第二章 逻辑门电路基础5 作 业n2-2n2-3n2-5(1,2)n2-18n2-19(c,d,e) 5 本章主要内容本章主要内容n n第一节第一节 二极管、三极管的开关特性二极管、三极管的开关特性n n第二节第二节 二极管逻辑门电路二极管逻辑门电路n n第三节第三节 TTL逻辑门电路逻辑门电路n n第四节第四节 射极耦合逻辑射极耦合逻辑门电路门电路n n第五节第五节 CMOS逻辑门电路逻辑门电路n n第六节第六节 各种逻辑的门电路之间的接口问题各种逻辑的门电路之间的接口问题5 第一节第一节 二极管、三极管的开关特性二极管、三极管的开关特性一、二极管的开关特性一、二极管的开关特性（一）二极管的静态开关特性（一）二极管的静态开关特性（二）二极管的动态开关特性（二）二极管的动态开关特性（三）（三）二极管的近似直流等效电路二极管的近似直流等效电路5 5（一）二极管的静态开关特性（一）二极管的静态开关特性 二极管正偏时导通，管压降为二极管正偏时导通，管压降为0V0V，流过二极管，流过二极管的电流大小决定于外电路，相当于开关闭合二极的电流大小决定于外电路，相当于开关闭合。
二极管反偏时截止，流过二极管的电流为管反偏时截止，流过二极管的电流为0 0，相当于开，相当于开关打开，二极管两端电压的大小决定于外电路这关打开，二极管两端电压的大小决定于外电路这就是二极管的静态开关特性就是二极管的静态开关特性 二极管的静态开关特性是指二极管稳定地处于二极管的静态开关特性是指二极管稳定地处于导通和稳定处于截止时的特性导通和稳定处于截止时的特性 （二）二极管的动态开关特性（二）二极管的动态开关特性给二极管电路加入一个方波信号，电流的波形怎样呢？给二极管电路加入一个方波信号，电流的波形怎样呢？ 二极管的动态开关特性是指二极管从一个状态到二极管的动态开关特性是指二极管从一个状态到另一个状态的过渡过程中的特性另一个状态的过渡过程中的特性5 5t trere＝＝t ts s十十t tt t称为反向恢复时间称为反向恢复时间t ts s为存储时间为存储时间t tt t为渡越时间为渡越时间1. 1. 1. 1. 反向恢复过程反向恢复过程反向恢复过程反向恢复过程 通常把二极管从通常把二极管从通常把二极管从通常把二极管从正向导通转为反向截正向导通转为反向截正向导通转为反向截正向导通转为反向截止所经历的转换过程止所经历的转换过程止所经历的转换过程止所经历的转换过程称为反向恢复过程。
称为反向恢复过程称为反向恢复过程称为反向恢复过程 产生反向恢复过程的原因：电荷存储效应产生反向恢复过程的原因：电荷存储效应产生反向恢复过程的原因：电荷存储效应产生反向恢复过程的原因：电荷存储效应 反向恢复时间反向恢复时间反向恢复时间反向恢复时间t t t trererere就是存储电荷消散所需要的时间就是存储电荷消散所需要的时间就是存储电荷消散所需要的时间就是存储电荷消散所需要的时间 同理，二极管从截止转为正向导通也需要时间，同理，二极管从截止转为正向导通也需要时间，这段时间称为开通时间开通时间比反向恢复时间这段时间称为开通时间开通时间比反向恢复时间要小得多，一般可以忽略不计要小得多，一般可以忽略不计5 2. 2. 对输入信号对输入信号vi i的要求的要求–输入信号输入信号vi的的负半周的宽度应大于负半周的宽度应大于tre ，，这样二这样二极管才具有单向导电性若小于，二极管还极管才具有单向导电性若小于，二极管还没有到达截止状态，就又必须随输入脉冲而没有到达截止状态，就又必须随输入脉冲而导通，从而失去单向导电性导通，从而失去单向导电性–输入信号输入信号vi的正半周的宽度要求比较低。
的正半周的宽度要求比较低–输入信号输入信号vi的的频率不可太高，由频率不可太高，由tre时间决定时间决定5 （三）二极管的近似直流等效电路（三）二极管的近似直流等效电路正向时正向时反向时反向时5 二、双极型三极管的开关特性二、双极型三极管的开关特性（一）双极型三极管的静态开关特性（一）双极型三极管的静态开关特性（二）双极型三极管的动态开关特性（二）双极型三极管的动态开关特性 三极管的动态开关特性是指三极管从一个三极管的动态开关特性是指三极管从一个状态到另一个状态的过渡过程中的特性状态到另一个状态的过渡过程中的特性 