數(shù)字電子技術(shù)3門(mén)電路

1、1第三章門(mén)電路2第三章第三章 門(mén)電路門(mén)電路3.1 概述概述3.1 概述概述3.2 半導(dǎo)體二極管門(mén)電路半導(dǎo)體二極管門(mén)電路3.3 CMOS門(mén)電路門(mén)電路*3.4 其它類(lèi)型的其它類(lèi)型的MOS集成電路集成電路3.5 TTL門(mén)電路門(mén)電路3內(nèi)容提要內(nèi)容提要 本章系統(tǒng)的講述數(shù)字電路的基本邏輯本章系統(tǒng)的講述數(shù)字電路的基本邏輯單元電路單元電路門(mén)電路。門(mén)電路。 介紹半導(dǎo)體二極管、三極管、介紹半導(dǎo)體二極管、三極管、MOS場(chǎng)場(chǎng)效應(yīng)管的開(kāi)關(guān)特性；重點(diǎn)討論效應(yīng)管的開(kāi)關(guān)特性；重點(diǎn)討論CMOS門(mén)電門(mén)電路和路和TTL門(mén)電路的工作原理、邏輯功能，門(mén)電路的工作原理、邏輯功能，以及作為電子器件的電器特性。以及作為電子器件的電器特性。4

2、3.1 概述概述門(mén)電路：門(mén)電路：是用以實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算和復(fù)合邏輯運(yùn)算是用以實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算和復(fù)合邏輯運(yùn)算的單元電路。的單元電路。門(mén)電路的主要類(lèi)型：門(mén)電路的主要類(lèi)型：與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)、與非門(mén)、與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)、與非門(mén)、或非門(mén)、異或門(mén)等。或非門(mén)、異或門(mén)等。門(mén)電路的輸出狀態(tài)與賦值對(duì)應(yīng)關(guān)系：門(mén)電路的輸出狀態(tài)與賦值對(duì)應(yīng)關(guān)系：正邏輯：正邏輯：高電平對(duì)應(yīng)高電平對(duì)應(yīng)“1”；低電；低電平平對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)“0”?；旌线壿嫞夯旌线壿嫞狠斎胗谜壿嫛⑤敵鲇秘?fù)邏輯；或者輸輸入用正邏輯、輸出用負(fù)邏輯；或者輸入用負(fù)邏輯、輸出用正邏輯。入用負(fù)邏輯、輸出用正邏輯。一般采用一般采用正邏輯正邏輯負(fù)邏輯：負(fù)邏輯：高電高電平平對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)“0”

3、；低電；低電平平對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)“1”。5100VVCC在數(shù)字電路中，對(duì)電壓值為多少并不重在數(shù)字電路中，對(duì)電壓值為多少并不重要，只要能判斷高低電平即可。要，只要能判斷高低電平即可。S開(kāi)開(kāi)-vo輸出高電平，對(duì)應(yīng)輸出高電平，對(duì)應(yīng)“1”。S合合-vo輸出低電平，對(duì)應(yīng)輸出低電平，對(duì)應(yīng)“0”。 V VvoSVCCRvI（a）單開(kāi)關(guān)電路）單開(kāi)關(guān)電路圖圖3.1.1 用來(lái)獲得高、用來(lái)獲得高、低電平的基本開(kāi)關(guān)電路低電平的基本開(kāi)關(guān)電路如何獲得高電平或者低電平呢？如何獲得高電平或者低電平呢？電子開(kāi)關(guān)電子開(kāi)關(guān)（二極管、（二極管、三極管）三極管）6數(shù)字電路的發(fā)展數(shù)字電路的發(fā)展數(shù)字集成電路：數(shù)字集成電路：在一塊半導(dǎo)體基片上制作出

