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1、第5讲 逻辑门电路2,5-1 其他TTL集成门,5-2 CMOS集成逻辑门,多发射极三极管在功能上相当于三个三极管的并联运用。,采用多发射极管提高工作速度,5-1 其他类型的TTL门电路,一、与非门,工作原理 （1）当输入端全接高电平(3.6v)时,T1倒置工作，T2饱和，T4截止，T3饱和。,（2）当输入有低电平(0.3v)时,T1深度饱和，T2、T3截止，T4微饱和。,输入有低，输出为高。,输入全高，输出为低。,两方框中电路相同,A为高电平时，T2、T5同时导通，T4截止，输出Y为低电平。,B为高电平时，T2、T5同时导通，T4截止，输出Y为低电平。,A、B都为低电平时，T2、T2同时截止
2、，T5截止，T4导通，输出Y为高电平。,二、或非门,三.与或非门,四.异或门,六、集电极开路的与非门（OC门）,（1）问题的提出,标准TTL与非门进行与运算:,能否“线与”？,（Open Collector),TTL与非门的输出电阻很低。这时，直接线与会使电流 i 剧烈增加。,i,功耗,T4热击穿,UOL ,与非门2：,不允许直接“线与”,与非门1 截止,与非门2 导通,UOH,UOL,与非门1：,问题：TTL与非门能否直接线与？,输入全1时，输出=0； 输入任0时，输出悬空,应用时输出端要接一上拉负载电阻 RL 。,（2）电路与符号,符号,OC门可以实现“线与”功能。,分析：F1、F2、F3
3、任一导通，则F=0。 F1、F2、F3全截止，则F=1 。,F=F1F2F3,（3） OC门的应用,实现电平转移。,用作驱动器。,（4）负载电阻RL和电源 VCC可以根据情况选择。,E 控制端（使能端）,（1）结构,七、三态门（TSL门）,（2）工作原理 当E=0时,E 控制端（使能端）,（2）工作原理 当E=0时,当E=1时,输出为高阻状态,功能表,功能表,（3）符号及功能表,（4）TSL门的应用：,构成数据总线：让各门的控制端轮流处于低电平，即任何时刻只让一个TSL门处于工作状态，而其余TSL门均处于高阻状态，这样总线就会轮流接受各TSL门的输出。,74标准系列：前面介绍的TTL门电路都属
4、于74系列，其典型电路与非门的平均传输时间tpd10ns，平均功耗P10mW。,74H高速系列：是在74系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd6ns，平均功耗P22mW。,74S肖特基系列：是在74H系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd3ns，平均功耗P19mW。,74LS低功耗肖特基系列：是在74S系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd9ns，平均功耗P2mW。74LS系列产品具有最佳的综合性能，是TTL集成电路的主流，是应用最广的系列。,TTL数字集成电路的各种系列,74AS系列：电路结构与74LS系列相似，采用低 阻值，提高了
5、工作速度，但功耗较大。,74ALS系列：其延迟功耗积是TTL电路所有系列中最小的一种。,54、54H、54S、54LS系列：54系列与74系列电路具有完全相同的电路结构和电气性能参数。54系列工作温度范围更宽，电源允许的工作范围更大。 74系列：温度070，电源电压5V5%; 54系列: 温度-55+125，电源电压5V10%。,TTL集成门电路系列,以TTL门电路芯片（四2输入与非门，型号74LS00 )为例,地GND,外形,电源VCC（+5V）,TTL门电路芯片简介,5-2 CMOS逻辑门电路,结型场效应管JFET,绝缘栅型场效应管MOS,场效应管有两种:,MOS电路的特点：,优点,1.
