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1、NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINAl基础的逻辑代数知识基础的逻辑代数知识l逻辑运算中的三种基本运算逻辑运算中的三种基本运算与、或、非与、或、非,复合逻辑运算复合逻辑运算回顾第一章回顾第一章第二章第二章逻辑门电路逻辑门电路 实现基本运算以及复合逻辑运算的实现基本运算以及复合逻辑运算的电子电路电子电路逻辑门电路。逻辑门电路。逻辑门电路逻辑门电路是数字电路中的基本单元电路，是基础，有了这些单是数字电路中的基本单元电路，是基础，有了这些单元电路之后我们就可以像搭积木一样搭出更复杂的数字系统。元电路之后我们就可以像搭积木一样搭出更复杂的数
2、字系统。基本基本门门电路就相当于积木块的最基本的圆形、方形、三角形等。电路就相当于积木块的最基本的圆形、方形、三角形等。关注关注门电路的外部电气特性。门电路的外部电气特性。电压、电流、功耗等电压、电流、功耗等. .NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA目的目的l通过分析逻辑门电路的工作原理，掌握基通过分析逻辑门电路的工作原理，掌握基本逻辑门电路的本逻辑门电路的外部外部电气电气特性特性。为以后正确。为以后正确使用门电路打下基础。使用门电路打下基础。l学完模拟电子技术和数字电子技术之后，学完模拟电子技术和数字电子技术之后，通过查阅芯片的
3、数据手册，能够正确使用通过查阅芯片的数据手册，能够正确使用任何集成芯片。任何集成芯片。常用网址：常用网址：www.21IC等等等等第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA第 2 章逻辑门电路本章不是整个数字电路的主要内容，但它是本章不是整个数字电路的主要内容，但它是难点内容难点内容，是唯一与模拟电子技术相关的章节，具体说来就是大是唯一与模拟电子技术相关的章节，具体说来就是大家又会看到二极管、三极管、场效应管这些基本的电家又会看到二极管、三极管、场效应管这些基本的电子器件构成的电路。子器件构成的电路。如何学习如何学习
4、?因为我们重点讲解因为我们重点讲解TTL门电路和门电路和CMOS门电路，用到门电路，用到的是这些电子器件的的是这些电子器件的开关特性开关特性，也就是所有的三极管，也就是所有的三极管总是工作在总是工作在饱和区饱和区和和截止区截止区，相应的场效应管总是工，相应的场效应管总是工作在作在可变电阻区可变电阻区和和截止区截止区，而不能进入，而不能进入放大区。放大区。NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA4一一 概述概述二二 半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性三三 分立元件门电路分立元件门电路四四 TTL 集成逻辑门集成逻辑门五五 CMOS
5、 集成逻辑门集成逻辑门六六 集成逻辑门的应用集成逻辑门的应用七七 本章小结本章小结第 2 章逻辑门电路内容内容NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA主要要求：主要要求： 了解逻辑门电路的作用和常用类型。了解逻辑门电路的作用和常用类型。理解高电平信号和低电平信号的含义。理解高电平信号和低电平信号的含义。2.12.1概述概述第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINATTL即即Transistor-TransistorLogic一、门电路的作用和常用类型一、门电
6、路的作用和常用类型 门电路门电路(GateCircuit) 指用以实现基本逻辑关系和指用以实现基本逻辑关系和常用复合逻辑关系的电子电路。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是构成数字电路的基本单元之一按逻辑功能不同分按逻辑功能不同分与门与门 或门或门 非门非门 异或门异或门 与非门与非门 或非门或非门 与或非门与或非门 TTL集成门电路集成门电路 CMOS集成门电路集成门电路 输输入入端端和和输输出出端端都都用用三极管的逻辑门电路。三极管的逻辑门电路。 用互补对称用互补对称MOS管构成的逻辑门电路。管构成的逻辑门电路。第 2 章逻辑门电路按电路结构不同分按电路结构不同分 C
7、MOS即即ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor 双极型集成门电路双极型集成门电路单极型集成门电路单极型集成门电路I2LPMOSNMOSCMOSTTLECLBi-CMOS双极型双极型CMOSCMOS门电路门电路分立元件门电路分立元件门电路DTLNORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA集成电路按输出特点不同分集成电路按输出特点不同分 普通门普通门( (推拉式输出推拉式输出) )CMOS传输门传输门 输出输出开路门开路门三态门三态门第 2 章逻辑门电路一一 概述概述二二 半导体器件的开关特性半导体器件
8、的开关特性三三 分立元件门电路分立元件门电路四四 TTL 集成逻辑门集成逻辑门五五 CMOS 集成逻辑门集成逻辑门六六 集成逻辑门的应用集成逻辑门的应用七七 本章小结本章小结NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA第 2 章逻辑门电路正逻辑：用高电平表示逻辑正逻辑：用高电平表示逻辑1，用低电平表示逻辑，用低电平表示逻辑0负逻辑：用低电平表示逻辑负逻辑：用低电平表示逻辑1，用高电平表示逻辑，用高电平表示逻辑0在数字系统的逻辑设计中，若采用在数字系统的逻辑设计中，若采用NPN晶体管晶体管和和NMOS管，电源电压是正值，一般采用正逻辑。管，
9、电源电压是正值，一般采用正逻辑。若采用的是若采用的是PNP管和管和PMOS管，电源电压为负值，管，电源电压为负值，则采用负逻辑比较方便。则采用负逻辑比较方便。今后除非特别说明，一律采用正逻辑今后除非特别说明，一律采用正逻辑。二、正逻辑与负逻辑二、正逻辑与负逻辑2.1 2.1 概述概述NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA高电平和低电平为某高电平和低电平为某规定范围规定范围的电位值，而非一固定值。的电位值，而非一固定值。高电平信号是多大的信号？低高电平信号是多大的信号？低电平信号又是多大的信号？电平信号又是多大的信号？10高电平高电平
10、低电平低电平01高电平高电平低电平低电平正逻辑体制正逻辑体制负逻辑体制负逻辑体制由门电路种类等决定由门电路种类等决定二、数字电路中高电平和低电平的含义二、数字电路中高电平和低电平的含义第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA1.TTL（Transistor-TransistorLogic）2.CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor）3.LVTTL（LowVoltageTTL）4.LVCMOS（LowVoltageCMOS）5.ECL（EmitterCoupledLogic
11、）6.PECL(Pseudo/PositiveECL)7.LVPECL(LowVoltagePECL)8.RS232（RS232采用采用12-15V供电，我们电脑后面的串口即为供电，我们电脑后面的串口即为RS232标准。标准。+12V表示表示0，-12V表示表示1。可以用。可以用MAX3232等专用芯片转换，也可以用两个三极管加一等专用芯片转换，也可以用两个三极管加一些外围电路进行反相和电压匹配。些外围电路进行反相和电压匹配。常用的逻辑电平标准常用的逻辑电平标准9.RS485（是一种差分结构，相对（是一种差分结构，相对RS232有更高的抗干扰能力。传输距离可以达到有更高的抗干扰能力。传输距离可
12、以达到上千米。）上千米。）10.LVDS（LowVoltageDifferentialSignal）高速数据传输的逻辑电平标准）高速数据传输的逻辑电平标准第 2 章逻辑门电路第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINATTL电平(74 系列)电源电压电源电压V VILmaxILmax(V)(V)V VIHminIHmin(V)(V)V VOLmaxOLmax(V)(V)V VOHminOHmin(V)(V)VCC=5V0.820.52.42.7CMOS电平(CC4000系列)VDD30VDD70VDD0VDDVDD=5
13、V1.53.50.054.95VDD=10V370.059.95T=25高、低电平都是一个范围。低电平越低越好高、低电平都是一个范围。低电平越低越好,高电平越高越好高电平越高越好.但不能超过电源电压的范围但不能超过电源电压的范围.第 2 章逻辑门电路10高电平高电平低电平低电平正逻辑体制正逻辑体制NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA三、高低电平的获取方法三、高低电平的获取方法获取高、低电平的基本原理图获取高、低电平的基本原理图第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY O
14、F CHINA主要要求：主要要求： 理解二极管、三极管的开关特性。理解二极管、三极管的开关特性。掌握二极管、三极管开关工作的条件。掌握二极管、三极管开关工作的条件。2.22.2半导体器件半导体器件的开关特性的开关特性第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA用用来来接接通通或或断断开开电电路路的的开开关关器器件件应应具具有有两两种种工工作作状状态态：一一种种是是接接通通（要要求求其其阻阻抗抗很很小小，相相当当于于短短路路），另另一一种种是是断开（要求其阻抗很大，相当于开路）。断开（要求其阻抗很大，相当于开路）。第 2
15、 章逻辑门电路iDuDU(BR)IFURMOuDiDUD(on)二极管的伏安特性二极管的伏安特性uDiD0理想理想模型模型恒压源模型恒压源模型一、半导体二极管的开关特性一、半导体二极管的开关特性( (一一) )二极管的伏安特性二极管的伏安特性及其及其模型模型NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA 利用二极管的单向导利用二极管的单向导电性，此电路相当于一个电性，此电路相当于一个受外加电压控制的开关。受外加电压控制的开关。当当u uI I=U=UILIL时，时，D D导通，导通，u uO O=U=UOLOL=0.7V =0.7V 开关闭
16、合开关闭合假定：假定：U UIHIH=V=VCC CC ，U UILIL=0 ,=0 ,假定二极管压降为假定二极管压降为0.7V当当u uI I=U=UIHIH时，时，D D截止，截止，u uo o=U=UOHOH=V=VCCCC 开关断开开关断开 ( (二二) ) 二极管的开关二极管的开关作用及其工作条件作用及其工作条件 第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA第 2 章逻辑门电路二极管开关电路与理想开关的区别二极管开关电路与理想开关的区别1.1.导通时有导通电压，而且导通压降硅管为导通时有导通电压，而且导通压降
17、硅管为0.7V,0.7V,锗管为锗管为0.2V0.2V，电压不为，电压不为0 0，电阻不为，电阻不为0 0；2.2.截止时有反向电流，电阻不是无穷大；截止时有反向电流，电阻不是无穷大；3.3.频率高时，二极管的结电容不能忽略，会丧失单向导电性。二极管作为频率高时，二极管的结电容不能忽略，会丧失单向导电性。二极管作为开关使用时要注意工作频率的限制。开关使用时要注意工作频率的限制。NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA三极管为什么能用作开关？三极管为什么能用作开关？怎样控制它的开和关？怎样控制它的开和关？ 当输入当输入 uI为低电平，使
18、为低电平，使 uBEUth时，三极管截止。时，三极管截止。 iB 0，iC 0，C、E间相当间相当于开关断开。于开关断开。 三极管关断的条件和等效电路三极管关断的条件和等效电路ICSQAuCEUCESOiCMNIBSTS负载线负载线临界饱和线临界饱和线 饱饱和和区区放大区放大区( (一一) ) 三极管的开关作用及其工作条件三极管的开关作用及其工作条件 截止区截止区uBEUthBEC三极管三极管截止状态截止状态等效电路等效电路uI=UILuBE+ +- -Uth为门限电压为门限电压第 2 章逻辑门电路二、三极管的开关特性二、三极管的开关特性NORTH UNIVERSITY OF CHINANOR
