数字电子技术加英文注释课件

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1、第第2 2章章 逻辑门电路逻辑门电路2.1 2.1 概述概述2.2 2.2 半导体二极管和三极管的半导体二极管和三极管的 开关特性开关特性2.3 2.3 最简单的与、或、非门电路最简单的与、或、非门电路2.4 2.4 TTLTTL 集成逻辑门电路集成逻辑门电路2.5 2.5 CMOSCMOS 集成逻辑门电路集成逻辑门电路2.6 2.6 集成逻辑门的集成逻辑门的应用应用2.7 2.7 本章小结本章小结Logic Gates数字电子技术加英文注释2.1 概概 述述主要要求：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

2、和低电平信号的含义。 数字电子技术加英文注释2.1 2.1 概述概述门电路门电路是用以实现逻辑关系的电子电路。是用以实现逻辑关系的电子电路。门门电电路路分立元件门电路分立元件门电路集成门电路集成门电路双极型集成门（双极型集成门（DTL、TTL）MOS集成门集成门 NMOSPMOSCMOS数字电子技术加英文注释正逻辑：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

3、般采用正逻辑。管，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。2.1 2.1 概述概述一、正逻辑与负逻辑一、正逻辑与负逻辑数字电子技术加英文注释VI控制开关控制开关S的断、通情况。的断、通情况。S断开，断开，VO为高电平；为高电平；S接通，接通，VO为低电平。为低电平。 2.1 2.1 概述概述二、逻辑电平二、逻辑电平实际开关为晶体二极实际开关为晶体二极管、三极管以及场效管、三极管以及场效应管等电子器件应管等电子器

4、件Logic LevelsThe voltages used to represent a 1 and a 0 are called logic levels.数字电子技术加英文注释逻辑电平高电平高电平UH：n输入高电平输入高电平UIHn输出高电平输出高电平UOH低电平低电平UL：n输入低电平输入低电平UILn输出低电平输出低电平UOL逻辑逻辑“0”和逻辑和逻辑“1”对应的电压范围对应的电压范围宽，因此在数字电路中，对宽，因此在数字电路中，对电子元件、电子元件、器件参数精度的要求及其电源的稳定度器件参数精度的要求及其电源的稳定度的要求比模拟电路要低。的要求比模拟电路要低。2.1 2.1 概述概

5、述1 10 05V0V0.8V2V高电平下限高电平下限低电平上限低电平上限TTL: HIGH 2-5V and LOW 0-0.8V.数字电子技术加英文注释This figure illustrates the general range of LOWs and HIGHs for a digital circuit.Logic level for typical CMOS logic circuits数字电子技术加英文注释主要要求：主要要求： 理解二极管、理解二极管、三极管的开关特性。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。 2.2二极管和二极

6、管和三极管的开关特性三极管的开关特性数字电子技术加英文注释一、二极管伏安特性一、二极管伏安特性2.2 2.2 半导体二极管和三极管的开关特性半导体二极管和三极管的开关特性门坎电压Uth反向击穿电压二极管的单向导电性：二极管的单向导电性：外加正向电压（外加正向电压（UUthth），二极），二极管导通，导通压降约为管导通，导通压降约为0.7V0.7V；外加反向电压，二极管截止。外加反向电压，二极管截止。uD(V) iD(mA) 0.7V0.7V2.2.1 2.2.1 半导体二极管的开关特性半导体二极管的开关特性数字电子技术加英文注释 利用二极管的单向导电利用二极管的单向导电性，相当于一个受外加电压

7、性，相当于一个受外加电压极性控制的开关。极性控制的开关。当当u uI I=U=UILIL时，时，D D导通，导通，u uO O=0.7=U=0.7=UOLOL 开关闭合开关闭合二、二极管开关特性二、二极管开关特性2.2 2.2 半导体二极管和三极管的开关特性半导体二极管和三极管的开关特性假定：假定：U UIHIH=V=VCC CC ，U UILIL=0=0当当u uI I=U=UIHIH时，时，D D截止，截止，u uo o=V=VCCCC=U=UOHOH 开关断开开关断开 数字电子技术加英文注释2.2 2.2 半导体二极管和三极管的开关特性半导体二极管和三极管的开关特性一、双极型三极管结构一

