路TTL:TTL:双极型三极管输入双极型三极管输出的逻辑电路。（Transister-Transister-Logic的缩写）第18页/共80页一、电路组成及工作原理一、电路组成及工作原理1.1.电路组成电路组成输入级输入级中间级中间级输出级输出级2.4.1 TTL反相器第19页/共80页2.TTL TTL反相器的工作原理反相器的工作原理 0.2V0.9V
9、3.6V（1）当输入为低电平）当输入为低电平 vI低电平低电平(0.2V)T1导通导通T2截止截止T3截止截止T4导通导通vO高电平高电平（3.6V）第20页/共80页2.TTL反相器的工作原理 当输入为高电平（当输入为高电平（vI=3.6 V）3.6V 2.1V 4.3V 1.4V 0.2V vI全为高电平全为高电平(3.6V)T1倒置放大倒置放大T2导通导通T3导通导通T4截止截止vO低电平低电平0.2V）VT 时，管子导通，导通电阻很小，相当于开关闭合 。当VGSVT 时，管子截止，相当于开关断开；同样，对P P沟道增强型MOSMOS管来说：当|VGS|VT|时，管子导通，导通电阻很小，
10、相当于开关闭合。第51页/共80页2.6.1 CMOS2.6.1 CMOS反相器反相器1.CMOS反相器的工作原理反相器的工作原理2.CMOS反相器的特点反相器的特点3.CMOS反相器的传输特性反相器的传输特性4.CMOS反相器的工作速度反相器的工作速度第52页/共80页 2.6.1 CMOS 2.6.1 CMOS反相器反相器图2.6.1P-93 电路结构 逻辑符号第53页/共80页当vI=0V时 VGS=0 VTNT2管截止；|VGSP|=VDDVTP 电路中电流近似为零（忽略TN的截止漏电流）,VDD主要降落在TN上，输出为高电平VOH。T1管导通。VDD1.CMOS反相器的工作原理 令管
11、子的导通等效电阻为RON，截止等效电阻为ROFF,则有：第54页/共80页当vI=VOH=VDD时 1.CMOS反相器的工作原理反相器的工作原理VGS=VDD VTNT2管导通；|VGSP|=0 VTP T1管截止。此时，VDD主要降在T1管上，输出为低电平VOL:AY第55页/共80页2.CMOS2.CMOS反相器的特点反相器的特点 因而CMOS反相器的静态功耗极小（微瓦数量级）。T1和T2只有一个是工作的，AY第56页/共80页3 3、电压、电流传输特性、电压、电流传输特性、电压传输特性、电压传输特性:vo=f(vi)电流传输特性：电流传输特性：iD=f(vi)第57页/共80页4、输入噪
12、声容限第58页/共80页结论结论结论结论：可以通过提高可以通过提高可以通过提高可以通过提高V VDDDD来提高噪声容限，来提高噪声容限，来提高噪声容限，来提高噪声容限，CMOSCMOS电路电源电压常大于电路电源电压常大于电路电源电压常大于电路电源电压常大于5V5V。VDD与噪声容限关系第59页/共80页2.6.2 CMOS 2.6.2 CMOS 反相器的静态输入和输出反相器的静态输入和输出特性特性图图33.16 (a)74HC系列输入保护电路与输入特性系列输入保护电路与输入特性1、输入特性、输入特性0viVDD+0.7VVi0 当vi=vih 或vi=vhL时，iI只有很小漏电流。第60页/共
13、80页2、输出特性:vo=f(io)第61页/共80页2 2、输出特性、输出特性第62页/共80页1 1、组成2、工作原理A B0 00 11 01 1 T3 T1 T2 T4Y功能特点：1110通通通通通通通通止止止止止止止止T T1 1T T3 3+VDDYT T2 2T T4 4ABY=AB一、CMOS与非门2.6.4 其他类型的CMOS门电路3、输出逻辑表达式（以二输入为例）两TN管在下，串联；两TP管在上，并联；输0出1，全1出0第63页/共80页（以二输入为例）3 3、输出逻辑表达式：1 1、组成两两两T TTP PP管在上，管在上，管在上，串联串联串联；两两两T TTN NN管在
14、下，管在下，管在下，并联并联并联；2 2、工作原理输1出0，全0出1.功能特点：A B0 00 11 01 1T3 T1 T2 T4Y通止通止通通止止止止通通止通止通1000BAT T3 3T1T2T4VDDY二、CMOS或非门第64页/共80页带缓冲极的带缓冲极的CMOSCMOS门门1 1 1 1、与非门、与非门第65页/共80页2.解决方法图2.6.20 带缓冲级的CMOS与非门电路 P-105第66页/共80页三、漏极开路的门电路（OD门）图2.6.22 P-106OD与非门符号ABY第67页/共80页 这个电阻叫上拉电阻,取值需计算。第68页/共80页1.1.CMOS传输门（TG）组成
