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1、第三章第三章 门电路门电路3.1 概述概述1. 门电路：门电路： 实现基本逻辑运算和复合运算的单元电路称为门实现基本逻辑运算和复合运算的单元电路称为门电路，常用的门电路有非门、与非门、或非门、异或电路，常用的门电路有非门、与非门、或非门、异或门、与或非门等门、与或非门等(1) (1) 正逻辑：正逻辑：正逻辑：正逻辑：2. 2. 正负逻辑系统正负逻辑系统正负逻辑系统正负逻辑系统图图3.1.1 正负逻辑示意图正负逻辑示意图(2) 负逻辑：负逻辑：本书采用正逻辑系统本书采用正逻辑系统3. 3. 高低电平的实现高低电平的实现高低电平的实现高低电平的实现数字电路中，数字电路中，“1”和和“0”用用高低电
2、平表示。其高低电平的高低电平表示。其高低电平的获得是通过开关电路来实现获得是通过开关电路来实现图图3.1.2 高低电平实现原理电路高低电平实现原理电路原理：原理：缺点：功耗较大缺点：功耗较大克服：互补开关电路克服：互补开关电路4. 4. 数字逻辑电路的概述数字逻辑电路的概述数字逻辑电路的概述数字逻辑电路的概述（1 1）优点：）优点：）优点：）优点：图图3.1.1 正负逻辑示意图正负逻辑示意图对元器件的精度和电源的稳对元器件的精度和电源的稳定性的要求都比模拟电路要定性的要求都比模拟电路要低，抗干扰能力也强。低，抗干扰能力也强。(2) (2) 分类：分类：分类：分类： 数字逻辑电路可分为分立元件逻
3、辑门电路和集成数字逻辑电路可分为分立元件逻辑门电路和集成逻辑门电路逻辑门电路分立元件逻辑门电分立元件逻辑门电分立元件逻辑门电分立元件逻辑门电路是由半导体器件、路是由半导体器件、路是由半导体器件、路是由半导体器件、电阻和电容连接而电阻和电容连接而电阻和电容连接而电阻和电容连接而成成成成集成逻辑门电路是将大量集成逻辑门电路是将大量集成逻辑门电路是将大量集成逻辑门电路是将大量的分立元件通过特殊工艺的分立元件通过特殊工艺的分立元件通过特殊工艺的分立元件通过特殊工艺集成在很小的半导体芯片集成在很小的半导体芯片集成在很小的半导体芯片集成在很小的半导体芯片上上上上数字集成电路根据规模可分为数字集成电路根据规
4、模可分为100/100/片片片片（10010010001000）/ /片片片片10103 3 10 105 5 / /片片片片10105 5 以上以上以上以上/ /片片片片按导电类型可分为按导电类型可分为3.2 半导体二极管门电路半导体二极管门电路3.2.1半导体二极管的开关特性半导体二极管的开关特性1. 1. 稳态开关特性稳态开关特性稳态开关特性稳态开关特性图图3.1.2高低电平实现原理电路高低电平实现原理电路图图3.2.1 二极管的开关电路二极管的开关电路 将电路处于相对稳定状态下，晶体二极管所呈将电路处于相对稳定状态下，晶体二极管所呈现的开关特性称为现的开关特性称为稳态开关特性稳态开关特
5、性2. 2.二极管动态特性：二极管动态特性：二极管动态特性：二极管动态特性：二极管两端电压突然反向时，半导体二极管所呈现的开二极管两端电压突然反向时，半导体二极管所呈现的开关特性称为动态开关特性（简称动态特性）关特性称为动态开关特性（简称动态特性）图图3.2.3 二极管动态电流波形二极管动态电流波形二极管两端电压突变时，其二极管两端电压突变时，其电流变化滞后于电压。电流变化滞后于电压。tonon：将二极管由截止转向导通所将二极管由截止转向导通所将二极管由截止转向导通所将二极管由截止转向导通所需的时间称为正向恢复时间（开通需的时间称为正向恢复时间（开通需的时间称为正向恢复时间（开通需的时间称为正
6、向恢复时间（开通时间）时间）时间）时间）t trere：二极管由导通转向截止所二极管由导通转向截止所二极管由导通转向截止所二极管由导通转向截止所需的时间称为需的时间称为需的时间称为需的时间称为反向恢复时间（关反向恢复时间（关反向恢复时间（关反向恢复时间（关断时间）断时间）断时间）断时间）注：注：注：注：t tonon和和和和 t trere两者统称为二极管两者统称为二极管两者统称为二极管两者统称为二极管的开关时间，一般的开关时间，一般的开关时间，一般的开关时间，一般t tonon t trere3.2.2 二极管与门二极管与门图图3.2.4 二极管与门电路二极管与门电路 设设VCC5V，输入，
7、输入端端A、B的高低电平为的高低电平为VIH3V，VIL0V，二极管的正向导通压二极管的正向导通压降为降为 VDF0.7V规定规定3V以上为以上为“1”0.7V以下为以下为“0”3.7V3.7V3V3V3V3V0.7V0.7V0V0V3V3V0.7V0.7V3V3V0V0V0.7V0.7V0V0V0V0VY YB BA A1 11 11 10 00 01 10 01 10 00 00 00 0Y YB BA A原理：原理：3.2.3 二极管或门二极管或门图图3.2.5 二极管或门电路二极管或门电路原理：原理：规定规定2.3V以上为以上为10V以下为以下为02.3V2.3V3V3V3V3V2.3
8、V2.3V0V0V3V3V2.3V2.3V3V3V0V0V0V0V0V0V0V0VY YB BA A表表3.2.31 11 11 11 10 01 11 11 10 00 00 00 0Y YB BA A表表3.2.4二极管构成的门电路的缺点二极管构成的门电路的缺点:1.电平有偏移电平有偏移:输出的高低电平数值与输入的高低电平输出的高低电平数值与输入的高低电平数值相差一个二极管的压降，后级的二极管门电路电平数值相差一个二极管的压降，后级的二极管门电路电平偏移，甚至使得高电平下降到门限值以下偏移，甚至使得高电平下降到门限值以下2.带负载能力差：由于这种二极管门电路的输出电阻比带负载能力差：由于这
9、种二极管门电路的输出电阻比较低，故带负载能力差，输出电平会随负载的变化而较低，故带负载能力差，输出电平会随负载的变化而变化。变化。只用于只用于只用于只用于ICIC内部电路的逻辑单元内部电路的逻辑单元内部电路的逻辑单元内部电路的逻辑单元3.3 CMOS门电路门电路 CMOS（ Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor）在功耗、抗干扰、带负载）在功耗、抗干扰、带负载能力上优于能力上优于TTL逻辑门，所以超大规模器件几乎都采逻辑门，所以超大规模器件几乎都采用用CMOS门电路，如存储器门电路，如存储器ROM、可编程逻辑器件、可编程逻辑器件PL
10、D等等 国产的国产的CMOS器件有器件有CC4000(国际国际CD4000/MC4000)、高速高速54HC/74HC系列（国际系列（国际MC54HC/74HC),此外还有此外还有兼容型的兼容型的74HCT和和74BCT系列（系列（BiCMOS） 先介绍先介绍74系列的反相器和逻辑门，再简单介绍其它系列的反相器和逻辑门，再简单介绍其它系列的逻辑门系列的逻辑门一、一、一、一、MOSMOS管的类型和符号管的类型和符号管的类型和符号管的类型和符号a. a. 增强型增强型增强型增强型NMOSNMOS符号如图符号如图3.3.1所示所示3.3.1 MOS管管(绝缘栅）的开关特性绝缘栅）的开关特性 NMOS
