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1、青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室 本章首先介绍了二极管和三极管的开关本章首先介绍了二极管和三极管的开关特性，重点讨论了特性，重点讨论了CMOS和和TTL门电路的输门电路的输入特性和输出特性及应用。入特性和输出特性及应用。内容提要内容提要学习目的学习目的 学习电子器件的电气特性，学习电子器件的电气特性，特别是输入特别是输入和输出外特性和输出外特性，为以后使用这些器件打下，为以后使用这些器件打下基础。基础。青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室退出3.1 概述概述3.3 CMOS门电路门电路3.2 半导体二极管门
2、电路半导体二极管门电路*3.4 其他类型其他类型MOS集成电路集成电路3.5 TTL门电路门电路青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室*3.6其他类型的双极性数字集成电路其他类型的双极性数字集成电路*3.8 TTL电路与电路与MOS电路的接口电路的接口*3.7 Bi-MOS电路电路青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室3-1 概述概述门电路门电路用于实现用于实现基本逻辑基本逻辑运算运算和和复合逻辑复合逻辑运算的运算的单元电路。单元电路。常用：常用：与门与门、或门或门、非门非门、或非门或非门、与非门与非门的的电路等。电路等。青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电
3、子教研室(1)开开关关S断断开开时时，开开关关两两端端呈呈现的电阻为无穷大。现的电阻为无穷大。vo=VCC(2)开开关关S闭闭合合时时，开开关关两两端端呈呈现现的电阻为零的电阻为零,开关两端的电压开关两端的电压vO=0S开关用开关用晶晶体管体管组成组成用用vI控制控制三三极管工作极管工作在截止和在截止和导同两个导同两个状态状态(3)单开关电路功率损耗大单开关电路功率损耗大 PR=V2CC/R。单开关电路单开关电路双开关电路双开关电路S1、S1开开关状态相反关状态相反青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室 非特别说明用非特别说明用正正逻辑。逻辑。本书中一律采用正逻辑。本书中一律采用
4、正逻辑。高高电电平平用用逻逻辑辑1表表示示，低电平低电平用逻辑用逻辑0表示表示正逻辑正逻辑与与负逻辑负逻辑高高电电平平用用逻逻辑辑0表表示示，低电平低电平用逻辑用逻辑1表示表示 高低电平的允许范围高低电平的允许范围图图3.1.2 正逻辑与负逻辑正逻辑与负逻辑高高1；低低0。青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室半导体二极管几种外形半导体二极管几种外形构成：构成：PN 结结+引线引线+管壳管壳=二极管二极管(Diode)符号：符号：阴极阴极阳极阳极3.2 3.2 半导体二极管和三机关的开关特性半导体二极管和三机关的开关特性3.2.1 3.2.1 半导体二极管的开关特性半导体二极管的
5、开关特性单向导电。单向导电。特性：特性：二极管的伏安特性二极管的伏安特性 外加外加正向正向电压时电压时导通导通。外加外加反向反向电压时电压时截止截止。PN青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室3.2.1二极管的开关特性：二极管的开关特性：nVI=VIH D截止，截止，VO=VOH=VCCnVI=VIL D导通，导通，VO=VOL=0.7V高电平：高电平：VIH=VCC低电平：低电平：VIL=0 青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室0V工作原理工作原理:A A、B B中中有有一一个个或或一一个个以以上上为为低电平低电平0V0V时，时，只只有有A A、B B全全为高电
6、平为高电平3V3V，0.7V3.7VABY3.7V3V3V3V0V0V0V3V0V0.7V0.7V0.7V则则输输出出Y Y就就为为低低电平电平0.7V0.7V则则输输出出Y Y才才为为高电平高电平3.7V3.7V3.2.2 3.2.2 二极管二极管与门电路与门电路ABY000010100111图图3.2.5 二极管与门二极管与门3V3V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=0.7V青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室3.2.3 二极管二极管或或门门加到加到A,B的的 VIH=3V VIL=0V二极管导通时二极管导通时