15、和逻辑符号当C=0时，C=1时，当C=1，时C=0时，T1、T2总有一个导电，传输门导通。工作时，要求UI在0 VDD之间变化。CMOS传输门是双向输入和输出器件，两端可以互易使用。CT2T1VDDVI/VOVO/VICTGCVI/VOVO/VICT1、T2截止，传输门截止。四.CMOS传输门第69页/共80页2.2.CMOS传输门应用举例利用CMOS传输门和CMOS非门可以组成各种复杂的逻辑电路。当C=0时，SW截止；CMOS双向模拟开关的组成和符号：例如做模拟开关，用来传输模拟信号，这是一般的逻辑门无法实现的。TGCVI/VOVO/VI1SWCVI/VOVO/VI当C=1时，SW导通。第7
16、0页/共80页2、工作原理输出逻辑表达式和图形符号：Y=A高阻 0 01 01 1 T1 T1 T2 T2 1 0高阻高阻YEN A通止通止止通止通通通止止通通止止（EN=0 时）（EN=1时）0 1五、CMOS三态输出门（TS门）1、电路结构第71页/共80页 CMOS CMOS逻辑门电路的技术参数逻辑门电路的技术参数系列系列系列系列参数参数参数参数基本的基本的基本的基本的CMOSCMOS(4000/4000B(4000/4000B系列系列系列系列)高速高速高速高速CMOSCMOS(74HC(74HC系列系列系列系列)与与与与TTLTTL兼容的兼容的兼容的兼容的高速高速高速高速MOS MOS
17、(74HCT(74HCT系列系列系列系列)与与与与TTLTTL兼容的兼容的兼容的兼容的高速高速高速高速BiCMOS BiCMOS(74BCT)(74BCT)系列系列系列系列t tpdpd/ns/ns(C(CL L=15pF)=15pF)7575101013132.92.9P PD D/mw/mw0.0020.0021.551.551.0021.0020.00037.50.00037.5DPDP/pJ/pJ0.150.1515.515.513.02613.0260.00087220.0008722CMOS门电路的性能比较第72页/共80页课堂练习题1.三态门输出高阻状态时，是正确的说法。A.测不
18、出电压数值 B.测得电压较低 C.测得电压较高 D.测得电阻很大2.以下电路中不可以实现输出端并联的有 。A.普通门电路 B.三态门 C.OC门 D.OD门3TTL门电路在正逻辑系统中，以下各种输入端的接法 相当于 输 入逻辑“1”的是 。A.悬空 B.通过电阻10k接到VCC C.通过电阻10k接地 D.通过电阻100接地DA4.指出下列门电路的输出：A、B、C1第73页/共80页5CMOS数字集成电路与TTL数字集成电路相比 的优点是 。A.微功耗 B.高速度 C.高抗干扰能力 D.电源范围宽6CMOS电路在正逻辑系统中，以下各种输入中 相 当于 输 入逻辑“1”。A.悬空 B.通过电阻2
19、.7k接电源 C.通过电阻2.7k接地 D.通过电阻510接地A、C、DB7.TTL系列的门电路系列的门电路,当当VI为多少时为多少时,VO发生跳变？此值与直流电源有关吗？发生跳变？此值与直流电源有关吗？8.CMOS系列的门电路系列的门电路,当当VI为多少时为多少时,VO发生跳变？此值与直流电源有关吗？发生跳变？此值与直流电源有关吗？第74页/共80页 (1)(1)TTL的 电源电压应满足在标准值5V5%的范围内，为防干扰，电源与地之间可接滤波电容。CMOS门的电源在518V。六、数字集成电路使用中应注意的问题 (2)(2)TTL门电路的输出端所接负载，不能超过规定的扇出系数，负载较大时，宜选
20、用灌电流方式。而CMOS门拉灌负载能力差不多。(3)(3)普通门输出端一般不允许直接接电源或地，也不可并接（特殊电路如OC、OD门和三态门除外）。(4)(4)注意门电路多余输入端的处理方法。第75页/共80页接电源接电源通过通过R R接电源接电源输入端并联与使用输入端并联与使用 七.门电路多余输入端的处理方法第76页/共80页接地接地通过通过R R接地接地与使用输入端并联与使用输入端并联对TTL门,R的值有无要求?七.门电路多余输入端的处理方法第77页/共80页本章小结 1、门电路的不同逻辑功能和符号的区别：与、或、非、与非、或非、异或等门电路。2、门电路的不同结构和用途：普通、OC、OD、三态和传输门等。3、门电路的外部电气特性：输入(高、低)，输出(高、低)，输入负载特性等。4、TTL和CMOS门的逻辑功能相同和电气特性的不同。5、计算扇出系数和负载电流的不同情况处理：负载是或门：IIH 和IIL一律要乘以总输入端数,负载是与门：IIH要乘以总输入端数，IIL要乘以总门数。第78页/共80页本章作业自我检测题:（二）；（三）；（四）；习题：2.4；2.5；2.10；2.18；2.21；第79页/共80页感谢您的观看！第80页/共80页