11、共源极接法电路，输出特性共源极接法电路，输出特性图图3.3.2 NMOS管共源极接法电路及其输出特性管共源极接法电路及其输出特性恒流区（饱和区）恒流区（饱和区）恒流区（饱和区）恒流区（饱和区）截止区截止区截止区截止区可变电阻区（线性区）可变电阻区（线性区）可变电阻区（线性区）可变电阻区（线性区）转移特性转移特性当当当当v vGSGS 10 109 9(a)图图3.3.3 NMOS管共源极接法电路管共源极接法电路(b)开启电压开启电压vGS VGS (th) 时时,管子导通，管子导通，iD V 2GS，RON V VGSGS(th)(th)，管子截止，管子截止，管子截止，管子截止， i iD D
12、 = 0 = 0当当vGS VGS (th) 时时,管子导通，管子导通，iD V 2GSc. c. 耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型NMOSNMOS符号如图符号如图3.3.6所示所示掺进正电荷掺进正电荷当当当当v vGSGS V VGS(off)GS(off) 时时,管子导通管子导通d. d. 耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型PMOSPMOS符号如右图符号如右图掺进负电荷掺进负电荷当当当当v vGSGS V VGS(off)GS(off)( (正值），管子截止，正值），管子截止，正值），管子截止，正值），管子截止， i iD D = 0 = 0； vGS |VGS（th)P|+VGS(th)N，2. 2.工作
13、原理工作原理工作原理工作原理当当vIVIL0为低电平时，为低电平时，T2截止，截止， T1管导通，输出电压管导通，输出电压为高电平，即为高电平，即当当vIVIHVDD为高电平时，为高电平时，T2导通，导通， T1管截止，输出电管截止，输出电压为低电平，即压为低电平，即故输出和输入为逻辑非故输出和输入为逻辑非的关系。的关系。图图3.3.10 CMOS反相器电路反相器电路二、电压传输特性和电流传输特性二、电压传输特性和电流传输特性二、电压传输特性和电流传输特性二、电压传输特性和电流传输特性 反相器电压传输反相器电压传输特性是输出电压特性是输出电压vo和输和输入入vI之间的关系曲线，之间的关系曲线，
14、如图如图3.3.11所示。并设所示。并设图图3.3.11 CMOS反相器的电压传输特性反相器的电压传输特性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ABAB段：输入低电平段：输入低电平段：输入低电平段：输入低电平T1管导通，管导通，T2截止，输出截止，输出电压为高电平，即电压为高电平，即CDCD段：输入高电平段：输入高电平段：输入高电平段：输入高电平图图3.3.11 CMOS反相器的电反相器的电压传输特性压传输特性T1管截止，管截止，T2导通，输导通，输出电压为低电平，即出电压为低电平，即BCBC段：段：段：段：图图3.3.11 CMOS反相器的电反相器的电压传输特性压传输特
15、性T1、T2同时导通，若同时导通，若T1、T2参数完全相同，则参数完全相同，则2. 2.电流传输特性电流传输特性电流传输特性电流传输特性图图3.3.12 CMOS反相器的电反相器的电流传输特性流传输特性ABAB段：输入低电平段：输入低电平段：输入低电平段：输入低电平T1管导通，管导通，T2截止，输截止，输出漏极电流近似为零出漏极电流近似为零 电流传输特性是反相电流传输特性是反相器的漏极电流随输入电压器的漏极电流随输入电压变化曲线，如图变化曲线，如图3.3.12所所示。也分成三段：示。也分成三段：CDCD段：输入高电平段：输入高电平段：输入高电平段：输入高电平T1管截止，管截止，T2导通，输导通
16、，输出漏极电流近似为零出漏极电流近似为零图图3.3.12 CMOS反相器的电反相器的电流传输特性流传输特性BCBC段：段：段：段：图图3.3.12 CMOS反相器的电反相器的电流传输特性流传输特性T1、T2同时导通，有电同时导通，有电流流iD同时通过，且在同时通过，且在 vIVDD / 2附近处，漏极附近处，漏极电流最大，故在使用输电流最大，故在使用输入电压不应长时间工作入电压不应长时间工作在这段，以防由于功耗在这段，以防由于功耗过大而损坏。过大而损坏。三、输入端噪声容限三、输入端噪声容限在输入电压在输入电压vI偏离正常低电偏离正常低电平或高电平时，输出电压平或高电平时，输出电压vo并不随之马
17、上改变，允许输并不随之马上改变，允许输入电压有一定的变化范围。入电压有一定的变化范围。输入端噪声容限：输入端噪声容限：输入端噪声容限：输入端噪声容限：是指在保是指在保证输出高、低电平基本不变证输出高、低电平基本不变（不超过规定范围）时，允（不超过规定范围）时，允许输入信号高、低电平的波许输入信号高、低电平的波动范围动范围1.定义：定义：2. 2.计算方法计算方法计算方法计算方法 输入噪声容限输入噪声容限分为输入高电平噪分为输入高电平噪声容限声容限VNH和输入和输入低电平噪声容限低电平噪声容限VNL。图图3.3.13给出计算给出计算输输入噪声容限的方法。入噪声容限的方法。图图3.3.13 CMO
18、S反相器输入噪声反相器输入噪声容限示意图容限示意图 由图中可知，由图中可知，如果是多个门电路如果是多个门电路相连时，前一级门相连时，前一级门电路的输出即为后电路的输出即为后一级门电路的输入一级门电路的输入则输入噪声容限为则输入噪声容限为图图3.3.13 CMOS反相器输入噪声反相器输入噪声容限示意图容限示意图VOH（min）输出高输出高电平最小值电平最小值VOL（max）输出低输出低电平最大值电平最大值VIH（min）输入高输入高电平最小值电平最小值VIL（max）输入低输入低电平最大值电平最大值输入噪声容限和电源电压输入噪声容限和电源电压VDD有关，当有关，当VDD增加时，电压增加时，电压传
19、输特性右移，如图传输特性右移，如图3.3.14所示所示图图3.3.14 VDD对电压传输特性的影响对电压传输特性的影响结论：可以通过提高结论：可以通过提高VDD来提高噪声容限来提高噪声容限3.3.3 CMOS 反相器的静态输入和输出特性反相器的静态输入和输出特性 CMOS 反相器的静态（不考虑输入输出延迟）输反相器的静态（不考虑输入输出延迟）输入和输出特性。入和输出特性。一、输入特性一、输入特性一、输入特性一、输入特性 输入特性是从输入特性是从CMOS反相器输入端看其输入电压反相器输入端看其输入电压与电流的关系。与电流的关系。“拉电流拉电流” IIH，“灌电流灌电流” IIL引出参数：引出参数