19、TH UNIVERSITY OF CHINAIC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS临界饱和线临界饱和线 饱饱和和区区放大区放大区 uI增大增大使使iB增大，增大，从而工作点上移，从而工作点上移，iC增增大，大，uCE减小。减小。截止区截止区uBEUth时，三极管开始导通，时，三极管开始导通，iB0，三极管工作于放大，三极管工作于放大导通状态。导通状态。第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINAIC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS临界饱和线临界饱和线 饱饱和
20、和区区放大区放大区截止区截止区uBEIB(sat)所以求得所以求得RC93 ，可取标称值可取标称值100 。因为因为iB=IHB 0.7VUR第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINAOuItUIHUILOuO/Vt5( (2) )对应输入波形画出输出波形对应输入波形画出输出波形可见，该电路在输入低可见，该电路在输入低电平时输出高电平，输入高电平时输出高电平，输入高电平时输出低电平，因此电平时输出低电平，因此构构成三极管非门成三极管非门。由于输出信由于输出信号与输入信号反相，故号与输入信号反相，故又称又称三极管反相器
21、。三极管反相器。三极管截止时，三极管截止时，iC 0，uO +5V三极管三极管饱和时，饱和时，uO UCE(sat) 0.3V第 2 章逻辑门电路0.3NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA当当u uI I=U=UILIL时，三极管截止，时，三极管截止，u uO O=U=UOHOH =V =Vcccc 开关断开开关断开假定：假定：U UIHIH=V=VCC CC ，U UILIL=0=0当当u uI I=U=UIHIH时，三极管饱和，时，三极管饱和，u uo o=U=UOLOL=U=UCESCES 开关闭合开关闭合 AY0110三级
22、管非门电路三级管非门电路以后在数字电路中以后在数字电路中遇到这样的电路遇到这样的电路,都都可以认为这是一个可以认为这是一个非门非门.三、三极管非门三、三极管非门第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINAIC(sat)OOOuIiCuOtttUIHUILVCCUCE(sat)uI从从UIL正跳到正跳到UIH时，时，三极管将由截止转变为饱和，三极管将由截止转变为饱和，iC从从0逐渐增大到逐渐增大到ICS，uC从从VCC逐渐减小为逐渐减小为UCES。uI从从UIH负跳到时负跳到时UIL，三极管不能很快由饱和转，三极管不能很
23、快由饱和转变为截止，而需要经过一段变为截止，而需要经过一段时间才能退出饱和区。时间才能退出饱和区。第 2 章逻辑门电路四、三极管的动态开关特性四、三极管的动态开关特性NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINAIC(sat)OOOuIiCuOtttUIHUILVCCUCES0.9ICSton0.1ICStoffuI正跳变到正跳变到iC上升到上升到0.9ICS所需的时间所需的时间ton称为称为三极管开通时间。三极管开通时间。 通常工作频率不高时，通常工作频率不高时，可忽略开关时间，而工作可忽略开关时间，而工作频率高时，必须考虑开关频率高时，
24、必须考虑开关速度是否合适，否则导致速度是否合适，否则导致不能正常工作。不能正常工作。uI负跳变到负跳变到iC下降到下降到0.1ICS所需的时间所需的时间toff称为称为三极管关断时间。三极管关断时间。通常通常toffton开关时间主要由于开关时间主要由于电电荷存储效应荷存储效应引起，要提高引起，要提高开关速度，必须降低三极开关速度，必须降低三极管饱和深度，加速基区存管饱和深度，加速基区存储电荷的消散。储电荷的消散。第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINAC E B SBD B C E 在在普普通通三三极极管管的的基
25、基极极和和集集电电极极之之间间并并接一个肖特基势垒二极管接一个肖特基势垒二极管( (简称简称SBD) )。BCSBD抗饱和三极管的开关速度高抗饱和三极管的开关速度高 没有电荷存储效应没有电荷存储效应SBD的导通电压只有的导通电压只有0.4V而非而非0.7V，因此因此UBC=0.4V时，时，SBD便导通，使便导通，使UBC钳在钳在0.4V上，降低了饱和深度。上，降低了饱和深度。五、五、抗饱和三极管简介抗饱和三极管简介第 2 章逻辑门电路是借助于是借助于金属铝和和n n型硅的接触型硅的接触势垒产生整流作用产生整流作用 NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSIT
26、Y OF CHINA2.32.3简单的与、或、非门电路简单的与、或、非门电路图图2.3.1 2.3.1 二极管与门二极管与门 真值表真值表逻辑电平逻辑电平ABY001101010001A/VB/VY/V003303030.70.70.73.7一、一、 二极管与门二极管与门缺点：输出电平发生偏移缺点：输出电平发生偏移第 2 章逻辑门电路若电路由多级组成，电平偏移值就会增大而若电路由多级组成，电平偏移值就会增大而出现逻辑错误。出现逻辑错误。Y=ABNORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA二、二、 二极管或门二极管或门图图2.3.2 2.3
27、.2 二极管或门二极管或门逻辑电平逻辑电平A/VB/VY/V0033030302.32.32.3真值表真值表ABY001101010111缺点：输出电平发生偏移缺点：输出电平发生偏移第 2 章逻辑门电路若电路由多级组成，电平偏移值就会增大而若电路由多级组成，电平偏移值就会增大而出现逻辑错误。出现逻辑错误。Y=A+BNORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA三、三、 三极管非门三极管非门图图2.3.3 2.3.3 三极管非门（反相器）三极管非门（反相器）真值表真值表AY0110R2和和VEE的作用：保证输入为低电平时三极管可靠截的作用：保
28、证输入为低电平时三极管可靠截止；输入为高电平时，保证三极管工作在深度饱和状态，止；输入为高电平时，保证三极管工作在深度饱和状态，使输出电平接近于零。使输出电平接近于零。第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA2.3.4DTL(二级管二级管-三极管三极管)门电路门电路或非门或非门:二级管或门二级管或门+三极管非门三极管非门与非门与非门:二级管与门二级管与门+三极管非门三极管非门缺点：缺点：1、输出电平发生偏移输出电平发生偏移,级数越多级数越多,偏移越大偏移越大.与或非门与或非门:二级管与门二级管与门+二级管或门二级管
29、或门+三极管非门三极管非门2、带负载能力差。带负载能力差。第 2 章逻辑门电路当然也可以组成其它逻辑功能的门电路当然也可以组成其它逻辑功能的门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA上节课我们给大家介绍了由二极管和三极管上节课我们给大家介绍了由二极管和三极管组成的各种门电路也就是组成的各种门电路也就是DTL门电路。门电路。缺点：缺点：1、输出电平发生偏移输出电平发生偏移,级数越多级数越多,偏移越大偏移越大.2、带负载能力差带负载能力差为了克服为了克服DTL门电路的这两个缺点，从而引入门电路的这两个缺点，从而引入TTL门门电路，也就
30、是全部由晶体三极管组成的门电路，由于电路，也就是全部由晶体三极管组成的门电路，由于TTL门电路性能优越，因此做成了集成产品。门电路性能优越，因此做成了集成产品。TTL门电门电路问世几十年来，经过电路结构的不断改进和集成工艺路问世几十年来，经过电路结构的不断改进和集成工艺的逐步完善，至今仍广泛应用，几乎占据着数字集成电的逐步完善，至今仍广泛应用，几乎占据着数字集成电路领域的半壁江山，与它并驾齐驱的是路领域的半壁江山，与它并驾齐驱的是CMOS门电路。门电路。第 2 章逻辑门电路2 2NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA第 2 章逻辑门
31、电路TTLTTL集成逻辑门电路集成逻辑门电路逻辑逻辑功能齐全功能齐全，有有多种系列多种系列，我们以，我们以7474普通系列中的普通系列中的反相器反相器为例进行讲解。讲述为例进行讲解。讲述TTLTTL反相器反相器不不仅仅是讲述仅仅是讲述反相器反相器本身，而是为了通过它来了解本身，而是为了通过它来了解TTLTTL这样这样一类电路一类电路的电气特性。的电气特性。NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA主要要求：主要要求： 了解了解TTL反相器反相器的组成和工作原理。的组成和工作原理。掌握掌握TTL基本门的逻辑功能和主要外特性。基本门的逻辑功
32、能和主要外特性。2.4 2.4 TTL 集成逻辑门集成逻辑门掌握集电极开路门和三态门的逻辑功能和应用掌握集电极开路门和三态门的逻辑功能和应用。掌握掌握TTL集成逻辑门的主要参数和使用常识。集成逻辑门的主要参数和使用常识。第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINAV1V2V3V5V6一、一、 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（一）电路结构（一）电路结构输出级输出级由由T4、D2、R4和和T5组成。组成。其中其中T4与与T5构成推拉式构成推拉式输出结构，输出结构，提高了负载提高了负载能力。能力。
33、输入级主要由三极管输入级主要由三极管T1、基极电基极电阻阻R1和钳位二极管和钳位二极管D1组成。组成。D1为输入钳位二极管，用以抑制为输入钳位二极管，用以抑制输入端出现的负极性干扰。正常信号输输入端出现的负极性干扰。正常信号输入时，入时，D1不工作，当输入的负极性干不工作，当输入的负极性干扰电压大于二极管导通电压时，二极管扰电压大于二极管导通电压时，二极管导通，输入端负电压被钳在导通，输入端负电压被钳在- -0.7V上，上，这不但抑制了输入端的负极性干扰，对这不但抑制了输入端的负极性干扰，对T1还有保护作用。还有保护作用。中间级起倒相放大作中间级起倒相放大作用，用，T2集电极集电极C2和发射极
34、和发射极E2同时输出两个逻辑电平同时输出两个逻辑电平相反的信号，分别驱动相反的信号，分别驱动T4和和T5。第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINAPN结的导通电压为结的导通电压为0.7V,=50,=50,三极管的饱和压降为三极管的饱和压降为Uces=0.3V,深度饱和时饱和压降为深度饱和时饱和压降为Uces=0.1V.VIL=0.3V,VIH=3.6V。第 2 章逻辑门电路假设假设电路中所有的电路中所有的三极管要么工作在饱和状态要么工作在截止状态，三极管要么工作在饱和状态要么工作在截止状态，不能工作在放大状态，不能
35、工作在放大状态，记住这一点，学习起来就会轻松一些。记住这一点，学习起来就会轻松一些。分析时注意分析时注意NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA 输入端为低电平时，输入端为低电平时，输出高电平。输出高电平。 输入低电平端对应的发射结导通，输入低电平端对应的发射结导通，uB1=0.7V+0.3V=1V 这时这时 T T2 2、T T5 5 截止。截止。 T T2 2 截止使截止使 T T1 1 集集电极等效电阻很大，使电极等效电阻很大，使因此，输入低电平时，输因此，输入低电平时，输出为高电平。出为高电平。 （二）（二）TTL反相器的工作
36、原理（设输入反相器的工作原理（设输入V VIHIH=3.6V=3.6V，V VILIL=0.3V=0.3V） IB1I B1(sat)，T1深度饱和深度饱和。uC1=0.4=0.4电流方向电流方向:流出输出端流出输出端T2截止使截止使uC2 VCC=5V，则，则T4饱和、饱和、D2导通导通第 2 章逻辑门电路输入电流大小：输入电流大小：1mA0.30.31 15 53.63.6IIL0.40.4NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA 因此，因此，T T1 1 发射结反偏而集电极正偏，发射结反偏而集电极正偏，称处于倒置放大状态。电流放
37、大系数很小。称处于倒置放大状态。电流放大系数很小。 输入为高电平时，输入为高电平时，输出低电平输出低电平 VCC经经R1使使T1集电结和集电结和T2、T5发射结发射结导通，使导通，使uB1=2.1V。对于对于T T2 2， T2 饱和。uC2 = uCE2(sat)+uBE5 =0.3V+0.7V =1V使使 T T4 4 导通，而导通，而 D D2 2 截止截止，I IB4B4=0=0，则，则第 2 章逻辑门电路3.63.62.12.11 1NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA因此，输入为高电平时，输出为低电平。因此，输入为高电