7、VDF=0.7ABY0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3VABY000011101111规定规定2.3V以上为以上为10V以下为以下为0青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室二极管构成的门电路的缺点二极管构成的门电路的缺点n电平有偏移电平有偏移n带负载能力差带负载能力差n只用于只用于IC内部电路内部电路青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室1.体积大、工作不可靠体积大、工作不可靠。2.2.需要不同电源。需要不同电源。3.3.各种门的输入、输出电平不匹配。各种门的输入、输出电平不匹配。分立元件门电路的缺点分立元件门电路的缺点:本节小结本节小结1、
8、二极管开关特性（、二极管开关特性（恒压降恒压降）2、与、或、与、或、非门非门电路电路青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室第三节第三节 TTL门电路门电路v 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v TTL反相器的静态输入、输出特性反相器的静态输入、输出特性v TTL反相器的动态特性反相器的动态特性v 其他类型的其他类型的TTL门电路门电路v TTL门电路的改进系列门电路的改进系列v 半导体三极管的开关特性半导体三极管的开关特性青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页返回返回上页上页v vBEBE V VONON 时三极管导通时三极管导通时
9、三极管导通时三极管导通v vBEBE Von时时,T导通：导通：vo=vCE=vcc -icRc=vcc -iBRc(3.5.1)(3.5.2)电压放大倍数：电压放大倍数：青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室工作状态分析：工作状态分析：饱和基极电流：饱和基极电流：饱和时应保证：饱和时应保证：iB IBS(3.5.4)iC iB结论：结论：只要合适的选择电路参数，保证只要合适的选择电路参数，保证:当当v vi i为低电平为低电平V VILIL时时V VBEBEVIIBSBS ，三极管工作在，三极管工作在饱和状态饱和状态。三极管就相当于一个受三极管就相当于一个受v vi i控制的开
10、关。控制的开关。青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室五、动态开关特性五、动态开关特性从二极管已知，从二极管已知，从二极管已知，从二极管已知，PNPN结存在电容效应。结存在电容效应。结存在电容效应。结存在电容效应。在饱和与截止两个在饱和与截止两个在饱和与截止两个在饱和与截止两个状态之间转换时，状态之间转换时，状态之间转换时，状态之间转换时，i iC C的变化将滞后于的变化将滞后于的变化将滞后于的变化将滞后于V VI I，则，则，则，则V VOO的变化也滞的变化也滞的变化也滞的变化也滞后于后于后于后于V VI I。青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室六六、三极管反相
11、器三极管反相器n三极管的基本开关电路就是三极管的基本开关电路就是非非门门实际应用中，为保证实际应用中，为保证VI=VIL时时T可靠截止，常在可靠截止，常在 输入接入输入接入负压负压。参数合理？参数合理？参数合理？参数合理？V VI I=V=VILIL时，时，时，时，T T截止，截止，截止，截止，V VOO=V=VOHOHVI=VIHVI=VIH时，时，时，时，T T截止，截止，截止，截止，V VOO=V=VOLOL青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室T深度饱和深度饱和T截止截止逻辑符号逻辑符号为保证在输入低电平时为保证在输入低电平时,三极管可靠截止，三极管可靠截止，接入了电阻接
12、入了电阻R2和负电源和负电源VEE。5.5.三极管反相器三极管反相器三极管反相器三极管反相器三极管非门（反相器）三极管非门（反相器）-VEEVccRC R1 Y（vo）TR2A（vI）AY仿真仿真仿真仿真青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页返回返回1961年美国德克萨斯仪器公司率先制成了集成电路。集成电路年美国德克萨斯仪器公司率先制成了集成电路。集成电路体积小体积小、重量轻重量轻、可靠性好可靠性好，因而在大多数领域里迅速取代了，因而在大多数领域里迅速取代了分立器件电路。分立器件电路。按照集成度（即按照集成度（即每一片硅片中所含元器件数每一片硅片中所含元器件数）的高低，）