20、：对由对由MOS管所组成的管所组成的CMOS电路，必须采取保护措施。电路，必须采取保护措施。图图3.3.15为为CMOS反相器的两种常用保护电路反相器的两种常用保护电路图图3.3.15 CMOS反相器的两种常用保护电路反相器的两种常用保护电路其输入特性如图其输入特性如图3.3.16所示所示图图3.3.16 CMOS反相器的输入特性反相器的输入特性D1、D2截止截止D1或或D2导通导通D1或或D2导通导通二、输出特性二、输出特性二、输出特性二、输出特性 输出特性为从反相器输出端看输出电压和输出电流输出特性为从反相器输出端看输出电压和输出电流的关系，包括输出为低电平输出特性和输出为高电平的关系，包
21、括输出为低电平输出特性和输出为高电平输出特性输出特性1. 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输入为高电平时，输入为高电平时，T1截止，截止， T2导通，电流从负载注入导通，电流从负载注入T2，输出电压，输出电压VOL随电流增加随电流增加而提高。而提高。图图3.3.17 输出为低电平时的电路输出为低电平时的电路IOH(max)， IOL(max)其特性曲线如图其特性曲线如图3.3.18所示所示实际上是实际上是T2管漏极电流管漏极电流iD和漏源电压和漏源电压vDS之间的关系之间的关系图图3.3.18 输出为低电平时的输出特性输出为低电平时的输出特性2. 2.高电平输出特性
22、高电平输出特性高电平输出特性高电平输出特性 在输入为低电平，即在输入为低电平，即 vIVIL0时，此时时，此时T1导通，导通， T2截止，如图截止，如图3.3.18所示，电流从所示，电流从T1管流出到负载，输管流出到负载，输出电压出电压VOHVDDIOHRON1随电流增加而下降。随电流增加而下降。图图3.3.18 输出为高电平时的电路输出为高电平时的电路电流的实际方向与所电流的实际方向与所设方向相反设方向相反其特性曲线如图其特性曲线如图3.3.19所示所示图图3.3.19 输出为高电平时的输出特性输出为高电平时的输出特性高电平输出特性也和管高电平输出特性也和管子的输出特性有关，而子的输出特性有
23、关，而且且vGS越负，电压下降越负，电压下降的越多的越多3.3.4 CMOS反相器的动态特性反相器的动态特性一、传输延迟时间一、传输延迟时间一、传输延迟时间一、传输延迟时间t tPHLPHL和和和和t tPLHPLH将输出电压变化滞后于输入电压变化的时间称为传输延将输出电压变化滞后于输入电压变化的时间称为传输延迟时间。迟时间。测量上：输入电压后沿下降到幅值的测量上：输入电压后沿下降到幅值的50与输与输出前沿上升到幅值的出前沿上升到幅值的50之间的差值之间的差值tpd平均传输延迟时间，平均传输延迟时间，tpd（ tPHL tPLH）/ 2tPLH输出由低电平跳变为高电平时的传输延迟时间输出由低电
24、平跳变为高电平时的传输延迟时间tPHL输出由高电平跳变为低电平时的传输延迟时间输出由高电平跳变为低电平时的传输延迟时间测量上：输入电压前沿上升到幅值的测量上：输入电压前沿上升到幅值的50与输与输出后沿下降到幅值的出后沿下降到幅值的50之间的差值之间的差值二、交流噪声容限二、交流噪声容限二、交流噪声容限二、交流噪声容限( (可自学可自学可自学可自学) )图图3.3.20 交流噪声容限在不同交流噪声容限在不同VDD时交流时交流噪声容限与噪声电压作用时间的关系噪声容限与噪声电压作用时间的关系它反映它反映CMOS反相器反相器的动态抗干扰能力。的动态抗干扰能力。其中其中tw 是脉冲宽度。是脉冲宽度。 交
25、流噪声容限是交流噪声容限是在窄脉冲作用下，输在窄脉冲作用下，输入电压允许变化的范入电压允许变化的范围，图围，图3.3.20是输入为是输入为不同宽度窄脉冲时不同宽度窄脉冲时CMOS反相器的交流反相器的交流噪声容限曲线。即噪声容限曲线。即VNA=f（tw）门电路对窄脉冲的噪声容限要高于直流噪声容限。门电路对窄脉冲的噪声容限要高于直流噪声容限。 三、动态功耗三、动态功耗三、动态功耗三、动态功耗( (可自学可自学可自学可自学) ) 当当CMOS反相器从一种稳定工作状态突然转变到反相器从一种稳定工作状态突然转变到另一种稳定状态过程中，将产生附加的功耗，称为动另一种稳定状态过程中，将产生附加的功耗，称为动
26、态功耗。它包括对负载电容充放电的功耗态功耗。它包括对负载电容充放电的功耗PC和在和在 两个管子同时导通时的功耗两个管子同时导通时的功耗PT。其中：其中：CL负载电容负载电容 f输入信号的频率输入信号的频率 VDD漏极电源电压漏极电源电压电容充放电的功耗为电容充放电的功耗为两个管子同时导通时的功耗两个管子同时导通时的功耗PT为为其中：其中：CPD功耗功耗电容，厂家给出电容，厂家给出总的动态功耗为总的动态功耗为CMOS反相器的总功耗静态功耗和动态功耗之和，即反相器的总功耗静态功耗和动态功耗之和，即其中：其中：PS静态功耗，由于稳定时无论输入是高电平静态功耗，由于稳定时无论输入是高电平还是低电平，总
27、有一个管子是截止的，故静态功耗很还是低电平，总有一个管子是截止的，故静态功耗很小，故在计算总功耗时，一般只计算动态功耗。小，故在计算总功耗时，一般只计算动态功耗。3.3.5 其他类型的其他类型的CMOS逻辑门逻辑门1.CMOS1.CMOS与非门与非门与非门与非门T1、 T3为两个并联的为两个并联的PMOS， T2、 T4为两个串为两个串联的联的NMOS一、其他逻辑功能的一、其他逻辑功能的一、其他逻辑功能的一、其他逻辑功能的CMOSCMOS门电路门电路门电路门电路工作原理：工作原理：定义定义3V以上为以上为“1”0.7V以下为以下为“0”0 01 11 11 10 01 11 11 10 01
28、10 00 0Y YB BA A 输输输输 入入入入MOSMOS管状态管状态管状态管状态输出输出输出输出A AB BT T1 1T T2 2T T3 3T T4 4Y Y0V0V0V0V通通通通截截截截通通通通截截截截5V5V0v5v导通导通0v导通导通截止截止截止截止导通导通截止截止5v0V0V5V5V通通通通截截截截截截截截通通通通5V5V5V5V0V0V截截截截通通通通通通通通截截截截5V5V5V5V5V5V截截截截通通通通截截截截通通通通0V0V5vT1、 T3为两个串联的为两个串联的PMOS， T2、 T4为两个并联的为两个并联的NMOS2. 2. 或非门：或非门：或非门：或非门：A
29、、B有一个为有一个为“1”时，时，T2、 T4至少有一个导通，至少有一个导通， T1、 T3至少有一个截止，故输出为至少有一个截止，故输出为低电平，低电平，Y0A、B同时为同时为“0”时，时，T2、 T4同时截止，同时截止， T1、 T3同时导同时导通故输出为高电平，通故输出为高电平，Y1故：故：图图3.3.22 CMOS或非门或非门a.电路结构：电路结构：工作原理：工作原理：3. 3.带缓冲级的带缓冲级的带缓冲级的带缓冲级的CMOSCMOS门电路门电路门电路门电路 上面电路存在的问题：上面电路存在的问题：（以与非门为例）（以与非门为例）输出电阻输出电阻RO受输入状态受输入状态的影响；的影响；
