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1、第第2 2章章 集成门电路集成门电路 本章在介绍三极管反相器的本章在介绍三极管反相器的结构和参数特点的基础上，详细结构和参数特点的基础上，详细讨论了讨论了TTL反相器的结构、工作反相器的结构、工作原理、主要性能参数、原理、主要性能参数、TTL的不的不同逻辑门，并简单介绍了同逻辑门，并简单介绍了TTL各各种系列的特点。另外，讲述了种系列的特点。另外，讲述了CMOS门电路的结构、工作原理、门电路的结构、工作原理、主要参数、应用特点及与主要参数、应用特点及与TTL门门电路的接口。电路的接口。本章要点本章要点2.1 2.1 三极管反相器三极管反相器开关电路开关电路 开关电路开关电路高低电平高低电平BJ
2、T、FET或或二极管二极管2.1.1 2.1.1 三极管的开关特性三极管的开关特性三极管开关电路三极管开关电路BJT作作为开关为开关vI=VIL,三极三极管截止管截止vI=VIH,三极三极管饱和导通管饱和导通输出高输出高电平电平输出低输出低电平电平2.1.2 2.1.2 三极管反相器的工作原理三极管反相器的工作原理实用的三极管反相器电路实用的三极管反相器电路逻辑符号逻辑符号逻辑表达式逻辑表达式保证三极管保证三极管可靠截止可靠截止2.1.3 2.1.3 三极管的开关时间三极管的开关时间三极管开关的动态特性三极管开关的动态特性三极管电路的有关知识可知，当输三极管电路的有关知识可知，当输入信号由高电
3、平变为低电平或由低电入信号由高电平变为低电平或由低电平变为高电平时，三极管不可能立即平变为高电平时，三极管不可能立即实现从饱和到截止或从截止到饱和的实现从饱和到截止或从截止到饱和的转换。的变化总是落后于的变化，从转换。的变化总是落后于的变化，从而的变化也落后于的变化而的变化也落后于的变化 开启开启时间时间关断关断时间时间2.1.4 2.1.4 三极管反相器的负载能力三极管反相器的负载能力三极管反相器的负载能力：指反相器输出端接其他电路时输出电流的能三极管反相器的负载能力：指反相器输出端接其他电路时输出电流的能力。负载分为灌电流负载和拉电流负载力。负载分为灌电流负载和拉电流负载 灌电流负载灌电流
4、负载 vI为高电平，为高电平，vO输出低电平时，三极管饱输出低电平时，三极管饱和导通，从负载流入三极管的电流。和导通，从负载流入三极管的电流。拉电流负载拉电流负载 vI为低电平，为低电平，vO输出高电平时，三极输出高电平时，三极管截止，从三极管流入负载的电流。管截止，从三极管流入负载的电流。三极管饱和三极管饱和程度下降程度下降 输出高电平输出高电平的最小值的最小值推拉式输出推拉式输出为了提高带负载能力，即为了提高带负载能力，即矛盾矛盾推拉式输出推拉式输出改进改进T2是射极是射极输输出器，出器，输输出出电电阻很低阻很低2.2 TTL2.2 TTL集成反相器集成反相器2.2.1 TTL2.2.1
5、TTL反相器的工作原理反相器的工作原理1.1.电路结构电路结构组成：输入级、倒相级、输出级及输组成：输入级、倒相级、输出级及输入保护电路入保护电路 输入级输入级T1和和R1倒相级倒相级T2和和R2、R3输出级输出级T3、T4、T5及及R5、R3构成推拉式输出构成推拉式输出输入保输入保护电路护电路D12.2.工作原理工作原理 设电源电压设电源电压VCC=5V，输入信号的高、低电平分别为，输入信号的高、低电平分别为VOH=3.4V、VOL=0.2V，PN结的特性用折线等效模型代替，开启电压和工作电压结的特性用折线等效模型代替，开启电压和工作电压VON=0.7V，三极管的饱和压降为，三极管的饱和压降
6、为VCES=0.2V。（1）当）当输输入入为为低低电电平平A0（VIL=0.2V)0.2V0.9V0.2V T2、T5截止截止T1深度饱和，深度饱和，VCES10 T3、T4导通导通5V3.4VY1（2）当）当输输入入为为高高电电平平A1（VIH=3.4V)3.4V2.1V1.4V0.7V T1倒置状态（发射结反偏，集倒置状态（发射结反偏，集电结正偏）电结正偏）T2、T5饱和导通饱和导通 T3导通，导通，T4截止截止0.9V0.2VY0则则2.2.2 TTL2.2.2 TTL反相器的外特性及主要电气参数反相器的外特性及主要电气参数1.1.电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输