8、、双极型三极管结构2.2.2 2.2.2 双极型三极管的开关特性双极型三极管的开关特性 因有电子和空穴两种载流子参与导电过程，故因有电子和空穴两种载流子参与导电过程，故称为双极型三极管。称为双极型三极管。NPNNPN型型PNPPNP型型数字电子技术加英文注释2.2 2.2 半导体二极管和三极管的开关特性半导体二极管和三极管的开关特性二、双极型三极管输入特性二、双极型三极管输入特性 双极型三极管的应用中，通常是通过双极型三极管的应用中，通常是通过b,eb,e间的电流间的电流i iB B控制控制c,ec,e间的电流间的电流i iC C实现其电路功能的。因此，以实现其电路功能的。因此，以b,eb,e

9、间的回路作为间的回路作为输入回路，输入回路，c,ec,e间的回路作为输出回路间的回路作为输出回路。 输入回路实质是一个输入回路实质是一个PNPN结结，其输入特性基本等同于，其输入特性基本等同于二极管的伏安特性。二极管的伏安特性。数字电子技术加英文注释2.2 2.2 半导体二极管和三极管的开关特性半导体二极管和三极管的开关特性三、双极型三极管输出特性三、双极型三极管输出特性放大区：发射结正偏，集电结反偏；放大区：发射结正偏，集电结反偏；u ubebeuuT T， u ubcbc00；起放大作用。；起放大作用。截止区：发射结、集电极均反偏，截止区：发射结、集电极均反偏，u ubcbc0V0V，u

10、ubebe0V0V；一般地，一般地，u ubebe0.7VVVT T， u ubcbcVVT T；深度饱和状态下，；深度饱和状态下，饱和压降饱和压降U UCEs CEs 约为约为0.2V0.2V。数字电子技术加英文注释2.2 2.2 半导体二极管和三极管的开关特性半导体二极管和三极管的开关特性四、双极型三极管开关特性四、双极型三极管开关特性 利用三极管的饱和与截利用三极管的饱和与截止两种状态，合理选择电路止两种状态，合理选择电路参数，可产生类似于开关的参数，可产生类似于开关的闭合和断开的效果，用于输闭合和断开的效果，用于输出高、低电平，即开关工作出高、低电平，即开关工作状态。状态。当当u uI

11、 I=U=UILIL时，三极管截止，时，三极管截止，u uO O=V=Vcccc=U=UOHOH 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，三极管深度饱和，时，三极管深度饱和，u uo o=U=UCESCES=U=UOLOL 开关闭合开关闭合 数字电子技术加英文注释 MOS管是金属管是金属氧化物氧化物半导体场效应管的简称。半导体场效应管的简称。（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）由于只有多数载流子参与导电，故也称为由于只有多数载流子参与导电，故也称为

12、单极型三极管单极型三极管。2.2 2.2 半导体二极管和三极管的开关特性半导体二极管和三极管的开关特性一、一、MOS管结构管结构2.2.3 MOS2.2.3 MOS管的开关特性管的开关特性NMOSNMOS管电路符号管电路符号PMOSPMOS管电路符号管电路符号数字电子技术加英文注释2.2 2.2 半导体二极管和三极管的开关特性半导体二极管和三极管的开关特性二、二、MOS管开关特性管开关特性NMOSNMOS管的基本开关电路管的基本开关电路当当u uI I=U=UILIL时，时，MOSMOS管截止，管截止，u uO O=V=VDDDD=U=UOHOH 开关断开开关断开当当u uI I=U=UIHI

13、H时，时，MOSMOS管导通，管导通，u uo o=0=U=0=UOLOL 开关闭合开关闭合 选择合适的电路参数，则可以保证选择合适的电路参数，则可以保证数字电子技术加英文注释2.3 2.3 最简单的与、或、非门电路最简单的与、或、非门电路一、二极管与门一、二极管与门Y=ABImplement AND-gate with diodes数字电子技术加英文注释二、二极管或门二、二极管或门Y=A+B2.3 2.3 最简单的与、或、非门电路最简单的与、或、非门电路Implement OR-gate with diodes数字电子技术加英文注释三、三极管非门三、三极管非门输入为低，输出为高；输入为低，输

14、出为高；输入为高，输出为低。输入为高，输出为低。利用二极管的压降为利用二极管的压降为0.7V0.7V，保证，保证输入电压在输入电压在1V1V以下时，开关电路以下时，开关电路可靠地截止。可靠地截止。2.3 2.3 最简单的与、或、非门电路最简单的与、或、非门电路Implement inverter with BJT数字电子技术加英文注释主要要求：主要要求： 了解了解 TTL 非门的组成和工作原理。非门的组成和工作原理。了解了解 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。2.4TTL 集成逻辑门集成逻辑门 掌握掌握集电极开路门和三态门的逻辑功能和应用集电极开路门和三态