30、输出的高低电平受输入端输出的高低电平受输入端数目的影响数目的影响 输入端数目愈多，输出输入端数目愈多，输出为低电平时串联的导通电阻为低电平时串联的导通电阻越多，低电平越多，低电平VOL越高；输越高；输出为高电平时，并联电阻也出为高电平时，并联电阻也多，输出高电平多，输出高电平VOH也提高也提高 输入状态不同对电压传输特性有影响，使输入状态不同对电压传输特性有影响，使T2、T4达达到开启电压时，输入电压到开启电压时，输入电压vI不同不同 改进电路均采用带缓冲级的结构，如图改进电路均采用带缓冲级的结构，如图3.3.23为带缓为带缓冲级的冲级的CMOS与非门电路与非门电路图图3.3.23 带缓冲级的
31、与非门带缓冲级的与非门二、漏极开路输出的门电路（二、漏极开路输出的门电路（二、漏极开路输出的门电路（二、漏极开路输出的门电路（ODOD门）门）门）门）将将CMOS门电路的输出级做成漏极开路的形式，称为门电路的输出级做成漏极开路的形式，称为漏极开路输出的门电路，简称漏极开路输出的门电路，简称OD（OpenDrain Output）门）门图图3.3.24 OD输出与非门输出与非门74HC03电路结构图电路结构图OD门门1. 1.结构和符号结构和符号结构和符号结构和符号图图3.3.2 OD门的逻辑符号门的逻辑符号2. 2.工作原理工作原理工作原理工作原理 在使用在使用OD门时，一定要将输出端通过电阻
32、（叫做上拉门时，一定要将输出端通过电阻（叫做上拉电阻）接到电源上。电阻）接到电源上。3. 3.ODOD门的特点：门的特点：门的特点：门的特点：OD门的输出管设计尺寸较大，可以承门的输出管设计尺寸较大，可以承受很大的电流和电压，故可以直接驱动小型继电器。受很大的电流和电压，故可以直接驱动小型继电器。电平转换电平转换电平转换电平转换3.OD3.OD门的应用门的应用门的应用门的应用内部逻辑非门输出电压：内部逻辑非门输出电压：vo电压：电压：VoL=0vVoH=VDD1voH=VDD2voL=0v.“线与线与”的实现的实现 普通的普通的CMOS逻辑门输出端不能并联使用，为什么？逻辑门输出端不能并联使用
33、，为什么？CDVDDF.“线与线与”的实现的实现OD门可以将输出端直接相接，即实现线与逻辑，门可以将输出端直接相接，即实现线与逻辑，工作原理为：工作原理为：最终实现：最终实现： 在使用在使用OD门做线与时，一定外接上拉电阻门做线与时，一定外接上拉电阻RL。但。但RL的大小会影响驱动门输出电平的大小。的大小会影响驱动门输出电平的大小。 RL上的压降不上的压降不能太大，否则高电平会低于标准值；能太大，否则高电平会低于标准值；RL上的压降不能太上的压降不能太小，否则低电平会高于标准值。故小，否则低电平会高于标准值。故R L的的 取值要合适。取值要合适。上拉电阻上拉电阻上拉电阻上拉电阻R RL L的计
34、算的计算的计算的计算( (自学自学自学自学) ) 设有设有n 个个OD门门的输出端并联使用，的输出端并联使用，负载为负载为CMOS与非与非门的输入端门的输入端a. ODa. OD门输出为高门输出为高门输出为高门输出为高电平电平电平电平 当所有的当所有的OD门门输出管截止输出为输出管截止输出为高电平时，其电流高电平时，其电流的方向如图的方向如图3.3.28所所示示OD门输出高电门输出高电平最小值平最小值若若OD门输出管输出管门输出管输出管截止时的漏电流为截止时的漏电流为IOH，负载门高输入为电，负载门高输入为电平时的输入电流为平时的输入电流为IIH，n为并联为并联OD门（驱门（驱动门）的个数，动
35、门）的个数，m为为负载门输入高电平电负载门输入高电平电流的个数，则有流的个数，则有b. ODb. OD门输出为低电平门输出为低电平门输出为低电平门输出为低电平 当只有一个当只有一个OD门门输出管导通时，其电流输出管导通时，其电流的实际流向如图的实际流向如图3.3.29所示。其中所示。其中IIL是每个是每个负载门低电平输入电流负载门低电平输入电流的绝对值；的绝对值；IOLmax是是OD门最大允许的负载门最大允许的负载电流。则电流。则OD门输出低电门输出低电平最大值平最大值m为负载门输入低为负载门输入低电平电流的个数电平电流的个数例例3.3.1试为图试为图3.3.32电路中的电路中的外接电阻外接电
36、阻RL选定合适的阻值。选定合适的阻值。已知已知G1、G2为为OD与非门与非门74HC03，输出管截止时的漏，输出管截止时的漏电流为电流为IOHmax5A，输出管，输出管导通时允许的最大负载电流为导通时允许的最大负载电流为IOLmax5.2mA。G3、G4和和G5均为均为74HC00系列与非门，它系列与非门，它们的低电平输入电流和高电平们的低电平输入电流和高电平输入电流为输入电流为1A。，要求。，要求OD门的高电平门的高电平VOH4.4V，低电，低电平平VOL0.33V. 外接电阻外接电阻RL计算例子（自学）计算例子（自学）解：驱动管输出为高电平时解：驱动管输出为高电平时驱动管输出为低电平时驱动
37、管输出为低电平时则可取则可取RL10k三、三、三、三、 CMOSCMOS传输门传输门传输门传输门其中其中T1为为NMOS管，管， T2为为PMOS管，管，C和和C 为一对互为一对互补控制信号补控制信号图图3.3.33 CMOS传输门传输门 1. 1.电路结构及逻辑符号电路结构及逻辑符号电路结构及逻辑符号电路结构及逻辑符号2. 2.工作原理工作原理工作原理工作原理 若若CMOS传输门的一端接输入电压传输门的一端接输入电压vI，另一端接负，另一端接负载电阻载电阻RL。图图3.3.34 传输门的工作电路传输门的工作电路设设RL RON， VIH VDD， VIL0。C的高低电平为的高低电平为VDD和
38、和0，则，则（1）C0， 则则C 1 只要只要vI在在0 VDD之间之间变化，变化， T1和和T2同时截止，同时截止，输入和输出为高阻态，传输输入和输出为高阻态，传输门截止，输出门截止，输出vo0（2）C1， C 0若若 0 vI VDD-VGS(th)N，T1管导通，管导通，T2管截止，如图管截止，如图3.3.35所示，输出为所示，输出为vovI；若；若 |VGS(th)P| vI VDD，T1管管截止，截止，T2管导通，输出为管导通，输出为vovI图图3.3.35 CMOS的工作状态的工作状态0 vI VDD-VGS(th)N|VGS(th)P| vI VDD故当故当vI在在0 VDD变化