7、特性是指输出电压随输入电压变化的关系曲线。电压传输特性是指输出电压随输入电压变化的关系曲线。TTL反相器电路反相器电路（1）AB段（截止区）：段（截止区）：输入电压输入电压vI0.6V,vB11.3V,T2、T5截止，截止，T3、T4导通，输出导通，输出vO为高电平为高电平3.4V（2）BC段（线性区）：段（线性区）：输入电压输入电压0.7VvI1.4V,vB11.4V,vB1=2.1V,T2、T5饱和，饱和，T3、T4截止，输出截止，输出vO为低电平为低电平0.2V对于典型的对于典型的TTL反相反相器，阀值电压器，阀值电压VTH一般一般约为约为1.4V。可以粗略地。可以粗略地认为，当认为，当
8、vIVTH时时，反相器导通，输出低电反相器导通，输出低电平；当平；当vIVDD+VDF时，时，D2导通，输入电压被箝制导通，输入电压被箝制在在VDD+VDF；当；当vIVSS-VDF时，时，D1导通，输入电导通，输入电压被箝制在压被箝制在VSS-VDF-VRs。即使干扰电压使二极管。即使干扰电压使二极管反向击穿，反向击穿，C1、C2上的电压也限制在上的电压也限制在30V以内，以内，保证不致产生栅极击穿保证不致产生栅极击穿2.3.3 CMOS2.3.3 CMOS反相器的外特性及主要电气参数反相器的外特性及主要电气参数1.1.电压传输特性和电流转移特性电压传输特性和电流转移特性电压传输特性：输出电
9、压电压传输特性：输出电压vO随输入电压随输入电压vI变化的关系曲线变化的关系曲线电流转移特性：输出电流（漏极电流）电流转移特性：输出电流（漏极电流）iD与输入电压与输入电压vI的关系曲线的关系曲线（1）A段：段：vIVDD-VGS(th)P TN导通，内阻很小；导通，内阻很小；TP截止，电阻很截止，电阻很大。输出电压为低电平，大。输出电压为低电平，vO=VOL=0，iD=0，功耗极小。功耗极小。总结：总结：CMOSCMOS反相器在高电平、反相器在高电平、低电平的稳定状态时，漏极电流为低电平的稳定状态时，漏极电流为零，故静态功耗也为零；只有在高、零，故静态功耗也为零；只有在高、低电平的动态转换期
10、间，漏极电流低电平的动态转换期间，漏极电流较大，动态功耗不为零。相比于较大，动态功耗不为零。相比于TTLTTL反相器，功耗大为减小反相器，功耗大为减小 2.2.输入噪声容限输入噪声容限相比于相比于TTL门电路，门电路，CMOS门电路的阀值电压较门电路的阀值电压较高，近似为电源电压的一半。高，近似为电源电压的一半。其输入低电平和输入高电平其输入低电平和输入高电平的噪声容限几乎相等。从工的噪声容限几乎相等。从工程上，考虑到一定的余量，程上，考虑到一定的余量，一般取为电源电压的。所以，一般取为电源电压的。所以，相比于相比于TTL电路，其抗干扰电路，其抗干扰能力较强能力较强3.3.输入特性输入特性输入
11、电流输入电流iI随输入电压随输入电压vI变化的关系曲线变化的关系曲线输入电压在正常工作范围输入电压在正常工作范围0VDD之间变化时，保护二极管之间变化时，保护二极管均为反向偏置，输入电流近似为零；当时均为反向偏置，输入电流近似为零；当时vIVDD+VDF时，时，D2导通，导通，iI 急剧增加；当急剧增加；当vIVSS-VDF时，时，D1经经RS导通，导通，iI的绝对的绝对值随输入电压的绝对值的增大而增大，近似为线性关系值随输入电压的绝对值的增大而增大，近似为线性关系输入特性输入特性4.4.输出特性输出特性（1）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当输出当输出vO为低电平时
12、，输入电压为低电平时，输入电压vO与输出电流与输出电流iO的关系曲线的关系曲线当输入为高电平当输入为高电平vI=VIH=VDD、输出为低电平、输出为低电平vO=VOL=0时，时，TN导通，导通，TP截止，负载电流从负载电路注入截止，负载电流从负载电路注入TN，输，输出电平出电平VOL=IOLRON，随，随IOL的增加而升高的增加而升高（2）高电平输出特性）高电平输出特性当输出当输出vO为高电平时，输入电压为高电平时，输入电压vO与输出电流与输出电流iO的关系曲线的关系曲线高电平输出特性高电平输出特性当输入为低电平当输入为低电平vI=VIL=0、输出为高电平、输出为高电平vO=VOH=VDD时，