38、平时，输出为低电平。综上所述综上所述,该电路实现了非逻辑功能该电路实现了非逻辑功能,即即uo=UCE5(sat) 0.3V。电流方向电流方向: :流入输出端流入输出端 D2D2截止使截止使 T5 T5 的等效集电极电阻很大，的等效集电极电阻很大，使使 I IB5B5 I IB5B5(sat)(sat)，因此，因此 T5 T5 深度饱和。深度饱和。第 2 章逻辑门电路输入电流大小输入电流大小:小于小于40uA3.63.62.12.11 10.30.3IIHNORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA第 2 章逻辑门电路输入回路的等效电路输入
39、回路的等效电路只要能正确地判断出哪个只要能正确地判断出哪个PN结导通，就能结导通，就能正确地判断出输出与输入的逻辑关系。正确地判断出输出与输入的逻辑关系。0.30.31 13.63.63.63.62.12.10.30.3UiUiU UB1B1UoUoNORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA第 2 章逻辑门电路作业作业2.1 2.22.1 2.2深度思考深度思考1.1.在在multisim multisim 下仿真下仿真DTL3 3输入与门电路的逻辑功能。输入与门电路的逻辑功能。NORTH UNIVERSITY OF CHINANORT
40、H UNIVERSITY OF CHINA第 2 章逻辑门电路 上节课我们一起学习了上节课我们一起学习了TTL反相器的电路结构和工作原反相器的电路结构和工作原理理 ，与，与DTL门电路相比，门电路相比， TTL门电路的电路结构和门电路的电路结构和工作工作原理要复杂些，但原理要复杂些，但TTL门电路输出电平稳定，带负载能力门电路输出电平稳定，带负载能力强，因而应用广泛。目前强，因而应用广泛。目前DTL门电路已退出历史舞台。门电路已退出历史舞台。从一个使用者的角度来看，从一个使用者的角度来看， TTLTTL门电路的门电路的外部电气特性外部电气特性比比工作原理更重要。工作原理更重要。3 3接下来我们
41、开始研究接下来我们开始研究TTL门电路的外部电气特性。门电路的外部电气特性。NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA（三）（三）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. 电压传输特性和噪声容限电压传输特性和噪声容限第 2 章逻辑门电路输出电压随输入电压变化的特性输出电压随输入电压变化的特性UO=F（UI）电压传输特性曲线测量方法电压传输特性曲线测量方法电压传输特性曲线电压传输特性曲线3 3电压传输特性曲线测量方法电压传输特性曲线测量方法NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIV
42、ERSITY OF CHINA工作区工作区Ui(V)T2T5AB段段截止区截止区0.7截止截止截止截止BC段段线性区线性区0.71.3放大放大截止截止CD段段转折区转折区1.4导通导通导通导通DE段段饱和区饱和区1.4饱和饱和饱和饱和第 2 章逻辑门电路3 30.30.33.63.6NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA下面介绍与下面介绍与电压传输特电压传输特性有关的主要参数：性有关的主要参数：有关参数有关参数标准高电平标准高电平USH当当uOUSH时，则认为输出高时，则认为输出高电平，通常取电平，通常取USH=3V。标准低电平标准
43、低电平USL当当uOUSL时，则认为输出低时，则认为输出低电平，通常取电平，通常取USL=0.3V。关门电平关门电平UOFF保保证证输输出出不不小小于于标标准准高高电电平平USH时时,允许的输入低电平的最大值。允许的输入低电平的最大值。开门电平开门电平UON保保证证输输出出不不高高于于标标准准低低电电平平USL时时,允许的输入高电平的最小值。允许的输入高电平的最小值。阈值电压阈值电压UTH转转折折区区中中点点对对应应的的输输入入电电压压，又称门槛电平。又称门槛电平。近似分析时认为：近似分析时认为：uIUTH，则与非门开通，则与非门开通，输出低电平输出低电平UOL；uIUTH，则与非门关闭，则与
44、非门关闭，输出高电平输出高电平UOH。第 2 章逻辑门电路USH=3VUOHUOLUSL=0.3VUONUOFF UTHNORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA噪声容限越大，抗干扰能力越强。噪声容限越大，抗干扰能力越强。指输入低电平时，允许的最大正向噪声电压。指输入低电平时，允许的最大正向噪声电压。UNL=UOFFUIL指输入高电平时，允许的最大负向噪声电压。指输入高电平时，允许的最大负向噪声电压。UNH=UIHUON输入信号上叠加的噪声电压只要不超过允许输入信号上叠加的噪声电压只要不超过允许值，就不会影响电路的正常逻辑功能，这个允许
45、值，就不会影响电路的正常逻辑功能，这个允许值称为值称为噪声容限噪声容限。输入高电平噪声容限输入高电平噪声容限UNH输入低电平噪声容限输入低电平噪声容限UNL第 2 章逻辑门电路噪声容限噪声容限（1 1）结论：为了提高电路的抗干扰能力，输入低电平越低越好，输结论：为了提高电路的抗干扰能力，输入低电平越低越好，输入高电平越高越好。当然不要超过电源电压了。入高电平越高越好。当然不要超过电源电压了。NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA对于不是第一级的门电路低电平噪声容限对于不是第一级的门电路低电平噪声容限UNL=UOFFUOL对于不是第一
46、级的门电路高电平噪声容限对于不是第一级的门电路高电平噪声容限UNH=UOHUON第 2 章逻辑门电路UOH前一级的输出高电平前一级的输出高电平后面门的后面门的UOL前一级的输出低电平前一级的输出低电平后面门的后面门的以以74047404为例为例UNL=UOFFUOL=0.8-0.4=0.4VUNH=UOHUON=2.4-2=0.4V噪声容限噪声容限（2 2）NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA2. 输入特性输入特性 （外特性）（外特性）(1) 输入伏安特性输入伏安特性 第 2 章逻辑门电路研究输入电流随输入研究输入电流随输入电压电
47、压变化的特性变化的特性iI=f(uI)NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA图2.4.4 TTL反相器的输入端等效电路图图图图2.4.5TTL2.4.5TTL反相器的反相器的反相器的反相器的输入特性输入特性输入特性输入特性IIH40uA第 2 章逻辑门电路分段研究分段研究IIL=-1mA(a)-1VUi-0.7V(b) (b) -0.6VUi0.7V,不能精确计算不能精确计算(d) (d) Ui1.4V，电流方向发生变化，电流方向发生变化，IIHNORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF
48、 CHINA两个重要参数两个重要参数：(1)输入短路电流输入短路电流IIS和输入低电平电流和输入低电平电流IIL当当uI=0V时，时，iI从输入端流出。从输入端流出。IIS=(VCCUBE1)/R1=(50.7)/41.1mA IIL=-1mAmA(2)高电平输入电流高电平输入电流IIH当输入为高电平时，当输入为高电平时，VT1的发射结反偏，集电结正偏，的发射结反偏，集电结正偏，处于倒置工作状态，倒置工作的三极管电流放大系数处于倒置工作状态，倒置工作的三极管电流放大系数反反很很小小(约在约在0.01以下以下)，所以，所以iI=IIH=反反iB2IIH很小，约为很小，约为10A左右。左右。第 2
49、 章逻辑门电路这两个参数在手册上可以查到，当门电路作为负载时必须用这两个参数在手册上可以查到，当门电路作为负载时必须用到的两个参数。到的两个参数。NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA(2) (2) 输入负载特性输入负载特性（外特性）（外特性） 第 2 章逻辑门电路uI=f(RI)分区间研究分区间研究（a）RI变化（增大）使变化（增大）使UI UOFF（0.7），求出），求出ROFF（b b）RI变化（继续增大）使变化（继续增大）使UOFF（0.7）UIUON（1.3）（c）RI变化（变化（继续增大继续增大）使）使UI= =UON（
50、1.4）时，测出）时，测出RON输入负载特性测试电路输入负载特性测试电路 输入负载特性输入负载特性曲线曲线0uI/VR1/k UOFF1.4FNROFFRONRONROFFUOFFUONNORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA第 2 章逻辑门电路ROFF称关门电阻。称关门电阻。RIRON时时，相相应应输输入入端端相相当当于于输输入入高高电电平平。对对普普通通TTL系系列列，RON几几k 。NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA实际应用实际应用TTL非门输入端悬空非门输入端悬
51、空,相当于输入高电平相当于输入高电平.这个结论对所有的这个结论对所有的TTLTTL门电路都适用，原门电路都适用，原因在于因在于TTLTTL门电路输入端无论输入低电平门电路输入端无论输入低电平还是高电平都有电流流过。还是高电平都有电流流过。第 2 章逻辑门电路实际工作中，为了防止干扰，多余的输入端最实际工作中，为了防止干扰，多余的输入端最好不要悬空。实验室做实验时可以这么用。好不要悬空。实验室做实验时可以这么用。NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA第 2 章逻辑门电路 例例 下图中，已知下图中，已知 ROFF 800 ，RON 3k
52、 ，试确定输，试确定输出的逻辑。出的逻辑。NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA3、输出特性、输出特性（外特性）（外特性）(a)输出高电平时的输出特性输出高电平时的输出特性负载电流负载电流iL不可过大，否则输出高电平会降低。不可过大，否则输出高电平会降低。iL手册上可以手册上可以查到查到, ,就是就是iOH。iOH=-400uA-1000uA拉电流负载拉电流负载第 2 章逻辑门电路uo=f(iL)4 4输出高电平时输出特性的方法输出高电平时输出特性的方法NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSIT
53、Y OF CHINA第 2 章逻辑门电路输入低电平时，输出高电平。输入低电平时，输出高电平。此时此时T1深度饱和，深度饱和，T2、T5截截止，止，T4饱和，饱和，Uo=UoH=Vcc-UR2-UBE4-UD2=Vcc-UR4-UCES4-UD2，UR4=IL*R4IL=NOHIIH(式式2.1)NOH为输出高电平时带负载门的个数为输出高电平时带负载门的个数4 4NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA(b)输出低电平时的输出特性输出低电平时的输出特性负负载载电电流流iL不不可可过过大大，否否则则输输出出低低电电平平会会升升高高。手手册
54、册上上也也可可以以查查到到，就就是是iOL。一一般般灌灌电电流流在在20mA以以下下时时，电电路路可可以以正正常常工工作作。典典型型TTL门门电电路路的的灌灌电电流流负负载载为为iOL12mA20mA。灌电流负载灌电流负载第 2 章逻辑门电路4 4测量输出低电平输出特性的方法测量输出低电平输出特性的方法NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINAUoL=iLrce5iL=NOLIIL(式式2.2)NOL为输出低电平时带负载门的个数为输出低电平时带负载门的个数.第 2 章逻辑门电路4 4NORTH UNIVERSITY OF CHINANO
55、RTH UNIVERSITY OF CHINA已知已知TTLTTL反向器反向器CT7404的的 IIL=1.6mA，IIH=0.04mA，IOL=16mA，IOH=0.4mA，求其扇出系数求其扇出系数N NO O。 第 2 章逻辑门电路解解 根据式根据式(2.1)(2.1)和式和式(2.2)(2.2)可以计算灌电流负载可以计算灌电流负载N NOLOL和拉电流负载和拉电流负载N NOHOH分别为分别为 结合两种情况，可知扇出系数结合两种情况，可知扇出系数N NO O=10=10。扇出系数扇出系数NOL表示电路负载能力。取上面求出的两个表示电路负载能力。取上面求出的两个N的小者。的小者。门电路输出