15、门的逻辑功能和应用。掌握掌握 TTL 基本门的逻辑功能和主要外特性。基本门的逻辑功能和主要外特性。(Transistor-Transistor-Logic)数字电子技术加英文注释 A R1 4k T1 T2 T4 T5 R4 R3 1K 130 +Vcc R2 1.6K Y D1 D2 输入级输入级中间级中间级输出级输出级2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路TTLTTL非门典型电路非门典型电路一、一、7474系列门电路系列门电路推拉式输出级作用：推拉式输出级作用：降低功耗，提高带降低功耗，提高带负载能力负载能力TTL inverter Logic circuit数字电子技术加英文注

16、释TTLTTL与非门典型电路与非门典型电路区别：区别：T T1 1改为改为多发射极三极管多发射极三极管。2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路TTL NAND-gate数字电子技术加英文注释TTLTTL或非门典型电路或非门典型电路区别：有各自的输入级和倒相级，并联使用共同的输出级。区别：有各自的输入级和倒相级，并联使用共同的输出级。2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路TTL NOR-gate数字电子技术加英文注释二、二、74S74S系列门电路系列门电路 74S74S系系列列又又称称肖肖特特基基系系列列。采采用用了了抗抗饱饱和和三三极极管管，或或称称肖肖特特基基晶晶体体管管

17、，是是由由普普通通的的双双极极型型三三极极管管和和肖肖特特基基势势垒垒二二极极管管SBDSBD组组合合而而成成。SBDSBD的的正正向向压压降降约约为为0.3V0.3V，使使晶晶体体管管不不会会进进入入深深度度饱饱和和，其其U Ubebe限限制制在在0.3V0.3V左左右右，从从而而缩缩短短存存储储时时间间，提提高了开关速度。高了开关速度。抗饱和三极管2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路数字电子技术加英文注释三、三、TTLTTL系列门电路系列门电路74：标准系列；：标准系列；74H：高速系列；：高速系列；74S：肖特基系列；：肖特基系列；74LS74LS：低功耗肖特基系列；：低功耗

18、肖特基系列；74LS74LS系列成为功耗延迟积较系列成为功耗延迟积较小的系列。小的系列。74LS74LS系列产品具有最佳的综合性能，是系列产品具有最佳的综合性能，是TTLTTL集成集成电路的主流，是应用最广的系列。电路的主流，是应用最广的系列。 性能比较好的门电路应该是工作性能比较好的门电路应该是工作速度既快，功耗又小速度既快，功耗又小的的门电路。因此，通常用功耗和传输延迟时间的乘积门电路。因此，通常用功耗和传输延迟时间的乘积( (简称功耗简称功耗延迟积延迟积) )来评价门电路性能的优劣。功耗来评价门电路性能的优劣。功耗延迟积越小，门延迟积越小，门电路的综合性能就越好。电路的综合性能就越好。7

19、4AS：先进肖特基系列；：先进肖特基系列；74ALS74ALS：先进低功耗肖特基系列。：先进低功耗肖特基系列。2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路数字电子技术加英文注释74LS74LS系列常用芯片系列常用芯片2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路数字电子技术加英文注释与与门门Y=AB=AB或或门门Y=A+B=A+B异异或或门门2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路数字电子技术加英文注释四、四、TTLTTL门电路的重要参数门电路的重要参数1.1.电压传输特性电压传输特性：输出电压跟随输入电压变化的关系曲线。：输出电压跟随输入电压变化的关系曲线。测试电路测试电路低电

20、平输入电压低电平输入电压U UILIL，maxmax0.8V0.8V高电平输入电压高电平输入电压U UIHIH，minmin2V2V低电平输出电压低电平输出电压U UOLOL，maxmax0.5V0.5V高电平输出电压高电平输出电压U UOHOH，minmin2.7V2.7V74LS74LS系列门电路标准规定：系列门电路标准规定：2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路截止区线性区转折区饱和区数字电子技术加英文注释 实实际际应应用用中中，由由于于外外界界干干扰扰、电电源源波波动动等等原原因因，可可能能使使输输入入电电平平U UI I偏偏离离规规定定值值。为为了了保保证证电电路路可可靠靠