三极管的静态开关特性是指三极管稳定地三极管的静态开关特性是指三极管稳定地处于饱和或截止状态时的特性处于饱和或截止状态时的特性5（三）三极管的的似直流等效电路（三）三极管的的似直流等效电路 （一）双极型三极管的静态开关特性（一）双极型三极管的静态开关特性判断三极管工作状态的解题思路：判断三极管工作状态的解题思路：判断三极管工作状态的解题思路：判断三极管工作状态的解题思路：（（（（1 1）把三极管从电路中拿走，在此电路拓扑结构下求三极管）把三极管从电路中拿走，在此电路拓扑结构下求三极管）把三极管从电路中拿走，在此电路拓扑结构下求三极管）把三极管从电路中拿走，在此电路拓扑结构下求三极管的发射结电压，若发射结的发射结电压，若发射结的发射结电压，若发射结的发射结电压，若发射结反偏反偏反偏反偏或或或或零偏零偏零偏零偏或或或或小于死区电压值小于死区电压值小于死区电压值小于死区电压值，则三，则三，则三，则三极管极管极管极管截止截止截止截止。
若发射结若发射结若发射结若发射结正偏正偏正偏正偏，则三极管可能处于，则三极管可能处于，则三极管可能处于，则三极管可能处于放大放大放大放大状态或处于状态或处于状态或处于状态或处于饱和饱和饱和饱和状态，需要进一步判断进入步骤（状态，需要进一步判断进入步骤（状态，需要进一步判断进入步骤（状态，需要进一步判断进入步骤（2 2）2 2）把三极管放入电路中，电路的拓扑结构回到从前假设）把三极管放入电路中，电路的拓扑结构回到从前假设）把三极管放入电路中，电路的拓扑结构回到从前假设）把三极管放入电路中，电路的拓扑结构回到从前假设三极管处于临界饱和状态（三极管既可以认为是处于饱和状态三极管处于临界饱和状态（三极管既可以认为是处于饱和状态三极管处于临界饱和状态（三极管既可以认为是处于饱和状态三极管处于临界饱和状态（三极管既可以认为是处于饱和状态也可以认为是处于放大状态，在放大区和饱和区的交界区域，也可以认为是处于放大状态，在放大区和饱和区的交界区域，也可以认为是处于放大状态，在放大区和饱和区的交界区域，也可以认为是处于放大状态，在放大区和饱和区的交界区域，此时三极管既有饱和状态时的特征此时三极管既有饱和状态时的特征此时三极管既有饱和状态时的特征此时三极管既有饱和状态时的特征V VCESCES =0.3V =0.3V，又有放大状态，又有放大状态，又有放大状态，又有放大状态时的特征时的特征时的特征时的特征I IC C= =ßIßIB B），求此时三极管的集电极临界饱和电流），求此时三极管的集电极临界饱和电流），求此时三极管的集电极临界饱和电流），求此时三极管的集电极临界饱和电流I ICS CS ，进而求出基极临界饱和电流，进而求出基极临界饱和电流，进而求出基极临界饱和电流，进而求出基极临界饱和电流I IBS BS 。
集电极临界饱和电流集电极临界饱和电流集电极临界饱和电流集电极临界饱和电流I ICSCS是三极管的集电极可能流过的最大电流是三极管的集电极可能流过的最大电流是三极管的集电极可能流过的最大电流是三极管的集电极可能流过的最大电流3 3）在原始电路拓扑结构基础上，求出三极管的基极支路中）在原始电路拓扑结构基础上，求出三极管的基极支路中）在原始电路拓扑结构基础上，求出三极管的基极支路中）在原始电路拓扑结构基础上，求出三极管的基极支路中实际流动的电流实际流动的电流实际流动的电流实际流动的电流i iB B4 4）比较）比较）比较）比较i iB B和和和和I IBSBS的大小：的大小：的大小：的大小： 若若若若i iB B > > I IBSBS（或者（或者（或者（或者 ß ß i iB B > > I ICSCS），则三极管处于），则三极管处于），则三极管处于），则三极管处于饱和饱和饱和饱和状态 若若若若i iB B < < I IBSBS（或者（或者（或者（或者 ß ß i iB B < < I ICSCS），则三极管处于），则三极管处于），则三极管处于），则三极管处于放大放大放大放大状态。