4、在一塊半導(dǎo)體基片上制作出一個(gè)完整的邏輯電路所需要的全部元件和連線。一個(gè)完整的邏輯電路所需要的全部元件和連線。數(shù)字集成電路具有體積小、可靠性高、速度快、數(shù)字集成電路具有體積小、可靠性高、速度快、而且價(jià)格便宜的而且價(jià)格便宜的特點(diǎn)特點(diǎn)。電子管電子管半導(dǎo)體分立器件半導(dǎo)體分立器件數(shù)字集成電路數(shù)字集成電路7數(shù)字電路的發(fā)展數(shù)字電路的發(fā)展集成度規(guī)格集成度規(guī)格三極管數(shù)三極管數(shù)/片片典型應(yīng)用典型應(yīng)用小規(guī)模小規(guī)模100以下以下門(mén)電路門(mén)電路中規(guī)模中規(guī)模100幾千個(gè)幾千個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器大規(guī)模大規(guī)模104105各種專(zhuān)用芯片各種專(zhuān)用芯片超大規(guī)模超大規(guī)模 105106存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器甚大規(guī)模甚大規(guī)模106以上以上可編程邏輯器件可編

5、程邏輯器件數(shù)字集成電路按集成度分為：數(shù)字集成電路按集成度分為：SSI、MSI、LSI、VLSI、USI等五類(lèi)。等五類(lèi)。集成度是指每一芯片所包含的三極管的個(gè)數(shù)。集成度是指每一芯片所包含的三極管的個(gè)數(shù)。81971年年集成度：集成度：2300個(gè)晶體管個(gè)晶體管1972年年集成度：集成度：3500個(gè)個(gè)1978年年集成度：集成度：2.9萬(wàn)萬(wàn)1982年年集成度：集成度：13.4萬(wàn)萬(wàn)2008年年集成度：集成度：8.2億億9數(shù)字集成電路按制造工藝分為：數(shù)字集成電路按制造工藝分為：雙極型、雙極型、單極型和混合型單極型和混合型IC。雙極型雙極型IC：直到直到20世紀(jì)世紀(jì)80年代初一直是主流年代初一直是主流IC。缺點(diǎn)

6、：功耗大。缺點(diǎn)：功耗大。CMOS IC： 出現(xiàn)于出現(xiàn)于20世紀(jì)世紀(jì)60年代后期，當(dāng)前的主年代后期，當(dāng)前的主流流IC。優(yōu)點(diǎn)：功耗極低。優(yōu)點(diǎn)：功耗極低。10反向截止：反向截止： 正向?qū)ǎ赫驅(qū)ǎ?開(kāi)關(guān)接通開(kāi)關(guān)接通開(kāi)關(guān)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)3.2 半導(dǎo)體二極管門(mén)電路半導(dǎo)體二極管門(mén)電路 半導(dǎo)體半導(dǎo)體二極管相當(dāng)于一個(gè)受外加電壓極性控二極管相當(dāng)于一個(gè)受外加電壓極性控制的開(kāi)關(guān)。制的開(kāi)關(guān)。3.2.1 半導(dǎo)體二極管的開(kāi)關(guān)特性半導(dǎo)體二極管的開(kāi)關(guān)特性11圖圖3.2.3 二極管伏安特性的幾種近似方法二極管伏安特性的幾種近似方法正向?qū)▔航岛驼驅(qū)▔航岛驼螂娮璨荒芎雎韵螂娮璨荒芎雎詢(xún)H忽略正向電阻僅忽略正向電阻正向?qū)▔?/p>

7、降和正向?qū)▔航岛驼螂娮瓒己雎哉螂娮瓒己雎?2半導(dǎo)體半導(dǎo)體二極管的動(dòng)態(tài)工作情況二極管的動(dòng)態(tài)工作情況:(1)(1)二極管外加電壓由反二極管外加電壓由反向變正向時(shí)，正向?qū)娤蜃冋驎r(shí)，正向?qū)娏鞯慕⑸晕笠稽c(diǎn)；流的建立稍微滯后一點(diǎn)；(2)(2)二極管外加電壓由正二極管外加電壓由正向變反向時(shí)，產(chǎn)生較大的向變反向時(shí)，產(chǎn)生較大的瞬態(tài)反向電流，并持續(xù)一瞬態(tài)反向電流，并持續(xù)一定的時(shí)間；定的時(shí)間；反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間tre ：反向電流從峰值衰反向電流從峰值衰減到峰值的十分之減到峰值的十分之一所經(jīng)過(guò)的時(shí)間一所經(jīng)過(guò)的時(shí)間二極管產(chǎn)生反向恢復(fù)過(guò)程的原因是：二極管產(chǎn)生反向恢復(fù)過(guò)程的原因是：電荷存儲(chǔ)效應(yīng)。