21、工工作作，应应对对干干扰的幅度有一定限制，称为噪声容限。扰的幅度有一定限制，称为噪声容限。 2.2.输入输入噪声容限噪声容限 高电平噪声容限高电平噪声容限是指高电平（逻辑是指高电平（逻辑1 1）所对应的电压范）所对应的电压范围，用围，用U UNHNH表示：表示： 低电平噪声容限低电平噪声容限是指是指低电平（逻辑低电平（逻辑0）所对应的电压范）所对应的电压范围围，用，用U UNLNL表示：表示： U UNL NL = U= UIL,maxIL,maxU UILILU UNH NH = U= UIHIHU UIH,minIH,min2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路数字电子技术加英文

22、注释1 1输出输出0 0输出输出1 1输入输入0 0输入输入U UOH,minOH,minU UIH,minIH,minU UNHNHU UIL,maxIL,maxU UOL,maxOL,maxU UNLNL11u uI Iu uO O输入低电平噪声容限：输入低电平噪声容限：UNL=UIL,maxUOL,max输入高电平噪声容限：输入高电平噪声容限：UNH=UOH,minUIH,min74LS74LS系列门电路前后级联时的输入噪系列门电路前后级联时的输入噪声容限为：声容限为：UNL=0.8V0.5V=0.3VUNH=2.7V2.0V=0.7V5V2.7V0.5V0V5V2V0.8V0V2.4

23、TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路数字电子技术加英文注释3.3.扇出系数扇出系数扇出系数扇出系数N N是指门电路能够驱动是指门电路能够驱动同类门同类门的数量。的数量。 要要求求：前前级级门门在在输输出出高高、低低电电平平时时，要要满满足足其其输输出出电电流流I IOHOH和和I IOLOL均大于或等于均大于或等于N N个后级门的输入电流的总和。个后级门的输入电流的总和。 计算：计算：输出为高电平时，可以驱动同类门的数目输出为高电平时，可以驱动同类门的数目N N1 1； 输出为低电平时，可以驱动同类门的数目输出为低电平时，可以驱动同类门的数目N N2 2； 扇出系数扇出系数minmin（N

24、 N1 1，N N2 2）。）。 低电平输入电流低电平输入电流I IILIL，maxmax-0.4mA-0.4mA高电平输入电流高电平输入电流I IIHIH，maxmax20A20A低电平输出电流低电平输出电流I IOLOL，maxmax8mA8mA高电平输出电流高电平输出电流I IOHOH，maxmax-0.4mA-0.4mA74LS74LS系列门电路标准规定：系列门电路标准规定：2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路fan-out数字电子技术加英文注释例：如图，试计算例：如图，试计算74LS74LS系列非门电路系列非门电路G G1 1最多可驱动多少个同类门电路。最多可驱动多少个同

25、类门电路。解：解： G G1 1输出为低电平时，可以驱动输出为低电平时，可以驱动N N1 1个同类门；个同类门；应满足应满足 I IOLOL N N1 1 |I|IILIL| | G G1 1输出为高电平时，可以驱动输出为高电平时，可以驱动N N2 2个同类门；个同类门； N Nminmin（N N1 1,N,N2 2） 20 20N N1 1 I IOLOL / |I|IILIL| | 8mA/0.4mA 8mA/0.4mA 20 20应满足应满足 |I |IOHOH| | N N2 2 I IIHIHN N2 2 | |I IOHOH| | / I IIHIH 0.4mA/20A 0.4m

26、A/20A 20 202.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路数字电子技术加英文注释五、集电极开路的门电路（五、集电极开路的门电路（OCOC门）门）Y&AB&CD& Y&AB&CD“线与线与”推拉式输出级并联推拉式输出级并联1.“1.“线与线与”的概念的概念2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路Open-collector gateLine AND数字电子技术加英文注释 普通的普通的TTLTTL门电路不能将输出端直接并联，进行线与。门电路不能将输出端直接并联，进行线与。解决这个问题的方法就是把输出极改为解决这个问题的方法就是把输出极改为集电极开路集电极开路的三的三极管结构。极

27、管结构。 OC OC门电路在工作时需外接上拉电阻和电源门电路在工作时需外接上拉电阻和电源。只要电阻。只要电阻的阻值和电源电压的数值选择得当，就可保证输出的高、的阻值和电源电压的数值选择得当，就可保证输出的高、低电平符合要求，输出三极管的负载电流又不至于过大。低电平符合要求，输出三极管的负载电流又不至于过大。2.OC2.OC门的电路结构和逻辑符号门的电路结构和逻辑符号2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路数字电子技术加英文注释3.OC3.OC门的门的“线与线与”功能功能2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路数字电子技术加英文注释Line AND(线与）线与）Line AND数

