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1、EXIT概述概述第第 2 章逻辑门电路章逻辑门电路三极管的开关特性三极管的开关特性TTL集成逻辑门集成逻辑门CMOS集成逻辑门集成逻辑门集成逻辑门的应用集成逻辑门的应用本章小结本章小结EXIT2.1 概概 述述主要要求：主要要求：了解逻辑门电路的作用和常用类型。了解逻辑门电路的作用和常用类型。理解高电平信号和低电平信号的含义。理解高电平信号和低电平信号的含义。EXITTTL即即Transistor-TransistorLogicCMOS即即ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor 一、门电路的作用和常用类型一、门电路的作用和常用类型 按功能特点不同分按功能特
2、点不同分普通门普通门(推拉式输出推拉式输出)CMOS传输门传输门 输出输出开路门开路门三态门三态门门电路门电路(GateCircuit)指用以实现基本逻辑关系和指用以实现基本逻辑关系和常用复合逻辑关系的电子电路。常用复合逻辑关系的电子电路。是构成数字电路的基本单元之一是构成数字电路的基本单元之一按逻辑功能不同分按逻辑功能不同分与门与门 或门或门 非门非门 异或门异或门 与非门与非门 或非门或非门 与或非门与或非门 按电路结构不同分按电路结构不同分 TTL集成门电路集成门电路 CMOS集成门电路集成门电路 输输入入端端和和输输出出端端都都用用三极管的逻辑门电路。三极管的逻辑门电路。用互补对称用互
3、补对称MOS管构成的逻辑门电路。管构成的逻辑门电路。EXIT二、高电平和低电平的含义二、高电平和低电平的含义 高电平和低电平为某高电平和低电平为某规定范围规定范围的电位值，而非一固定值。的电位值，而非一固定值。高电平信号是多大的信号？低高电平信号是多大的信号？低电平信号又是多大的信号？电平信号又是多大的信号？10高电平高电平低电平低电平01高电平高电平低电平低电平正逻辑体制正逻辑体制负逻辑体制负逻辑体制由门电路种类等决定由门电路种类等决定EXIT2.2三极管的开关特性三极管的开关特性主要要求：主要要求：理解理解三极管的开关特性。三极管的开关特性。掌握三极管开关工作的条件。掌握三极管开关工作的条
4、件。EXIT三极管为什么能用作开关？三极管为什么能用作开关？怎样控制它的开和关？怎样控制它的开和关？当输入当输入 uI为为低电平，使低电平，使 uBEUth时时，三极管截止。，三极管截止。iB 0，iC 0，C、E间相当间相当于开关断开。于开关断开。三极管关断的条件和等效电路三极管关断的条件和等效电路IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS负载线负载线临界饱和线临界饱和线 饱饱和和区区放大区放大区一、三极管的开关作用及其条件一、三极管的开关作用及其条件 截止区截止区uBEUthBEC三极管三极管截止状态截止状态等效电路等效电路uI=UILuBE+-Uth为门限电压为
5、门限电压EXITIC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS临界饱和线临界饱和线 饱饱和和区区放大区放大区一、三极管的开关作用及其条件一、三极管的开关作用及其条件 uI增大增大使使iB增大，增大，从而工作点上移，从而工作点上移，iC增增大大，uCE减小。减小。截止区截止区uBEUth时时，三极管开始导通，三极管开始导通，iB0，三极管工作于放大三极管工作于放大导通状态。导通状态。EXITIC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS临界饱和线临界饱和线 饱饱和和区区放大区放大区一、三极管的开关作用及其条件一、三极管的开关作用及其条件 截止区截止区u
6、BEIB(sat)因为因为iB=IHB-0.7VUR所以求得所以求得RBton二、三极管的动态开关特性二、三极管的动态开关特性 开关时间主要由于开关时间主要由于电电荷存储效应荷存储效应引起，要提高引起，要提高开关速度，必须降低三极开关速度，必须降低三极管饱和深度，加速基区存管饱和深度，加速基区存储电荷的消散。储电荷的消散。EXITC E B SBD B C E 在在普普通通三三极极管管的的基基极极和和集集电电极极之之间间并并接一个肖特基势垒二极管接一个肖特基势垒二极管(简称简称SBD)。BCSBD抗饱和三极管的开关速度高抗饱和三极管的开关速度高 没有电荷存储效应没有电荷存储效应SBD的导通电压