状态5 例例2-1 判断图电路中三极管的状态，其中判断图电路中三极管的状态，其中Rb=2k，，RC=2k，，VCC=12V，，ß=50 将三极管拿将三极管拿开，发射结零偏，开，发射结零偏，所以三极管截止所以三极管截止5 例例2-2 电路及参数如图所示，三极管的电路及参数如图所示，三极管的VBE=0.7V，，β＝＝60，输入电压，输入电压vi取值取值3V和和-2V1）当）当vi＝＝3V时判断三极管的状态，并求出时判断三极管的状态，并求出iC和和vo的的值2）当）当vi＝＝-2V时判断三极管的状态，并求出时判断三极管的状态，并求出iC和和vo的值5 5解：（解：（1））vi＝＝3V 因为因为iB＞＞IBS 所以三所以三极管处于饱和状态，如极管处于饱和状态，如右图中的右图中的E点所示 （（2））vi＝＝-2V 因为因为vBE< 0，反，反偏，所以三极管处于偏，所以三极管处于截止状态，如右图中截止状态，如右图中的的A点所示5 NPN型三极管三种工作状态的特点型三极管三种工作状态的特点5 （二）双极型三极管的动态开关特性（二）双极型三极管的动态开关特性5 （（（（1 1）延迟时间）延迟时间）延迟时间）延迟时间t td d—— —— 从输入信号从输入信号从输入信号从输入信号v vi i正跳变的正跳变的正跳变的正跳变的 瞬间开瞬间开瞬间开瞬间开始，到集电极电流始，到集电极电流始，到集电极电流始，到集电极电流i iC C上升到上升到上升到上升到0.10.1I ICSCS所需的时间所需的时间所需的时间所需的时间 （（（（2 2））））上升时间上升时间上升时间上升时间t tr r————集电极电流从集电极电流从集电极电流从集电极电流从0.10.1I ICSCS上升到上升到上升到上升到0.90.9I ICSCS所需的时间。
所需的时间所需的时间所需的时间3 3）存储时间）存储时间）存储时间）存储时间t ts s————从输入信号从输入信号从输入信号从输入信号v vi i下跳变的瞬间开下跳变的瞬间开下跳变的瞬间开下跳变的瞬间开始，到集电极电流始，到集电极电流始，到集电极电流始，到集电极电流i iC C下降到下降到下降到下降到0.90.9I ICSCS所需的时间所需的时间所需的时间所需的时间4 4）下降时间）下降时间）下降时间）下降时间t tf f————集电极电流从集电极电流从集电极电流从集电极电流从0.90.9I ICSCS下降到下降到下降到下降到0.10.1I ICSCS所需的时间所需的时间所需的时间所需的时间 几个时间概念几个时间概念5 对对输入脉冲的要求输入脉冲的要求（（5）开通时间）开通时间ton = td + tr（（6）关闭时间）关闭时间toff = ts + tf以保证三极管能可靠进入饱和状态和截止状态以保证三极管能可靠进入饱和状态和截止状态n n输入信号输入信号vi的正半周的宽度的正半周的宽度> tonn n输入信号输入信号vi的的负半周的宽度负半周的宽度> toff几个时间概念几个时间概念5 （三）三极管的近似直流等效电路（三）三极管的近似直流等效电路正向时正向时反向时反向时5 三、三、MOS管的开关特性管的开关特性（一）（一）MOS管的静态开关特性管的静态开关特性viVT时，管子处于线性电时，管子处于线性电阻区，阻区，vo=0。
5 MOS管相当于一个由管相当于一个由vGS控制控制的无触点开关的无触点开关MOS管工作在可变电阻区，管工作在可变电阻区，相当于开关相当于开关“闭合闭合”，，输出为低电平输出为低电平MOS管截止，管截止，相当于开关相当于开关“断开断开”输出为低电平输出为低电平1.当输入为低电平时：当输入为低电平时：2.当输入为高电平时：当输入为高电平时：（二）（二）MOS管的动态开关特性管的动态开关特性5 第二节第二节 二极管逻辑门电路二极管逻辑门电路n n概念概念–高电平：高电平：电压在电压在3.5V-5.0V，用，用H表示表示–低电平：低电平：电压在电压在0V-1.5V，用，用L表示表示–正逻辑体制正逻辑体制–负逻辑体制负逻辑体制5 正逻辑体制和负逻辑体制正逻辑体制和负逻辑体制正逻辑体制正逻辑体制: :将高电平用逻辑将高电平用逻辑1 1表示，低电平用逻辑表示，低电平用逻辑0 0表示表示负逻辑体制负逻辑体制: :将高电平用逻辑将高电平用逻辑0 0表示，低电平用逻辑表示，低电平用逻辑1 1表示表示5 一、正与门电路一、正与门电路5 正逻辑体制正逻辑体制逻辑符号逻辑符号逻辑表达式逻辑表达式5 负负逻辑体制逻辑体制逻辑符号逻辑符号逻辑表达式逻辑表达式5 二、正或门电路二、正或门电路5 正逻辑体制正逻辑体制负逻辑体制呢负逻辑体制呢? ?5 三、非门电路三、非门电路5 二二极极管管逻逻辑辑门门电电路路，，电电路路结结构构简简单单，，简简单单的的串串联联连连接接就就可可以以实实现现更更复复杂杂的的逻逻辑辑运运算算，，但但是是这这些些电电路路的的输输出出电电阻阻大大，，带带载载能能力力差差，，开开关关性性能能不不理理想想，，所以引入所以引入TTLTTL逻辑门电路。