28、字电子技术加英文注释当当n个前级门输出均为个前级门输出均为高电平，即所有高电平，即所有OC门同门同时截止时，为保证输出时截止时，为保证输出的高电平不低于规定的的高电平不低于规定的UOH，min值，上拉电阻不值，上拉电阻不能过大，其最大值计算能过大，其最大值计算公式：公式：4.4.外接上拉电阻外接上拉电阻R RU U的计算方法的计算方法2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路数字电子技术加英文注释当当n个前级门中有一个个前级门中有一个输出为低电平，即所有输出为低电平，即所有OC门中只有一个导通时，门中只有一个导通时，全部负载电流都流入导通全部负载电流都流入导通的那个的那个 OC门，为确保

29、流门，为确保流入导通入导通OC门的电流不至门的电流不至于超过最大允许的于超过最大允许的IOL，max值，值，RU值不可太小，其最值不可太小，其最小值计算公式：小值计算公式：2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路数字电子技术加英文注释5.OC5.OC门的应用门的应用实现线与。实现线与。可以简化电路，节省器件。可以简化电路，节省器件。实现电平转换。实现电平转换。如图所示，可使输出高电平变为如图所示，可使输出高电平变为10V10V。用做驱动器。用做驱动器。如图是用来驱动发光二极管的电路。如图是用来驱动发光二极管的电路。2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路数字电子技术加英文注释六

30、、三态输出门电路（六、三态输出门电路（TSTS门）门）1.1.三态门的电路结构和逻辑符号三态门的电路结构和逻辑符号功能表功能表EN=0EN=0EN=1EN=1Y高阻态输出有三种状态：输出有三种状态： 高电平、低电平、高阻态。高电平、低电平、高阻态。控制端或控制端或使能端使能端2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路Tri-state gate (TS, 三态门三态门)数字电子技术加英文注释高电平有效高电平有效低电平有效低电平有效两种控制模式：两种控制模式：2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路EN is active-LOWEN is active-HIGH数字电子技术加英文

31、注释2.2.三态门的应用三态门的应用数据总线结构数据总线结构 只只要要控控制制各各个个门门的的ENEN端端轮轮流流为为1 1，且且任任何何时时刻刻仅仅有有一一个个为为1 1，就就可可以以实实现现各各个个门门分分时时地向总线传输。地向总线传输。实现数据双向传输实现数据双向传输 EN=1EN=1，G1G1工作，工作，G2G2高阻，高阻，A A经经G1G1反相送至总线；反相送至总线； EN=0 EN=0，G1G1高阻，高阻，G2G2工作，总线工作，总线数据经数据经G2G2反相从反相从Y Y端送出。端送出。2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路数字电子技术加英文注释七、七、TTLTTL门电路

32、多余输入端的处理门电路多余输入端的处理1.1.与非门的处理与非门的处理“1”“1”悬空悬空2.2.或非门、与或非门的处理或非门、与或非门的处理“0”“0”2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路数字电子技术加英文注释（1 1）CMOSCMOS电路的工作速度比电路的工作速度比TTLTTL电路的低。电路的低。（2 2）CMOSCMOS带负载的能力比带负载的能力比TTLTTL电路强。电路强。（3 3）CMOSCMOS电电路路的的电电源源电电压压允允许许范范围围较较大大，约约在在3 318V18V，抗抗干扰能力比干扰能力比TTLTTL电路强。电路强。（4 4）CMOSCMOS电电路路的的功功耗

33、耗比比TTLTTL电电路路小小得得多多。门门电电路路的的功功耗耗只只有有几个几个WW，中规模集成电路的功耗也不会超过，中规模集成电路的功耗也不会超过100W100W。（5 5）CMOSCMOS集成电路的集成度比集成电路的集成度比TTLTTL电路高。电路高。（6 6）CMOSCMOS电电路路容容易易受受静静电电感感应应而而击击穿穿，在在使使用用和和存存放放时时应应注注意意静静电电屏屏蔽蔽，焊焊接接时时电电烙烙铁铁应应接接地地良良好好，尤尤其其是是CMOSCMOS电电路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。多余不用的输入端不能悬空，应根据需要接地或接高电平。2.5 CMOS2.5