8、電荷存儲(chǔ)效應(yīng)。tre為納秒數(shù)量級(jí)為納秒數(shù)量級(jí)13ABY0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V輸入變量輸入變量輸出變量輸出變量( VDF =0.7V ) 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 &ABY3.2.2 二極管與門(mén)二極管與門(mén)0V3VAB+5VYD1D2R14ABY0V0V 0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3V 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 ABY3.2.3 二極管或門(mén)二極管或門(mén)YD1D2ABR0V3V( VDF =0.7V )151、MOS場(chǎng)效應(yīng)管的類(lèi)型及特性場(chǎng)效應(yīng)管的類(lèi)型及特性N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管管

9、P溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管管N溝道溝道耗盡耗盡型型MOS管管P溝道溝道耗盡耗盡型型MOS管管增強(qiáng)型增強(qiáng)型：耗盡型耗盡型：3.3.1 MOS管的開(kāi)關(guān)特性管的開(kāi)關(guān)特性3.3 CMOS門(mén)電路門(mén)電路 CMOS集成電路中，以金屬集成電路中，以金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（效應(yīng)晶體管（ MOS場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管）作為開(kāi)關(guān)器件。）作為開(kāi)關(guān)器件。16圖圖3.3.1 N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)管的結(jié)構(gòu)和符號(hào) G:柵極柵極 D:漏極漏極 S:源極源極17圖圖3.3.2 N溝道溝道 MOS管共源接法及其輸出特性曲線管共源接法及其輸出特性曲線 (a)共源接法共源接法 (b)輸出特性

10、曲線輸出特性曲線可變電可變電阻區(qū)阻區(qū)恒流區(qū)恒流區(qū)截止區(qū)截止區(qū)18圖圖3.3.3 NMOS管的轉(zhuǎn)移特性曲線管的轉(zhuǎn)移特性曲線可以通過(guò)改變可以通過(guò)改變vGS控制控制iD的大的大小小19圖圖3.3.4 NMOS管的基本開(kāi)關(guān)電路管的基本開(kāi)關(guān)電路vGS VGS(th) 0 (開(kāi)啟電壓）開(kāi)啟電壓）D S導(dǎo)通導(dǎo)通（幾百歐）（幾百歐）vGS VGS(th) 0 (開(kāi)啟電壓）開(kāi)啟電壓）vGS VGS(th) D S斷開(kāi)斷開(kāi)D S導(dǎo)通導(dǎo)通（幾百歐）（幾百歐）vGS VGS(th) VGS(th) D S導(dǎo)通導(dǎo)通（幾百歐）（幾百歐）D S斷開(kāi)斷開(kāi)+VDDRDDSG+VDDSDG253.3.2 CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)

11、和工作原理反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理CMOS電路電路Complementary -Symmetry MOS互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式MOST1(負(fù)載管）負(fù)載管）T2 (驅(qū)動(dòng)管）驅(qū)動(dòng)管）PMOS管管NMOS管管T1 : ONT2: OFFOFFON同一電平同一電平:+VDDSDADSGF一、電路結(jié)構(gòu)：一、電路結(jié)構(gòu)：26“0”(0V)vGS1 VGS (th)P0導(dǎo)通導(dǎo)通+VDDSDAFDSGT1T2PMOSNMOSvGS2VGS (th)P截止截止+VDDSDADSGT1T2PMOSNMOSvGS2 VGS (th)N導(dǎo)通導(dǎo)通“1”(+VDD)F VA= VDD 280VVDD真真 值值 表：表：A

12、F T2 T1 F+VDDSDADSGT1T21 導(dǎo)通導(dǎo)通 截止截止0 0 截止截止 導(dǎo)通導(dǎo)通11AF邏輯式：邏輯式：F=AVDD0V293）CMOS反相器的工作圖解分析反相器的工作圖解分析（考慮兩種極限情況）（考慮兩種極限情況）iDvO0vGSN=VDDvSGP=0驅(qū)動(dòng)管的特性曲線驅(qū)動(dòng)管的特性曲線負(fù)載特性曲線負(fù)載特性曲線工作點(diǎn)工作點(diǎn)vI=VDD時(shí)時(shí)：vI=0 時(shí)時(shí)：iDvO0vSGP=VDDvGSN=0負(fù)載特性曲線負(fù)載特性曲線工作點(diǎn)工作點(diǎn)驅(qū)動(dòng)管的驅(qū)動(dòng)管的特性曲線特性曲線可見(jiàn)，兩種極限可見(jiàn)，兩種極限情況下情況下CMOS反反相器的靜態(tài)功耗相器的靜態(tài)功耗幾乎為零。幾乎為零。優(yōu)點(diǎn)+VDDSDvI D