逻辑门电路5第三节第三节 TTL逻辑门电路逻辑门电路与非与非或非或非 第三节第三节 TTL逻辑门电路逻辑门电路TTL集成电路分为：集成电路分为： 74系列：用于民用电子产品的设计和生产，系列：用于民用电子产品的设计和生产，工作温度为工作温度为0-70℃ 54系列：用于军用电子产品的设计和生产，系列：用于军用电子产品的设计和生产，工作温度为工作温度为-55- +125℃TTL的的含义：含义：Transistor Transistor Logic 5 TTL逻辑门电路由若干双极型三极管逻辑门电路由若干双极型三极管(BJT)和电阻组成和电阻组成 一、标准生产工艺的一、标准生产工艺的TTLTTL非门的工作原理非门的工作原理 TTL：：Transistor Transistor Logic 输出级输出级T3、、D、、T4和和Rc4构成推拉式的构成推拉式的输出级用于提高输出级用于提高开关速度和带负载开关速度和带负载能力中间级中间级T2和电阻和电阻Rc2、、Re2组成，从组成，从T2的集的集电结和发射极同时电结和发射极同时输出两个相位相反输出两个相位相反的信号，作为的信号，作为T3和和T4输出级的驱动信输出级的驱动信号；号；输入级输入级T1和电阻和电阻Rb1组成。
用于提高组成用于提高电路的开关速度电路的开关速度5 5（一）输入（一）输入VI为高电平为高电平3.6V时时VB1=5VVBE1=1.4VVB1=4.3VVB1=2.1V倒置状态倒置状态Vo=0.3VVC2=1V饱和饱和饱和饱和截止截止截止截止，，输出为低电平输出为低电平0.3V开门开门 5（二）输入（二）输入VI为低电平为低电平0.3V 时时VB1=5VVBE1=4.7VVB1=1V饱和饱和Vo=3.6VVB4=5V截止截止截止截止饱和饱和导通导通，，输出为高电平输出为高电平3.6V关门关门 （三）标准生产工艺的（三）标准生产工艺的TTL非门的电路结构特点非门的电路结构特点1 1、输入级采用三极管以提高工作速度输入级采用三极管以提高工作速度2 2 2 2、、、、采采采采用用用用了了了了推推推推拉拉拉拉式式式式输输输输出出出出级级级级，，，，输输输输出出出出阻阻阻阻抗抗抗抗比比比比较较较较小小小小，，，，可可可可迅迅迅迅速速速速给给给给负负负负载载载载电电电电容容容容充充充充放放放放电电电电, , , ,提提提提高高高高开开开开关关关关速速速速度度度度和和和和带带带带负负负负载能力5 二、二、TTLTTL非门的电压传输特性曲线和电路参数非门的电压传输特性曲线和电路参数（一）电压传输特性曲线（一）电压传输特性曲线截止区截止区过渡区过渡区饱和区饱和区5开门开门关门关门输出高电平输出高电平标准输出高电平标准输出高电平V VSHSH输出低电平输出低电平标准输出低电平标准输出低电平V VSLSL输入高电平输入高电平开门电平开门电平输入低电平输入低电平关门电平关门电平 （二）从电压传输特性曲线上可以得出的电路参数（二）从电压传输特性曲线上可以得出的电路参数（二）从电压传输特性曲线上可以得出的电路参数（二）从电压传输特性曲线上可以得出的电路参数1 1．输出高电平．输出高电平．输出高电平．输出高电平V VOHOH（（（（2.4V-5V2.4V-5V之间，典型值为之间，典型值为之间，典型值为之间，典型值为3.4V3.4V））））2 2．标准输出高电平．标准输出高电平．标准输出高电平．标准输出高电平V VSHSH V V OHOH（（（（minmin）））） （（（（2.4V2.4V））））3 3．输出低电平．输出低电平．输出低电平．输出低电平V VOLOL（（（（0V-0.4V0V-0.4V之间，典型值为之间，典型值为之间，典型值为之间，典型值为0.2V0.2V））））4 4．标准输出低电平．标准输出低电平．标准输出低电平．标准输出低电平V VSL SL V V OLOL（（（（maxmax）））） （（（（0.4V0.4V））））5 5．输入高电平．输入高电平．输入高电平．输入高电平V VIH IH （（（（2V-5V2V-5V之间）之间）之间）之间）6 6．