56、低电平时允许带同类门电路的个数。门电路输出低电平时允许带同类门电路的个数。在在TTL TTL 使用手册中，并不给出扇出系数，需要计算求得，通常使用手册中，并不给出扇出系数，需要计算求得，通常 TTL TTL 门电路有门电路有 N NO O88，在实际使用中应注意留有一定的余地。，在实际使用中应注意留有一定的余地。4 4NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA由由于于三三极极管管存存在在开开关关时时间间，元元、器器件件及及连连线线存存在在一一定定的的寄寄生生电电容容，因因此此输输入入矩矩形脉冲时，输出脉冲将延迟一定时间。形脉冲时，输出脉
57、冲将延迟一定时间。输入信号输入信号UOm0.5UOm0.5UImUIm输出信号输出信号4. 传输延迟时间传输延迟时间 输入电压波形下降沿输入电压波形下降沿0.5UIm处到输出电压上升沿处到输出电压上升沿0.5Uom处间隔的时间称处间隔的时间称截止延迟时间截止延迟时间tPLH。手册上可以查到。手册上可以查到。输入电压波形上升沿输入电压波形上升沿0.5UIm处到输出电压下降沿处到输出电压下降沿0.5Uom处间隔的时间称处间隔的时间称导通延迟时间导通延迟时间tPHL L。手册上可以查到。手册上可以查到。平均传输延迟时间平均传输延迟时间tpdtPHLtPLHtpd越小，则门电路开关速度越越小，则门电路
58、开关速度越高，工作频率越高。大约几十高，工作频率越高。大约几十nS0.5UIm0.5UOm第 2 章逻辑门电路4 4NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA7404typmaxtPLH12nS22nStPHL8nS15nS第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA5. 功耗功耗- -延迟积延迟积 常用功耗常用功耗P 和平均传输延迟时间和平均传输延迟时间tpd的乘积的乘积( (简称简称功耗功耗延迟积延迟积) )来来综合评价门电路的性能，即综合评价门电路的性能，
59、即M =P tpd性能优越的门电路应具有功耗低、工作速度高的性能优越的门电路应具有功耗低、工作速度高的特点，然而这两者矛盾。特点，然而这两者矛盾。 M 又称品质因素，值越小，说明综合性能越好。又称品质因素，值越小，说明综合性能越好。第 2 章逻辑门电路功耗功耗: :可以通过查阅手册上的可以通过查阅手册上的ICCH和和ICCL计算出来计算出来4 47404typmaxICCH6mA12mAICCL18mA33mANORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA6.TTL门电路的门电路的主要参数主要参数第 2 章逻辑门电路UILmax，UIHmi
60、n，IIL，IIH，UOHmin,UOLmax,IOH,IOL,tpd,fmax,ICCL,ICCH讲述讲述TTLTTL非门不仅仅讲述非门本身，而是通过它来了解非门不仅仅讲述非门本身，而是通过它来了解TTLTTL这一类电路的电气特性。这一类电路的电气特性。www.21IC推荐网址推荐网址4 4掌握下列概念掌握下列概念（1 1）电压传输特性，输入特性，输入负载特性，输出特性）电压传输特性，输入特性，输入负载特性，输出特性（2）UIL，UIH，UT,IIL，IIH，UOH,UOL,IOH,IOL,tpd,RON,ROFF查找查找7404资料并阅读。资料并阅读。深度扩展深度扩展查找查找7400740
61、0资料并阅读。资料并阅读。NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA第 2 章逻辑门电路深度扩展深度扩展1.1.查找常用查找常用7474系列芯片型号一览表。系列芯片型号一览表。2.2.重点查找出常用芯片重点查找出常用芯片74047404（反向器），（反向器），74007400（与非门）（与非门）,7402,7402（或非）（或非）, ,74087408（与门）（与门）,7454,7454（与或非门）（与或非门）, ,74867486（异或门）的资料。（异或门）的资料。作业作业2.3 2.5 2.6 2.3 2.5 2.6 第四次课结束第
62、四次课结束作业作业2.1 2.22.1 2.2深度扩展深度扩展在在multisim multisim 下仿真下仿真DTL3 3输入与门电路的逻辑功能。输入与门电路的逻辑功能。NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINAl 到目前为止，我们介绍了到目前为止，我们介绍了TTL反相器的外部电器特性反相器的外部电器特性及及主要参数主要参数。TTL系列门电路功能齐全，除了已经介绍过的反相器外，还有系列门电路功能齐全，除了已经介绍过的反相器外，还有与非门、与非门、或非门、与门、或门、与或非门、异或门。或非门、与门、或门、与或非门、异或门。第 2 章逻
63、辑门电路4 4 TTL门电路的速度快门电路的速度快,但功耗大但功耗大,而两者又是相互矛盾的而两者又是相互矛盾的,因此因此,为了满足不为了满足不同工程的需要同工程的需要,又设计出很多系列的又设计出很多系列的TTL门电路门电路.在在TTL的改进措施上的改进措施上,总是围总是围绕降低功耗和提高速度做文章绕降低功耗和提高速度做文章,而其他的电路参数变化不大而其他的电路参数变化不大。l不同系列的不同系列的TTLTTL门电路。门电路。 注意比较它们之间的相同之处与不同之处注意比较它们之间的相同之处与不同之处l其它逻辑功能的其它逻辑功能的TTLTTL门电路。门电路。 注意比较它们和反向器的相同之处与不同之处
64、注意比较它们和反向器的相同之处与不同之处内容内容NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA1、都有输入负载特性。、都有输入负载特性。全部都用全部都用TTL三极管制作三极管制作,当然就有当然就有TTL门电路输入门电路输入端悬空端悬空,相当于输入高电平这一结论相当于输入高电平这一结论.同样需要注意，同样需要注意，实际使用时，不要轻易悬空。实际使用时，不要轻易悬空。相同之处相同之处2、输出特性完全相同，带负载能力计算方法相同、输出特性完全相同，带负载能力计算方法相同。第 2 章逻辑门电路二、其他类型的二、其他类型的TTLTTL门电路门电路（一
65、）其他逻辑功能的门电路（一）其他逻辑功能的门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINATTLTTL与非门电路与非门电路1. 1. 与非门与非门与反相器的区别：输入端改与反相器的区别：输入端改成了多发射极三极管。成了多发射极三极管。多发射极三极管多发射极三极管第 2 章逻辑门电路4 4NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA第 2 章逻辑门电路A/VB/VY/V0.30.33.63.60.33.60.33.63.63.63.60.3ABY0011010111103.63.62
66、.12.10.30.30.31 13.63.6NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA在计算与非门每个输入端的输入电流时，在计算与非门每个输入端的输入电流时，应根据输入端的不同工作状态区别对待。应根据输入端的不同工作状态区别对待。输入伏安特性：输入伏安特性：第 2 章逻辑门电路以两输入与非门为例以两输入与非门为例5 5A=0,B=0iA=1/2IILiB=1/2IILA=0,B=1iA=IILiB=IIHA=1,B=0iA=IIHiB=IILA=1,B=1iA=IIHiB=IIH与非门输入端不同工作状态时各输入端电流与非门输入端不同工
67、作状态时各输入端电流IIL IIH为反向器输入端电流为反向器输入端电流NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINAa a、低电平输入电流和反相器相同；、低电平输入电流和反相器相同；b b、高电平输入电流为单个输入端的高电平输入电流的两倍。若为、高电平输入电流为单个输入端的高电平输入电流的两倍。若为n n个输入端，则为个输入端，则为n n倍。倍。第 2 章逻辑门电路A=0,B=0iA=1/2IILiB=1/2IILA=0,B=1iA=IILiB=IIHA=1,B=0iA=IIHiB=IILA=1,B=1iA=IIHiB=IIH把输入端并联使
68、用把输入端并联使用与非门输入端不同工作状态时各输入端电流与非门输入端不同工作状态时各输入端电流NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINATTL或非门电路或非门电路2. 2. 或非门或非门输入伏安特性：输入伏安特性：第 2 章逻辑门电路4 4在计算与非门每个输入端的在计算与非门每个输入端的输入电流时，应根据输入端输入电流时，应根据输入端的不同工作状态区别对待。的不同工作状态区别对待。IAIBA=0,B=0iA=IILiB=IILA=0,B=1iA=IILiB=IIHA=1,B=0iA=IIHiB=IILA=1,B=1iA=IIHiB=II
69、H或非门或非门输入端不同工作状态时各输输入端不同工作状态时各输入端电流入端电流NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINAA=0,B=0iA=IILiB=IILA=0,B=1iA=IILiB=IIHA=1,B=0iA=IIHiB=IILA=1,B=1iA=IIHiB=IIH第 2 章逻辑门电路或非门或非门输入端不同工作状态时各输入输入端不同工作状态时各输入端电流端电流由于每个或输入端是分别接到各自的输入三极管上的，所由于每个或输入端是分别接到各自的输入三极管上的，所以将以将n个或输入端并联使用时，无论总的个或输入端并联使用时，无论总的高电
70、平输入电流高电平输入电流还还是总的是总的低电平输入电流低电平输入电流都等于都等于单个输入端输入电流的单个输入端输入电流的n倍倍。NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA TTL TTL与与或非门或非门3. 3. 与与或非或非门门输入伏安特性输入伏安特性 多发射极三极管相当多发射极三极管相当于与的关系，则只要将于与的关系，则只要将ABAB和和CDCD分别代替或非门分别代替或非门电路的电路的A A和和B B，即可得到，即可得到 第 2 章逻辑门电路每一组都和两输入端每一组都和两输入端的与非门相同的与非门相同,组与组与组之间同或非门组之间同
71、或非门.4 4NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA输入特性输入特性第 2 章逻辑门电路4. TTL异异或或门在计算与非门每个输入端的在计算与非门每个输入端的输入电流时，应根据输入端输入电流时，应根据输入端的不同工作状态区别对待。的不同工作状态区别对待。A=0,B=0iA=1/2IIL+IILiB=1/2IIL+IILA=0,B=1iA=2IILiB=2IIHA=1,B=0iA=2IIHiB=2IILA=1,B=1iA=2IIHiB=2IIH异异或或门输入端不同工作状态时各输入输入端不同工作状态时各输入端的电流端的电流IAIBNOR
72、TH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINAA=0,B=0iA=IILiB=IILA=0,B=1iA=IILiB=IIHA=1,B=0iA=IIHiB=IILA=1,B=1iA=IIHiB=IIHA=0,B=0iA=1/2IILiB=1/2IILA=0,B=1iA=IILiB=IIHA=1,B=0iA=IIHiB=IILA=1,B=1iA=IIHiB=IIHA=0,B=0iA=1/2IIL+IILiB=1/2IIL+IILA=0,B=1iA=2IILiB=2IIHA=1,B=0iA=2IIHiB=2IILA=1,B=1iA=2IIHiB=2II
73、H与非门输入端不同工作状态时各输入端的电流与非门输入端不同工作状态时各输入端的电流第 2 章逻辑门电路或非门或非门输入端不同工作状态输入端不同工作状态时时各输入端的电流各输入端的电流异异或或门输入端不同工作状态时各输入端的电流输入端不同工作状态时各输入端的电流不同逻辑功能的门电路在不同逻辑功能的门电路在相同的输相同的输入组合入组合下下, ,低电平输入电流和高电低电平输入电流和高电平输入电流平输入电流不相同不相同, ,因此驱动门带因此驱动门带负载时要格外注意负载时要格外注意. .5 5结论结论具体操作时不必仔细计算具体操作时不必仔细计算, ,扇出系数减半扇出系数减半. .方法方法增加一个或多个驱
74、动门增加一个或多个驱动门. .NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA（二二）不同系列）不同系列TTLTTL门电路门电路(TTL(TTL门电路的改进系列门电路的改进系列) )第 2 章逻辑门电路 TTL TTL 门电路速度快，但功耗大，而这两个问题又是相互矛盾的。比门电路速度快，但功耗大，而这两个问题又是相互矛盾的。比如，为了降低功耗，就要把电路中的各个电阻增大，一旦增大电阻，结如，为了降低功耗，就要把电路中的各个电阻增大，一旦增大电阻，结电容的充放电时间就延长，当然就影响了电容的充放电时间就延长，当然就影响了TTLTTL门电路的工作