13、STPTNvOVSGPVGSN+-iD30圖圖3.3.12 CMOS反相反相器的電壓傳輸特性器的電壓傳輸特性二、電壓傳輸特性和電流傳輸特性二、電壓傳輸特性和電流傳輸特性當(dāng)當(dāng)vIvo=VDD;當(dāng)當(dāng)VGS(th) vIvo;當(dāng)當(dāng)vIVDD- VGS(th)時(shí)時(shí):(CD段段)T1=off, T2=on =vo=0;+VDDSDvI DST1T2vO 3132圖圖3.3.12 CMOS反相器的電壓傳輸特性反相器的電壓傳輸特性DDTHVV21轉(zhuǎn)折區(qū)的變化率很大，更轉(zhuǎn)折區(qū)的變化率很大，更接近于理想的開(kāi)關(guān)特性。接近于理想的開(kāi)關(guān)特性。CMOS反相器的輸入端反相器的輸入端噪聲容限較大。噪聲容限較大。二、電壓傳輸

14、特性和電流傳輸特性二、電壓傳輸特性和電流傳輸特性33圖圖3.3.13 CMOS反相器的電流傳輸特性反相器的電流傳輸特性+VDDSDvIDSGT1T2電流傳輸特性電流傳輸特性漏極電流隨漏極電流隨輸入電壓而變化的曲線輸入電壓而變化的曲線.iD34三、輸入端噪聲容限三、輸入端噪聲容限高電平噪聲容限高電平噪聲容限VNH為：為：VNH= VOH（min）-VIH（min） 在保證輸出高、在保證輸出高、低電平不超過(guò)允許低電平不超過(guò)允許限度的條件下，輸限度的條件下，輸入電平的允許波動(dòng)入電平的允許波動(dòng)范圍稱(chēng)為范圍稱(chēng)為輸入噪聲輸入噪聲容限容限。低電平噪聲容限低電平噪聲容限VNL為：為：VNL= VIL（max）

15、-VOL（max）圖圖3.3.14 輸入端噪聲容限示意圖輸入端噪聲容限示意圖35圖圖3.3.15 CMOS反相器反相器輸入噪聲容限與輸入噪聲容限與VDD的關(guān)系的關(guān)系(a)不同不同VDD下的電壓傳輸特性下的電壓傳輸特性 (b)噪聲容限隨噪聲容限隨VDD的變化曲線的變化曲線VDD越高，噪聲容限越大。越高，噪聲容限越大。VNH= VNL= 30% VDD 0.1V0.1V363.3.3 CMOS反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性一、輸入特性一、輸入特性 指從反相器輸入端看進(jìn)去的輸入電壓與輸入電流指從反相器輸入端看進(jìn)去的輸入電壓與輸入電流的關(guān)系。的關(guān)系。由于由于CMOS反向器

16、的柵極和襯底之間有反向器的柵極和襯底之間有SiO2絕緣層，絕緣層，所以所以CMOS反向器正常工作時(shí)，有反向器正常工作時(shí)，有iI=iG=0成立。成立。但絕緣層非常薄，極易擊穿但絕緣層非常薄，極易擊穿 , 所以，制作所以，制作CMOS器件時(shí)，器件時(shí)，集成了集成了“輸入保護(hù)電路輸入保護(hù)電路”, 以以保護(hù)絕緣層不被擊穿。保護(hù)絕緣層不被擊穿。為了正確地處理門(mén)電路與門(mén)電路，以及門(mén)電路與其為了正確地處理門(mén)電路與門(mén)電路，以及門(mén)電路與其它電路之間的連接問(wèn)題，必須了解門(mén)電路輸入端和它電路之間的連接問(wèn)題，必須了解門(mén)電路輸入端和輸出端的輸出端的伏安特性伏安特性，即輸入特性和輸出特性。，即輸入特性和輸出特性。37輸入保