7、只有的导通电压只有0.4V而非而非0.7V，因此因此UBC=0.4V时，时，SBD便导通，使便导通，使UBC钳在钳在0.4V上，降低了饱和深度。上，降低了饱和深度。三、三、抗饱和三极管简介抗饱和三极管简介EXIT2.3TTL 集成逻辑门集成逻辑门主要要求：主要要求：了解了解TTL与非门的组成和工作原理。与非门的组成和工作原理。了解了解TTL集成逻辑门的主要参数和使用常识。集成逻辑门的主要参数和使用常识。掌握掌握TTL基本门的逻辑功能和主要外特性。基本门的逻辑功能和主要外特性。了解了解集电极开路门和三态门的逻辑功能和应用集电极开路门和三态门的逻辑功能和应用。EXITABCV1V2V3V4V5V6
8、VD1VD2VD3R1R2R4R5RBRCB1C1C2E2YVCC+5V输入级输入级中间倒相级中间倒相级输出级输出级STTL系列与非门电路系列与非门电路逻辑符号逻辑符号8.2k 900 50 3.5k 500 250 V1V2V3V5V6一、一、TTL 与非门的基本组成与外特性与非门的基本组成与外特性(一一)典型典型TTL与非门电路与非门电路除除V4外外，采采用用了了抗抗饱饱和和三三极极管管，用用以以提提高高门门电电路路工工作作速速度度。V4不不会会工工作作于于饱饱和和状状态态，因因此此用用普通三极管。普通三极管。输入级主要由多发射极管输入级主要由多发射极管V1和基和基极电阻极电阻R1组成，用
9、以实现输入变量组成，用以实现输入变量A、B、C 的与运算。的与运算。VD1VD3为输入钳位二极管，用以为输入钳位二极管，用以抑制输入端出现的负极性干扰。正常信抑制输入端出现的负极性干扰。正常信号输入时，号输入时，VD1VD3不工作，当输入的不工作，当输入的负极性干扰电压大于二极管导通电压时，负极性干扰电压大于二极管导通电压时，二极管导通，输入端负电压被钳在二极管导通，输入端负电压被钳在-0.7V上，这不但抑制了输入端的负极性干上，这不但抑制了输入端的负极性干扰，对扰，对V1还有保护作用。还有保护作用。中间级起倒相放大作中间级起倒相放大作用，用，V2集电极集电极C2和发射极和发射极E2同时输出两
10、个逻辑电平同时输出两个逻辑电平相反的信号，分别驱动相反的信号，分别驱动V3和和V5。RB、RC和和V6构成有构成有源泄放电路，用以减小源泄放电路，用以减小V5管开关时间，从而提高门管开关时间，从而提高门电路工作速度。电路工作速度。输出级输出级由由V3、V4、R4、R5和和V5组成。其中组成。其中V3和和V4构构成复合管，成复合管，与与V5构成推构成推拉式输出结拉式输出结构，提高了构，提高了负载能力。负载能力。EXITVD1VD3在正常信号输在正常信号输入时不工作，因此下面的分入时不工作，因此下面的分析中不予考虑。析中不予考虑。RB、RC和和V6所构成的有源泄放电路的所构成的有源泄放电路的作用是
11、提高开关速度作用是提高开关速度，它们它们不影响与非门的逻辑功能，不影响与非门的逻辑功能，因此下面的工作原理分析中因此下面的工作原理分析中也不予考虑。也不予考虑。因为抗饱和三极管因为抗饱和三极管V1的集电结导通电压为的集电结导通电压为0.4V，而而V2、V5发射结导通电发射结导通电压为压为0.7V，因此要使因此要使V1集集电结和电结和V2、V5发射结导通，发射结导通，必须必须uB11.8V。0.3V3.6V3.6V 输入端有一个或数个为输入端有一个或数个为 低电平时，低电平时，输出高电平。输出高电平。输入低电平端对应的发射结输入低电平端对应的发射结导通，导通，uB1=0.7V+0.3V=1VV1
12、管其他发射结因反偏而截止。管其他发射结因反偏而截止。1V这时这时V2、V5截止。截止。V2截止截止使使V1集电极等效电阻很大，使集电极等效电阻很大，使IB1IB1(sat)，V1深度饱和。深度饱和。V2截止使截止使uC2 VCC=5V，5V因此，输入有低电平时，输出为高电平。因此，输入有低电平时，输出为高电平。截止截止截止截止深度深度饱和饱和V3微饱和，微饱和，V4放大工作。放大工作。uY=5V-0.7V-0.7V=3.6V电路输出为高电平。电路输出为高电平。微饱和微饱和放大放大(二二)TTL与非门的工作原理与非门的工作原理 EXIT综上所述综上所述,该电路实现了与非逻辑功能该电路实现了与非逻
13、辑功能,即即3.6V3.6V3.6V因此，因此，V1发射结反偏而集电极发射结反偏而集电极正偏，称正偏，称处于倒置放大状态。处于倒置放大状态。1.8V这时这时V2、V5饱和。饱和。uC2=UCE2(sat)+uBE5=0.3V+0.7V=1V使使V3导通，而导通，而V4截止。截止。1V uY=UCE5(sat)0.3V输出为低电平输出为低电平因此，输入均为高电平时，输出为低电平。因此，输入均为高电平时，输出为低电平。0.3VV4截止使截止使V5的等效集电极的等效集电极电阻很大，使电阻很大，使IB5IB5(sat)，因因此此V5深度饱和。深度饱和。倒置放大倒置放大饱饱和和饱和饱和截止截止导通导通T