39、时，总有一变化时，总有一个管子导通，另一个管子截止，个管子导通，另一个管子截止，输入和输出呈低阻态，传输门导通输入和输出呈低阻态，传输门导通3.特点特点a.由于由于T1和和T2管的结构对称，管的结构对称，即漏源可以互换，故即漏源可以互换，故CMOS传传输门输入双向器件，其输出端输门输入双向器件，其输出端和输入端也可以互换使用；和输入端也可以互换使用；b. 利用利用CMOS传输门和传输门和CMOS反相器可以组成各种复反相器可以组成各种复杂的逻辑电路，如一些组合逻杂的逻辑电路，如一些组合逻辑电路，象数据选择器、寄存辑电路，象数据选择器、寄存器、计数器等。器、计数器等。c. 利用利用CMOS传输门可
40、以组传输门可以组成成双向模拟开关双向模拟开关双向模拟开关双向模拟开关，用来传输，用来传输连续变化的模拟电压信号，连续变化的模拟电压信号，这一点是其它一般逻辑门无这一点是其它一般逻辑门无法实现的。法实现的。*CMOS双向模拟开关 四、三态输出的四、三态输出的四、三态输出的四、三态输出的CMOSCMOS门电路门电路门电路门电路也称为输出缓冲器，输出的状态不仅有高电平、低电平，也称为输出缓冲器，输出的状态不仅有高电平、低电平，还有第三态高阻态还有第三态高阻态1. 1.电路结构及逻辑符号电路结构及逻辑符号电路结构及逻辑符号电路结构及逻辑符号2. 2.工作原理工作原理工作原理工作原理其中其中EN 为使能
41、端，为使能端，且低电平有效，即且低电平有效，即 EN 0，YA 低电平有效低电平有效当当EN 0时，时，T1、T4导通，导通，输出为输出为Y A 图图3.3.39为另一种为另一种CMOS三态非三态非门，使能端（控制端）也是低门，使能端（控制端）也是低电平有效电平有效当当EN 1时，时，T1、T4截止，截止，输出为输出为Y Z（高阻态）（高阻态）3. 其它形式的三态门其它形式的三态门:3. 其它形式的三态门其它形式的三态门(续续):当当EN1时，时，T 2导通，导通，Y A；当当EN0时，时， T 2、T1截止，输出为截止，输出为Y Z（高阻态）。这种三态门使能（高阻态）。这种三态门使能端是高电
42、平有效。端是高电平有效。例子自学例子自学例例3.3.2 CMOS门电路如图门电路如图3.3.41所示，试分析电路的所示，试分析电路的逻辑功能逻辑功能解：当解：当C0时，时， C 1，传输门为高，传输门为高阻态，故输出阻态，故输出YZ故这是由故这是由CMOS或非或非门和门和CMOS传输门构传输门构成的三态或非门成的三态或非门传输门传输门当当C1时，时，C 0，传输门为开启，输出传输门为开启，输出Y（AB） 则输出逻辑式为则输出逻辑式为例例3.3.3 试判断图试判断图3.3.42所示电路的输出和输入逻辑关系所示电路的输出和输入逻辑关系解：对于图解：对于图3.3.42（a）所）所示电路，其示电路，其
43、输输出、输入真值出、输入真值表为表为其输出逻辑式为其输出逻辑式为注：为了避免传输门关闭时注：为了避免传输门关闭时出现高阻态，可以在输出端出现高阻态，可以在输出端通过大电阻接地；也可以输通过大电阻接地；也可以输出端通过电阻接电源。这样出端通过电阻接电源。这样输出端均会有确定的值。输出端均会有确定的值。(b)对于图对于图3.3.42（b）所示电路，）所示电路，其输出输入真值表为其输出输入真值表为例例3.3.4 电路如图电路如图3.3.43所示。试分析其逻辑功能所示。试分析其逻辑功能解：当解：当EN 1时，传输门截止，输出为时，传输门截止，输出为YZ（高阻（高阻态）态）当当EN 0时，传输门开启，时
44、，传输门开启，CMOS反相器的输出反相器的输出通过传输门到达输出，使得通过传输门到达输出，使得YA ，故为三态输出的，故为三态输出的反相器。反相器。a. a. a. a. 总线结构总线结构总线结构总线结构只要分时控制各三态门的只要分时控制各三态门的E（E ）端，就能把各个门）端，就能把各个门的数据输入信号按要求依次送的数据输入信号按要求依次送到总线，进行数据传输。但注到总线，进行数据传输。但注意使能端同一时刻这能有一个意使能端同一时刻这能有一个为为“1”三态门的应用三态门的应用三态门的应用三态门的应用输出端可以并联，实现总线输出端可以并联，实现总线功能。功能。电路如图电路如图2.3.45所示，
45、则所示，则b. b. 数据的双向传输数据的双向传输数据的双向传输数据的双向传输当当EN1时，时，G1输出为输出为D o， G2输出为高阻态；输出为高阻态；当当EN0时，三态门时，三态门G1输输出为高阻态，出为高阻态， G2输出为输出为D 1 Do3.4 *其他类型的其他类型的MOS集成电路（自学）集成电路（自学）3.3.6 CMOS电路的正确使用（电路的正确使用（P101）一、一、一、一、 双极型三极管的结构（自行复习）双极型三极管的结构（自行复习）双极型三极管的结构（自行复习）双极型三极管的结构（自行复习）3.5.1 双极型三极管的开关特性双极型三极管的开关特性3.5 TTL门电路门电路二、
46、二、二、二、 双极型三极管的输入特性和输出特性（自行复习）双极型三极管的输入特性和输出特性（自行复习）双极型三极管的输入特性和输出特性（自行复习）双极型三极管的输入特性和输出特性（自行复习）三、三、三、三、 双极型三极管的基本开关电路双极型三极管的基本开关电路双极型三极管的基本开关电路双极型三极管的基本开关电路图图3.5.1 晶体三极管开关电路晶体三极管开关电路三极管替三极管替代开关代开关一、电路结构一、电路结构一、电路结构一、电路结构3.5.2 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 (P116)图图3.5.9 TTL反相器的电路反相器的电路当当vIVIL0.2V时时T1
47、饱和饱和导通导通T2截止截止T4导通导通T5截止截止D2导通导通voVOHVCC IC4R4VON 3.4V输出为高电平输出为高电平二、工作原理：二、工作原理：二、工作原理：二、工作原理：0.9V3.4V0.2V0.2V设：设：VCC5V， VIL0.2V，VIH3.4V，PN结的导通结的导通压降为压降为 VON0.7VT1截止截止 T2导通导通T4截止截止T5饱和饱和导通导通D2截止截止voVOLVCE（sat）0.2V输出为低电平输出为低电平则输出和输入的逻辑则输出和输入的逻辑关系为关系为当当vIVIH3.4V时时图图3.5.9 TTL反相器的电路反相器的电路2.1V0.2V3.4V0.7
48、V1.4V无无T2 、 T5 则则 4.1V 三、电压传输特性三、电压传输特性三、电压传输特性三、电压传输特性 TTL反相器输出电压随输入电压变化的曲线，称为反相器输出电压随输入电压变化的曲线，称为电压传输特性，如图电压传输特性，如图3.5.10所示，其开关特性比所示，其开关特性比CMOS电路差电路差图图3.5.10 TTL反相器的电反相器的电 压传输特性压传输特性CMOSVIH，VIL， VOH， VOL， VIH(min)， VIL(max)， VOH(min)， VOL(max)，a. ABa. AB段：段：段：段： 图图3.5.10 TTL反相器的电反相器的电 压传输特性压传输特性b.