13、的高低，3.5.2 TTL反相器的电路结构和工作原理上页上页根据制造工艺的不同，集成电路又分成根据制造工艺的不同，集成电路又分成双极型双极型和和单极型单极型两类。两类。TTL电路电路是目前双极型数字集成电路中用得最多的一种。是目前双极型数字集成电路中用得最多的一种。小规模集成电路小规模集成电路（Small Scale Integration,简称简称SSI）中规模集成电路中规模集成电路（Medium Scale Integration,简称简称MSI）大规模集成电路大规模集成电路（Large Scale Integration,简称简称LSI）超大规模集成电路超大规模集成电路（Very Lar
14、ge Scale Integration,简称简称VLSI）集集成成电电路路分分成成青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室设：设：设：设：电源电压电源电压电源电压电源电压 V VCC CC=5V=5V输入高电平输入高电平输入高电平输入高电平V VIH IH=3.4V=3.4V输入低电平输入低电平输入低电平输入低电平V VIL IL=0.2V=0.2V开启电压开启电压开启电压开启电压 V VON ON=0.7V=0.7V1.1.电路结构电路结构电路结构电路结构反相器是反相器是TTL电路中电路结构最简单的一种。电路中电路结构最简单的一种。因电路输入端和输出端均为三极管结构，所以称做三
15、极管因电路输入端和输出端均为三极管结构，所以称做三极管-三极管逻辑电路，简称三极管逻辑电路，简称TTL电路。电路。TTL反相器的典型电路输入级输入级倒相级倒相级输出级输出级青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室v vI I=V VIL IL=0.2V=0.2V时时时时v vB1 B1=V VIL IL+V VONON =0.9V =0.9VT T2 2、T T5 5截止截止截止截止,T T4 4、D D2 2导通导通导通导通,输出为输出为输出为输出为高电平高电平高电平高电平。工作原理工作原理工作原理工作原理T T1 1工作在深度饱和状态，工作在深度饱和状态，TTL反相器的典型电路
16、输入级输入级倒相级倒相级输出级输出级青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室v vI I=V VIH IH=3.4V=3.4V时时时时v vB1 B1=V VIH IH+V VONON =4.1V =4.1VT T2 2、T T5 5导通，导通，导通，导通，v vB1B1被钳位在被钳位在被钳位在被钳位在2.1V2.1V，T T4 4、D D2 2截止，截止，截止，截止，T T5 5饱和，输出为饱和，输出为饱和，输出为饱和，输出为低电平。低电平。低电平。低电平。输入输出之间是反相关系，即输入输出之间是反相关系，即输入输出之间是反相关系，即输入输出之间是反相关系，即TTL反相器的典型电
17、路输入级输入级倒相级倒相级输出级输出级青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室n需要说明的几个问题：需要说明的几个问题：青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室2、电压传输特性、电压传输特性青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室图图3.5.10 TTL反相器的电压传输特性曲线反相器的电压传输特性曲线V0Vi123450.5123.2.10.61.43.4ABCDE截止区截止区线性区线性区转折区转折区饱和区饱和区阈值电压：阈值电压：1.4V2、电压传输特性、电压传输特性输出高电平输出高电平输出低电平输出低电平输入低电平输入低电平输入高电平输入高电平青岛科技大
18、学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室3.3.输入躁声容限输入躁声容限输入躁声容限输入躁声容限定义：定义：定义：定义：在保证输出高、低电平基本不变在保证输出高、低电平基本不变在保证输出高、低电平基本不变在保证输出高、低电平基本不变（或者说变化的大小不超过允许限度）的条件下，（或者说变化的大小不超过允许限度）的条件下，（或者说变化的大小不超过允许限度）的条件下，（或者说变化的大小不超过允许限度）的条件下，输入电平的允许波动范围，输入电平的允许波动范围，输入电平的允许波动范围，输入电平的允许波动范围，称为称为称为称为输入噪声容限输入噪声容限输入噪声容限输入噪声容限。青岛科技大学电工电子教研室青