输入高电平的下限．输入高电平的下限．输入高电平的下限．输入高电平的下限 V VIHIH（（（（minmin）））） ( (开门电平开门电平开门电平开门电平V VON ON ）（）（）（）（2V2V））））7 7．输入低电平．输入低电平．输入低电平．输入低电平V VILIL （（（（0V-0.8V0V-0.8V之间）之间）之间）之间）8 8．输入低电平的上限．输入低电平的上限．输入低电平的上限．输入低电平的上限V V ILIL（（（（maxmax））））（关门电平（关门电平（关门电平（关门电平V VOFFOFF）（）（）（）（0.8V0.8V））））9 9．噪声容限电压．噪声容限电压．噪声容限电压．噪声容限电压（（（（1 1）输入高电平噪声容限电压）输入高电平噪声容限电压）输入高电平噪声容限电压）输入高电平噪声容限电压( (最大允许负向干扰电压最大允许负向干扰电压最大允许负向干扰电压最大允许负向干扰电压) )（（（（2 2）输入低电平噪声容限电压）输入低电平噪声容限电压）输入低电平噪声容限电压）输入低电平噪声容限电压( (最大允许正向干扰电压最大允许正向干扰电压最大允许正向干扰电压最大允许正向干扰电压) )5 输入高电平噪声容限输入高电平噪声容限最大允许负向干扰电压最大允许负向干扰电压最大允许负向干扰电压最大允许负向干扰电压VNH＝＝V OH（（min））-VON ＝＝V OH（（min））- V IH（（min）） ＝＝2.4V-2.0V＝＝0.4V。
输入低电平噪声容限输入低电平噪声容限最大允许正向干扰电压最大允许正向干扰电压最大允许正向干扰电压最大允许正向干扰电压VNL＝＝V OFF-V OL（（max）） ＝＝V IL（（max）） -V OL（（max）） ＝＝0.8V-0.4V＝＝0.4V 59 9．噪声容限电压．噪声容限电压0.4V0.8V2.4V2.0V 三、三、TTL非门输入特性和从其上可以得出的参数非门输入特性和从其上可以得出的参数5 1．输入低电平电流．输入低电平电流IIL非门输入特性曲线非门输入特性曲线非门输入特性曲线非门输入特性曲线VB1=1V5 当门电路的输入当门电路的输入端接低电平时，从门端接低电平时，从门电路输入端流出的电电路输入端流出的电流 2．输入高电平电流．输入高电平电流IIHVB1=2.1V倒置状态倒置状态 输入高电平电流输入高电平电流IIH是三级管是三级管VT1的发的发射结反向饱和电流，射结反向饱和电流，值很小，几乎为值很小，几乎为05 当门电路的输入当门电路的输入端接高电平时，流入端接高电平时，流入输入端的电流输入端的电流 四、四、TTL非门的输入负载特性和从其上可以非门的输入负载特性和从其上可以得出的参数得出的参数vI的极限值为的极限值为1.4V。
5 1．关门电阻．关门电阻ROFF2．开门电阻．开门电阻RON三极管三极管VT3处于关门状态处于关门状态SN7404：：三极管三极管VT3处于开门状态处于开门状态SN7404：：Ri应该大于应该大于480Ω5 五、五、TTL非门的输出负载特性和从其上可以非门的输出负载特性和从其上可以得出的参数得出的参数（一）（一）TTL非门的低电平输出负载特性非门的低电平输出负载特性驱动门驱动门负载门负载门6 2．最大输出低电平电流．最大输出低电平电流I OL（（max)3 3．输出低电平时的扇出系数．输出低电平时的扇出系数灌电流负载灌电流负载1．．TTL非门的低电平非门的低电平输出特性曲线输出特性曲线 把驱动门对应标准输出低电平把驱动门对应标准输出低电平USL时，灌入其输时，灌入其输出端的电流出端的电流6 （二）（二）TTL非门的高电平输出负载特性非门的高电平输出负载特性驱动门驱动门负载门负载门6 2．最大输出高电平电流．最大输出高电平电流I OH（（max））3．输出高电平时的扇出系数．输出高电平时的扇出系数1．．TTL非门的低电平非门的低电平输出特性曲线输出特性曲线拉电流负载拉电流负载 把驱动门对应标准输出高电平把驱动门对应标准输出高电平USH时拉出其输出时拉出其输出端的电流。