13、时，TP导通，导通，TN截止，负载电流从电源截止，负载电流从电源VDD通过通过TP注入负注入负载，载，VOH=VDDIOHRON，随，随IOH的增加而略有下降。在同的增加而略有下降。在同样的负载电流情况下，电源电压样的负载电流情况下，电源电压VDD越大，越大，TP管的栅源电管的栅源电压越负，导通内阻越小，压越负，导通内阻越小，VOH下降越小下降越小 5.5.传输延时时间传输延时时间MOS管是单极性三极管，开关过程中没有电荷的积累和消散现象。但管是单极性三极管，开关过程中没有电荷的积累和消散现象。但由于管子的导通电阻较大，集成电路中管子的极间电容及负载电容的影响，由于管子的导通电阻较大，集成电路
14、中管子的极间电容及负载电容的影响，使输出电压的变化滞后于输入电压的变化，相比于使输出电压的变化滞后于输入电压的变化，相比于TTL门电路，其延时时间门电路，其延时时间更大，约为十几个纳秒，故其开关速度较低更大，约为十几个纳秒，故其开关速度较低 6.6.CMOSCMOS集成电路的特点集成电路的特点（1）静态功耗低。在电源电压）静态功耗低。在电源电压VDD5V时，中规模集成电路的静态功耗时，中规模集成电路的静态功耗小于小于100mW。有利于提高集成度和封装密度，比较适合于大规模集成；。有利于提高集成度和封装密度，比较适合于大规模集成；（2）电源电压范围较宽。）电源电压范围较宽。CC4000系列的系列
15、的CMOS电路的电源电压范围从电路的电源电压范围从318V，选择电源的余地大，电源设计要求低；，选择电源的余地大，电源设计要求低；（3）输入阻抗高。正常工作的）输入阻抗高。正常工作的CMOS集成电路，其输入端的保集成电路，其输入端的保护二极管处于反偏状态，直流输入阻抗大于护二极管处于反偏状态，直流输入阻抗大于100M；（4）扇出能力强。在低频工作时，一个输出端可驱动）扇出能力强。在低频工作时，一个输出端可驱动50个个以上以上CMOS集成电路的输入端，这主要是由于集成电路的输入端，这主要是由于CMOS集成电集成电路输入阻抗高、输入端取用电流小的原因路输入阻抗高、输入端取用电流小的原因（5）抗干扰
16、能力强。）抗干扰能力强。CMOS集成电路的电压噪声容限可达电源电压的集成电路的电压噪声容限可达电源电压的45%，而且高、低电平的噪声容限基本相等，而且高、低电平的噪声容限基本相等；（6）逻辑摆幅大。空载时输出高电平）逻辑摆幅大。空载时输出高电平VOH=（VDD-0.05）VDD，输出低电，输出低电平（平（VSS+0.05）VSS（7）温度稳定性好，且有较强的抗辐射能力）温度稳定性好，且有较强的抗辐射能力 CMOS集成器件的国外产品主要有集成器件的国外产品主要有4000、74C、74HC等系列，后两种是高速等系列，后两种是高速CMOS电路，其传输电路，其传输延时时间已接近标准的延时时间已接近标准
17、的TTL器件，其引脚排列和逻器件，其引脚排列和逻辑功能也和同型号的辑功能也和同型号的74系列系列TTL电路一致。电路一致。74HCT系列更是在电平上和系列更是在电平上和74系列的系列的TTL电路相容，从而电路相容，从而使两者互换使用更为方便。在使两者互换使用更为方便。在4000系列基础上发展系列基础上发展起来的有起来的有4000B系列、系列、4500系列和系列和5000系列等。国系列等。国产的产的CMOS器件以器件以4000系列为主系列为主2.3.3 2.3.3 其它类型的其它类型的CMOSCMOS集成门电路集成门电路 1.1.其它逻辑功能的其它逻辑功能的CMOSCMOS门电路门电路（1）与非
18、门）与非门 电路电路 当当A、B全为高电平时，全为高电平时，TN1、TN2都导都导通，而通，而TP1、TP2都截止，输出低电平都截止，输出低电平TN1、TN2串联串联TP1、TP2并联并联工作原理：工作原理：只要只要A、B中有一个是低电平，则中有一个是低电平，则TN1、TN2中必有一个管子是截止的，而中必有一个管子是截止的，而TP1、TP2中必有一个是导通的，输出高电平；中必有一个是导通的，输出高电平；TP1、TP2串联串联（2）或非门）或非门TN1、TN2并联并联电路电路 工作原理：工作原理：当当A、B全为低电平时，全为低电平时，TN1、TN2都截都截止的，而止的，而TP1、TP2都导通，输