75、速度。因此门电路的工作速度。因此为了解决这一对矛盾，就出现了不同系列的为了解决这一对矛盾，就出现了不同系列的TTLTTL门电路。在门电路。在TTLTTL的各种改的各种改进措施上，总是围绕着进措施上，总是围绕着降低功耗降低功耗和和提高速度提高速度这两个问题做文章。这两个问题做文章。6 6TTL门电路门电路74系列系列74H（高速）（高速）74S（肖特基）（肖特基）74LS（低功耗肖特基）（低功耗肖特基）74AS（传输延迟时间更低）（传输延迟时间更低）74ALS(功耗功耗-延迟积延迟积)74FNORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA向高速
76、向高速发展发展向低功向低功耗发展耗发展向减小向减小功耗功耗- -延迟积延迟积发展发展措施：增大电阻值措施：增大电阻值措施：措施：( (1) )采用采用SBD和抗饱和三极管；和抗饱和三极管；( (2) )采用有源泄放电路；采用有源泄放电路；( (3) )减小电路中的电阻值。减小电路中的电阻值。CT74系系列列( (即即标标准准TTL) )CT74L系列系列( (即低功耗即低功耗TTL简称简称LTTL) )CT74H系列系列( (即高速即高速TTL简称简称HTTL) )CT74S系列系列( (即肖特基即肖特基TTL简称简称STTL) )CT74AS系列系列( (即先进肖特基即先进肖特基TTL简称简
77、称ASTTL) )CT74LS系列系列( (即低功耗肖特基即低功耗肖特基TTL简称简称LSTTL) )CT74ALS系列系列( (即先进低功耗肖特基即先进低功耗肖特基TTL简称简称LSTTL) )6 6第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA第 2 章逻辑门电路7474系列系列( (通用系列通用系列, ,标准系列标准系列) ) 各个电阻阻值大各个电阻阻值大, ,传传输延迟时间长输延迟时间长, ,即工作即工作速度慢速度慢. .74系列与非门系列与非门(7400)的电路结构的电路结构特点特点NORTH UNIVERSI
78、TY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA74H系列与非门系列与非门(74H00)的电路结构的电路结构改进措施改进措施优点：工作速度高优点：工作速度高缺点：功耗大缺点：功耗大1. 74H1. 74H系列系列（1）输出级采用）输出级采用了达林顿结构；了达林顿结构；（2）电阻阻值降低）电阻阻值降低了将近一倍。了将近一倍。第 2 章逻辑门电路6 67400的电路结构的电路结构NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA抗饱和三极管抗饱和三极管2. 74S2. 74S系列（肖特基系列）系列（肖特基系列）输出三极管由饱
79、和状态到截止状态是产生传输延迟时输出三极管由饱和状态到截止状态是产生传输延迟时间的一个重要原因。间的一个重要原因。改进措施改进措施:（1）采用抗饱和三极管采用抗饱和三极管（2）有源泄放电路代替了）有源泄放电路代替了R3第 2 章逻辑门电路6 6NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA74S系列与非门系列与非门(74S00)的电路结构的电路结构优点优点:传输延迟时间小传输延迟时间小缺点：缺点：（1）功耗加大）功耗加大（2）输出低电平升高）输出低电平升高第 2 章逻辑门电路6 674H0074H00NORTH UNIVERSITY OF
80、CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA74LS系列与非门系列与非门(74LS00)的电路结构的电路结构优点优点:兼顾速度快和兼顾速度快和功耗低的特点，延功耗低的特点，延迟迟-功耗积最小。功耗积最小。3. 74LS3. 74LS系列系列第 2 章逻辑门电路6 6加大各个电阻阻值加大各个电阻阻值74S0074S00改进措施改进措施NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA第 2 章逻辑门电路 74AS74AS系列是为了进一步缩短传输延迟时间而设计的改进系列。它的系列是为了进一步缩短传输延迟时间而设计的改进系列。它的电路
81、结构电路结构74LS74LS系列相似，但电路中采用了系列相似，但电路中采用了很低的电阻阻值很低的电阻阻值，从而，从而提高了提高了工作速度，但它的功耗较大工作速度，但它的功耗较大。 74ALS 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- -功耗积而设计的改进系列，功耗积而设计的改进系列， 该该系列电路采用了系列电路采用了较高的电阻阻值来降低功耗较高的电阻阻值来降低功耗，电路结构也进行了局部的，电路结构也进行了局部的改进，主要通过改进，主要通过改进生产工艺缩小了内部各器件的尺寸，获得减小功耗、改进生产工艺缩小了内部各器件的尺寸，获得减小功耗、缩短延迟时间的双重效果缩短延迟时间的
82、双重效果。它的延迟它的延迟- -功耗积是功耗积是 TTL TTL 电路系列中最小的电路系列中最小的一种。一种。 74F 74F系列是在功耗和速度上介于系列是在功耗和速度上介于 74AS 74AS 和和 74ALS 74ALS 之间的一种系列。之间的一种系列。6 6NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA第 2 章逻辑门电路tpd(ns)fmax(MHz)P(mW)M=P tpd74009351090正逐渐被淘汰正逐渐被淘汰74H0065022132正逐渐被淘汰正逐渐被淘汰74S0031251957速度较高品种较少速度较高品种较少74L
83、S009.545219在中小规模电路中应在中小规模电路中应用非常普遍用非常普遍74AS001.7125813.6先进超高肖特基先进超高肖特基74ALS004501.24.8价格比较高价格比较高74F3125412高速系统中高速系统中各系列各系列TTLTTL电路传输延迟时间、功耗、最高工作频率比较电路传输延迟时间、功耗、最高工作频率比较前些年，由于前些年，由于LSTTL系列综合性能优越、品种多、价系列综合性能优越、品种多、价格便宜格便宜,因此多选用因此多选用LSTTL系列；目前系列；目前ALSTTL系列正在系列正在逐步取代逐步取代LSTTL系列而成为系列而成为TTL的主要产品的主要产品.6 67
84、4F74F系列也许会成为高速系统设计中使用的主要系列系列也许会成为高速系统设计中使用的主要系列. .NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA第 2 章逻辑门电路 几种几种TTLTTL系列的系列的2 2输入与非门电路输入与非门电路(7400)(7400)的特性参数的特性参数6 6NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA第 2 章逻辑门电路深度扩展深度扩展查找查找7400,74H00,74S00,74LS00,74AS00,74ALS007400,74H00,74S00,74LS
85、00,74AS00,74ALS00资料资料, ,并进行比较并进行比较, ,找出找出有哪些相同之处有哪些相同之处, ,哪些不同之处哪些不同之处. .NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA第 2 章逻辑门电路到目前为止，我们一起学习了推拉式到目前为止，我们一起学习了推拉式输出的输出的TTLTTL门电路，知道了与门电路，知道了与DTLDTL门电门电路相比，推拉式输出的路相比，推拉式输出的TTLTTL门电路具门电路具有以下优点，因而被广泛应用有以下优点，因而被广泛应用。同自然界的万事万物一样，任何事物的同自然界的万事万物一样，任何事物的发生
86、和发展都有它的必然性和局限性。发生和发展都有它的必然性和局限性。推拉式输出的门电路也一样。推拉式输出的门电路也一样。（第（第6 6次课）次课）NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA推拉式输出的推拉式输出的TTL门电路的优点门电路的优点第 2 章逻辑门电路l由于输出电阻低，因而带负载能力强由于输出电阻低，因而带负载能力强。l输出高低电平稳定输出高低电平稳定。多级连接时高低电平不多级连接时高低电平不会产生偏移会产生偏移。推拉式输出的门电路有一定的局限性推拉式输出的门电路有一定的局限性l集成电路的一切优点集成电路的一切优点6 6NORTH
87、 UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA推拉式输出的门电路有以下局限性推拉式输出的门电路有以下局限性l输出端不能并接使用；输出端不能并接使用；l电源确定后，输出高电平确定，无法满足不同高电平的需要；电源确定后，输出高电平确定，无法满足不同高电平的需要；l不能驱动大电流、高电压的负载不能驱动大电流、高电压的负载。第 2 章逻辑门电路6 6NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA为什么输出端要并联为什么输出端要并联?两个门输出全高或全低时，输出端两个门输出全高或全低时，输出端可以可以并接使
88、并接使用。用。两个门输出一高或一低时，输出端两个门输出一高或一低时，输出端不可以不可以并接并接使用。使用。A、B中至少有一个为低电平时，输出为高电平，中至少有一个为低电平时，输出为高电平，此时输出管的状态：此时输出管的状态：T5截止，截止，T4饱和，饱和，D3导通。导通。A、B全部为高电平时，输出为低电平，此时输全部为高电平时，输出为低电平，此时输出管的状态：出管的状态：T5饱和，饱和，T4和和D3截止截止。并联结果并联结果:抬高输出低电平，甚至损坏门电路抬高输出低电平，甚至损坏门电路原因原因:集电极电阻集电极电阻R4固定固定为了增强电路的带负载能力为了增强电路的带负载能力为什么不能并联使用为
89、什么不能并联使用?第 2 章逻辑门电路6 6NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA电源确定后，输出高电平确定，无法满足不同高电平的需要电源确定后，输出高电平确定，无法满足不同高电平的需要?TTL门电路电源电压为门电路电源电压为5V,所以输出高电平不带负载时接所以输出高电平不带负载时接近于近于5V，带合适的负载时输出为，带合适的负载时输出为3.5V左右。左右。4000系列系列CMOS门，门，VDD=10V时，时，VOH约为约为10V，VOL约为约为0V，VIHmin=7V，VILmax=3V（CD4011CD4011）原因原因:电源电
90、压固定电源电压固定第 2 章逻辑门电路6 6NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA不能直接驱动大电流、高电压的负载不能直接驱动大电流、高电压的负载?第 2 章逻辑门电路几种几种TTLTTL系列的系列的2 2输入与非门电路输入与非门电路(7400)(7400)的特性参数的特性参数6 6NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA原因原因:电源电压固定电源电压固定,输出管尺寸小输出管尺寸小第 2 章逻辑门电路6 6NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNI
91、VERSITY OF CHINA集电极电阻固定集电极电阻固定电源电压固定电源电压固定输出管尺寸小输出管尺寸小导致推拉式输出的门电路有局限的原因导致推拉式输出的门电路有局限的原因第 2 章逻辑门电路6 6NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA图图2.4.26集电极开路与非门的电路和图形符号集电极开路与非门的电路和图形符号1电路结构和逻辑符号电路结构和逻辑符号使用注意事项：必须外接负载电阻和电源使用注意事项：必须外接负载电阻和电源（三三）集电极开路的门电路（）集电极开路的门电路（OC门）门）opencollectorgate第 2 章逻
92、辑门电路6 6NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA输入都为高电平时，输入都为高电平时，T2和和T5饱和导通，输出为低电平饱和导通，输出为低电平UOL 0.3V。输入有低电平时，输入有低电平时，T2和和T5截止，输出为高电平截止，输出为高电平UOH VC。因此具有与非功能。因此具有与非功能。 2 2 工作原理工作原理 第 2 章逻辑门电路6 6NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA推拉式输出的门电路有以下局限性推拉式输出的门电路有以下局限性l输出端不能并接使用；输出端不能