端的电流6 （三）扇出系数（三）扇出系数 一般一般NOL≠NOH，常取两者中的较小，常取两者中的较小值作为门电路的扇出系数，用值作为门电路的扇出系数，用NO表示输出低电平时的扇出系数输出低电平时的扇出系数输出高电平时的扇出系数输出高电平时的扇出系数6 六、传输延迟时间六、传输延迟时间截止延迟时间截止延迟时间tPHL——输出信号输出信号vo由高电平转为低电平的时间由高电平转为低电平的时间导通延迟时间导通延迟时间 tPLH —— 输出信号输出信号vo由低电平转为高电平的时由低电平转为高电平的时间一般tPLH> tPHL非门的传输延迟时间非门的传输延迟时间tpd是是tPHL和和tPLH的平均值的平均值 一般一般TTL非门传输延迟时间非门传输延迟时间tpd的值为几纳秒～十几个纳秒的值为几纳秒～十几个纳秒6 七、功率损耗（功耗）七、功率损耗（功耗）PD和功耗和功耗-延时积延时积DP1. 1. 功率损耗功率损耗静态功耗：指的是当电路没有状态转换时的功耗，即静态功耗：指的是当电路没有状态转换时的功耗，即门电路空载时电源总电流门电路空载时电源总电流I ID D与电源电压与电源电压V VDDDD的乘积，静的乘积，静态功耗比较低，因此态功耗比较低，因此CMOSCMOS电路广泛用于要求功耗较低电路广泛用于要求功耗较低或电池供电的设备，如笔记本、等。
或电池供电的设备，如笔记本、等动态功耗：指的是电路在输出状态转换时的功耗动态功耗：指的是电路在输出状态转换时的功耗静态功耗静态功耗动态功耗动态功耗6 对于对于TTLTTL门电路来说，静态功耗是主要的门电路来说，静态功耗是主要的CMOSCMOS电路的静态功耗非常低，主要是动态功耗电路的静态功耗非常低，主要是动态功耗 2. 延时延时 功耗积功耗积 是速度功耗综合性的指标延时是速度功耗综合性的指标延时 功耗积功耗积，用符，用符号号DP表示PD为门电路的功耗为门电路的功耗 一个逻辑门电路的一个逻辑门电路的DP值越小，它的特性越接近值越小，它的特性越接近理想情况理想情况6 小小 结结第二章第二章 逻辑门电路基础逻辑门电路基础 第一节第一节第一节第一节 二极管、三极管的开关特性二极管、三极管的开关特性二极管、三极管的开关特性二极管、三极管的开关特性 静态开关特性和动态开关特性静态开关特性和动态开关特性静态开关特性和动态开关特性静态开关特性和动态开关特性——电子开关电子开关电子开关电子开关 第二节第二节第二节第二节 二极管逻辑门电路二极管逻辑门电路二极管逻辑门电路二极管逻辑门电路 高电平、低电平高电平、低电平高电平、低电平高电平、低电平 正逻辑体制、负逻辑体制正逻辑体制、负逻辑体制正逻辑体制、负逻辑体制正逻辑体制、负逻辑体制 与门、或门、非门与门、或门、非门与门、或门、非门与门、或门、非门 第三节第三节第三节第三节 TTLTTL逻辑门电路逻辑门电路逻辑门电路逻辑门电路 标准生产工艺的标准生产工艺的标准生产工艺的标准生产工艺的TTLTTL非门的组成和工作原理非门的组成和工作原理非门的组成和工作原理非门的组成和工作原理 主要参数：主要参数：主要参数：主要参数：V VOHOH、、、、V VOLOL、、、、V VSHSH(V(VOH(minOH(min) )) )、、、、V VSLSL(V(VOL(maxOL(max) )) )、、、、 V VIHIH、、、、V VILIL、、、、V VONON(V(VIH(minIH(min) )) )、、、、V VOFFOFF(V(VIL(maxIL(max) )) )、、、、V VNHNH、、、、V VNLNL、、、、 I IILIL、、、、I IIHIH、、、、R RONON、、、、R ROFFOFF、、、、N NOO（（（（N NOLOL、、、、N NOHOH）、）、）、）、t tPDPD、、、、P PD D、、、、 DPDP TTL门电路芯片的封装门电路芯片的封装八、其它逻辑功能的八、其它逻辑功能的TTL门电路门电路6 （一）（一）TTL正与非门正与非门6 （二）（二）TTL正或非门正或非门6A+BA+B （三）（三）TTL正与或非门正与或非门6AB+CDAB+CD （四）（四）TTL异或门异或门6A+BABAB+A+B 九、集电极开路（九、集电极开路（OC）的）的TTL门电路门电路引入引入（一）普通的（一）普通的TTL门电路输出门电路输出端直接相连的后果端直接相连的后果使得输出为使得输出为低电平的逻低电平的逻辑门的输出辑门的输出级损坏级损坏6 （二）集电极开路的（二）集电极开路的TTL门电路门电路6 （三）集电极开路的（三）集电极开路的TTL门电路可以实现线与运算门电路可以实现线与运算使用时的外电路连接上拉电阻使用时的外电路连接上拉电阻R RP P线与可以实现与或非运算线与可以实现与或非运算6 外接上拉电阻值的计算方法外接上拉电阻值的计算方法 OC门上拉电阻最大值的计算门上拉电阻最大值的计算 为保证为保证OC与非门输出的高电平不低于高电平的下与非门输出的高电平不低于高电平的下限限VOH(min)，，Rp的值不能选得太大，即要保证的值不能选得太大，即要保证 Rp(max)=6 OC门上拉电阻最小值的计算门上拉电阻最小值的计算。