19、出高电平都导通，输出高电平只要只要A、B中有一个是高电平，则中有一个是高电平，则TN1、TN2中必有一个管子是导通的，而中必有一个管子是导通的，而TP1、TP2中必有一个是截止的，输出低电平；中必有一个是截止的，输出低电平；2.2.带缓冲级的带缓冲级的CMOSCMOS门电路门电路普通门的缺点：它的输出电阻普通门的缺点：它的输出电阻RO受输入端逻辑状态的影响受输入端逻辑状态的影响 当当AB1时，两个串联的时，两个串联的NMOS管都导管都导通，输出低电平，通，输出低电平，RO2RONMOS管的管的导通电阻导通电阻当当AB0时，两个并联的时，两个并联的PMOS管都导管都导通，输出高电平，通，输出高电
20、平，RO（1/2）RON当当A、B中一个为中一个为1、一个为、一个为0时，两个串联的时，两个串联的NMOS管都截止，两个并联的管都截止，两个并联的PMOS管只有一个管只有一个导通，输出高电平，导通，输出高电平，RORON总结：总结：输出状态的不同使输出电阻相差四输出状态的不同使输出电阻相差四倍之多；倍之多；输出端的高、低电平大小受输入端输出端的高、低电平大小受输入端数目的影响；数目的影响；输入端工作状态不同对电压传输入端工作状态不同对电压传输特性也有影响。输特性也有影响。带缓冲级的门电路带缓冲级的门电路 或非门电路或非门电路 逻辑电路逻辑电路逻辑表达式逻辑表达式3.3.CMOS CMOS传输门
21、和双向模拟开关传输门和双向模拟开关（1）CMOS传输门传输门 电路电路 逻辑符号逻辑符号控制端高、控制端高、低电平分别低电平分别为为VDD和和0V 输入输出可以互换，输入输出可以互换，信号可双向传输信号可双向传输工作原理：工作原理：当当C0，时，只要输入信号的变化范围不超过时，只要输入信号的变化范围不超过VDD和和0V，则，则TN管和管和TP管同时截止，输出与输入之间是高管同时截止，输出与输入之间是高阻态（电阻大于阻态（电阻大于109），传输门截止），传输门截止；当当C1，时，若时，若0vIVDD-VGS（th）N，TN管导通，管导通，TP管截止，导通电阻很小，管截止，导通电阻很小，vOvI；
22、若；若VGS（th）PvI，TP管导通，管导通，TN管截止，管截止，vOvI。输出电压输出电压（2）CMOS双向模拟开关双向模拟开关 利用非门将利用非门将CMOS传输门的两个控制端连接在一起，作为控制端，传输门的两个控制端连接在一起，作为控制端，就构成了就构成了CMOS双向模拟开关双向模拟开关电路电路 逻辑符号逻辑符号C=0时，开关不通，输出高阻态；时，开关不通，输出高阻态；C=1时，开关接通，时，开关接通，vO=vI；利用利用CMOS传输门和传输门和CMOS反相器的各种组合可以构成多种复杂的逻反相器的各种组合可以构成多种复杂的逻辑电路，如数据选择器、触发器、计数器等辑电路，如数据选择器、触发
23、器、计数器等【例【例1】试判断下面由】试判断下面由CMOS传输门构成电路的输出和输入逻辑关系。传输门构成电路的输出和输入逻辑关系。解：解：0001则输出逻辑式为则输出逻辑式为则实现与逻辑关系则实现与逻辑关系避免传输门关闭时避免传输门关闭时出现高阻态，在输出现高阻态，在输出端通过大电阻接出端通过大电阻接地，也可以输出端地，也可以输出端通过电阻接电源。通过电阻接电源。4.4.三态输出的三态输出的CMOSCMOS门门 从逻辑功能上看，三态输出的从逻辑功能上看，三态输出的CMOS门与门与TTL的三态门没有区别，但在的三态门没有区别，但在电路结构上，电路结构上，CMOS的三态门要简单得多的三态门要简单得
24、多 三态非门电路三态非门电路 逻辑符号逻辑符号所有所有NMOS管和管和PMOS管均截止，管均截止，输出输出Y为高阻状态为高阻状态A0时，所有时，所有NMOS管截止而所管截止而所有有PMOS管导通，输出管导通，输出Y1；A1时，时，所有所有NMOS管导通而管导通而PMOS管截止，管截止，输出输出Y0，输出逻辑式为输出逻辑式为【例【例2】电路如图所示，试分析其逻辑功能】电路如图所示，试分析其逻辑功能解：解：传输门截止，输出为传输门截止，输出为YZ（高阻态）（高阻态）传输门开启，传输门开启，CMOS反相器的输出通反相器的输出通过传输门到达输出，使得过传输门到达输出，使得此电路逻辑功能为三此电路逻辑功
