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1、第三章 逻辑门电路内容概述门电路 (Gate Circuit)用以实现基本逻辑关系和常用 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TTL 即 Transistor-Transistor Logic CMOS 即 Complementary Metal-Oxide-Semiconductor 常用门电路类型 按功能特点不同分 普通门 (推拉式输出) CMOS 传输门 输出 开路门 三态门 输入端和输出端都用双极 型三极管的逻辑门电路以互补对称单极性 MOS 管构成的逻辑门电路 与门 或门 非门 基本逻辑门异或门 与非门 或非门 与或非门 组合逻辑门 逻辑功能不同：电路结构不同：TTL
2、集成门电路 CMOS 集成门电路 内容概述双极型集成逻辑门MOS集成逻辑门集 成 逻 辑 门按器件类型分按集成度分SSI：100个等效门 MSI：103个等效门 LSI ：104个等效门 VLSI：104个以上等效门本章内容：集成逻辑门的基本结构、工作原理；集成逻辑门的外部特性、参数及其接口电路。TTL、ECL I2L、HTLPMOS NMOS CMOSTTL集成门电路的封装内部逻辑构造 （74LS00）n我国集成电路型号命名法 第1部分第2部分第3部分第4部分第5部分前缀产品系列器件类型器件功能器件封装形式、温度范 围符号意义符号意义符 号意 义符号意义54军用电路 -55 +125oC标准
3、电路阿 拉 伯 数 字器 件 功 能W陶瓷扁平H高速电路B塑封扁平代表制 造厂商S肖特基电路F全密封扁平74民用 通用电路LS低功耗肖特 基电路D陶瓷双列直插ALS先进低功耗 肖特基电路P塑封双列直插AS先进肖特基 电路nTTL74系列数字集成电路型号的组成及符号的意义 CT 74 LS 00 P (1) (2) (3) (4) (5)封装形式 P：塑料双列直插封装 器件种类：四2输入与非门 器件系列：低功耗肖特基74TTL电路系列 产品系列 74系列 制造厂商 CT：国产TTL电路 CT74LS00P为国产的（采用塑料双列 直插封装）TTL 四2输入与非门。 u举例说明：封装形式 J：陶瓷双
4、列直插封装 器件种类：4位并行移位寄存器 器件系列：肖特基74TTL电路系列 产品系列 74系列 制造厂商 SN：美国TEXAS公司制造SN 74 S 195 J (1) (2) (3) (4) (5)SN74S195J为美国TEXAS公 司制造的采用陶瓷双列直插 封装的4位并行移位寄存器第1部分第2部分第3部分第4部分型 号 前 缀的意 义器 件 系 列器 件 种 类工作温度范围、封装形式 代表制造厂商符 号意 义符 号意 义符号意 义CD美国无线电 公司产品40 45产品 系列号阿 拉 伯 数 字器 件 功 能C070CC中国制造E-4085TC日本东芝公 司产品R-5585MC1摩托罗拉
5、公 司产品M-55125u4000系列CMOS器件型号的组成及符号意义 nCMOS和TTL门电路比较nCMOS门电路得各种系列的性能比较nTTL门电路得各种系列的性能比较高电平和低电平的含义 在数字电路中，高、低电平是某一规定范围的电压值高电平信号是多大的信号？低 电平信号又是多大的信号？10高电平低电平01高电平低电平正逻辑体制负逻辑体制非门(反相器)的电路模型简单反相器电路及等效模型TTL反相器电路模型反相器逻辑符号由基本的与、或、非逻辑组成的其它类型逻辑门电路，其逻辑符号有国际标准和国标两种其它类型门电路与、或非门等效模型门电路结构和使用门电路输入级TTL门电路结构一般有输入级、中间级和