14、TL电路输入端悬电路输入端悬空时相当于输入高电平。空时相当于输入高电平。输入均为高电平时，输入均为高电平时，输出低电平输出低电平 VCC经经R1使使V1集电结和集电结和V2、V5发射结导通，使发射结导通，使uB1=1.8V。深深注意注意2.TTL与非门的工作原理与非门的工作原理 EXIT电压传输特性测试电路电压传输特性测试电路0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOLSTTL与非门与非门电压传输特性曲线电压传输特性曲线(三三)TTL与非门的外特性及主要参数与非门的外特性及主要参数 1.电压传输特性电压传输特性和噪声容限和噪声容限 输出电压随输入电压变化的特
15、性输出电压随输入电压变化的特性 uI较小时工作于较小时工作于AB段，段，这时这时V2、V5截止，截止，V3、V4导通，输出恒为高电平，导通，输出恒为高电平，UOH 3.6V，称与非门工称与非门工作在截止区或处于关门状作在截止区或处于关门状态。态。uI较大时工作于较大时工作于BC段，这时段，这时V2、V5工作于工作于放大区放大区，uI的的微小增大微小增大引起引起uO急剧下降，称与急剧下降，称与非门工作在转折区。非门工作在转折区。uI很大时工作于很大时工作于CD段，段，这时这时V2、V5饱和，输出恒为饱和，输出恒为低电平，低电平，UOL 0.3V，称与非称与非门工作在饱和区或处于开门状门工作在饱和
16、区或处于开门状态。态。电压传输特性测试电路电压传输特性测试电路0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOLSTTL与非门与非门电压传输特性曲线电压传输特性曲线饱饱和和区区：与与非非门门处于开门状态。处于开门状态。截截止止区区：与与非非门门处于关门状态。处于关门状态。转折区转折区EXIT下面介绍与下面介绍与电压传输特电压传输特性有关的主要参数：性有关的主要参数：有关参数有关参数0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOL电压传输特性曲线电压传输特性曲线标准高电平标准高电平USH当当uOUSH时，则认为输出高时，则认为输出高电
17、平，通常取电平，通常取USH=3V。标准低电平标准低电平USL当当uOUSL时，则认为输出低时，则认为输出低电平，通常取电平，通常取USL=0.3V。关门电平关门电平UOFF保保证证输输出出不不小小于于标标准准高高电电平平USH时时,允许的输入低电平的最大值。允许的输入低电平的最大值。开门电平开门电平UON保保证证输输出出不不高高于于标标准准低低电电平平USL时时,允许的输入高电平的最小值。允许的输入高电平的最小值。阈值电压阈值电压UTH转转折折区区中中点点对对应应的的输输入入电电压压，又称门槛电平。又称门槛电平。USH=3VUSL=0.3VUOFFUONUTH近似分析时认为：近似分析时认为：
18、uIUTH，则与非门开通，则与非门开通，输出低电平输出低电平UOL；uIUTH，则与非门关闭，则与非门关闭，输出高电平输出高电平UOH。EXIT噪声容限越大，抗干扰能力越强。噪声容限越大，抗干扰能力越强。指输入低电平时，允许的最大正向噪声电压。指输入低电平时，允许的最大正向噪声电压。UNL=UOFFUIL指输入高电平时，允许的最大负向噪声电压。指输入高电平时，允许的最大负向噪声电压。UNH=UIHUON输入信号上叠加的噪声电压只要不超过允许输入信号上叠加的噪声电压只要不超过允许值，就不会影响电路的正常逻辑功能，这个允许值，就不会影响电路的正常逻辑功能，这个允许值称为值称为噪声容限噪声容限。输入
19、高电平噪声容限输入高电平噪声容限UNH输入低电平噪声容限输入低电平噪声容限UNLEXIT输入负载特性测试电路输入负载特性测试电路 输入负载特性输入负载特性曲线曲线0uI/VR1/k UOFF1.1FNROFFRON2.输入负载特性输入负载特性 ROFF称关门电阻称关门电阻。RIRON时时，相相应应输输入入端端相相当当于输入高电平。对于输入高电平。对STTL系列，系列，RON 2.1k。RONROFFUOFFEXIT 例例 下图中，已知下图中，已知 ROFF 800，RON 3k，试，试对应对应输入波形定性画出输入波形定性画出TTL与非门的输出波形。与非门的输出波形。(a)(b)tA0.3V3.