34、CMOS集成门电路集成门电路CMOSCMOS电路的特点：电路的特点：常用常用CMOS逻辑门器件系列：逻辑门器件系列： 4000系列；系列； 74HC系列高速系列高速CMOS系列。系列。 数字电子技术加英文注释一、一、MOSMOS管的开关特性管的开关特性输入低电平，输入低电平，NMOSNMOS管截止；管截止；输入高电平，输入高电平，NMOSNMOS管导通。管导通。输入低电平，输入低电平，PMOSPMOS管导通；管导通；输入高电平，输入高电平，PMOSPMOS管截止。管截止。2.5 CMOS2.5 CMOS集成门电路集成门电路数字电子技术加英文注释二、二、CMOSCMOS非门非门2.5 CMOS2

35、.5 CMOS集成门电路集成门电路数字电子技术加英文注释CMOSCMOS非门电压传输特性非门电压传输特性CMOSCMOS非门电流传输特性非门电流传输特性 CMOS CMOS反相器的传输特性接近理想开关特性，反相器的传输特性接近理想开关特性， 因而因而其噪声容限大，抗干扰能力强。其噪声容限大，抗干扰能力强。2.5 CMOS2.5 CMOS集成门电路集成门电路数字电子技术加英文注释三、三、CMOSCMOS与非门（与非门（P P并并N N串）串）2.5 CMOS2.5 CMOS集成门电路集成门电路数字电子技术加英文注释四、四、CMOSCMOS或非门（或非门（P P串串N N并）并）2.5 CMOS2

36、.5 CMOS集成门电路集成门电路数字电子技术加英文注释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，串联的驱动管数目也越多，输出的输入端数目越多，串联的驱动管数目也越多，输出的低电平越高；当输入全部为低电平时，输入端越多，低电平越高；当输入全部为低电平时，输入端越多，负载管并联的数目越多，输出高电平也会更高些。负载管并联的数目越多，输出高电平也会更高些。输入端工作状态不同时对电压传输特性也有一定影响。输入端工作状态不同时对电压传输特性也有一定影响。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系列和系列和74HC系列系列CMOS电

37、路中均采用带缓冲级的结构，就是在门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、输出端各增设一级反相器电路的每个输入端、输出端各增设一级反相器 。加进。加进的这些具有标准参数的反相器称为缓冲器。的这些具有标准参数的反相器称为缓冲器。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变化。了变化。带缓冲级的门电路的输出电阻、输出的高、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入状态低电平以及电压传输特性将不受输入状态的影响。的影响。数字电子技术加英文注释带缓冲级的CMOS与非与非门电路带缓冲级的CMOS或非或非门电路数字电子技术加英文

38、注释特点：需外接上拉电阻。特点：需外接上拉电阻。应用：与应用：与OC门类似，门类似， 输出端可以并接，实现输出端可以并接，实现“线与线与”功能；功能； 实现电平转换。实现电平转换。可以带大电流的负载。可以带大电流的负载。五、漏极开路的五、漏极开路的CMOSCMOS门电路（门电路（ODOD）2.5 CMOS2.5 CMOS集成门电路集成门电路数字电子技术加英文注释六、六、CMOSCMOS传输门和双向模拟开关传输门和双向模拟开关C0、 ，TN和和TP截止，相当于截止，相当于开关断开开关断开。C1、 ，TN和和TP导通，相当于导通，相当于开关接通开关接通，uoui。 由于由于T T1 1、T T2

39、2管的结构形式是对称的，即漏极和源极可管的结构形式是对称的，即漏极和源极可互易使用，因而互易使用，因而CMOSCMOS传输门属于双向器件，它的输入端传输门属于双向器件，它的输入端和输出端也可互易使用和输出端也可互易使用。2.5 CMOS2.5 CMOS集成门电路集成门电路COMS传输门与前面所讲的推拉式输出传输门与前面所讲的推拉式输出的门电路、的门电路、OC门、三态门的区别：门、三态门的区别： 推拉式输出的门电路、推拉式输出的门电路、OC门、门、三态门只能用来传输三态门只能用来传输0、1 信号，信号，而传输门可以传输而传输门可以传输0VDD之间之间的任何信号。的任何信号。数字电子技术加英文注释