17、護(hù)措施是有限度的，輸入保護(hù)措施是有限度的，使用時(shí)使用時(shí)還必須注意器件的還必須注意器件的正確使用方法。正確使用方法。 D1、D2是保護(hù)二極管，正向壓降是保護(hù)二極管，正向壓降0.7V，反向擊穿電壓，反向擊穿電壓30V。 D1是是P型擴(kuò)散區(qū)和型擴(kuò)散區(qū)和N型襯底間自然形成的分布式二極管結(jié)構(gòu)，型襯底間自然形成的分布式二極管結(jié)構(gòu)，用一條虛線和兩個(gè)二極管表示。用一條虛線和兩個(gè)二極管表示。C1、C2是是TP、TN管柵極等效電容。管柵極等效電容。Rs是限流電阻，阻值是限流電阻，阻值1.52.5k。D1D238 當(dāng)輸入當(dāng)輸入 0 VDD+VDF時(shí)時(shí)：保護(hù)二極管保護(hù)二極管D1導(dǎo)通，輸入電流導(dǎo)通，輸入電流 i I 迅

18、迅速增加，同時(shí)將速增加，同時(shí)將TP、TN管柵極電壓鉗位于管柵極電壓鉗位于VDD+VDF。保證加在。保證加在C2上的電壓，不超過(guò)其耐壓極限。上的電壓，不超過(guò)其耐壓極限。 當(dāng)輸入當(dāng)輸入VIVDF時(shí)：保護(hù)二極管時(shí)：保護(hù)二極管D2導(dǎo)通，導(dǎo)通，|i I| 隨隨|VI|增加而增加而增大。其變化斜率由增大。其變化斜率由RS決定。決定。39 當(dāng)輸入當(dāng)輸入 0 VDD+VDF時(shí)時(shí)：保護(hù)二極管保護(hù)二極管D1導(dǎo)通，輸入電流導(dǎo)通，輸入電流 i I 迅迅速增加，同時(shí)將速增加，同時(shí)將TP、TN管柵極電壓鉗位于管柵極電壓鉗位于VDD+VDF。保證加在。保證加在C2上的電壓，不超過(guò)其耐壓極限。上的電壓，不超過(guò)其耐壓極限。 當(dāng)

19、輸入當(dāng)輸入VIRLRON, VOH=VDD2, VOL=0。52Y=Y1 Y2 Y3任任 0 則則 0全全 1 則則 1RL（外接外接）VDD輸出級(jí)輸出級(jí)YY1Y2Y3A1B1C1A2B2C2A3B3C3&VDDRLYY1Y3Y2533 3、外接電阻阻值的計(jì)算、外接電阻阻值的計(jì)算IHOHLmInIIOHLLDDVRIV(a)外接電阻最大值外接電阻最大值IOHIOHIIH&VDD&VIL&VIL1&RL1ILnm為保證輸出高電平不低為保證輸出高電平不低于規(guī)定的數(shù)值，于規(guī)定的數(shù)值， RL不能不能太大。太大。（a）RL最大值的計(jì)算最大值的計(jì)算)/()(IHOH

20、OHDDLmInIVVRIOH:與非門(mén)截止時(shí)的漏電流。與非門(mén)截止時(shí)的漏電流。54(b)外接電阻最小值外接電阻最小值電阻的最小值受與非門(mén)低電平輸出電流的限制。要保電阻的最小值受與非門(mén)低電平輸出電流的限制。要保證流入與非門(mén)的電流不超過(guò)負(fù)載電流的允許值。極限證流入與非門(mén)的電流不超過(guò)負(fù)載電流的允許值。極限情況：只有一個(gè)與非門(mén)輸出低電平。情況：只有一個(gè)與非門(mén)輸出低電平。IOL IIL&VDD&VIH&VIL0&RL1ILm（b）RL最小值的計(jì)算最小值的計(jì)算ILLOLDDILLLOImRVVImII/ )(max)OLOLII)/()(max)ILOLOLDDLImIVVR