20、6VO不同不同TTL系列，系列，RON、ROFF不同。不同。相应输入端相当于输入低电平，相应输入端相当于输入低电平，也即相当于输入逻辑也即相当于输入逻辑0。逻辑逻辑0因此因此Ya输出恒为高电平输出恒为高电平UOH。相应输入端相当于输入高电平，相应输入端相当于输入高电平，也即相当于输入逻辑也即相当于输入逻辑1。逻辑逻辑1因此，可画出波形如图所示。因此，可画出波形如图所示。YbtOYatUOHO解：图解：图(a)中，中，RI=300 RON 3k EXIT3.负载能力负载能力 负载电流流入与负载电流流入与非门的输出端。非门的输出端。负载电流从与非门负载电流从与非门的输出端流向外负载。的输出端流向外
21、负载。负载电流流入驱动门负载电流流入驱动门IOL负载电流流出驱动门负载电流流出驱动门IOH输入均为输入均为高电平高电平输入有输入有低电平低电平输出为低电平输出为低电平输出为高电平输出为高电平灌电流负载灌电流负载拉电流负载拉电流负载不不管管是是灌灌电电流流负负载载还还是是拉拉电电流流负负载载，负负载载电电流流都都不不能能超超过过其其最最大大允允许许电电流流，否否则则将将导导致致电路不能正常工作，甚至烧坏门电路。电路不能正常工作，甚至烧坏门电路。实用中常用实用中常用扇出系数扇出系数NOL表示电路负载能力。表示电路负载能力。门电路输出低电平时允许带同类门电路的个数。门电路输出低电平时允许带同类门电路
22、的个数。通常按照负通常按照负载电流的流向将载电流的流向将与非门负载分为与非门负载分为 灌电流负载灌电流负载拉电流负载拉电流负载EXIT由由于于三三极极管管存存在在开开关关时时间间，元元、器器件件及及连连线线存存在在一一定定的的寄寄生生电电容容，因因此此输输入入矩矩形脉冲时，输出脉冲将延迟一定时间。形脉冲时，输出脉冲将延迟一定时间。输入信号输入信号UOm0.5UOm0.5UImUIm输出信号输出信号4.传输延迟时间传输延迟时间 输入电压波形下降沿输入电压波形下降沿0.5UIm处到输出电压上升沿处到输出电压上升沿0.5Uom处间隔的时间称处间隔的时间称截止延迟时间截止延迟时间tPLH。输入电压波形
23、上升沿输入电压波形上升沿0.5UIm处到输出电压下降沿处到输出电压下降沿0.5Uom处间隔的时间称处间隔的时间称导通延迟时间导通延迟时间tPHL L。平均传输延迟时间平均传输延迟时间tpdtPHLtPLHtpd越小，则门电越小，则门电路开关速度越高，工路开关速度越高，工作频率越高。作频率越高。0.5UIm0.5UOmEXIT5.功耗功耗-延迟积延迟积 常用功耗常用功耗P 和平均传输延迟时间和平均传输延迟时间tpd的乘积的乘积(简称简称功耗功耗延迟积延迟积)来来综合评价门电路的性能，即综合评价门电路的性能，即M=P tpd性能优越的门电路应具有功耗低、工作速度高的性能优越的门电路应具有功耗低、工
24、作速度高的特点，然而这两者矛盾。特点，然而这两者矛盾。M 又称品质因素，值越小，说明综合性能越好。又称品质因素，值越小，说明综合性能越好。EXIT使用时需使用时需外接外接上拉电阻上拉电阻RL即即Opencollectorgate，简称简称OC门。门。常常用用的的有有集集电电极极开开路路与与非非门门、三三态态门门、或或非非门门、与与或或非非门门和和异异或或门门等等。它它们们都都是是在在与与非非门门基基础础上上发发展展出出来来的，的，TTL与非门的上述特性对这些门电路大多适用。与非门的上述特性对这些门电路大多适用。VC可以等于可以等于VCC也可不等于也可不等于VCC 二、其他功能的二、其他功能的
25、TTL 门电路门电路(一一)集电极开路与非门集电极开路与非门 1.电路、逻辑符号和工作原理电路、逻辑符号和工作原理 输入都为高电平时，输入都为高电平时，V2和和V5饱和导通，输出饱和导通，输出为低电平为低电平UOL 0.3V。输入有低电平时，输入有低电平时，V2和和V5截止，输出为高电平截止，输出为高电平UOH VC。因此具有与非功能。因此具有与非功能。工作原理工作原理 OC门门EXIT相当于与门作用。相当于与门作用。因为因为Y1、Y2中有低电中有低电平时，平时，Y 为低电平；只有为低电平；只有Y1、Y2均为高电平时，均为高电平时，Y才为高电平，故才为高电平，故Y=Y1Y2。2.应用应用 (1