40、PMOSCuI/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 Transmission Gate 的缩写的缩写 CMOS 传输门传输门 CMOS双向模拟开关的电路结构和符号数字电子技术加英文注释七、七、CMOSCMOS三态输出门三态输出门电路的输出有电路的输出有高阻态、高电平和低电平高阻态、高电平和低电平3 3种状态，是一种三态门。种状态，是一种三态门。 时，时，TP2、TN2

41、均均截止，截止，Y与地和电源都断开与地和电源都断开了，输出端呈现为高阻态。了，输出端呈现为高阻态。 时，时，TP2、TN2均导均导通，通，TP1、TN1构成反相器。构成反相器。1.CMOS1.CMOS三态门之一三态门之一2.5 CMOS2.5 CMOS集成门电路集成门电路数字电子技术加英文注释 时，时，TG截止，输出端呈现高阻态。截止，输出端呈现高阻态。 时，时，TG导通，导通， 。2. CMOS2. CMOS三态门之二三态门之二2.5 CMOS2.5 CMOS集成门电路集成门电路数字电子技术加英文注释2.6 集成逻辑门的应用集成逻辑门的应用主要要求：主要要求： 了解了解 TTL 和和 CMO

42、S 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。 数字电子技术加英文注释一、一、CMOS 门门电路比电路比 TTL 的主要特点的主要特点 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 0 V) ) 输入阻抗高输入阻抗高 扇出系数大扇出系数大 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

43、实际上 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。 数字电子技术加英文注释二、集成逻辑门电路的选用二、集成逻辑门电路的选用 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 1 MHz 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 20 MHz 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。 若对功耗和抗干扰能力要求一般，可选用若对功耗

44、和抗干扰能力要求一般，可选用 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 20 MHz；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 50 MHz。 数字电子技术加英文注释集成门的选用要点集成门的选用要点( (1) )实际使用中的最高工作频率实际使用中的最高工作频率 fm 应不大于逻辑门最高工作应不大于逻辑门最高工作 频率频率 fmax 的一半。的一半。 实实物物图图片片 ( (2) )不同系列不同系列 TTL 中，器件型号后面几位数字相同时，通中

45、，器件型号后面几位数字相同时，通常逻辑功能、外型尺寸、外引线排列都相同。但工作速常逻辑功能、外型尺寸、外引线排列都相同。但工作速度度( (平均传输延迟时间平均传输延迟时间 tpd ) )和平均功耗不同。实际使用和平均功耗不同。实际使用时，时， 高速门电路可以替换低速的；反之则不行。高速门电路可以替换低速的；反之则不行。 例如例如 CT7400CT74L00CT74H00CT74S00CT74LS00CT74AS00CT74ALS00 xx74xx00 引脚图引脚图 双列直插双列直插 14 引脚引脚四四 2 输入与非门输入与非门 数字电子技术加英文注释 TTL 集成门的类型很多集成门的类型很多,

46、 ,那么那么如何识别它们如何识别它们? ?各类型之间有何异各类型之间有何异同同? ?如何选用合适的门如何选用合适的门? ?三、三、TTL 集成门应用要点集成门应用要点 1. . 各系列各系列 TTL 集成门的比较与选用集成门的比较与选用 用于民品用于民品 用于军品用于军品 具有完全相同的电路结构和电气性能具有完全相同的电路结构和电气性能参数，但参数，但 CT54 系列更适合在温度条件恶系列更适合在温度条件恶劣、供电电源变化大的环境中工作。劣、供电电源变化大的环境中工作。 按工作温度和电源允许变化范围不同分为按工作温度和电源允许变化范围不同分为 CT74 系列系列 CT54 系列系列数字电子技术

47、加英文注释2. TTL 集成逻辑门的使用要点集成逻辑门的使用要点 ( (1) )电源电压用电源电压用 + 5 V， 74 系列应满足系列应满足 5 V 5% 。( (2) )输出端的连接输出端的连接 普通普通 TTL 门输出端不允许直接并联使用。门输出端不允许直接并联使用。 三态输出门的输出端可并联使用，但同一时刻只能有三态输出门的输出端可并联使用，但同一时刻只能有一个门工作，其他门输出处于高阻状态。一个门工作，其他门输出处于高阻状态。 集电极开路门输出端可并联使用，但公共输出端和集电极开路门输出端可并联使用，但公共输出端和电源电源 VCC 之间应接负载电阻之间应接负载电阻 RL。 输出端不允