6、输出级。 输入级是一个单或多发射极三极管，起到逻辑电平 转换作用。TTL门电路中间级只作为输入/输出级电平的转换集电极开路门推挽输出推挽三态输出输出级是驱动负载的关键，输出极的形式：TTL与非门电路组成输出级由D3、T4、T5和电阻R4组成。T4与T5组成推拉式输出结构，具有较强的负载能力。输入级由多发射极晶体管T1、二极管D1、D2和电阻R1组成。实现输入变量A、B的与运算。 中间级由T2、R2和R3组成。T2的集电极C2和发射极E2分别提供两个相位相反的电压信号。TTL与非门工作原理 输入端至少有一个（ 设A端）接低电平：0.3V 3.6V1V3.6VT1管:A端发射结导通 ，UB1 =
7、UA + UBE1 = 1V，其它发射结反偏截止。 （5-0.7-0.7）V = 3.6V因为UB1 =1V, 所以 T2、 T5截止, UC2Ucc=5V。 T4：工作在放大状态5V电路输出高电平： 输入端全接高电平：3.6V2.1V0.3VT1:UB1= UBC1+UBE2+UBE5 = 0.7V3 = 2.1V电路输出低电平： UOL = 0.3V3.6VT1：发射结反偏，集电极正偏，工作在倒置放 大状态且T2 、T5导通。T2：工作在饱和状态T4：UC2 = UCES2 + UBE51V，T4截止。T5：处于深饱和状态TTL与非门工作原理 输入端全接高电平，输出为低电平。 输入端至少有
8、一个接低电平时，输出为高电平。由此可见，电路的输出与输入之间满足与非逻辑关系：TTL与非门工作原理T1：倒置放大状态 T2：饱和状态 T4：截止状态 T5：深度饱和状态T1：深度饱和状态 T2：截止状态 T4：放大状态 T5：截止状态TTL与非门工作速度存在的问题：一是与非门内部晶体管工作在饱和状态对电路开关速度产生影响，二是与非门输出端接容性负载时对工作速度产生影响。 采取的措施：1. 采用多发射极晶体管T1，加速T2管脱离饱和状态。 2. T4和T5同时导通，加速T5管脱离饱和状态。 3. 降低与非门的输出电阻，减小对负载电容的充电时间。 TTL与非门的外特性及主要参数外特性：指的是电路在
9、外部表现出来的各种特性。掌握器件的外特性及其主要参数是用户正确使用、维护和设计电路的重要依据。介绍手册中常见的特性曲线及其主要参数。 TTL与非门的外特性及主要参数（一）电压传输特性TTL与非门输入电压UI与输出电压UO之间的关系曲线， 即 UO = f（UI）。截止区：当UI0.6V， Ub11.3V时，T2、T5截止， 输出高电平UOH = 3.6V。线性区：当0.6VUI1.3V， 0.7VU b21.4V时，T2导通，T5 仍截止，UC2随Ub2升高而下降， 经T4射随器使UO下降。转折区：当UI1.3V时， 输入电压略微升高，输出 电压急剧下降，因为T2、 T4、T5均处于放大状态。
10、饱和区：UI继续升高，T1进入倒 置工作状态Ub1=2.1V，此时T2、 T5饱和，T4截止，输出低电平 UOL = 0.3V ，且UO不随UI的增 大而变化。 ABCDETTL与非门的外特性及主要参数根据电压传输特性，可以求出TTL与非门几个重要参数：输出高电平UOH和输出低电平UOL 、阈值电压UTH、开门电平UON和关门电平UOFF 、噪声容限等。1.输出高电平UOH和输出低电平UOL ：AB段所对应的输出电压为UOH 。DE段所对应的输出电压为UOL。一般要求UOH3V，UOL0.4V 。3. 开门电平UON： 开门电平UON也称输入高电平电压UIH，指 的是输出电平UO =0.3V时
11、，允许输入高电 平的最小值。UON典型值为1.4V，一般产 品要求UON1.8V。4. 关门电平UOFF ：关门电平UOFF也称输入低电平电压UIL，指的是在保证输出电压为额定高电平UOH的90%时，允许输入低电平的最大值。一般产品要求UOFF0.8V。2. 阈值电压UTH：CD段中点所对应的输入电压称为阈值电压UTH，也称门槛电压。UTH=1.31.4V。低电平噪声容限U NL：高电平噪声容限U NH：5. 噪声容限TTL与非门的外特性及主要参数噪声容限表示门电路抗干扰能力的参数。 （二）输入特性输入电流与输入电压之间的关系曲线，即II = f（UI）。1. 输入短路电流IIS（输入低电平电