26、)实现线与实现线与两个或多个两个或多个OC门的输出端直接相连，门的输出端直接相连，相当于将这些输出信号相与，称为线与。相当于将这些输出信号相与，称为线与。Y只有只有OC门才能实现线与。普通门才能实现线与。普通TTL门输出端不能并联，否则可能损坏器件。门输出端不能并联，否则可能损坏器件。注意注意EXIT(2)驱动显示器和继电器等驱动显示器和继电器等 例例 下图为用下图为用OC门驱动发光二极管门驱动发光二极管LED的显示电路。的显示电路。已知已知LED的正向导通压降的正向导通压降UF=2V，正向工作电流正向工作电流IF=10mA，为保证电路正常工作，试确定为保证电路正常工作，试确定RC的值。的值。
27、解解：为保证电路正常工作，应满足为保证电路正常工作，应满足因此因此RC=270 分析：分析：该电路只有在该电路只有在A、B 均为高均为高电平，使输出电平，使输出uO为低电平时，为低电平时，LED才导通发光；否则才导通发光；否则LED中中无电流流通，不发光。无电流流通，不发光。要使要使LED发光，应满足发光，应满足IRc IF=10mA。EXITTTLCMOSRLVDD+5V(3)实现电平转换实现电平转换 TTL与非门有时需要驱动其他种类门电路，而不与非门有时需要驱动其他种类门电路，而不同种类门电路的高低电平标准不一样。应用同种类门电路的高低电平标准不一样。应用OC门就门就可以适应负载门对电平的
28、要求。可以适应负载门对电平的要求。OC门门的的UOL 0.3V，UOH VDD，正好符合正好符合CMOS电路电路UIH VDD，UIL 0的要求。的要求。VDDRLEXIT即即Tri-StateLogic门，门，简称简称TSL门。其输出有高门。其输出有高电平态、低电平态和高阻电平态、低电平态和高阻态三种状态。态三种状态。三态输出与非门电路三态输出与非门电路 EN=1时，时，P=0，uP=0.3V0110 0.3V1V导通导通截止截止截止截止另一方面，另一方面，V1导通，导通，uB1=0.3V+0.7V=1V,V2、V5截止。截止。这时，从输出端这时，从输出端Y看进去，看进去，对地和对电源对地和
29、对电源VCC都相当于开都相当于开路，路，输出端呈现高阻态输出端呈现高阻态，相当于，相当于输出端开路。输出端开路。Y=AB1V导通导通截止截止截止截止Z这时这时VD导通，使导通，使uC2=0.3V+0.7V=1V，使使V4截止。截止。(二二)三态输出门三态输出门 1.电路、逻辑符号和工作原理电路、逻辑符号和工作原理工作原理工作原理 EN=0时，时，P=1，VD截止截止电路等效为一个输入为电路等效为一个输入为A、B 和和1的的TTL与非门。与非门。Y=ABEXIT综上所述，可见：综上所述，可见：(二二)三态输出门三态输出门 1.电路、逻辑符号和工作原理电路、逻辑符号和工作原理只有当使能信号只有当使
30、能信号 EN=0时才时才允许三态允许三态门工作，故称门工作，故称 EN 低电平有效低电平有效。EN 称使能信号或控制信号，称使能信号或控制信号，A、B 称数据信号。称数据信号。当当EN=0时，时，Y=AB，三态门处于工作态；三态门处于工作态；当当EN=1时，三态门时，三态门输出呈输出呈现高阻态，又现高阻态，又称称禁止态禁止态。EXITEN即即Enable功能表功能表Z0AB1YEN使能端低电平有效使能端低电平有效使能端高电平有效使能端高电平有效功能表功能表Z1AB0YENENEXIT2.应用应用 任何时刻任何时刻EN1、EN2、EN3中只能有一个为有效电平，中只能有一个为有效电平，使相应三态门
31、工作，而其他三使相应三态门工作，而其他三态输出门处于高阻状态，从而态输出门处于高阻状态，从而实现了总线的复用。实现了总线的复用。总线总线 (1)构成单向总线构成单向总线 EXITDIDO/DIDO00高阻态高阻态工作工作DI EN=0时，时，总线上的数据总线上的数据DI经反相后在经反相后在G2输输出端输出。出端输出。(2)构成双向总线构成双向总线 DIDO/DIDO11工作工作DO高阻态高阻态 EN=1时，时，数据数据DO经经G1反相后传送到反相后传送到总线上。总线上。DIDO/DIDO11工作工作DO高阻态高阻态 EN=1时，时，数据数据DO经经G1反相后传送到反相后传送到总线上。总线上。D