48、许直接接电源输出端不允许直接接电源 VCC 或直接接地。或直接接地。输出电流应小于产品手册上规定的最大值。输出电流应小于产品手册上规定的最大值。 数字电子技术加英文注释3. 多余输入端的处理多余输入端的处理 与门和与非门的多余输入端接逻辑与门和与非门的多余输入端接逻辑 1 或者与有用输入端并接。或者与有用输入端并接。If the input is no-connection, it is the same function as input-HIGH.(悬空相当于高电平悬空相当于高电平)接接 VCC通过通过 1 10 k 电阻接电阻接 VCC与有用输入端并接与有用输入端并接TTL 电电路路输输

49、入入端端悬悬空空时时相相当当于于输输入入高高电电平平，做做实实验验时时与与门门和和与与非非门门等等的的多多余余输输入入端端可可悬悬空空，但使用中多余输入端一般不悬空，以防止干扰。但使用中多余输入端一般不悬空，以防止干扰。数字电子技术加英文注释或门和或非门的多余输入端接逻辑或门和或非门的多余输入端接逻辑 0或者与有用输入端并接或者与有用输入端并接数字电子技术加英文注释 例例 欲用下列电路实现非运算，试改错。欲用下列电路实现非运算，试改错。( (ROFF 700 ，RON 2.1 k )数字电子技术加英文注释解：解：OC 门输出门输出端需外接端需外接上拉电阻上拉电阻5.1k510RC RI RON

50、 ，相应输入，相应输入端为高电平。端为高电平。Y = 1Y = 0数字电子技术加英文注释四、 CMOS 数字集成电路应用要点数字集成电路应用要点 民品民品 军品军品 VDD = 2 6 V T 表示与表示与 TTL 兼容兼容VDD = 4.5 5.5 V CC54HC / 74HC 系列系列CC54HC / 74HC 系系列列 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 系系列列数字电子技术加英文注释1. 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，

51、一般多用一般多用 + + 5 V。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。 CMOS 集成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。 数字电子技术加英文注释五、集成逻辑门电路应

52、用举例五、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)解：解：VDDCMOS 门门Ya = ABYb = A + BTTL 门门OD 门门Yc = AYd=ABEN = 1 时时EN = 0 时时VDD数字电子技术加英文注释2.7 2.7 本章小结本章小结利用半导体器件的开关特性，可以构成与门、或门、利用半导体器件的开关特性，可以构成与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等各种逻辑门电非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等各种逻辑门电路，也可以构成在电路结构和特性

53、两方面都别具特色的三态路，也可以构成在电路结构和特性两方面都别具特色的三态门、门、OCOC门、门、ODOD门和传输门。门和传输门。随着集成电路技术的飞速发展，分立元件的数字电路随着集成电路技术的飞速发展，分立元件的数字电路已被集成电路所取代。已被集成电路所取代。TTLTTL电路的优点是开关速度较高，抗干扰能力较强，电路的优点是开关速度较高，抗干扰能力较强，带负载的能力也比较强，缺点是功耗较大。带负载的能力也比较强，缺点是功耗较大。CMOSCMOS电路具有制造工艺简单、功耗小、输入阻抗高、电路具有制造工艺简单、功耗小、输入阻抗高、集成度高、电源电压范围宽等优点，其主要缺点是工作速度集成度高、电源

54、电压范围宽等优点，其主要缺点是工作速度稍低，但随着集成工艺的不断改进，稍低，但随着集成工艺的不断改进，CMOSCMOS电路的工作速度已电路的工作速度已有了大幅度的提高。有了大幅度的提高。数字电子技术加英文注释 例例 下图中，已知下图中，已知 ROFF 800 ，RON 3 k ，试对应，试对应 输入波形定性画出输入波形定性画出TTL与非门的输出波形。与非门的输出波形。( (a) )( (b) )tA0.3 V3.6 VO不同不同 TTL 系列，系列， RON、 ROFF 不同。不同。相应输入端相当于输入低电平，相应输入端相当于输入低电平，也即相当于输入逻辑也即相当于输入逻辑 0 。逻辑逻辑0因此因此 Ya 输出恒为高电平输出恒为高电平 UOH 。相应输入端相当于输入高电平，相应输入端相当于输入高电平，也即相当于输入逻辑也即相当于输入逻辑 1 。逻辑逻辑1因此，可画出波形如图所示。因此，可画出波形如图所示。YbtOYatUOHO解：图解：图( (a) )中，中，RI = 300 RON 3 k 数字电子技术加英文注释