6、工艺简单，集成度高。,缺点：工作速度比TTL低 。,2. 是电压控制元件，静态功耗小。,3. 允许电源电压范围宽（318V）。,4. 扇出系数大，抗噪声容限大。,5.2.1 MOS反相器,ui=“1”,ui=“0”,5.2.2 CMOS反相器工作原理,（一）电路结构,当NMOS管和PMOS管成对出现在电路中，且二者在工作中互补，称为CMOS管(意为互补)。,vI=0,vo=“”,vI=1,vo=“”,静态下，无论vI是高电平还是低电平，T1、T2总有 一个截止，因此CMOS反相器的静态功耗极小。,iD,VTH,电流传输特性,AB、EF 段： TN、TP总有一个为截止状态，故 iD 0 。,CD
7、 段： TN、Tp 均导通，流过两管的漏极电流达到最大值 iD = iD（max) 。,VTH = 0.5 VDD,（VDD = 3 18 V）,（二）传输特性,(1)CMOS反相器静态功耗近似等于0,动态功耗随状态转换的次数增加,（三）输出特性,低电平输出特性,高电平输出特性,VOL0,VOHVDD,5.2.3 其他CMOS门电路,与非门,1、CMOS 与非门,Y =,(a)电路结构,或非门,2、CMOS 或非门,（1）漏极开路门的结构与逻辑符号,逻辑符号,漏极开路门输出连接,(a)工作时必须外接电源和电阻;,(b)与非逻辑不变,3. CMOS漏极开路（OD）门,逻辑功能：高电平有效的同相三
8、态门,4. CMOS三态输出门电路,三态输出门电路逻辑符号,1. CMOS传输门电路,电路,等效电路,5.2.4 CMOS传输门(双向模拟开关),(TG 门 Transmission Gate),2. 工作原理：,TN、TP总有一个导通,TN、TP均截止，,导通电阻小(几百欧姆),关断电阻大 ( 109 ),2、CMOS传输门电路的工作原理,设TP:|VTP|=2V， TN:VTN=2 I的变化范围为5V到+5V。,5V,+5V,5V到+5V,GSN VTN, TN截止,GSP=5V (-5V到+5V)=(10到0)V,开关断开，不能转送信号,GSN= -5V (5V到+5V)=(0到-10)
9、V,GSP0, TP截止,+5V,5V,GSP= 5V (3V+5V)=2V 10V,GSN=5V (5V+3V)=(102)V,b、I=3V5V,GSNVTN, TN导通,a、I=5V3V,TN导通，TP导通,C、I=3V3V,传输门组成的应用,A=1、B=0时，TG1截止，TG2导通，Y=B =1;,A=0、B=1时，TG2截止，TG1导通，Y=B =1;,A=0、B=0时，TG2截止，TG1导通，Y=B =0;,A=1、B=1时，TG1截止，TG2导通，Y=B =0;,双向模拟开关,(1) 功耗极低。,LSI：几个 W ， MSI：100 W,(2) 电源电压范围宽。,CC4000 系列
10、：VDD = 3 18 V,(3) 抗干扰能力强。,输入端噪声容限 = 0.3VDD 0.45VDD,(4) 逻辑摆幅大。,(5) 输入阻抗极高。,(6) 扇出能力强。,(7) 集成度很高，温度稳定性好。,(8) 抗辐射能力强。,CC4000系列： 50个,5.2.5 CMOS电路的特点,1输入电路的静电保护 CMOS电路的输入端设置了保护电路，给使用者带来很大方便。但是，这种保护还是有限的。由于CMOS电路的输入阻抗高，极易产生感应较高的静电电压，从而击穿MOS管栅极极薄的绝缘层，造成器件的永久损坏。为避免静电损坏，应注意以下几点：,CMOS电路的正确使用,（1）所有与CMOS电路直接接触的
11、工具、仪表等必须可靠接地。 （2）存储和运输CMOS电路，最好采用金属屏蔽层做包装材料。,2多余的输入端不能悬空。 输入端悬空极易产生感应较高的静电电压，造成器件的永久损坏。对多余的输入端，可以按功能要求接电源或接地，或者与其它输入端并联使用。,3输入电路需过流保护,CMOS电路与TTL电路比较：,（1）CMOS电路的工作速度比TTL电路的低。 （2）CMOS带负载的能力比TTL电路强。 （3）CMOS电路的电源电压允许范围较大，约在 318V，抗干扰能力比TTL电路强。 （4）CMOS电路的功耗比TTL电路小得多。门电路的功耗只有几个W，中规模集成电路的功耗也不会超过100W。,（5）CMO
12、S集成电路的集成度比TTL电路高。 （6）CMOS电路容易受静电感应而击穿，在使用和 存放时应注意静电屏蔽，焊接时电烙铁应接地 良好，尤其是CMOS电路多余不用的输入端不 能悬空，应根据需要接地或接高电平。,练习1,写出图中所示各个门电路输出端的逻辑表达式。,TTL,CMOS,A,100,100k,= 1,A,100,100k,= 1,= 1,A,100,100k,A,100,100k,= 0,练习2,写出图中所示各个门电路输出端的逻辑表达式。,TTL,CMOS,=1,A,100,100k,=1,A,100,100k,&,A,悬空,&,A,悬空,分析下图所示逻辑门电路，根据输入波形对应画出输出波形,练习3,第5讲 结 束,