32、IDO/DIDOEXITTTL集成门的类型很多集成门的类型很多,那么那么如何识别它们如何识别它们?各类型之间有何异各类型之间有何异同同?如何选用合适的门如何选用合适的门?三、三、TTL 集成门应用要点集成门应用要点 1.各系列各系列TTL集成门的比较与选用集成门的比较与选用 用于民品用于民品用于军品用于军品具有完全相同的电路结构和电气性能具有完全相同的电路结构和电气性能参数，但参数，但CT54系列更适合在温度条件恶系列更适合在温度条件恶劣、供电电源变化大的环境中工作。劣、供电电源变化大的环境中工作。按工作温度和电源允许变化范围不同分为按工作温度和电源允许变化范围不同分为CT74系列系列CT54
33、系列系列EXIT向高速向高速发展发展向低功向低功耗发展耗发展按平均传输延迟时间和平均功耗不同分按平均传输延迟时间和平均功耗不同分向减小向减小功耗功耗-延迟积延迟积发展发展措施：增大电阻值措施：增大电阻值措施：措施：(1)采用采用SBD和抗饱和三极管；和抗饱和三极管；(2)采用有源泄放电路；采用有源泄放电路；(3)减小电路中的电阻值。减小电路中的电阻值。其中，其中，LSTTL系列综合性能优越、品种多、系列综合性能优越、品种多、价格便宜；价格便宜；ALSTTL系列性能优于系列性能优于LSTTL，但品但品种少、价格较高，因此种少、价格较高，因此实用中多选用实用中多选用LSTTL。CT74系系列列(即
34、即标标准准TTL)CT74L系列系列(即低功耗即低功耗TTL简称简称LTTL)CT74H系列系列(即高速即高速TTL简称简称HTTL)CT74S系列系列(即肖特基即肖特基TTL简称简称STTL)CT74AS系列系列(即先进肖特基即先进肖特基TTL简称简称ASTTL)CT74LS系列系列(即低功耗肖特基即低功耗肖特基TTL简称简称LSTTL)CT74ALS系列系列(即先进低功耗肖特基即先进低功耗肖特基TTL简称简称LSTTL)EXIT集成门的选用要点集成门的选用要点(1)实际使用中的最高工作频率实际使用中的最高工作频率fm应不大于逻辑门最高工作应不大于逻辑门最高工作频率频率fmax的的一半。一半
35、。实实物物图图片片(2)不同系列不同系列TTL中，器件型号后面几位数字相同时，通中，器件型号后面几位数字相同时，通常逻辑功能、外型尺寸、外引线排列都相同。常逻辑功能、外型尺寸、外引线排列都相同。但工作速但工作速度度(平均传输延迟时间平均传输延迟时间tpd)和平均功耗不同。实际使用和平均功耗不同。实际使用时，时，高速门电高速门电路可以替换低速的；反之则不行。路可以替换低速的；反之则不行。例如例如CT7400CT74L00CT74H00CT74S00CT74LS00CT74AS00CT74ALS00 xx74xx00引脚图引脚图双列直插双列直插14引脚引脚四四2输入与非门输入与非门EXIT2.TT
36、L集成逻辑门的使用要点集成逻辑门的使用要点 (1)电源电压用电源电压用+5V，74系列应满足系列应满足5V 5%。(2)输出端的连接输出端的连接普通普通TTL门输出端不允许直接并联使用。门输出端不允许直接并联使用。三态输出门的输出端可并联使用，但同一时刻只能有三态输出门的输出端可并联使用，但同一时刻只能有一个门工作，其他门输出处于高阻状态。一个门工作，其他门输出处于高阻状态。集电极开路门输出端可并联使用，但公共输出端和集电极开路门输出端可并联使用，但公共输出端和电源电源VCC之间应接负载电阻之间应接负载电阻RL。输出端不允许直接接电源输出端不允许直接接电源VCC或直接接地。或直接接地。输出电流
37、应小于产品手册上规定的最大值。输出电流应小于产品手册上规定的最大值。EXIT3.多余输入端的处理多余输入端的处理 与门和与非门的多余输入端接逻辑与门和与非门的多余输入端接逻辑1或者与有用输入端并接。或者与有用输入端并接。接接VCC通过通过110k 电阻接电阻接VCC与有用输入端并接与有用输入端并接TTL电电路路输输入入端端悬悬空空时时相相当当于于输输入入高高电电平平，做做实实验验时时与与门门和和与与非非门门等等的的多多余余输输入入端端可可悬悬空空，但使用中多余输入端一般不悬空，以防止干扰。但使用中多余输入端一般不悬空，以防止干扰。EXIT或门和或非门的多余输入端接逻辑或门和或非门的多余输入端接
38、逻辑0或者与有用输入端并接或者与有用输入端并接EXIT 例例 欲用下列电路实现非运算，试改错。欲用下列电路实现非运算，试改错。(ROFF 700，RON 2.1k)EXIT解：解：OC门输出门输出端需外接端需外接上拉电阻上拉电阻RC5.1kY=1Y=0 RIRON，相应输入相应输入端为高电平。端为高电平。510 RIUGS(th)N+UGS(th)P且且UGS(th)N=UGS(th)P UGS(th)N增强型增强型NMOS管开启电压管开启电压AuIYuOVDDSGDDGSBVPVNBNMOS管的衬底接管的衬底接电路最低电位，电路最低电位，PMOS管的衬底接最高电位，管的衬底接最高电位，从而从