49、 BCb. BC段：段：段：段： 图图3.5.10 TTL反相器的电反相器的电 压传输特性压传输特性c. CDc. CD段：段：段：段： 图图3.5.10 TTL反相器的电反相器的电 压传输特性压传输特性d. DE段：段： 图图3.5.10 TTL反相器的电反相器的电 压传输特性压传输特性三、输入噪声容限三、输入噪声容限三、输入噪声容限三、输入噪声容限 图图3.5.10 TTL反相器的反相器的电压传输特性电压传输特性在保证输出高、低电平基本不变（或者说变化大小不超在保证输出高、低电平基本不变（或者说变化大小不超出允许范围）的条件下，输入电平的允许波动的范围称出允许范围）的条件下，输入电平的允许
50、波动的范围称为输入端抗干扰容限（噪声容限）。分为输入为为输入端抗干扰容限（噪声容限）。分为输入为高电平高电平噪声容限噪声容限VNH和和输入为低电平噪声容限输入为低电平噪声容限VNL。计算方法与计算方法与CMOS电路电路一样一样图图3.5.11 TTL反相器噪声容限的计算反相器噪声容限的计算74系列典型值为：系列典型值为： VOH（min)=2.4V, VOL（max)=0.4V,VIH（min)=2.0V, VIL（max)=0.8V, VNH=0.4V, VNL=0.4V,3.5.3 TTL反相器的静态输入特性和输出特性反相器的静态输入特性和输出特性 对于对于TTL反相器，输入电流随输入电压
51、的变化关系，反相器，输入电流随输入电压的变化关系，称为输入特性，其输入端的等效电路如图称为输入特性，其输入端的等效电路如图3.5.12所示。所示。一、输入特性一、输入特性一、输入特性一、输入特性IIH， IIH(max) ， IIL， IIL(max)当当vI0时时此电流此电流IIS称为输入短路电流，在称为输入短路电流，在TTL门电路手册中给出，门电路手册中给出，由于和输入电流值相近，故分析和计算时代替由于和输入电流值相近，故分析和计算时代替IIL。a. a.当输入为低电平时，即当输入为低电平时，即当输入为低电平时，即当输入为低电平时，即v vI I0.2V0.2V，若，若，若，若V VCCC
52、C5V5V，则，则，则，则TTLTTL反相器的输入电流为反相器的输入电流为反相器的输入电流为反相器的输入电流为图图3.5.13 TTL反相器的静态输入特性反相器的静态输入特性IISD1导通导通输入低电平输入低电平输入高电平输入高电平b.b.当输入为高电平时，即当输入为高电平时，即当输入为高电平时，即当输入为高电平时，即v vI I3.4V3.4V，T T1 1发射结截止，处发射结截止，处发射结截止，处发射结截止，处于倒置状态，只有很小的反向饱和电流于倒置状态，只有很小的反向饱和电流于倒置状态，只有很小的反向饱和电流于倒置状态，只有很小的反向饱和电流I IIHIH，对于，对于，对于，对于7474
53、系系系系列的列的列的列的TTLTTL门电路，门电路，门电路，门电路， I IIHIH在在在在40A40A以下以下以下以下二、输出特性二、输出特性二、输出特性二、输出特性对于对于TTL反相器，输出电压与输出电流的关系，称为输出特性反相器，输出电压与输出电流的关系，称为输出特性1. 1.高电平输出特性高电平输出特性高电平输出特性高电平输出特性 当输出为当输出为vOVOH时，时，T4、D2导通，导通， T5截止，等效截止，等效电路如图电路如图3.5.14所示所示图图3.5.14 输出高电平等效电路输出高电平等效电路IOH， IOH(max)IOH， IOH(max) ， IOL， IOL(max)其
54、高电平输出特性曲线如图其高电平输出特性曲线如图3.5.15所示所示图图3.5.15输出高电平特性曲线输出高电平特性曲线图图3.5.14 输出高电平等效电路输出高电平等效电路实际方向实际方向 在在 iL 5mA时，时，T4进入饱和进入饱和状态，输出电压状态，输出电压vo随负载电流变化几乎线性下降。由于功耗限随负载电流变化几乎线性下降。由于功耗限制，手册上的高电平输出电流要远小于制，手册上的高电平输出电流要远小于5mA，74系列最大为系列最大为 IOH（max）0.4mA2. 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 当输出为当输出为vOVOL时，时，T4、D2截止，截止， T
55、5导通，等效导通，等效电路如图电路如图3.5.16所示所示图图3.5.16输出高电平等效电路输出高电平等效电路IOL， IOL(max)其低电平输出特性曲线如图其低电平输出特性曲线如图3.5.17所示所示图图3.5.16输出高电平等效电路输出高电平等效电路图图3.5.17 输出低电平特性曲线输出低电平特性曲线3. 3.扇出系数（扇出系数（扇出系数（扇出系数（Fan-outFan-out）的计算）的计算）的计算）的计算 扇出系数就扇出系数就是一个门电路驱动同类型门电路的个是一个门电路驱动同类型门电路的个数。也就是表示门电路的带负载能力。数。也就是表示门电路的带负载能力。G1门为驱动门，门为驱动门
56、， G2、 G3为负载门，为负载门，N为扇出系数。为扇出系数。当输出为低电平时，设可带当输出为低电平时，设可带N1个非门，则有个非门，则有图图3.5.18 扇出系数的计算扇出系数的计算IOLIIL当输出为高电平时，设可带当输出为高电平时，设可带N2个非门，则有个非门，则有图图3.5.18 扇出系数的计算扇出系数的计算IOHIIH则取则取Nmin N1， N2图图3.5.18 扇出系数的计算扇出系数的计算解：当解：当G1输出为低电平时，有输出为低电平时，有例例3.5.2 如图如图3.5.18所示电路中，所示电路中，已知已知74系列的反相器输出高低电系列的反相器输出高低电平为平为VOH3.2V,