19、岛科技大学电工电子教研室输入为高电平时的噪声容限为：输入为高电平时的噪声容限为：输入为高电平时的噪声容限为：输入为高电平时的噪声容限为：输入为低电平时的噪声容限为：输入为低电平时的噪声容限为：输入为低电平时的噪声容限为：输入为低电平时的噪声容限为：V VNHNHV VIHIH（minmin）V VILIL（maxmax）V VNLNLvoviV VOHOH（minmin）V VOLOL（maxmax）0 0输出输出输出输出1 1输出输出输出输出0 0输入输入输入输入1 1输入输入输入输入vovi青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上页7474系列门电路的标准参数为系
20、列门电路的标准参数为系列门电路的标准参数为系列门电路的标准参数为可得可得可得可得返回返回青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上页输入低电平电流为：输入低电平电流为：输入低电平电流为：输入低电平电流为：三、TTLTTLTTLTTL反相器的静态输入、输出特性当当当当时时时时当当当当时时时时T T1 1处于倒置状态处于倒置状态处于倒置状态处于倒置状态1.1.输入特性输入特性输入特性输入特性返回返回TTLTTL反相器的输入反相器的输入反相器的输入反相器的输入端等效电路端等效电路端等效电路端等效电路青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室TTL反相器的输入特性曲线
21、反相器的输入特性曲线-1.0 -0.5 0.5 1.0 1.5 2.0 0-0.5-1.0 -1.5 -2.0vI/ViI/mATTLTTL反相器的输入特性反相器的输入特性下页下页上页上页返回返回TTLTTL反相器的输入反相器的输入反相器的输入反相器的输入端等效电路端等效电路端等效电路端等效电路青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室拉电流拉电流拉电流拉电流负载负载负载负载受功耗的限制，受功耗的限制，受功耗的限制，受功耗的限制，7474系列规定系列规定系列规定系列规定i iL L不能超过不能超过不能超过不能超过0.4mA0.4mA。2.输出特性输出特性(1)高电平输出特性高电平输出
22、特性-15 -10 -5 03.02.01.0VOH/ViL/mATTLTTL反相器高电平输出特性反相器高电平输出特性下页下页上页上页返回返回R4T4D2VCCR2RLvOiL1.6k130TTLTTL反相器高电平输出等效电路反相器高电平输出等效电路青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上页TTLTTL反相器低电平输出特性反相器低电平输出特性1051.02.0015（2 2）低电平输出特性）低电平输出特性）低电平输出特性）低电平输出特性带灌电流负载能力带灌电流负载能力带灌电流负载能力带灌电流负载能力I IOLOL可达可达可达可达16mA16mA。灌电流灌电流灌电流灌电
23、流负载负载负载负载返回返回TTLTTL反相器低电平输出反相器低电平输出等效电路等效电路青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上页 例例例例3.3.2 3.3.2 计算门计算门计算门计算门GG1 1最多可驱动多少个同样的门电路负载。最多可驱动多少个同样的门电路负载。最多可驱动多少个同样的门电路负载。最多可驱动多少个同样的门电路负载。GG1 1最多可驱动最多可驱动最多可驱动最多可驱动1010个同样的门电路负载，个同样的门电路负载，个同样的门电路负载，个同样的门电路负载，这个数值叫做门电路的这个数值叫做门电路的这个数值叫做门电路的这个数值叫做门电路的扇出系数。扇出系数。扇出
24、系数。扇出系数。解：解：返回返回青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室若若RP较小，相当于输入一个低电平信号。较小，相当于输入一个低电平信号。若若RP较大，相当于输入一个高电平信号。较大，相当于输入一个高电平信号。3.输入端负载特性输入端负载特性TTLTTL反相器输入端负载特性反相器输入端负载特性2.01.01.02.003.0下页下页上页上页返回返回VCCR1be2be5vIT14kRPTTLTTL反相器输入端经电反相器输入端经电阻接地时的等效电路阻接地时的等效电路青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上页 例例例例3.3.33.3.3 为保证门为保证
25、门为保证门为保证门GG1 1输出的高、低电平能正确地传输出的高、低电平能正确地传输出的高、低电平能正确地传输出的高、低电平能正确地传送到门送到门送到门送到门GG2 2的输入端，要求的输入端，要求的输入端，要求的输入端，要求v vo1o1=V VOHOH时时时时v vI2I2 V VIH(minIH(min),v vO1O1=V VOLOL时时时时v vI2I2 V VIL(max)IL(max)，试计算，试计算，试计算，试计算Rp的最大允许值是多的最大允许值是多的最大允许值是多的最大允许值是多少。已知少。已知少。已知少。已知GG1 1 、G G2 2均为均为均为均为7474系列反相器。系列反相