25、能为三态输出非门，使能控态输出非门，使能控制端低电平有效制端低电平有效2.4 TTL2.4 TTL和和CMOSCMOS集成电路的使用及接口集成电路的使用及接口2.4.1 2.4.1 两类数字集成门电路的使用两类数字集成门电路的使用 1.1.输入端的扩展输入端的扩展外接一个扩展器外接一个扩展器与扩展器与扩展器74H61逻辑符号逻辑符号利用二极管与门和或门实现输入端的扩展利用二极管与门和或门实现输入端的扩展 与非扩展与非扩展或非扩展或非扩展适合适合CMOS门门2.2.多余输入端的处理多余输入端的处理 对于与门和与非门，多余的输入端应接高电平或和已经使用的端相连；对于与门和与非门，多余的输入端应接高
26、电平或和已经使用的端相连；对于或门和或非门，多余的输入端应接低电平或和已经使用的端相连。接对于或门和或非门，多余的输入端应接低电平或和已经使用的端相连。接高电平，可以直接通过电阻和电源相连或者接到高电平处；接低电平可直高电平，可以直接通过电阻和电源相连或者接到高电平处；接低电平可直接接地，但也有其它的连接方式接接地，但也有其它的连接方式 注意：注意：TTL门：根据门输入级的特性，悬空、通过一个大电阻（大于）接地门：根据门输入级的特性，悬空、通过一个大电阻（大于）接地相当于在输入端加了一个高电平；通过一个小电阻（小于）接地相当于相当于在输入端加了一个高电平；通过一个小电阻（小于）接地相当于在输入
27、端加了一个低电平；在输入端加了一个低电平；CMOS门：为防止干扰破坏逻辑关系和损坏器件，门：为防止干扰破坏逻辑关系和损坏器件，CMOS门门输入端不能悬空。另外，由于输入端不能悬空。另外，由于CMOS门输入端不取用电流，所门输入端不取用电流，所以输入端不管是通过大电阻还是通过小电阻接地，都相当于在以输入端不管是通过大电阻还是通过小电阻接地，都相当于在输入端加了一个低电平输入端加了一个低电平3.3.提高提高TTLTTL门的带负载能力门的带负载能力当门电路所能提供的拉电流满足不了负载的需要时，可以改变电路连当门电路所能提供的拉电流满足不了负载的需要时，可以改变电路连接，将拉电流负载变成灌电流负载。接
28、，将拉电流负载变成灌电流负载。如：如：一般的一般的TTL在输出高电平的时候，最大在输出高电平的时候，最大输出电流约为输出电流约为0.4mA，而发光二极管正，而发光二极管正常工作时的电流约十多个毫安常工作时的电流约十多个毫安 拉电流拉电流iO灌电流灌电流iOTTL与非门输出低电平时，与非门输出低电平时，发光二极管发光，发光二发光二极管发光，发光二极管的工作电流由电源极管的工作电流由电源VCC提供，且提供，且TTL门电路的门电路的低电平最大输出电流约为低电平最大输出电流约为16mA左右，完全可以满左右，完全可以满足正常工作要求。足正常工作要求。使门电路只承担灌电流负载，而让变换电路承担所需的拉电流
29、负载使门电路只承担灌电流负载，而让变换电路承担所需的拉电流负载 如：如：对对TTL与非门而言，是一个拉电流负与非门而言，是一个拉电流负载，明显负载过大，不能正常工作载，明显负载过大，不能正常工作100mA=254mA当当TTL与非门输出高电与非门输出高电平时，平时，D1截止，截止，VCC经经R1、D2向三极管基极提供拉向三极管基极提供拉电流，电流，TTL与非门提供与非门提供的拉电流几乎为零的拉电流几乎为零4.4.TTL TTL电路使用中的注意事项电路使用中的注意事项（1）TTL电路的电源电压不能高于电路的电源电压不能高于+5.5V，使用时不能将电源与，使用时不能将电源与“地地”引引线端颠倒错接
30、，否则将因电流过大而将器件损坏线端颠倒错接，否则将因电流过大而将器件损坏;（2）电路的各输入端不能直接与高于）电路的各输入端不能直接与高于+5.5V、低于、低于-0.5V的低内阻电源连接，的低内阻电源连接，因为低内阻电源能提供较大电流而使器件过热烧坏因为低内阻电源能提供较大电流而使器件过热烧坏;（3）除了三态门和）除了三态门和OC门外，不能将门电路的输出端并联使用，门外，不能将门电路的输出端并联使用，OC门线与门线与时要合理选择好上拉电阻时要合理选择好上拉电阻;（4）输出端不能与电源或）输出端不能与电源或“地地”短路，否则会造成器件损坏，但可以通过短路，否则会造成器件损坏，但可以通过电阻和电源