57、VOL0.2V，输出，输出低电平电流为低电平电流为IOL（max）16mA，输出高电平电流为，输出高电平电流为IOH（max）4mA，输入低电平电流，输入低电平电流IIL1mA，输入高电平电流，输入高电平电流IIH40A，试计算门，试计算门G1可带同类门可带同类门的个数的个数图图3.5.18 扇出系数的计算扇出系数的计算故取故取N10，即门，即门G1可带同类门可带同类门的个数为的个数为10个个当当G1输出为高电平时，有输出为高电平时，有四、四、四、四、 输入端的负载特性输入端的负载特性输入端的负载特性输入端的负载特性在输入端和地之间或输入端和信号源低电平之间接入在输入端和地之间或输入端和信号源
58、低电平之间接入电阻电阻RP。 在在RPR1（较小）时，（较小）时，vI随随RP几乎线性上升。几乎线性上升。 当当vI上升到上升到1.4V以后，以后，T2和和T5的发射结同时导通，将的发射结同时导通，将vB1钳位钳位在在2.1V左右，此时左右，此时vI不再随不再随RP的的增加而上升。增加而上升。得到得到TTL反相器输入端负载特性曲线反相器输入端负载特性曲线 故一般对于故一般对于TTL门门电路，若输入端通过电电路，若输入端通过电阻接地，一般当阻接地，一般当R RP P0.7K0.7K时，构成低电时，构成低电时，构成低电时，构成低电平输入方式平输入方式平输入方式平输入方式；当当当当R RP P1.5
59、K1.5K时，构成高时，构成高时，构成高时，构成高电平输入方式。悬空属电平输入方式。悬空属电平输入方式。悬空属电平输入方式。悬空属于这种情况于这种情况于这种情况于这种情况例例3.5.3 电路如图电路如图3.4.22所示，试写出各个电路输出端的所示，试写出各个电路输出端的表达式。表达式。解：解：例例3.5.4 在图在图3.5.23所示电路中，为保证门所示电路中，为保证门G1输出的高低输出的高低电平能正确地传送倒门电平能正确地传送倒门G2地输入端，要求当地输入端，要求当vo1= VOH时，时， vI2 VIH（min）；当；当vo1= VOL时，时， vI2 VIL（max）。试计算。试计算RP最
60、大允许值。已知最大允许值。已知G1、 G2均为均为74系的系的TTL反相器，反相器，VCC5V， VOH3.4V, VOL0.2V, VIH（min）2.0V，VIL（max）0.8V， IIH40A， IIL40A解：解： vo1= VOH时，若使时，若使vI2 VIH（min） ，则，则故取故取RP0.69k当当vo1= VOL时，时， G2门的输入门的输入管管T1导通，如图导通，如图3.5.24所示，所示，若使若使vI2 VIL（max），则，则练习：电路如图练习：电路如图3.5.25所示，试写出各输出端的逻辑式所示，试写出各输出端的逻辑式3.5.4 TTL反相器的动态特性（自学）一、传
61、输延迟时间一、传输延迟时间一、传输延迟时间一、传输延迟时间 信号通过一级门电路的延迟时间称为平均传输延信号通过一级门电路的延迟时间称为平均传输延迟时间，它是表示门电路工作速度的重要指标。如图迟时间，它是表示门电路工作速度的重要指标。如图3.5.26所示所示图图3.5.26 TTL反相器的动态波形反相器的动态波形tPHL输出信号下降到输出信号下降到Vm / 2 相对于输入信号上升到相对于输入信号上升到 Vm / 2 之间的延迟时间之间的延迟时间原因：结电容和寄生电容的存原因：结电容和寄生电容的存在。在。 TTL门的平均传输延时门的平均传输延时为为3 40nstPLH输出信号上升到输出信号上升到V
62、m / 2 相对于输入信号下降到相对于输入信号下降到 Vm / 2 之间的延迟时间之间的延迟时间二、交流噪声二、交流噪声 当输入信号为窄脉冲，且接近于当输入信号为窄脉冲，且接近于tpdtpd时，输出变化时，输出变化跟不上，变化很小，因此交流噪声容限远大于直流噪跟不上，变化很小，因此交流噪声容限远大于直流噪声容限。声容限。（a a）正正正正脉冲噪声容限脉冲噪声容限脉冲噪声容限脉冲噪声容限图图3.5.27 正正脉冲噪声容限脉冲噪声容限 将输出为高电平将输出为高电平由额定值降到由额定值降到2.0V时输时输入正脉冲的幅度称为正入正脉冲的幅度称为正脉冲噪声容限，如图脉冲噪声容限，如图3.5.27所示所示
63、（b b）负脉冲噪声容限）负脉冲噪声容限）负脉冲噪声容限）负脉冲噪声容限图图3.5.28 负脉冲噪声容限负脉冲噪声容限 将输出为低电平将输出为低电平由额定值上升到由额定值上升到0.8V时输入负脉冲的幅度时输入负脉冲的幅度称为负脉冲噪声容限，称为负脉冲噪声容限，如图如图3.5.28所示所示三、电源的动态尖峰电流三、电源的动态尖峰电流三、电源的动态尖峰电流三、电源的动态尖峰电流1. 1.两种状态下电源负载电流不等（空载情况下两种状态下电源负载电流不等（空载情况下两种状态下电源负载电流不等（空载情况下两种状态下电源负载电流不等（空载情况下) )2 2、动态尖峰电流、动态尖峰电流、动态尖峰电流、动态尖
64、峰电流3.5.5 其他类型的其他类型的TTL与非门与非门一、其他逻辑功能的门电路一、其他逻辑功能的门电路一、其他逻辑功能的门电路一、其他逻辑功能的门电路1. 1. 与非门与非门与非门与非门 (P128)(P128)电路如图电路如图3.5.29所示所示图图3.5.29 TTL与非门电路与非门电路输入级输入级倒相级倒相级输出级输出级3.5.5 其他类型的其他类型的TTL与非门与非门一、其他逻辑功能的门电路一、其他逻辑功能的门电路一、其他逻辑功能的门电路一、其他逻辑功能的门电路2. 2. 或非门或非门或非门或非门 (P129 (P129 自学自学自学自学) )3. 3. 与或非门与或非门与或非门与或
65、非门 (P129 (P129 自学自学自学自学) )4. 4. 异或门异或门异或门异或门 (P130 (P130 自学自学自学自学) )二二二二 集电极开路与非门（集电极开路与非门（集电极开路与非门（集电极开路与非门（OCOC门门门门 Open Open Collector GateCollector Gate）1. 1.推拉式输出电路结构的局限性推拉式输出电路结构的局限性推拉式输出电路结构的局限性推拉式输出电路结构的局限性： 与与OD门一样，为了实现线与构，门一样，为了实现线与构，TTL与非门也可以采用集电极开路的形式与非门也可以采用集电极开路的形式 如图如图3.3.35所示将推拉式所示将推