39、而保证衬底与漏源间保证衬底与漏源间的的PN结始终反偏。结始终反偏。.uGSN+-增强型增强型PMOS管开启电压管开启电压uGSP+-UGS(th)PuGSNUGS(th)N时，增强型时，增强型NMOS管导通管导通uGSNUGS(th)N时，增强型时，增强型NMOS管截止管截止OiDuGSUGS(th)N增强型增强型NMOS管管转移特性转移特性时时,增强型增强型PMOS管导管导通通时时,增强型增强型PMOS管截管截止止OiDuGSUGS(th)P增强型增强型PMOS管管转移特性转移特性AuIYuOVDDSGDDGSBVPVNB(一一)电路基本结构电路基本结构 UIL=0V，UIH=VDDEXIT
40、AuIYuOVDDSGDDGSVP衬底衬底BVN衬底衬底B(二二)工作原理工作原理 ROFFNRONPuO+VDDSDDS导通电阻导通电阻RON截止电阻截止电阻ROFFRONNROFFPuO+VDDSDDS可见该电路构成可见该电路构成CMOS非门，又称非门，又称CMOS反相器。反相器。无论输入高低，无论输入高低，VN、VP中总有一管截止，使静态漏中总有一管截止，使静态漏极电流极电流iD 0。因此因此CMOS反相器静态功耗极微小。反相器静态功耗极微小。输入为低电平，输入为低电平，UIL=0V时，时，uGSN=0VUGS(th)N,VN导通，导通，VP截止，截止，输入为低电平输入为低电平UIL=0
41、V时，时，uGSN=0VUGS(th)N，VN截止，截止，VP导通，导通，uO VDD,为高电平。为高电平。UIH=VDDuO 0V，为低电平。为低电平。EXIT二、其他功能的二、其他功能的 CMOS 门电路门电路(一一)CMOS与非门和或非门与非门和或非门 1.CMOS与非门与非门ABVDDVPBVPAVNAVNBY每个输入端对应一每个输入端对应一对对NMOS管和管和PMOS管。管。NMOS管为驱动管，管为驱动管，PMOS管为负载管。输管为负载管。输入端与它们的栅极相连。入端与它们的栅极相连。与非门结构特点：与非门结构特点：驱动管相串联驱动管相串联，负载管相并联负载管相并联。EXITABVD
42、DVPBVPAVNAVNBYCMOS与非门工作原理与非门工作原理11导通导通导通导通截止截止截止截止0驱动管均导通，驱动管均导通，负载管均截止，负载管均截止，输出为低电平。输出为低电平。当输入均为当输入均为高电平时：高电平时：低电平输入端低电平输入端相对应的驱动管截相对应的驱动管截止，负载管导通，止，负载管导通，输出为高电平。输出为高电平。当输入中有当输入中有低电平时：低电平时：ABVDDVPBVPAVNAVNBY0截止截止导通导通1因此因此Y=ABEXIT2.CMOS或非门或非门ABVDDVPBVPAVNAVNBY或非门结构特点：或非门结构特点：驱动管相并联驱动管相并联，负载管相串联负载管相
43、串联。EXITYABuOuIVDD1漏极开路的漏极开路的CMOS与非与非门电路门电路(二二)漏极开路的漏极开路的CMOS门门简称简称OD门门与与OC门相似，常用作驱动器、电平转换器和实现线与等。门相似，常用作驱动器、电平转换器和实现线与等。Y=AB构成与门构成与门构成输构成输出端开出端开路的非路的非门门需需外接上外接上拉电阻拉电阻RDEXITC、C 为为互互补补控制信号控制信号由一对参数对称一致的增由一对参数对称一致的增强型强型NMOS管和管和PMOS管并联管并联构成。构成。PMOSCuI/uOVDDCMOS传输传输门电路结构门电路结构uO/uIVPCNMOSVN(三三)CMOS传输门传输门
44、工作原理工作原理MOS管的漏极和源极结构对称，管的漏极和源极结构对称，可互换使用，因此可互换使用，因此CMOS传输门的传输门的输出端和输入端也可互换。输出端和输入端也可互换。uOuIuIuO当当C=0V，uI=0VDD时，时，VN、VP均截止，输出与输入之间呈现高均截止，输出与输入之间呈现高电阻，相当于开关断开。电阻，相当于开关断开。uI不能传输到输出端，称传输门不能传输到输出端，称传输门关闭。关闭。CC当当C=VDD，uI=0VDD时，时，VN、VP中至少有一管导通，输出与输入中至少有一管导通，输出与输入之间呈现低电阻，相当于开关闭合。之间呈现低电阻，相当于开关闭合。uO=uI，称传输门开通