93、并接使用；l电源确定后，输出高电平确定，无法满足不同高电平的需要；电源确定后，输出高电平确定，无法满足不同高电平的需要；l不能驱动大电流、高电压的负载不能驱动大电流、高电压的负载。第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA图图2.4.27OC门输出并联的接法及逻辑图门输出并联的接法及逻辑图第 2 章逻辑门电路A.Y1、Y2中有中有一个低电平一一个低电平一个高电平时，个高电平时，可以增大可以增大RL，使管子不致烧使管子不致烧坏；坏；Y1、Y2全全为高电平时，为高电平时，可以减小可以减小RL，从而保证输出从而保证输出高电
94、平。高电平。NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINAB.由于输出的高电平由于输出的高电平VOH=VCC，而，而VCC的值可以不同的值可以不同于于VCC，所以只要根据要求选择，所以只要根据要求选择VCC的大小，就可以的大小，就可以得到所需的得到所需的VOH值；值；C.有些有些OC门的输出管设计的尺寸较大，足以承受较大电流门的输出管设计的尺寸较大，足以承受较大电流和较高电压。例如和较高电压。例如SN7406/7407输出管允许的最大负载电流输出管允许的最大负载电流为为40mA，截止时耐压，截止时耐压30V，足以直接驱动小型继电器，足以直接
95、驱动小型继电器第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA图图2.4.28计算计算OC门负载电阻最门负载电阻最大值的工作状态大值的工作状态3外接负载电阻的计算外接负载电阻的计算每个每个OC门的输入端均有低门的输入端均有低电平，输出为高电平。电平，输出为高电平。输出高电平情况输出高电平情况第 2 章逻辑门电路为保证高电平不低于规为保证高电平不低于规定的高电平，定的高电平，RL不能选不能选的太大。的太大。NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA图图2.4.29计算
96、计算OC门负载电阻最小门负载电阻最小值的工作状态值的工作状态负载电流全部流入导负载电流全部流入导通的通的OC门，门，RL值不值不可太小，以确保流入可太小，以确保流入导通的导通的OC门的电流门的电流不致超过最大允许的不致超过最大允许的负载电流负载电流ILM。输出低电平情况输出低电平情况第 2 章逻辑门电路当当OC门中只有一个门中只有一个导通时，电流的实导通时，电流的实际流向如图所示。际流向如图所示。NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA图图2.4.30例例2.4.4的电路的电路例例2.4.4试为图试为图2.4.30电路中的电路中的RL
97、选择合适的阻值。选择合适的阻值。已知已知G1、G2为为OC门，输出管门，输出管截止时的漏电流为截止时的漏电流为IOH=200uA，输出管导通时的最大负载电，输出管导通时的最大负载电流流ILM=16mA。G3、G4、G5均为均为74系列与非门，它们的系列与非门，它们的IIL=1mA，IIH=40uA，给定，给定VCC=5V，要求，要求OC门输出的高门输出的高电平电平VOH3.0V，低电平，低电平VOLVVCCCC时时当前一级为当前一级为CMOS门电路门电路,后后一级为一级为TTL门电门电路路,且且VDDVVCCCCV时时,也会遇到电平也会遇到电平转换的问题转换的问题.当当V VDDDDVRON，
98、相应输入，相应输入端为高电平。端为高电平。 RIROFF，相应，相应输入端为低电平。输入端为低电平。510第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA*其他类型的双极型数字集成电路其他类型的双极型数字集成电路ECLI2L第 2 章逻辑门电路发射极耦合逻辑发射极耦合逻辑(简称简称ECL)门，是一种非饱和型的高速逻辑电路。其基本门，是一种非饱和型的高速逻辑电路。其基本门电路的平均传输延迟时间门电路的平均传输延迟时间tpd0UGSUGS(TH)UGSUGS(TH)可变电阻区的特点：可变电阻区的特点：U UDSDS小，开关闭合
99、小，开关闭合截止区特点：截止区特点： ID=0,开关断开开关断开N N沟道增强型沟道增强型MOSMOS管管逻辑符号逻辑符号7 7NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINAP沟道增强型沟道增强型MOSMOS管的输出管的输出特性曲线特性曲线UGS(TH)0UGSUGS(TH)第 2 章逻辑门电路二、二、MOS管的开关特性管的开关特性进入可变电阻区进入可变电阻区的条件的条件进入截止区的条件进入截止区的条件可变电阻区的特点：可变电阻区的特点：U UDSDS小，开关闭合小，开关闭合截止区特点：截止区特点： ID=0,开关断开开关断开N N沟道增强
100、型沟道增强型MOSMOS管管逻辑符号逻辑符号7 7NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINAAuIYuOVDDSGDDGSBVPVNBAuIYuOVDDSGDDGSBVPVNB增强型增强型NMOS管管(驱动管驱动管)增强型增强型PMOS管管(负载管负载管)构成互补构成互补对称结构对称结构要求要求VDDUGS(th)N+UGS(th)P且且UGS(th)N=UGS(th)P UGS(th)N增强型增强型NMOS管开启电压管开启电压AuIYuOVDDSGDDGSBVPVNBNMOS管的衬底接管的衬底接电路最低电位，电路最低电位，PMOS管的
101、衬底接最高电位，管的衬底接最高电位，从而从而保证衬底与漏源间保证衬底与漏源间的的PN结始终反偏。结始终反偏。.uGSN+- -增强型增强型PMOS管开启电压管开启电压uGSP+- -UGS(th)PAuIYuOVDDSGDDGSBVPVNB( (一一) ) 电路基本结构电路基本结构 第 2 章逻辑门电路7 7三三、CMOSCMOS反相器反相器NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINAAuIYuOVDDSGDDGSVP衬底衬底BVN衬底衬底B( (二二) ) 工作原理工作原理 可见该电路构成可见该电路构成CMOS非门，非门，又称又称CMO
102、S反相器。反相器。无论输入高低，无论输入高低，VN、VP中总有中总有一管截止，使静态漏极电流一管截止，使静态漏极电流iD 0。因此因此CMOS反相器静态功耗极微小。反相器静态功耗极微小。uO VDD为高电平。为高电平。uO 0V，为低电平。，为低电平。第 2 章逻辑门电路ui=0Vui=VDDuOuO+VDDSDDSuO结论：结构简单，静态功耗极微小结论：结构简单，静态功耗极微小 UIL=0V，UIH=VDDNORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA第 2 章逻辑门电路（三）（三）CMOS反相器的外特性及主要参数反相器的外特性及主要参数
103、特点特点:BC段陡峭段陡峭,更接近理想开关更接近理想开关转折区在转折区在1/2VDD处处噪声容限为噪声容限为1/2VDDCMOSCMOS反相器电压传输特性曲线反相器电压传输特性曲线1.1.电压传输特性和噪声容限电压传输特性和噪声容限电源电电源电压压5VVILmaxVIHminVOLVOHTTL0.8V2V3.6V0.4VCMOS1.5V3.5V0.05V4.95V电压传输特性曲线电压传输特性曲线NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA不同不同VDDVDD下下CMOSCMOS反相器的噪声容限反相器的噪声容限第 2 章逻辑门电路结论：结论
104、：CMOSCMOS电路抗干扰能力强，且电路抗干扰能力强，且电源电压越高，抗干扰能力越强电源电压越高，抗干扰能力越强低电平噪声容限低电平噪声容限0.4V0.4V高电平噪声容限高电平噪声容限0.4V0.4V低电平噪声容限低电平噪声容限1.5V1.5V高电平噪声容限高电平噪声容限1.5V1.5V电压传输特性曲线电压传输特性曲线VDD=5VNORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA图2.5.3 CMOS反相器的电流传输特性2.电流传输特性电流传输特性iD=f(ui)无论输入低电平还是高电平，无论输入低电平还是高电平，电流均接近于零，因此功耗低。
105、电流均接近于零，因此功耗低。TTL门电路的功耗门电路的功耗P(mW)74001074H002274S001974LS00274AS00874ALS001结论：结论：CMOSCMOS电路静态功耗低电路静态功耗低第 2 章逻辑门电路CD4069P0.01(mW)电源电流与输入电压的关系电源电流与输入电压的关系同同TTL门电路中的门电路中的ICCH,ICCL.几十几十mANORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA图2.5.6 CMOS反相器的输入保护电路 （a）CC4000系列的输入保护电路 （b）74HC系列的输入保护电路3.CMOS反相器
106、的输入特性反相器的输入特性第 2 章逻辑门电路（1）输入伏安特性）输入伏安特性ii=f(ui)NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA因因CMOS反相器用的是绝缘栅场效应管，故反相器用的是绝缘栅场效应管，故Ii0，因此，因此输入特性如下图所示。输入特性如下图所示。对于对于CMOSCMOS门电路正常输入时，门电路正常输入时，II=0CMOS反相器的输入特性 （a）图2.5.6 (a)电路的输入特性（b）图2.5.6 (b)电路的输入特性对于对于TTLTTL门电路正常输入时，门电路正常输入时，IIL=-1mA,IIH40uA第 2 章逻辑
107、门电路对对比比NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA（2 2）输入负载特性输入负载特性ui=f(RI)因绝缘栅场效应管的栅极绝缘，因此因绝缘栅场效应管的栅极绝缘，因此无无输入负载特性。输入负载特性。 例例 下图中，门电路为下图中，门电路为CMOSCMOS系列，系列，试试确定它们的确定它们的输出逻辑。输出逻辑。第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA4.输出特性输出特性(1)带带CMOS负载负载理论上讲可以带无数个理论上讲可以带无数个CMOS负载负载,实际
108、上由实际上由于有漏电流于有漏电流,带负载的个数带负载的个数也是有限个也是有限个,但但比比TTL带负载多带负载多.第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA图2.5.8 vO= VOL时CMOS反相器的工作状态返回返回a.输出低电平特性输出低电平特性(2)带带TTL负载负载 (带负载计算同带负载计算同TTL门带负载计算门带负载计算)在输出特性曲线上查找出在输出特性曲线上查找出IOL,利用利用IOL=NOLIIL计算计算出出 NOL.第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNI
109、VERSITY OF CHINA图2.5.9 CMOS反相器的低电平输出特性返回返回在同样的在同样的IoL值下，值下，VDD越高，越高，VOL也越低也越低第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA可变电阻区的另一个特点可变电阻区的另一个特点UGS越大越大, ,斜率越大斜率越大, ,斜率的倒数即为等效的可变斜率的倒数即为等效的可变电阻电阻, , 因此说因此说UGS越大越大, ,即可变电阻即可变电阻RDS越小越小. .加大电源电压加大电源电压, , UGS自然加大自然加大,T2管的等效电阻变管的等效电阻变小小,在同样的在
110、同样的IOL下下,VOL减小减小.第 2 章逻辑门电路增大电源电压可以提高增大电源电压可以提高CMOSCMOS反相器的低电平带负载能力反相器的低电平带负载能力. .对对比比TTLTTL门电路没有这个特性门电路没有这个特性. .NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA图2.5.10 vO= VOH时CMOS反相器的工作状态返回返回b.输出高电平特性输出高电平特性在输出特性曲线上在输出特性曲线上查找出查找出IOH,利用利用IOH=NOLIIH计算出计算出NOL.第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORT
111、H UNIVERSITY OF CHINA图2.5.11 CMOS反相器的高电平输出特性返回返回在同样的在同样的IOH下，下，VDD越大，输出高电平越高。越大，输出高电平越高。对比对比第 2 章逻辑门电路增大电源电压可以提高增大电源电压可以提高CMOSCMOS反相器的高电平带负载能力反相器的高电平带负载能力. .TTLTTL门电路没有这个特性门电路没有这个特性. .NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA第 2 章逻辑门电路IOLIOHTTL(74LS04)(反相器反相器)8mA-400uACMOS(CC4069)(反相器反相器)0.