26、器。系列反相器。系列反相器。解：解：解：解：v vo1o1=V VOH OH，v vI2I2 V VIH(min)IH(min)时时时时返回返回例3.3.3的电路Rp青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上页v vO1O1=V VOL OL，V Vi2 i2 V VIL(max)IL(max)时时时时应取应取应取应取返回返回VOLVCCR1be2be5T14kRP青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上页四、TTLTTLTTLTTL反相器的动态特性返回返回1.1.传输延迟时间传输延迟时间传输延迟时间传输延迟时间在在在在TTL TTL 电路中，
27、由于二极管和三极管从导通变为截止或从截电路中，由于二极管和三极管从导通变为截止或从截电路中，由于二极管和三极管从导通变为截止或从截电路中，由于二极管和三极管从导通变为截止或从截止变为导通都需要一定的时间，止变为导通都需要一定的时间，止变为导通都需要一定的时间，止变为导通都需要一定的时间，且有二极管、三极管以及电阻、连接线等的寄生电容存在，且有二极管、三极管以及电阻、连接线等的寄生电容存在，且有二极管、三极管以及电阻、连接线等的寄生电容存在，且有二极管、三极管以及电阻、连接线等的寄生电容存在，所以把理想的矩形电压信号加到所以把理想的矩形电压信号加到所以把理想的矩形电压信号加到所以把理想的矩形电压
28、信号加到TTLTTL反相器的输入端时，反相器的输入端时，反相器的输入端时，反相器的输入端时，输出电压的波形不仅要比输入信号滞后，输出电压的波形不仅要比输入信号滞后，输出电压的波形不仅要比输入信号滞后，输出电压的波形不仅要比输入信号滞后，而且波形的上升沿和下降沿也将变坏。而且波形的上升沿和下降沿也将变坏。而且波形的上升沿和下降沿也将变坏。而且波形的上升沿和下降沿也将变坏。把输出电压波形滞后于输入电压波形的时间，把输出电压波形滞后于输入电压波形的时间，把输出电压波形滞后于输入电压波形的时间，把输出电压波形滞后于输入电压波形的时间，做做做做传输延迟时间。传输延迟时间。传输延迟时间。传输延迟时间。通过
29、实验方法测定传输延迟时间的数值。通过实验方法测定传输延迟时间的数值。通过实验方法测定传输延迟时间的数值。通过实验方法测定传输延迟时间的数值。青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上页2.2.交流噪声容限交流噪声容限交流噪声容限交流噪声容限将输出高电平降至将输出高电平降至2.0V时输入正脉冲的幅度，时输入正脉冲的幅度，定义为定义为正脉冲噪声容限。正脉冲噪声容限。将输出低电平上升至将输出低电平上升至0.8V时输入负脉冲的幅度，时输入负脉冲的幅度，定义为定义为负脉冲噪声容限。负脉冲噪声容限。当输入脉冲的宽度达到微秒的数量级时，当输入脉冲的宽度达到微秒的数量级时，应将输入信号
30、按直流信号处理。应将输入信号按直流信号处理。返回返回青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上页3.3.电源的动态尖峰电流电源的动态尖峰电流电源的动态尖峰电流电源的动态尖峰电流输出由低电平突然转变为高电平的过渡过程中，输出由低电平突然转变为高电平的过渡过程中，出现短时间内出现短时间内T4和和T5同时导通的状态，同时导通的状态，有很大的瞬时电流流经有很大的瞬时电流流经T4和和T5，使电源电流出现使电源电流出现尖峰脉冲。尖峰脉冲。返回返回青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上页1.1.增加了电源的平均电流。增加了电源的平均电流。增加了电源的平均电
31、流。增加了电源的平均电流。计算系统电源容量时需注意。计算系统电源容量时需注意。计算系统电源容量时需注意。计算系统电源容量时需注意。2.2.系统中有许多门电路同时转换工作状态时，系统中有许多门电路同时转换工作状态时，系统中有许多门电路同时转换工作状态时，系统中有许多门电路同时转换工作状态时，形成一个系统内部的噪声源。形成一个系统内部的噪声源。形成一个系统内部的噪声源。形成一个系统内部的噪声源。系统设计时应将噪声抑制在允许的限度内。系统设计时应将噪声抑制在允许的限度内。系统设计时应将噪声抑制在允许的限度内。系统设计时应将噪声抑制在允许的限度内。尖峰电流带来的影响：尖峰电流带来的影响：尖峰电流带来的
32、影响：尖峰电流带来的影响：返回返回青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上页五、其他类型的TTLTTLTTLTTL门电路（1 1）与非门）与非门）与非门）与非门1.1.其他逻辑功能的门电路其他逻辑功能的门电路其他逻辑功能的门电路其他逻辑功能的门电路返回返回多发射极三极管可看作两个多发射极三极管可看作两个发射极独立而基极和集电极发射极独立而基极和集电极分别并联在一起的三极管。分别并联在一起的三极管。把两个输入端并联使用时，低电平输入电流和反相器相同。把两个输入端并联使用时，低电平输入电流和反相器相同。输入接高电平时，输入端分别为两倒置三极管的等效集电极，输入接高电平时，