45、。称传输门开通。C=1，C=0时，传输门开通，时，传输门开通，uO=uI；C=0，C=1时，传输门关闭，信号不能传输。时，传输门关闭，信号不能传输。EXITPMOSCuI/uOVDDCMOS传输传输门电路结构门电路结构uO/uIVPCNMOSVN 传输门是一个理想的传输门是一个理想的双向开关，双向开关，可传输模拟信号可传输模拟信号，也可传输，也可传输数字信号数字信号。TGuI/uOuO/uICC传输门逻辑符号传输门逻辑符号TG即即TransmissionGate的缩写的缩写(三三)CMOS传输门传输门 EXIT在反相器基础上串接在反相器基础上串接了了PMOS管管VP2和和NMOS管管VN2，它
46、们的栅极分别它们的栅极分别受受EN 和和EN 控制。控制。(四四)CMOS三态输出门三态输出门 AENVDDYVP2VP1VN1VN2低电平使能的低电平使能的CMOS三态输出门三态输出门工作原理工作原理001导通导通导通导通Y=A110截止截止截止截止Z EN=1时，时，VP2、VN2均截止，输出端均截止，输出端Y 呈现高呈现高阻态。阻态。因此构成使能端低因此构成使能端低电平有效的三态门。电平有效的三态门。EN=0时，时，VP2和和VN2导通，呈现低电阻，不影导通，呈现低电阻，不影响响CMOS反相器工作。反相器工作。Y=AENEXIT三、三、CMOS 数字集成电路应用要点数字集成电路应用要点(
47、一一)CMOS数字集成电路系列数字集成电路系列 CMOS4000系列系列 功耗极低、抗干扰能力强；功耗极低、抗干扰能力强；电源电压范围宽电源电压范围宽VDD=315V；工作频率低，工作频率低，fmax=5MHz；驱动能力差驱动能力差。高速高速CMOS系列系列(又称又称HCMOS系列系列)功耗极低、抗干扰能力强；电功耗极低、抗干扰能力强；电源电压范围源电压范围VDD=26V；工作频率高，工作频率高，fmax=50MHz；驱动能力强。驱动能力强。提高速度措施：减小提高速度措施：减小MOS管的极间电容。管的极间电容。由于由于CMOS电路电路UTH VDD/2，噪声容限噪声容限UNL UNH VDD/
48、2，因因此抗此抗干扰能力很强。电干扰能力很强。电源电压越高，抗干扰能源电压越高，抗干扰能力越强。力越强。EXIT民品民品军品军品VDD=26V T表示与表示与TTL兼容兼容VDD=4.55.5VCC54HC/74HC系列系列CC54HC/74HC系系列列TT按按电源电压电源电压不同分为不同分为按工作温度不同分为按工作温度不同分为CC74系列系列CC54系列系列高高速速CMOS系系列列EXIT1.注意不同系列注意不同系列CMOS电路允许的电源电压范围不同，电路允许的电源电压范围不同，一般多用一般多用 +5V。电源电压越高，抗干扰能力也越强。电源电压越高，抗干扰能力也越强。(二二)CMOS集成逻辑
49、门使用要点集成逻辑门使用要点 2.闲置输入端的处理闲置输入端的处理 不允许悬空。不允许悬空。可与使用输入端并联使用。但这样会增大输入电容，可与使用输入端并联使用。但这样会增大输入电容，使速度下降，因此工作频率高时不宜这样用。使速度下降，因此工作频率高时不宜这样用。与门和与非门的闲置输入端可接正电源或高电平；与门和与非门的闲置输入端可接正电源或高电平；或门和或非门的闲置输入端可接地或低电平。或门和或非门的闲置输入端可接地或低电平。EXIT2.5 集成逻辑门电路的应用集成逻辑门电路的应用主要要求：主要要求：了解了解TTL和和CMOS电路的主要差异。电路的主要差异。了解了解集成门电路的选用和应用。集
50、成门电路的选用和应用。EXIT一、一、CMOS 门门电路比之电路比之 TTL 的主要特点的主要特点 注意：注意：CMOS电路的扇出系数大是由于其负载门的电路的扇出系数大是由于其负载门的输入阻抗很高，所需驱动功率极小，输入阻抗很高，所需驱动功率极小，并非并非CMOS电路的电路的驱动能力比驱动能力比TTL强。强。实际上实际上CMOS4000系列驱动能力系列驱动能力远小于远小于TTL，HCMOS驱动能力与驱动能力与TTL相近。相近。功耗极低功耗极低抗干扰能力强抗干扰能力强电源电压范围宽电源电压范围宽输出信号摆幅大输出信号摆幅大(UOH VDD，UOL 0V)输入阻抗高输入阻抗高扇出系数大扇出系数大E