112、88mA-0.88mACMOSCMOS门电路的门电路的CC4000CC4000系列驱动能力比系列驱动能力比TTLTTL差差HCMOSHCMOS系列的驱动能力与系列的驱动能力与TTLTTL驱动能力相当驱动能力相当IOLIOHTTL(74LS04)8mA-400uAHCMOS(74HC04或者或者74HCT04)25mA-25mACMOSCMOS门电路的门电路的CC4000CC4000系列驱动能力与系列驱动能力与TTLTTL标准系列比较标准系列比较HCMOSHCMOS系列的驱动能力与系列的驱动能力与TTLTTL标准系列驱动能力比较标准系列驱动能力比较结论结论2 2结论结论1 1NORTH UNIV
113、ERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA5.CMOS反相器传输延迟时间反相器传输延迟时间第 2 章逻辑门电路（VDD=VCC=5V）tPHLtPLHTTL(74LS04)9-15nS10-15nSCMOS(CD4069)50-90nS50-90nSCC4000系列传输延迟时间比系列传输延迟时间比TTL长长,即速度低即速度低.（VDD=VCC=5V）tPHLtPLHTTL(74LS04)9-15nS9-15nSHCMOS(74HC04或或者者74HCT04)7nS7nSHC系列系列传输延迟时间比传输延迟时间比TTL短短,即速度高即速度高CC4000CC40
114、00系列与系列与TTLTTL标准系列传输延迟时间比较标准系列传输延迟时间比较结论结论1 1HCHC系列与系列与TTLTTL标准系列传输延迟时间比较标准系列传输延迟时间比较结论结论2 2TTLTTL产生传输延迟的原因产生传输延迟的原因: :1 1 二极管三极管从导通到截止以二极管三极管从导通到截止以及由截止到导通都需要时间及由截止到导通都需要时间. .2 2 存在寄生电容存在寄生电容如二极管如二极管、三极管以及电阻三极管以及电阻, ,连接连接线等的寄生电容线等的寄生电容. .CMOSCMOS产生传输延迟的原因产生传输延迟的原因1.1.虽不发生载流子的聚集和消虽不发生载流子的聚集和消退退, ,但集
115、成电路内部电阻但集成电路内部电阻, ,电容电容的存在以及负载电容的影响的存在以及负载电容的影响, ,尤其是由于尤其是由于CMOSCMOS电路的输出电电路的输出电阻比阻比TTLTTL电路的输出电阻大的电路的输出电阻大的多多, ,所以负载电容对传输延迟所以负载电容对传输延迟时间的影响更为显著时间的影响更为显著. .2.CMOS2.CMOS的传输延迟时间与的传输延迟时间与V VDDDD有有关关, ,因为导通电阻与输入电平有因为导通电阻与输入电平有关关, ,而而VIH=VDD.NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA6.CMOS反相器的功耗反
116、相器的功耗第 2 章逻辑门电路TTL门电路的静态功耗门电路的静态功耗VCC=5VP(mW)74001074H002274S001974LS00274AS00874ALS001CMOS反相器的静态功耗反相器的静态功耗VDD=5VP(mW)CD40690.01CMOS动态功耗动态功耗 PD=PT+PCPT=VDDITAVPC=CLfVDD2TTLTTL门动态功耗由动态尖峰电流决定门动态功耗由动态尖峰电流决定PD=1/2ftPLH(ICCM-ICCL)NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA7.CMOS7.CMOS门电路的门电路的主要参数主
117、要参数第 2 章逻辑门电路UILmax，UIHmin，IIL=IIH=10-5uA，UOHmin,UOLmax,IOH,IOL,tpd,fmax,IDD=10-5uA讲述讲述CMOSCMOS反相器不仅仅讲述反相器本身，而是通过它来了解反相器不仅仅讲述反相器本身，而是通过它来了解TTLTTL这一类电路的电气特性。这一类电路的电气特性。掌握下列概念掌握下列概念（1 1）电压传输特性，输入特性，输出特性）电压传输特性，输入特性，输出特性（2）UIL，UIH，UT,IIL，IIH，UOH,UOL,IOH,IOL,tpd,UNL，UNH等等深度拓展深度拓展查找查找CD4069 (CD4069 (六反相器
118、六反相器) )数据资料数据资料. .NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA四、其他类型的四、其他类型的 CMOS CMOS 门电路门电路 ( (一一) )其它逻辑功能的门电路其它逻辑功能的门电路1. . CMOS与非门与非门ABVDDVPBVPAVNAVNBY每个输入端对应一每个输入端对应一对对NMOS管和管和PMOS管。管。NMOS管为驱动管，管为驱动管，PMOS管为负载管。输管为负载管。输入端与它们的栅极相连。入端与它们的栅极相连。与非门结构特点：与非门结构特点：驱动管相串联驱动管相串联，负载管相并联负载管相并联。第 2 章逻辑
119、门电路CMOSCMOS门电路多余输入端能不能悬空？门电路多余输入端能不能悬空？不能不能NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINAABVDDVPBVPAVNAVNBYCMOS与非门工作原理与非门工作原理11导通导通导通导通截止截止截止截止0驱动管均导通，驱动管均导通，负载管均截止，负载管均截止，输出为低电平。输出为低电平。当输入均为当输入均为高电平时：高电平时：低电平输入端低电平输入端相对应的驱动管截相对应的驱动管截止，负载管导通，止，负载管导通，输出为高电平。输出为高电平。当输入中有当输入中有低电平时：低电平时：ABVDDVPBVPAV
120、NAVNBY0截止截止导通导通1因此因此Y =AB第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA2. CMOS 2. CMOS 或非门或非门 ABVDDVPBVPAVNAVNBY或非门结构特点：或非门结构特点：驱动管相并联驱动管相并联，负载管相串联负载管相串联。第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA（二）带缓冲级的（二）带缓冲级的CMOS门电路门电路与非门存在的问题：与非门存在的问题：1.它的输出电阻它的输出电阻Ro受输入端状态的影响；受输
121、入端状态的影响；假定每个假定每个MOS管的导通内阻为管的导通内阻为Ron，截止，截止内阻内阻Roff为无穷大。为无穷大。A=1，B=1时，则时，则Ron=Ron（NA）+Ron（NB）A=0，B=0时，则时，则Ron=Ron（NA）/Ron（NB）=Ron/2A=1，B=0时，时，Ron=Ron（PB）A=0，B=1时，时，Ron=Ron（PA）第 2 章逻辑门电路以与非门为例以与非门为例NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA2.输出的高低电平受输入端数目的影响输出的高低电平受输入端数目的影响输入端数目越多，输入端数目越多，串联串联
122、的驱动管数目也的驱动管数目也越多越多，输出的输出的低电平越高低电平越高；输入端；输入端数目数目越多，负载管越多，负载管并联并联的数目的数目越多越多，输出，输出高电平高电平也会也会更高些更高些。为了克服这些缺点，在目前生产的为了克服这些缺点，在目前生产的CC4000系列系列和和74HC系列系列CMOS电路中均采用带缓冲级的结构，电路中均采用带缓冲级的结构，就是在门电路的每个输入端、输出端各增设一级就是在门电路的每个输入端、输出端各增设一级反相器反相器。加进的这些具有标准参数的反相器称为。加进的这些具有标准参数的反相器称为缓冲器。缓冲器。3.输入端工作状态不同时对电压传输特性也有输入端工作状态不同
123、时对电压传输特性也有一定影响。一定影响。?第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA图2.6.20 带缓冲级的CMOS与非与非门电路返回返回第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA图2.6.21 带缓冲级的CMOS或非或非门电路返回返回第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA返回返回注意注意加入缓冲器以后，电路的逻辑功能发生加入缓冲器以后，电路的逻辑功能发生了
124、变化。了变化。但是带缓冲级的门电路的输出电阻、输出但是带缓冲级的门电路的输出电阻、输出的高、低电平以及电压传输特性将不受输的高、低电平以及电压传输特性将不受输入状态的影响。入状态的影响。第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINAYABuOuIVDD1漏极开路的漏极开路的CMOS与非与非门电路门电路( (三三) ) 漏极开路的漏极开路的 CMOS CMOS 门门简称简称OD门门与与OC门相似，常用作驱动器、电平转换器和实现线与等。门相似，常用作驱动器、电平转换器和实现线与等。Y =AB构成与门构成与门构成输构成输出端开
125、出端开路的非路的非门门需外接上需外接上拉电阻拉电阻RD第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA第 2 章逻辑门电路CD40107 CD40107 为双为双2 2输入与非缓冲、驱动器输入与非缓冲、驱动器负载电阻的计算同负载电阻的计算同OCOC门门NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINACOMS传输门与前面所讲的推拉式输出的门电路、传输门与前面所讲的推拉式输出的门电路、OC门、三态门的区别：门、三态门的区别：l推拉式输出的门电路、推拉式输出的门电路、OC门、三
126、态门只能用来传输门、三态门只能用来传输0、1信号，信号，传输门可以传输传输门可以传输0VDD之间的任何信号之间的任何信号,也就是即可传输数字信号也也就是即可传输数字信号也可传输模拟信号。可传输模拟信号。注意注意第 2 章逻辑门电路( (四四) CMOS ) CMOS 传输门传输门 l推拉式输出的门电路、推拉式输出的门电路、OCOC门、三态门是门、三态门是单向的单向的, , CMOS CMOS 传输门是传输门是双向的。双向的。NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINAPMOSCuI/uOVDDCMOS传输传输门电路结构门电路结构uO/uI
127、VPCNMOSVNC、C 为为互互补补控制信号控制信号由一对参数对称一致的增由一对参数对称一致的增强型强型NMOS管和管和PMOS管并联管并联构成。构成。工作原理工作原理MOS管的漏极和源极结构对称，管的漏极和源极结构对称，可互换使用，因此可互换使用，因此CMOS传输门的传输门的输出端和输入端也可互换。输出端和输入端也可互换。uOuIuIuO当当C =0V，uI=0VDD时，时，VN、VP均截止，输出与输入之间呈现高均截止，输出与输入之间呈现高电阻，相当于开关断开。电阻，相当于开关断开。 uI不能传输到输出端，称传输门不能传输到输出端，称传输门关闭。关闭。CC当当C =VDD，uI=0VDD时
128、，时，VN、VP中至少有一管导通，输出与输入中至少有一管导通，输出与输入之间呈现低电阻，相当于开关闭合。之间呈现低电阻，相当于开关闭合。 uO=uI，称传输门开通。，称传输门开通。 C =1，C =0时，传输门开通，时，传输门开通，uO=uI； C =0，C =1时，传输门关闭，信号不能传输。时，传输门关闭，信号不能传输。第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINAPMOSCuI/uOVDDCMOS传输传输门电路结构门电路结构uO/uIVPCNMOSVN 传输门是一个理想的传输门是一个理想的双向开关，双向开关，可传输模
129、拟信号可传输模拟信号，也可传输，也可传输数字信号数字信号。TGuI/uOuO/uICC传输门逻辑符号传输门逻辑符号TG即即TransmissionGate的缩写的缩写第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA第 2 章逻辑门电路双向模拟开关双向模拟开关图2.6.25 CMOS双向模拟开关的电路结构和符号常用的模拟开关型号有：常用的模拟开关型号有：CD4067（16选选1模拟开关模拟开关）CD4051（八选一模拟开关八选一模拟开关）、）、CD4052（双双4选选1模拟开关模拟开关 ）等等.常用的传输门的型号：常用的传输
130、门的型号：CD4016CD4016（四传输门四传输门）、）、CD4066CD4066（四传输门四传输门）NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA双向模拟开关应用举例双向模拟开关应用举例并行系统并行系统ADC压力传感器压力传感器温度传感器温度传感器流量传感器流量传感器液位传感器液位传感器ADCADCADCCPUCPUCPUCPU优点优点:处理速度快处理速度快,应用到实时性苛刻的场合应用到实时性苛刻的场合缺点缺点:硬件成本高硬件成本高第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY O