31、相连，以提高输出高电平。电阻和电源相连，以提高输出高电平。5.5.CMOS CMOS电路使用中的注意事项电路使用中的注意事项（1）存放时要屏蔽，一般放在金属容器中，也可将引脚用）存放时要屏蔽，一般放在金属容器中，也可将引脚用金属箔短路。金属箔短路。（2）焊接时电烙铁功率不能大于）焊接时电烙铁功率不能大于20W，烙铁要有良好的接，烙铁要有良好的接地线，最好利用烙铁断电后的余热快速焊接。禁止在通电地线，最好利用烙铁断电后的余热快速焊接。禁止在通电的情况下焊接的情况下焊接（3）测试时，如果信号源和电路板用两组电源，则应先接通电路板电源，断）测试时，如果信号源和电路板用两组电源，则应先接通电路板电源，
32、断电时应先断开信号源电源。即禁止在电时应先断开信号源电源。即禁止在CMOS电路本身没有接通电源的情况下电路本身没有接通电源的情况下输入信号输入信号（4）多余输入端绝对不能悬空，否则会因干扰破坏逻辑关系）多余输入端绝对不能悬空，否则会因干扰破坏逻辑关系（5）输入端连接长线时，由于分布电容和分布电感的影响，容易构成）输入端连接长线时，由于分布电容和分布电感的影响，容易构成LC振振荡，使输入保护二极管损坏。为此，必须在输入端串接一个荡，使输入保护二极管损坏。为此，必须在输入端串接一个1020K的电阻的电阻RS分布电感分布电感和电容和电容（6）CMOS电路安装在印刷电路板上时，各输电路安装在印刷电路板
33、上时，各输入端要接保护电阻，这样可以避免线路板从机入端要接保护电阻，这样可以避免线路板从机器中拨出时器件输入端悬空。在装接线路板时，器中拨出时器件输入端悬空。在装接线路板时，应先将其它元件安装好后再插入应先将其它元件安装好后再插入CMOS器件，器件，也是为防止也是为防止CMOS器件输入端悬空器件输入端悬空（7）为防止脉冲信号串入电源引起的低频）为防止脉冲信号串入电源引起的低频和高频干扰，可在印刷电路板的电源和地之和高频干扰，可在印刷电路板的电源和地之间并接间并接10F和和0.1F的两个电容的两个电容2.4.2 2.4.2 两类数字集成门电路的接口两类数字集成门电路的接口 由于由于CMOS电路具
34、有功耗低、单电源工作、电源电压范围电路具有功耗低、单电源工作、电源电压范围宽、噪声容限高等特点，作为逻辑集成电路使用可以说是最合宽、噪声容限高等特点，作为逻辑集成电路使用可以说是最合适的。但是在大电流和超高速领域中，只使用适的。但是在大电流和超高速领域中，只使用CMOS电路是不电路是不行的，还要使用分立元件、晶体管电路及行的，还要使用分立元件、晶体管电路及TTL电路等。所以在电路等。所以在设计一个电路时，需要考虑不同器件之间的连接。设计一个电路时，需要考虑不同器件之间的连接。1.1.不同门之间的连接不同门之间的连接按逻辑要求，无论是按逻辑要求，无论是TTL门驱动门驱动CMOS门，还是门，还是C
35、MOS门驱动门驱动TTL门，门，驱动门和负载门的电压和电流关系应满足驱动门和负载门的电压和电流关系应满足驱动门驱动门负载负载门门n负载输入低电平电流负载输入低电平电流IILmax的个数的个数m负载输入高电平电流负载输入高电平电流IIHmax的个数的个数2.2.用用TTLTTL电路驱动电路驱动CMOSCMOS电路电路（1）用）用TTL电路驱动电路驱动4000系列和系列和74HC系列的系列的CMOS电路电路表表2-3几种几种TTL门门和和CMOS门门的常用参数的常用参数VOHmin(V)VOLmax(V)IOHmax(mA)IOLmax(mA)VIHmin(V)VILmax(V)IIHmax(uA
36、)IILmax(mA)tpd(ns)P(mW/门门)TTL74系列系列2.40.4-0.41620.840-1.61010TTL74H系列系列2.40.4-0.52020.850-2.0622.5TTL74LS系列系列2.70.5-0.4820.820-0.4102CMOSCC4000系列系列4.60.05-0.510.513.51.50.1-0.0001450.005高速高速CMOS74HC系列系列4.40.1-443.51.350.1-0.0001180.0025高速高速CMOS74HCT系列系列4.40.1-4420.80.1-0.0001180.0025 解决方法解决方法当当VCC=V