21、55三、三、 CMOS傳輸門(mén)傳輸門(mén)1、電路結(jié)構(gòu)：、電路結(jié)構(gòu)：邏輯邏輯符號(hào)符號(hào)vi /vovo /vi CTGC 如左圖所示，如左圖所示，CMOS傳傳輸門(mén)由一個(gè)輸門(mén)由一個(gè)P溝道溝道MOSFET和一個(gè)和一個(gè)N溝道溝道MOSFET并聯(lián)而成。并聯(lián)而成。 其中，其中，C和和 是一對(duì)是一對(duì)互補(bǔ)的控制信號(hào)。互補(bǔ)的控制信號(hào)。C 傳輸門(mén)傳輸門(mén)(TGTransmissionGate）也是構(gòu)成各種）也是構(gòu)成各種邏輯電路的一種基本單元電路。邏輯電路的一種基本單元電路。vi /vovo /vi T2T1VDDCC562、工作原理：、工作原理：CTG10導(dǎo)通導(dǎo)通01截止截止(2)C=1, =0:(1)C=0, = 1(V

22、DD)：C設(shè)設(shè) 0vi VDD:vi /vovo /vi T2T1VDDCCT1 T2都截止都截止,輸入輸出之間呈輸入輸出之間呈高阻態(tài)高阻態(tài),傳輸門(mén)截止傳輸門(mén)截止；0vi VDD- VGS(th)N時(shí)，時(shí)，T1導(dǎo)通。導(dǎo)通。因此因此,vi在在0和和VDD 之間變化時(shí)之間變化時(shí)T1和和 T2至少有一個(gè)至少有一個(gè)是導(dǎo)通的是導(dǎo)通的,輸入輸出之間呈低阻態(tài)輸入輸出之間呈低阻態(tài),傳輸門(mén)導(dǎo)通。傳輸門(mén)導(dǎo)通。VGS(th)P vi VDD時(shí)，時(shí)，T2導(dǎo)通。導(dǎo)通。573、CMOS傳輸門(mén)的作用：傳輸門(mén)的作用：（1）實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算；）實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算；（2）作為模擬開(kāi)關(guān)，用來(lái)傳輸連續(xù)變化的模擬）作為模擬開(kāi)關(guān)，用來(lái)傳輸連續(xù)變化

23、的模擬信號(hào)；信號(hào)；58三態(tài)輸出三態(tài)輸出:高電平、低電平、高電平、低電平、高阻態(tài)高阻態(tài)。輸輸出出緩緩沖沖器器三態(tài)控制端三態(tài)控制端EN=0T1、T2導(dǎo)通；導(dǎo)通；AY EN=1T1 、T2截止；截止；四、四、 三態(tài)輸出的三態(tài)輸出的CMOS門(mén)電路（門(mén)電路（TS門(mén)）門(mén)）輸出為高阻態(tài)輸出為高阻態(tài)低電平低電平為為工作狀態(tài)工作狀態(tài)59三態(tài)門(mén)電路應(yīng)用三態(tài)門(mén)電路應(yīng)用1作為電路與作為電路與總線（總線（BUS)間的間的接口電路接口電路總線總線E1E2E3用總線用總線分時(shí)分時(shí)傳送若干門(mén)電路的輸出信號(hào)傳送若干門(mén)電路的輸出信號(hào)G1門(mén)工作門(mén)工作G2 門(mén)工作門(mén)工作G3 門(mén)工作門(mén)工作&A1B1E1&A2B2E2&

24、amp;A3B3E3G1G2G360三態(tài)門(mén)應(yīng)用三態(tài)門(mén)應(yīng)用2-實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸01613.3.6 CMOS電路的正確使用電路的正確使用(1)輸入電路的靜電保護(hù)輸入電路的靜電保護(hù)在存貯和運(yùn)輸在存貯和運(yùn)輸CMOS器件時(shí)不要使用易產(chǎn)生靜電高壓的化工器件時(shí)不要使用易產(chǎn)生靜電高壓的化工材料和化纖織物包裝，最好采用金屬屏蔽層作包裝材料；材料和化纖織物包裝，最好采用金屬屏蔽層作包裝材料；組裝、調(diào)試時(shí)，應(yīng)使電烙鐵和其他工具、儀表、工作臺(tái)面等組裝、調(diào)試時(shí)，應(yīng)使電烙鐵和其他工具、儀表、工作臺(tái)面等良好接地。必要時(shí)帶防靜電手套；良好接地。必要時(shí)帶防靜電手套；不同的輸入端不應(yīng)懸空。應(yīng)根據(jù)邏輯要求或接電