66、拉式TTL与非门与非门的输出端并联，的输出端并联，则当某一门的输出端为低则当某一门的输出端为低电平，如电平，如Y2=0,则当则当Y1=1时，会有时，会有G1门的门的电流通过电流通过G2门的门的T5管，这个电流远远超过管，这个电流远远超过正常工作电路，有可能使正常工作电路，有可能使T5管损坏管损坏图图3.3.35如图如图3.3.36所所示为示为OC门的门的电路和结构和电路和结构和符号，输出管符号，输出管的集电极开路的集电极开路图图3.3.362. OC2. OC门的结构特点门的结构特点门的结构特点门的结构特点 若利用若利用OC门实现线门实现线与功能，则与功能，则将几个将几个OC门门的输出并联的输
67、出并联起来用一个起来用一个上拉电阻即上拉电阻即可，如图可，如图3.3.38所示，所示，即即3. 3. 线与的实现线与的实现线与的实现线与的实现图图3.5.384 4、外接负载电阻、外接负载电阻、外接负载电阻、外接负载电阻R RL L的计算的计算的计算的计算( (自学自学自学自学) )5.OC5.OC门的应用门的应用门的应用门的应用a. a.实现与或非逻辑线与实现与或非逻辑线与实现与或非逻辑线与实现与或非逻辑线与如图如图3.5.38的线与电路，其输出为的线与电路，其输出为实现电路比较简单实现电路比较简单图图3.5.38b.b.电平转换电平转换电平转换电平转换 与与OD门一样，由于门一样，由于OC
68、门门的高电平可以通过外加电源改的高电平可以通过外加电源改变，故它可作为电平转换电路。变，故它可作为电平转换电路。一般一般TTL与非门的电平为与非门的电平为0 3.6V,若需要逻辑电平为若需要逻辑电平为0 12V的逻辑电平，只要将负载电阻的逻辑电平，只要将负载电阻接到接到12V电源即可电源即可c.实现数据采集实现数据采集 (实质为线与的应用实质为线与的应用) 如图如图3.5. 43,可实现母线（总线）的数据的接收可实现母线（总线）的数据的接收和传送和传送三、三态输出三、三态输出三、三态输出三、三态输出TTLTTL门电路（门电路（门电路（门电路（TSLTSLThree State Logic Th
69、ree State Logic GateGate）-TS-TS门电路门电路门电路门电路TTL也有三态门，在普通门电路的基础上附加控制电路也有三态门，在普通门电路的基础上附加控制电路构成的。使得除了输出高、低电平两个状态外，还有第构成的。使得除了输出高、低电平两个状态外，还有第三种状态，即高阻状态。三种状态，即高阻状态。 其典型电路如图其典型电路如图3.5.46所示所示 它与普通与非门它与普通与非门电路的主要差别是输电路的主要差别是输入级多了一个使能端入级多了一个使能端EN 和一个二极管和一个二极管D。图图3.5.461. 1.电路结构电路结构电路结构电路结构逻辑符号及逻辑功能逻辑符号及逻辑功能
70、图图3.5.472. 2.工作原理工作原理工作原理工作原理（1）当）当EN 0时时，P1，D截止，与非截止，与非门为门为正常工作状正常工作状态态，即即（2）当）当EN 1时时，与非与非门为高阻态，即门为高阻态，即YZ图图3.5.46控制端为高电平有效的三态门，其符号控制端为高电平有效的三态门，其符号如图如图3.5.49所示所示（1）当）当EN1时时，P1，D截止，与截止，与非非门为门为正常工作状正常工作状态态，即，即Y（AB） （2）当）当EN0时时，与非门为高阻态，即与非门为高阻态，即YZ3. 3.三态门的用途三态门的用途三态门的用途三态门的用途图图3.5.51 总线结构总线结构图图3.5.
71、50 数据的双向传输数据的双向传输a.构成数据的双向传输构成数据的双向传输b.实现总线结构实现总线结构 电路如图电路如图3.5.52所示，试用表格方式列出各门电路的所示，试用表格方式列出各门电路的名称、输出逻辑式及当名称、输出逻辑式及当ABCD1001时各输出逻辑函时各输出逻辑函数的取值数的取值(各门均为各门均为TTL门）。门）。练习：练习：练习：练习：答案：本章小结本章小结一、门电路概念一、门电路概念 P67P67二、二、二、二、 逻辑约定：正负逻辑系统逻辑约定：正负逻辑系统逻辑约定：正负逻辑系统逻辑约定：正负逻辑系统 P67P67三、门电路内部三、门电路内部三、门电路内部三、门电路内部电路
72、电路电路电路: : P79-80 P123 P128P79-80 P123 P128四、门电路的静态特性四、门电路的静态特性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2. 2. 输入特性输入特性输入特性输入特性 P83P833. 3. 输出特性输出特性输出特性输出特性P85P854. 4. 噪声容限噪声容限噪声容限噪声容限 P82P82五、门电路的动态特性五、门电路的动态特性: : 传输延迟时间传输延迟时间传输延迟时间传输延迟时间t tPHLPHL和和和和t tPLHPLH P87 P87六、门电路的主要性能参数六、门电路的主要性能参数 （分散在（分散在各处，归纳成下页各处，
73、归纳成下页pptppt）七、门电路的扇出系数七、门电路的扇出系数N N （补充）（补充）八、八、ODOD门（门（门（门（P94P94）和）和）和）和OCOC门（门（门（门（P131P131）九、九、 CMOSCMOS传输门传输门 P96P96十、三态门十、三态门六、门电路的主要性能参数六、门电路的主要性能参数六、门电路的主要性能参数六、门电路的主要性能参数 （分散在各处）（分散在各处）（分散在各处）（分散在各处）1) 输出高电平输出高电平2) 输出低电平输出低电平 3) 输入高电平输入高电平 开门电平开门电平 4) 输入低电平输入低电平 关门电平关门电平 5) 输入高电平电流输入高电平电流“拉电流拉电流” 6) 输入低电平电流输入低电平电流 “灌电流灌电流” 7) 输出高电平电流输出高电平电流8) 输出低电平电流输出低电平电流