37、DD时，采用接上拉电阻的方法时，采用接上拉电阻的方法上拉电阻上拉电阻当当TTL输出高电平时，输出级的推动管输出高电平时，输出级的推动管T5截止，由于上拉电路截止，由于上拉电路VDD和和RU的作用。输出的作用。输出级的负载管级的负载管T4也截止，故输出高电平为也截止，故输出高电平为当当VCCVDD时，时，CMOS的输入高电平远大于的输入高电平远大于3.5V,为了防止为了防止TTL输出级过载，可以将输出级过载，可以将TTL电路改为电路改为OC门或者增加一级门或者增加一级OC门接口。门接口。四低四低-高压电平转高压电平转换器（三态输出）换器（三态输出）当当VCCVDD时，时，可以采用带有电平转换作用
38、的可以采用带有电平转换作用的CMOS接口门接口门(CC40109)，或采用，或采用TTL接口门（接口门（74LS06等）等）。六反相缓冲器，六反相缓冲器，15V高压输出高压输出（2）用）用TTL驱动驱动74HCT系列的系列的CMOS电路电路表表2-3几种几种TTL门门和和CMOS门门的常用参数的常用参数VOHmin(V)VOLmax(V)IOHmax(mA)IOLmax(mA)VIHmin(V)VILmax(V)IIHmax(uA)IILmax(mA)tpd(ns)P(mW/门门)TTL74系列系列2.40.4-0.41620.840-1.61010TTL74H系列系列2.40.4-0.520
39、20.850-2.0622.5TTL74LS系列系列2.70.5-0.4820.820-0.4102CMOSCC4000系列系列4.60.05-0.510.513.51.50.1-0.0001450.005高速高速CMOS74HC系列系列4.40.1-443.51.350.1-0.0001180.0025高速高速CMOS74HCT系列系列4.40.1-4420.80.1-0.0001180.0025 全部满足要求，无需外全部满足要求，无需外加接口，可直接连接使用加接口，可直接连接使用 3.3.用用CMOSCMOS电路驱动电路驱动TTLTTL电路电路（1）用）用4000系列系列CMOS电路驱动电
40、路驱动74系列和系列和74H系列系列TTL电路电路表表2-3几种几种TTL门门和和CMOS门门的常用参数的常用参数VOHmin(V)VOLmax(V)IOHmax(mA)IOLmax(mA)VIHmin(V)VILmax(V)IIHmax(uA)IILmax(mA)tpd(ns)P(mW/门门)TTL74系列系列2.40.4-0.41620.840-1.61010TTL74H系列系列2.40.4-0.52020.850-2.0622.5TTL74LS系列系列2.70.5-0.4820.820-0.4102CMOSCC4000系列系列4.60.05-0.510.513.51.50.1-0.000
41、1450.005高速高速CMOS74HC系列系列4.40.1-443.51.350.1-0.0001180.0025高速高速CMOS74HCT系列系列4.40.1-4420.80.1-0.0001180.0025输出低电平电流不满足，需要外接扩展电路输出低电平电流不满足，需要外接扩展电路 解决方法解决方法将同一封装内的将同一封装内的CMOS门电路并联使用；虽然同一封装内的门电路参数比门电路并联使用；虽然同一封装内的门电路参数比较一致，但不可能完全相同，所以并联后的最大负载电流略低于每个门最大较一致，但不可能完全相同，所以并联后的最大负载电流略低于每个门最大负载电流之和负载电流之和；在输出端增加
42、一级在输出端增加一级CMOS驱动器，如驱动器，如CC4010、CC40107等等。同相输出的驱动器。同相输出的驱动器CC4010在电源电压在电源电压5V时，负载电流时，负载电流IOL3.2mA，可以同时驱动两个，可以同时驱动两个74系列的系列的TTL门；门；OD门门CC40107在电源电压在电源电压5V时，负载电流时，负载电流IOL16mA，能同时驱，能同时驱动十个动十个74系列系列TTL门电路门电路 CMOS门电路并联使用门电路并联使用增加增加CMOS驱动器驱动器在找不到合适的驱动器时，可采用分立元件的三极管电流放大器在找不到合适的驱动器时，可采用分立元件的三极管电流放大器.参数的选择要满足