131、F CHINAADC压力传感器压力传感器温度传感器温度传感器流量传感器流量传感器液位传感器液位传感器CPU硬件成本低硬件成本低,在实时性要求不高的场合在实时性要求不高的场合.常用系统常用系统第 2 章逻辑门电路ADC0809中包含一个中包含一个8到到1的模拟开关的模拟开关,用用ABC三个端的不三个端的不同组合来控制同组合来控制8路中的路中的1路导通路导通.实际上内部还包含了一个实际上内部还包含了一个3线线8线译码器线译码器.NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA在反相器基础上串接在反相器基础上串接了了PMOS管管VP2和和NMOS管
132、管VN2，它们的栅极分别，它们的栅极分别受受EN 和和EN 控制。控制。( (五五) CMOS ) CMOS 三态输出门三态输出门 AENVDDYVP2VP1VN1VN2低电平使能的低电平使能的CMOS三态输出门三态输出门工作原理工作原理001导通导通导通导通Y=A110截止截止截止截止Z EN =1时，时，VP2、VN2均截止，输出端均截止，输出端Y 呈现高呈现高阻态。阻态。因此构成使能端低因此构成使能端低电平有效的三态门。电平有效的三态门。 EN =0时，时，VP2和和VN2导通，呈现低电阻，不影导通，呈现低电阻，不影响响CMOS反相器工作。反相器工作。Y =AEN第 2 章逻辑门电路NO
133、RTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA常用的常用的CMOSCMOS三态门的型号三态门的型号: : CD4503CD4503 （六同相三态缓冲器）（六同相三态缓冲器） CD4502(CD4502(可选通三态输出六反相、缓冲器可选通三态输出六反相、缓冲器) ) 第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA9 9（六）不同系列的（六）不同系列的CMOSCMOS门电路门电路第 2 章逻辑门电路到目前为止，各国生产的到目前为止，各国生产的 CMOS CMOS 数字集成电路
134、已有数字集成电路已有 40004000系列、系列、HC/HCT(High-HC/HCT(High-Speed CMOS Logic)Speed CMOS Logic)系列、系列、 AHC/AHCT(Advanced High-Speed CMOS Logic)AHC/AHCT(Advanced High-Speed CMOS Logic)系列、系列、 LVC(Low-Voltage CMOS Logic)LVC(Low-Voltage CMOS Logic)系列、系列、ALVC(Advanced Low-Voltage CMOS Logic)ALVC(Advanced Low-Voltage
135、CMOS Logic)系列等定型产品。其中系列等定型产品。其中40004000系列是最早投放市场的系列是最早投放市场的CMOSCMOS数字集成电路定型产品。数字集成电路定型产品。由于当时生产工艺水平的限制，虽然它的工作电压范围比较宽由于当时生产工艺水平的限制，虽然它的工作电压范围比较宽(3(318 V)18 V)，但存在，但存在传输延迟时间长、带负载能力弱的缺点。例如，工作在传输延迟时间长、带负载能力弱的缺点。例如，工作在5 V5 V电源电压时，允许的高、电源电压时，允许的高、低电平输出电流最大值只有低电平输出电流最大值只有0.5 mA0.5 mA。因此，现在已经很少使用。因此，现在已经很少使
136、用40004000系列产品了。系列产品了。 经过改进制造工艺生产的经过改进制造工艺生产的HC/HCTHC/HCT系列产品大大缩短了传输延迟时间，同时也系列产品大大缩短了传输延迟时间，同时也提高了带负载能力。当电源电压为提高了带负载能力。当电源电压为5 V5 V时，时，HC/HCTHC/HCT系列的传输延迟时间约为系列的传输延迟时间约为10 10 nsns，几乎是，几乎是40004000系列的系列的1/101/10； 输出高、低电平的最大负载电流达输出高、低电平的最大负载电流达4 mA4 mA。HC HC 系列与系列与 HCT HCT 系列的区别在于，系列的区别在于，HC HC 系列的工作电压范
137、围宽系列的工作电压范围宽(2(26 V)6 V)，但它的，但它的输入、输出电平和带负载能力不能与输入、输出电平和带负载能力不能与 TTL TTL 电路完全兼容，所以适用于单纯由电路完全兼容，所以适用于单纯由 CMOS CMOS 器件组成的系统中。而器件组成的系统中。而HCTHCT系列一般仅工作在系列一般仅工作在5 V5 V电源电压下，在输入、电源电压下，在输入、输出电平和带负载能力均可与输出电平和带负载能力均可与TTLTTL电路兼容，所以适用于电路兼容，所以适用于CMOSCMOS与与TTLTTL器件混合器件混合的系统中。的系统中。 NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH
138、UNIVERSITY OF CHINAAHC/AHCTAHC/AHCT系列的传输延迟时间约为系列的传输延迟时间约为HC/HCTHC/HCT系列的系列的1/31/3，而带负载能力提高了一，而带负载能力提高了一倍。此外，当它工作在倍。此外，当它工作在 3.3 V 3.3 V 电压下，允许输入电压范围可达电压下，允许输入电压范围可达 5 V5 V，这就为，这就为将将 5 V 5 V 逻辑电平信号转换为逻辑电平信号转换为 3.3 V3.3 V逻辑电平信号提供了十分方便的途径。逻辑电平信号提供了十分方便的途径。 LVCLVC系列不仅能在很低的电源电压系列不仅能在很低的电源电压(1.65(1.653.6
139、V)3.6 V)下工作，下工作， 而且传输延迟时间而且传输延迟时间非常短非常短( (在在5 V5 V的极限电源电压下仅的极限电源电压下仅3.8 ns)3.8 ns)，还可提供高达，还可提供高达24 mA24 mA的输出驱动的输出驱动电流。此外，电流。此外，LVCLVC系列还提供了多种用于系列还提供了多种用于5 53.3 V3.3 V逻辑电平转换的器件。逻辑电平转换的器件。 ALVCALVC系列在电气性能上比系列在电气性能上比LVCLVC系列更加优越。系列更加优越。LVCLVC和和ALVCALVC系列是目前最新、也系列是目前最新、也是性能最好的产品，可以满足当今一些最先进的、高性能数字系统设计的
140、要是性能最好的产品，可以满足当今一些最先进的、高性能数字系统设计的要求。求。 在诸多系列的在诸多系列的CMOSCMOS数字产品中，数字产品中， 只要产品型号最后的数字相同，只要产品型号最后的数字相同， 它们的逻它们的逻辑功能就是一样的。例如，辑功能就是一样的。例如，74/54HC0074/54HC00、74/54HCT0074/54HCT00、74/54AHC0074/54AHC00、74/54AHCT0074/54AHCT00、74/54LVC0074/54LVC00和和74/54ALVC0074/54ALVC00的逻辑功能是一样的，它们都是四的逻辑功能是一样的，它们都是四2 2 输入与非门
141、输入与非门( (即内部有即内部有4 4 个个2 2 输入端的与非门输入端的与非门) )，但它们的电气性能，但它们的电气性能和参数就不相同了。和参数就不相同了。54HC00 54HC00 和和 74HC00 74HC00 仅在允许的工作环境温度范围上有所仅在允许的工作环境温度范围上有所区别，其他方面区别，其他方面( (逻辑功能、主要电气参数、外形封装、引脚排列逻辑功能、主要电气参数、外形封装、引脚排列) )完全相同。完全相同。54HC54HC系列的工作环境温度范围为系列的工作环境温度范围为5555125125， 而而74HC74HC系列的工作环境温度范系列的工作环境温度范围为围为40408585
142、。第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA五、五、CMOS CMOS 数字集成电路应用要点数字集成电路应用要点 ( (一一) ) CMOS CMOS 数字集成电路系列数字集成电路系列 CMOS4000系列系列 功耗极低、抗干扰能力强；功耗极低、抗干扰能力强；电源电压范围宽电源电压范围宽VDD=315V；工作频率低，工作频率低，fmax=5MHz；驱动能力差驱动能力差。高速高速CMOS系列系列( (
143、又称又称HCMOS系列系列) )功耗极低、抗干扰能力强；电功耗极低、抗干扰能力强；电源电压范围源电压范围VDD=26V；工作频率高，工作频率高，fmax=50MHz；驱动能力强。驱动能力强。提高速度措施：减小提高速度措施：减小MOS管的极间电容。管的极间电容。 由于由于CMOS电路电路UTH VDD/2，噪声容限，噪声容限UNL UNH VDD/2，因，因此抗此抗干扰能力很强。电干扰能力很强。电源电压越高，抗干扰能源电压越高，抗干扰能力越强。力越强。第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA民品民品军品军品VDD=2
144、6V T表示与表示与TTL兼容兼容VDD=4.55.5VCC54HC/74HC系列系列CC54HC/74HC系列系列TT按按电源电压电源电压不同分为不同分为按工作温度不同分为按工作温度不同分为CC74系列系列CC54系列系列高高速速CMOS系系列列第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA1.注意不同系列注意不同系列CMOS电路允许的电源电压范围不同，电路允许的电源电压范围不同， 一般多用一般多用 + +5V。电源电压越高，抗干扰能力也越强。电源电压越高，抗干扰能力也越强。 ( (二二) CMOS ) CMOS 集成
145、逻辑门使用要点集成逻辑门使用要点 2. 闲置输入端的处理闲置输入端的处理 不允许悬空。不允许悬空。 可与使用输入端并联使用。但这样会增大输入电容，可与使用输入端并联使用。但这样会增大输入电容，使速度下降，因此工作频率高时不宜这样用。使速度下降，因此工作频率高时不宜这样用。与门和与非门的闲置输入端可接正电源或高电平；与门和与非门的闲置输入端可接正电源或高电平；或门和或非门的闲置输入端可接地或低电平。或门和或非门的闲置输入端可接地或低电平。第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA主要要求：主要要求： 了解了解 TTL
146、TTL 和和 CMOS CMOS 电路的主要差异。电路的主要差异。了解了解集成门电路的选用和应用。集成门电路的选用和应用。2.62.6集成逻辑门电路的应用集成逻辑门电路的应用第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA一、一、CMOS CMOS 门电路比之门电路比之 TTL TTL 的主要特点的主要特点 注意：注意：CMOS电路的扇出系数大是由于其负载门的电路的扇出系数大是由于其负载门的输入阻抗很高，所需驱动功率极小，输入阻抗很高，所需驱动功率极小，并非并非CMOS电路的电路的驱动能力比驱动能力比TTL强。强。实际上实
147、际上CMOS4000系列驱动能力系列驱动能力远小于远小于TTL，HCMOS驱动能力与驱动能力与TTL相近。相近。功耗极低功耗极低抗干扰能力强抗干扰能力强电源电压范围宽电源电压范围宽输出信号摆幅大输出信号摆幅大( (UOH VDD，UOL 0V) )输入阻抗高输入阻抗高扇出系数大扇出系数大第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA二、集成逻辑门电路的选用二、集成逻辑门电路的选用 根据电路工作要求和市场因素等综合决定根据电路工作要求和市场因素等综合决定若对功耗和抗干扰能力要求一般，可选用若对功耗和抗干扰能力要求一般，可选
148、用TTL电路。电路。目前多用目前多用74LS系列，它的功系列，它的功耗较小，工作频率一般可用至耗较小，工作频率一般可用至20MHz；如工作频率较高，可选用如工作频率较高，可选用CT74ALS系列，系列，其工作频率一般可至其工作频率一般可至50MHz。若要求功耗低、抗干扰能力强，则应选用若要求功耗低、抗干扰能力强，则应选用CMOS电路。电路。其中其中CMOS4000系列一般用于系列一般用于工作频率工作频率1MHz以下、驱动能力要求不高的以下、驱动能力要求不高的场合；场合；HCMOS常用于工作频率常用于工作频率20MHz以下、以下、要求较强驱动能力的场合。要求较强驱动能力的场合。第 2 章逻辑门电路NORTH UNIVERSITY OF CHINANORTH UNIVERSITY OF CHINA解：解：三、集成逻辑门电路应用举例三、集成逻辑门电路应用举例 例例 试改正下图电路的错误，使其正常工作。试改正下图电路的错误，使其正常工作。CMOS门门TTL门门OD门门(a)(b)(c)(d)VDDCMOS门门Ya=ABVDDYb=A +BTTL门门OD门门Yc=AVDDENYd=ABEN =1时时EN =0时时OD门门&TTL门门悬空悬空CMOS门门悬空悬空第 2 章逻辑门电路