应当确保在最不利的应当确保在最不利的情况下，即只有一个情况下，即只有一个OC与非门的输出级三极管与非门的输出级三极管T3处于饱和状态这时所有处于饱和状态这时所有负载电流全部流入唯一的负载电流全部流入唯一的那个处于饱和状态的输出那个处于饱和状态的输出级三极管级三极管T3的集电极，输的集电极，输出的低电平要低于输出低出的低电平要低于输出低电平的上限电平的上限V OL(max) R p(min) = OC门上拉电阻门上拉电阻RP的取值应在的取值应在RP（（min））和和RP（（max））之间之间6 特别提醒：特别提醒： 在上面计算上拉电阻最小值和最大值在上面计算上拉电阻最小值和最大值时，应使时，应使驱动门驱动门的输出高、低电平满足其的输出高、低电平满足其要求，而不是以要求，而不是以输入门输入门的输入高、低电平的输入高、低电平满足其要求因为，还要考虑连接输入和满足其要求因为，还要考虑连接输入和输出信号的导线上应该有一定的抗干扰能输出信号的导线上应该有一定的抗干扰能力6 十、十、TTL三态输出门电路三态输出门电路*（一）（一）TTL三态输出的与非门电路的工作原理三态输出的与非门电路的工作原理三态门的真值表三态门的真值表三态门的真值表三态门的真值表三态门的逻辑符号三态门的逻辑符号三态门的逻辑符号三态门的逻辑符号6 （二）（二）TTL三态输出门电路的应用三态输出门电路的应用六个子部件六个子部件两两之间建两两之间建立连接立连接六个子部件六个子部件通过总线建通过总线建立连接立连接单向总线单向总线三态门实三态门实现数据双现数据双向传输向传输6 十一、其它生产工艺类型的十一、其它生产工艺类型的TTLTTL门电路门电路6 第五节第五节 CMOS门电路门电路一、一、CMOS反相器反相器--complementary工作管工作管负载管负载管CMOS逻辑门电路是由逻辑门电路是由N沟道沟道MOSFET和和P沟道沟道MOSFET互补而成。
互补而成VTN = 2 VVTP = 2 V1.CMOS反相器反相器的结构和工作原理的结构和工作原理6 2.2.CMOS的特点的特点3.3.CMOS的的电压电压传输特性传输特性（（1）工作速度快）工作速度快（（2）静态功耗低）静态功耗低（（3）扇出系数大）扇出系数大6 二、其它的二、其它的CMOS门电路门电路（一）（一） CMOS传输门传输门 逻辑符号逻辑符号电路电路 传输门中传输门中TP和和TN的衬底分别接的衬底分别接- -5V5V和和+5V+5V，输入信，输入信号的变化范围为号的变化范围为- -5V5V~ ~ +5V +5VC=0C=0的电的电平值为平值为-5V-5V，，C=1C=1的的电平值为电平值为+5V+5V，开，开启电压启电压VVTN = 3V，，VVTP=-3V当当C=0时，时，TP和和TN均截止，均截止，TG关闭关闭C=1时，时，TG工作6双向模拟开关双向模拟开关 （二）（二） CMOS与非门与非门1.1.电路结构电路结构 2.2.工作原理工作原理 VTN = 2 VVTP = 2 V6 （三）（三） CMOS或非门或非门1.1.电路结构电路结构 2.2.工作原理工作原理 VTN = 2 VVTP = 2 V6 （四）（四） CMOS异或门异或门1.1.1.1.电路结构电路结构电路结构电路结构 6 2.驱驱动动器器件件的的输输出出电电压压必必须须处处在在负负载载器器件件所所要要求求的的输输入入电电压压范范围围，，包包括括高高、、低低电电压压值值（（属属于于电电压压兼兼容容性性的的问题）。