43、在参数的选择要满足在CMOS输出高电输出高电平时，三极管饱和导通（输出低电平），平时，三极管饱和导通（输出低电平），此时要求此时要求 其中：其中：VOH、IOH为为CMOS门输出高电平和门输出高电平和输出高电平时的输出漏电流输出高电平时的输出漏电流；IIL为为TTL输入输入低电平电流低电平电流（2）用）用4000系列系列COS门驱动门驱动74LS系列系列TTL电路电路 表表2-3几种几种TTL门门和和CMOS门门的常用参数的常用参数VOHmin(V)VOLmax(V)IOHmax(mA)IOLmax(mA)VIHmin(V)VILmax(V)IIHmax(uA)IILmax(mA)tpd(ns
44、)P(mW/门门)TTL74系列系列2.40.4-0.41620.840-1.61010TTL74H系列系列2.40.4-0.52020.850-2.0622.5TTL74LS系列系列2.70.5-0.4820.820-0.4102CMOSCC4000系列系列4.60.05-0.510.513.51.50.1-0.0001450.005高速高速CMOS74HC系列系列4.40.1-443.51.350.1-0.0001180.0025高速高速CMOS74HCT系列系列4.40.1-4420.80.1-0.0001180.0025满足所有条件，可将满足所有条件，可将40004000系列系列CMO
45、SCMOS门的输出端直接门的输出端直接和和74LS74LS系列的系列的TTLTTL电路连接。但当后面连接的电路连接。但当后面连接的74LS74LS系列的系列的TTLTTL门电路不止一个时，需扩展低电平输出电流。门电路不止一个时，需扩展低电平输出电流。（3）用）用74HC/74HCT系列系列CMOS电路驱动电路驱动TTL电路电路表表2-3几种几种TTL门门和和CMOS门门的常用参数的常用参数VOHmin(V)VOLmax(V)IOHmax(mA)IOLmax(mA)VIHmin(V)VILmax(V)IIHmax(uA)IILmax(mA)tpd(ns)P(mW/门门)TTL74系列系列2.40
46、.4-0.41620.840-1.61010TTL74H系列系列2.40.4-0.52020.850-2.0622.5TTL74LS系列系列2.70.5-0.4820.820-0.4102CMOSCC4000系列系列4.60.05-0.510.513.51.50.1-0.0001450.005高速高速CMOS74HC系列系列4.40.1-443.51.350.1-0.0001180.0025高速高速CMOS74HCT系列系列4.40.1-4420.80.1-0.0001180.0025无论负载门是无论负载门是7474系列、系列、74H74H系列还是系列还是74LS74LS系列系列TTLTTL门
47、电路，门电路，均满足条件，可以直接用均满足条件，可以直接用74HC/74HCT74HC/74HCT驱动驱动TTLTTL门电路门电路 2.5 2.5 门电路应用实例门电路应用实例智力竞赛抢答器智力竞赛抢答器 自行分析：自行分析：A、B、C三个抢答者，三个抢答者，D为裁判，每人控制为裁判，每人控制一个开关（正常为低电平、按下为高电平）。当裁判允许一个开关（正常为低电平、按下为高电平）。当裁判允许抢答时给出抢答指令，将抢答时给出抢答指令，将SD打向高电平，抢答开始。打向高电平，抢答开始。A、B、C谁先按下开关，对应的指示灯亮，其余两人按下开谁先按下开关，对应的指示灯亮，其余两人按下开关抢答无效，指示
48、灯不会亮。关抢答无效，指示灯不会亮。本章小结本章小结 本章主要讲述了目前应用最广的本章主要讲述了目前应用最广的TTLTTL和和CMOSCMOS两类集成门电路的电路结构、工两类集成门电路的电路结构、工作原理、主要静态特性参数及实际使用作原理、主要静态特性参数及实际使用 。重点熟悉重点熟悉TTLTTL反相器、反相器、TTLTTL与非门、与非门、OCOC门、三态门、门、三态门、CMOSCMOS反相器、传输门反相器、传输门的结构特点、工作原理、电压传输特性的结构特点、工作原理、电压传输特性；掌握掌握TTLTTL门的扇出系数计算、输入端电门的扇出系数计算、输入端电阻效应影响、阻效应影响、OCOC门上拉电阻计算、多余门上拉电阻计算、多余输入端处理等实际使用问题；输入端处理等实际使用问题；熟悉熟悉TTL门和门和CMOS的接口问题的接口问题。作作 业业 2-3 2-5 2-8 2-9 2-10 2-11 2-13 2-19 2-20