33、输入端分别为两倒置三极管的等效集电极，总的输入电流为单个输入端的高电平输入电流的两倍。总的输入电流为单个输入端的高电平输入电流的两倍。TTLTTL与非门电路与非门电路仿真仿真仿真仿真青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上页（2 2）或非门）或非门）或非门）或非门返回返回TTLTTL或非门电路或非门电路仿真仿真仿真仿真青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上页（3 3）与）与）与）与-或非门或非门或非门或非门返回返回TTLTTL与与-或非门或非门青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上页（4 4）异或门）异或门）异或
34、门）异或门返回返回TTLTTL异或门异或门青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室推拉式输出电路结构使用时有一定的局限性：推拉式输出电路结构使用时有一定的局限性：推拉式输出电路结构使用时有一定的局限性：推拉式输出电路结构使用时有一定的局限性：a)a)不能把它们的输出端并联使用。不能把它们的输出端并联使用。不能把它们的输出端并联使用。不能把它们的输出端并联使用。b)b)在采用推拉式输出级的门电路中，在采用推拉式输出级的门电路中，在采用推拉式输出级的门电路中，在采用推拉式输出级的门电路中，电源一径确定，输出的高电平也就固定了，电源一径确定，输出的高电平也就固定了，电源一径确定，输出的高
35、电平也就固定了，电源一径确定，输出的高电平也就固定了，因而无法满足对不同输出高低电平的需要。因而无法满足对不同输出高低电平的需要。因而无法满足对不同输出高低电平的需要。因而无法满足对不同输出高低电平的需要。c)c)推拉式电路结构也不能满足驱动较大电流，推拉式电路结构也不能满足驱动较大电流，推拉式电路结构也不能满足驱动较大电流，推拉式电路结构也不能满足驱动较大电流，较高电压的负载的要求。较高电压的负载的要求。较高电压的负载的要求。较高电压的负载的要求。2.集电极开路的门电路（集电极开路的门电路（OC门）门）下页下页上页上页返回返回青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上
36、页为克服上述局限性，为克服上述局限性，为克服上述局限性，为克服上述局限性，输出级改为集电极开路的三极管结构。输出级改为集电极开路的三极管结构。输出级改为集电极开路的三极管结构。输出级改为集电极开路的三极管结构。工作时需外接负工作时需外接负工作时需外接负工作时需外接负载电阻和电源载电阻和电源载电阻和电源载电阻和电源返回返回集电极开路与非门集电极开路与非门图形符号图形符号青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上页线线线线与与与与OCOC门输出并联的接法及逻辑图门输出并联的接法及逻辑图门输出并联的接法及逻辑图门输出并联的接法及逻辑图返回返回青岛科技大学电工电子教研室青岛科技
37、大学电工电子教研室所有所有所有所有OCOC门同时截止时，门同时截止时，门同时截止时，门同时截止时，输出为高电平。输出为高电平。输出为高电平。输出为高电平。为保证高电平不低于为保证高电平不低于为保证高电平不低于为保证高电平不低于规定的规定的规定的规定的V VOHOH值，值，值，值，R RL L取取取取值应满足：值应满足：值应满足：值应满足：外接负载电阻外接负载电阻RL的计算的计算下页下页上页上页返回返回nm计算计算OCOC门负载电阻最大值的工作状态门负载电阻最大值的工作状态青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室当当当当OCOC门中只有一个导时，负载电流全部都流入那个导通的门中只有一
38、个导时，负载电流全部都流入那个导通的门中只有一个导时，负载电流全部都流入那个导通的门中只有一个导时，负载电流全部都流入那个导通的OCOC门，门，门，门，R RL L值不可能太小，以确保流入导通值不可能太小，以确保流入导通值不可能太小，以确保流入导通值不可能太小，以确保流入导通OCOC门的电流不门的电流不门的电流不门的电流不至超过最大的负载电流至超过最大的负载电流至超过最大的负载电流至超过最大的负载电流I ILMLM 。下页下页上页上页返回返回计算计算OCOC门负载电阻最小值的工作状态门负载电阻最小值的工作状态青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上页 例例例例3.3.