问题） 在数字电路或系统的设计中，往往将在数字电路或系统的设计中，往往将TTL和和CMOS两两种器件混合使用，以满足工作速度或者功耗指标的要求种器件混合使用，以满足工作速度或者功耗指标的要求由于每种器件的电压和电流参数各不相同，因而在这两种由于每种器件的电压和电流参数各不相同，因而在这两种器件连接时，驱动器件和负载器件器件连接时，驱动器件和负载器件要满足要满足以下两个条件：以下两个条件： 1.驱动器件必须对负载器件提供足够大的拉电流和驱动器件必须对负载器件提供足够大的拉电流和灌灌电流电流（属于（属于门电路的扇出数门电路的扇出数问题）；问题）；第六节第六节 各种工艺的逻辑门之间的接口问题各种工艺的逻辑门之间的接口问题6 ①①VOH（（min））≥VIH（（min））②②VOL（（max））≤VIL（（max））③③IOH（（max））≥IIH（总）（总）④④IOL（（max））≥IIL（总）（总） 驱动电路必须能为负载电路提供足够的驱动电路必须能为负载电路提供足够的驱动电流驱动电流 驱动电路必须能为负载电路提供合乎相驱动电路必须能为负载电路提供合乎相应标准的高、低电平应标准的高、低电平驱动门驱动门负载门负载门 一、一、TTL与与CMOS器件之间的接口问题器件之间的接口问题6 （（（（2 2 2 2））））对对对对于于于于负负负负载载载载电电电电流流流流较较较较大大大大，，，，可可可可将将将将多多多多个个个个门门门门并并并并联联联联作作作作为为为为驱驱驱驱动动动动器器器器，，，，也也也也可可可可在在在在门门门门电电电电路路路路输输输输出出出出端端端端接接接接三三三三极极极极管管管管，，，，以以以以提提提提高负载能力。
高负载能力高负载能力高负载能力1 1、多余输入端的处理、多余输入端的处理（（1 1））对于负载电流较小，对于负载电流较小，用门电路直接驱动，如显示用门电路直接驱动，如显示器件或继电器器件或继电器 二、二、TTL和和CMOS电路带负载时的接口问题电路带负载时的接口问题6 （（（（2 2 2 2））））对对对对于于于于或或或或非非非非门门门门及及及及或或或或门门门门，，，，多多多多余余余余输输输输入入入入端端端端应应应应接接接接低低低低电电电电平平平平，，，，比比比比如如如如直直直直接接接接接接接接地地地地；；；；也也也也可可可可以以以以与与与与有有有有用用用用的的的的输入端并联使用输入端并联使用输入端并联使用输入端并联使用1 1、多余输入端的处理、多余输入端的处理（（1 1）对于与非门及与门，多）对于与非门及与门，多余输入端应接余输入端应接高电平高电平，比如，比如直接接电源正端，或通过一直接接电源正端，或通过一个上拉电阻（个上拉电阻（1 1～～3 3k kW W））接电接电源正端；在前级驱动能力允源正端；在前级驱动能力允许时，也可以与有用的输入许时，也可以与有用的输入端并联使用端并联使用。
三、门电路多余输入端的处理三、门电路多余输入端的处理*6 本章小结本章小结 1.目前普遍使用的数字集成电路主要有两大类，一类由目前普遍使用的数字集成电路主要有两大类，一类由NPN型三极管组成，简称型三极管组成，简称TTL集成电路；另一类由集成电路；另一类由MOSFET构成，构成，简称简称MOS集成电路集成电路 2.TTL集成逻辑门电路的输入级采用多发射极三级管、输出集成逻辑门电路的输入级采用多发射极三级管、输出级采用推拉式结构，这不仅提高了门电路的开关速度，也使电级采用推拉式结构，这不仅提高了门电路的开关速度，也使电路有较强的驱动负载的能力在路有较强的驱动负载的能力在TTL系列中，除了有实现各种系列中，除了有实现各种基本逻辑功能的门电路以外，还有基本逻辑功能的门电路以外，还有集电极开路门集电极开路门和和三态门三态门 3.MOS集成电路常用的是两种结构一种是集成电路常用的是两种结构一种是CMOS 门电路，门电路，另一类是另一类是NMOS门电路与门电路与TTL门电路相比，它的优点是功耗门电路相比，它的优点是功耗低，扇出数大，噪声容限大，开关速度与低，扇出数大，噪声容限大，开关速度与TTL接近，已成为数接近，已成为数字集成电路的发展方向。
字集成电路的发展方向 4.为了更好地使用数字集成芯片，应熟悉为了更好地使用数字集成芯片，应熟悉TTL和和CMOS各个各个系列产品的外部电气特性及主要参数，还应能正确处理多余输系列产品的外部电气特性及主要参数，还应能正确处理多余输入端，能正确解决不同类型电路间的接口问题及抗干扰问题入端，能正确解决不同类型电路间的接口问题及抗干扰问题。