12、流IIL）当UIL = 0V时由输入端流出的电流。2. 输入漏电流IIH（输入高电平电流）指一个输入端接高电平，其余输入端接低电平，流入该输入端的电流，约10A左右。TTL与非门的外特性及主要参数假定输入电流II流入T1发射极时方向为正，反之为负。前级驱动门导通时，IIS将灌入前级门，称为灌电流负载。前级驱动门截止时， IIH从前级门流出，称为拉电流负载。 TTL与非门的外特性及主要参数（三）输入负载特性UI在一定范围内会随着Ri的增加而升高，形成Ui = f（Ri）变化曲线，称为输入负载特性。 若要使与非门稳定在 截止状态，输出高电平， 应选择RiROFF。若要保证与非门可靠 导通，输出低电
13、平，应选 择RiRON。TTL与非门的外特性及主要参数（四）功耗功耗有静态功耗和动态功耗之分。动态功耗指的是电路发生转换时的功耗。静态功耗指的是电路没有发生转换时的功耗。静态功耗有空载导通功耗PON和空载截止功耗POFF两个参数。1. 空载导通功耗PON指的是输出端开路、输入端全部悬空、与非门导通时的功耗。标准TTL芯片PON 50mW。2. 空载截止功耗POFF指的是输出端开路、输入端接地、与非门截止时的功耗。标准TTL芯片POFF25mW。1.扇入系数NI是指合格输入端的个数。2.扇出系数NO表示门电路带负载能力的大小，NO表示可驱动同类门的个数。NO分为两种情况，一是灌电流负载NOL，二
14、是拉电流负载NOH。NO=min（NOL，NOH）。IOLmax为驱动门的最大允许灌电流，IIL是一个负载门灌入本级的电流。 IOHmax为驱动门的最大允许拉电流，IIH是负载门高电平输入电流。 （五）扇入系数NI和扇出系数NOTTL与非门的外特性及主要参数（六）平均传输延迟时间平均传输延迟时间tpd：TTL与非门的外特性及主要参数平均传输延迟时间是表示门电路开关速度的参数，它是指门电路在输入脉冲波形的作用下，输出波形相对于输入波形延迟了多少时间。 导通延迟时间tPHL ：输 入波形上升沿的50%幅值处 到输出波形下降沿50% 幅值 处所需要的时间。截止延迟时间tPLH：从输 入波形下降沿50
15、% 幅值处到 输出波形上升沿50% 幅值处 所需要的时间。通常tPLHtPHL，tpd越小，电路的开关速度越高。一般tpd=10ns40ns。其它类型TTL门电路集电极开路门（OC门） 三态输出逻辑门（TSL门）或非门、与或非门和异或门 集电极开路门（OC门）10普通TTL门输出端并联出现的问题两个TTL与非门输出端直接并联，设门1输出高电平、门2输出低电平，则产生一个大电流。门1输出高电 平， T4导通、T5 截止。门2输出低 电平， T5导通 。1.抬高门2输出低电平；2.会因功耗过大损坏门电路。注：普通TTL输出端不能直接并联使用。UCC门1的R5、T4门2 的T5 产生一个大电流。（一
16、）OC门的电路结构当输入端全为高电平时，T2、T5导通，输出F为低电平；输入端有一个为低电平时，T2、T5截止，输出F高电平接近电源电压UC。 OC门实现与非逻辑功能。集电极开路门（OC门）输出低电平0.3V 高电平为UC（530V）ABF逻辑符号：RLUC集电极开路与非门（OC门）（二）OC 门实现线与逻辑负载电阻RL的选择集电极开路门（OC门）相当于与逻辑FRLUC等效逻辑符号（三）OC门应用-电平转换器OC 门需外接电阻，所以电源UCC可以选5V30V。OC 门作为TTL电路可以和其它不同类型、不同电平的逻辑电路进行连接。集电极开路门（OC门）当UDD=UCC时 ， 如CMOS电源电压 UDD = 5V，一般TTL 门可以直接驱动 CMOS门。TTL电路驱动