39、43.3.4 为电阻为电阻为电阻为电阻R RL L选定合适的阻值。选定合适的阻值。选定合适的阻值。选定合适的阻值。GG1 1、GG2 2为为为为OCOC门，门，门，门，I IOH OH=200=200 A A，I ILM LM=16=16mmA AGG3 3、GG4 4 和和和和GG5 5为为为为7474系列，系列，系列，系列，I IILIL=200=200mmA A，I IIHIH=40=40 A A要求要求要求要求OCOC门输出的门输出的门输出的门输出的V VOH OH 3.0V 3.0V，V VOL OL 0.4V 0.4V。返回返回nYA AB BC CD D例例2.3.4的电路的电路
40、青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上页选定的选定的选定的选定的 R RL L值应在值应在值应在值应在2.63k2.63k 与与与与0.35 k0.35 k 之间。之间。之间。之间。解：解：解：解：返回返回青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上页（a a）控制端高电平有效）控制端高电平有效）控制端高电平有效）控制端高电平有效3.3.三态输出门电路（三态输出门电路（三态输出门电路（三态输出门电路（TSTS）门）门）门）门ENEN=1=1时时时时ENEN=0=0时，时，时，时，输出呈高阻态。输出呈高阻态。输出呈高阻态。输出呈高阻态。控制控制控
41、制控制端端端端返回返回DPENYABEN图形符号图形符号图形符号图形符号青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上页ENEN=0=0时时时时ENEN=1=1时，时，时，时，输出呈高阻态。输出呈高阻态。输出呈高阻态。输出呈高阻态。（b b）控制端低电平有效）控制端低电平有效）控制端低电平有效）控制端低电平有效返回返回DPYABEN图形符号图形符号图形符号图形符号青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上页返回返回六、TTL电路的改进系列1.74H系列系列74H系列又称高速系列。系列又称高速系列。为了提高电路的开关速度，为了提高电路的开关速度，减小传
42、输延迟时间，减小传输延迟时间，电路采取了两项改进措施。电路采取了两项改进措施。一是在输出级采用了达林顿结构，一是在输出级采用了达林顿结构，二是将所有电阻的阻值普遍降低了一倍。二是将所有电阻的阻值普遍降低了一倍。减小电阻阻值带来的不利影响是增加了电路的静态功耗。减小电阻阻值带来的不利影响是增加了电路的静态功耗。74H系列与非门(74H00)青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上页返回返回2.74S系列系列74S系列又称肖特基系列。系列又称肖特基系列。在在74S系列的门电路中，系列的门电路中，采用了抗饱和三极管（或称为肖特基三极管）。采用了抗饱和三极管（或称为肖特基三极
43、管）。抗饱和三极管是由普通的双极型三极管和抗饱和三极管是由普通的双极型三极管和肖特基势垒二极管组合而成的。肖特基势垒二极管组合而成的。肖特基二极管是由金属和半导体接触而形成的。肖特基二极管是由金属和半导体接触而形成的。bececb青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上页返回返回电路结构的另一个特点是电路结构的另一个特点是:为为T5管提供了一个有源泄放电路，管提供了一个有源泄放电路，减少了减少了T5的基极电流，也就减轻了的基极电流，也就减轻了T5的饱和程度，的饱和程度，有利于加快有利于加快T5从导通变为截止的过程。从导通变为截止的过程。有源泄放回路的存在缩短了门电路的
44、传输延迟时间。有源泄放回路的存在缩短了门电路的传输延迟时间。还改善了门电路的电压传输特性。还改善了门电路的电压传输特性。电路的缺点：电路的缺点：电路的功耗加大了。电路的功耗加大了。输出低电平升高了。输出低电平升高了。青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上页返回返回3.74LS系列系列性能比较理想的门电路应该工作速度既快，功耗又小。性能比较理想的门电路应该工作速度既快，功耗又小。只有用传输延迟时间和功耗的乘积（延迟只有用传输延迟时间和功耗的乘积（延迟-功耗积），功耗积），才能全面评价门电路性能的优劣。才能全面评价门电路性能的优劣。延迟延迟-功耗积越小，电路的综合性能越
45、好。功耗积越小，电路的综合性能越好。为了得到更小的延迟为了得到更小的延迟-功耗积，功耗积，在兼顾功耗与速度两方面的基础上，在兼顾功耗与速度两方面的基础上，进一步开发了进一步开发了74LS系列（称为低功耗肖特基系列）。系列（称为低功耗肖特基系列）。青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页上页上页返回返回4.74AS和和74ALS系列系列74AS系列是为了进一步缩短传输延迟时间。系列是为了进一步缩短传输延迟时间。它的电路结构和它的电路结构和74LS系列相似，系列相似，但是电路中采用了很低的电阻阻值，但是电路中采用了很低的电阻阻值，从而提高了工作速度，但功耗较大。从而提高了工作速
46、度，但功耗较大。74ALS系列是为了获得更小的延迟系列是为了获得更小的延迟-功耗积，功耗积，它的延迟它的延迟-功耗积是功耗积是TTL电路所有系列中最小的。电路所有系列中最小的。青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室返回返回5.54、54H、54S、54LS系列系列54系列的系列的TTL电路和电路和74系列电路，系列电路，具有完全相同的电路结构和电器性能参数。具有完全相同的电路结构和电器性能参数。所不同的是所不同的是54系列比系列比74系列的工作温度范围更宽，系列的工作温度范围更宽，电源允许的工作范围也更大。电源允许的工作范围也更大。74系列的工作环境温度规定为系列的工作环境温度规
47、定为0700C，电源电压工作范围为电源电压工作范围为5V 5%；54系列的工作环境温度为系列的工作环境温度为-55+1250C，电源电压工作范围为电源电压工作范围为5V10%。下页下页上页上页青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室返回返回上页上页课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室3.3 CMOS门电路门电路v CMOS反相器的工作原理反相器的工作原理v CMOS反相器的静态输入、输出特性反相器的静态输入、输出特性v CMOS反相器的动态特性反相器的动态特性v 其他类型的其他类型的CMOS门电路门电路下页下页总目录总目录v MOS管
48、的开关特性管的开关特性vCMOS电路的正确使用电路的正确使用青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页返回返回上页上页一、MOS管的开关特性 1.MOS管的结构和工作原理管的结构和工作原理S SGGD DB BP P型衬底型衬底型衬底型衬底(B B)N N+N N+S SGGD D+-+-iD当当vGS=0 时，时，D-S间不导通，间不导通，iD=0。当当vGS vGS(th)(MOS管的管的开启电压开启电压）时，栅极下面）时，栅极下面的衬底表面形成一个的衬底表面形成一个N型反型层。这个反型层构型反型层。这个反型层构成了成了D-S间的导电沟道，有间的导电沟道，有 iD流通。流
49、通。青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页返回返回上页上页2.MOS2.MOS管的输入特性和输出特性管的输入特性和输出特性管的输入特性和输出特性管的输入特性和输出特性+-+-v vGSGSv vDSDSi iD D共源接法共源接法v vGSGS=U UT Ti iD D/mAmAv vDSDS/V VO O输出特性曲线输出特性曲线共源接法下的输出特性曲线又称为共源接法下的输出特性曲线又称为共源接法下的输出特性曲线又称为共源接法下的输出特性曲线又称为MOSMOS管的管的管的管的漏极特漏极特漏极特漏极特性曲线性曲线性曲线性曲线。表示表示表示表示i iD D与与与与v vGSG
50、S关系的曲线称为关系的曲线称为关系的曲线称为关系的曲线称为MOSMOS管的管的管的管的转移特性曲线转移特性曲线转移特性曲线转移特性曲线。v vGSGS/V Vi iD D/mAmAO O转移特性曲线转移特性曲线青岛科技大学电工电子教研室青岛科技大学电工电子教研室下页下页返回返回上页上页可变可变可变可变电阻区电阻区电阻区电阻区恒流区恒流区恒流区恒流区v vGSGS=U UT Ti iD D/mAmAv vDSDS/V VO O输出特性曲线输出特性曲线截止区截止区截止区截止区截止区截止区漏极和源极之间漏极和源极之间没有导电沟道，没有导电沟道，iD0。漏极特性曲线分为三漏极特性曲线分为三个工作区。个