25、源不同的輸入端不應(yīng)懸空。應(yīng)根據(jù)邏輯要求或接電源VDD(與非與非門(mén)門(mén))，或接地，或接地(或非門(mén)或非門(mén))， 或與其它輸入端連接。或與其它輸入端連接。(2)輸入電路的過(guò)流保護(hù)輸入電路的過(guò)流保護(hù)輸入端接低內(nèi)阻信號(hào)源時(shí)，應(yīng)在輸入端與信號(hào)源之間串進(jìn)保護(hù)輸入端接低內(nèi)阻信號(hào)源時(shí)，應(yīng)在輸入端與信號(hào)源之間串進(jìn)保護(hù)電阻；電阻；輸入端接有大電容時(shí)，應(yīng)在輸入端與電容之間接入保護(hù)電阻；輸入端接有大電容時(shí)，應(yīng)在輸入端與電容之間接入保護(hù)電阻；62圖圖3.3.43 輸入端接大電容時(shí)的防護(hù)輸入端接大電容時(shí)的防護(hù)圖圖3.3.44 輸入端接長(zhǎng)線時(shí)的防護(hù)輸入端接長(zhǎng)線時(shí)的防護(hù)輸入端接長(zhǎng)線時(shí)，應(yīng)在門(mén)電路的輸入端輸入端接長(zhǎng)線時(shí)，應(yīng)在門(mén)電路的

26、輸入端接入保護(hù)電阻接入保護(hù)電阻。因長(zhǎng)。因長(zhǎng)線上不可避免地伴有分布電容、分布電感，信號(hào)突變時(shí)可能線上不可避免地伴有分布電容、分布電感，信號(hào)突變時(shí)可能產(chǎn)生正、負(fù)振蕩的脈沖。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：產(chǎn)生正、負(fù)振蕩的脈沖。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：RP=VDD/1mA，且當(dāng)長(zhǎng)度，且當(dāng)長(zhǎng)度大于大于10米后，每增加米后，每增加10米，米，RP的值應(yīng)增加的值應(yīng)增加1k。63( (3) )防止鎖定效應(yīng)防止鎖定效應(yīng) 在輸入端和輸出端設(shè)置鉗位電路；在輸入端和輸出端設(shè)置鉗位電路；在在VDD可能出現(xiàn)高壓時(shí)，加電源去耦電路；可能出現(xiàn)高壓時(shí)，加電源去耦電路；多電源供電時(shí)，應(yīng)先接通多電源供電時(shí)，應(yīng)先接通CMOS電源，或最后關(guān)閉電源，或最后關(guān)閉CMOS電

27、路電源。電路電源。 643.3.7 CMOS數(shù)字集成電路的各種系列數(shù)字集成電路的各種系列CMOS門(mén)電路的系列產(chǎn)品：門(mén)電路的系列產(chǎn)品：CC4000/4000B系列（系列（基本的基本的CMOS)54/74HC系列（系列（高速高速CMOS）54/74HCT系列（系列（與與TTL兼容的高速兼容的高速CMOS）54/74AHC系列（系列（改進(jìn)的高速改進(jìn)的高速CMOS ）74LVC系列（系列（低壓低壓CMOS）74ALVC系列（系列（改進(jìn)的低壓改進(jìn)的低壓CMOS）54/74AHCT系列（系列（與與TTL兼容的改進(jìn)高速兼容的改進(jìn)高速CMOS ）TI公司公司產(chǎn)品產(chǎn)品54系列系列74系列系列（工作環(huán)境溫度：（工

28、作環(huán)境溫度：-55+125)（工作環(huán)境溫度：（工作環(huán)境溫度：-40+85)65、是電壓控制元件，、是電壓控制元件，靜態(tài)功耗小靜態(tài)功耗小。3、允許電源電壓范圍、允許電源電壓范圍寬寬（3 18V）。）。4 、扇出系數(shù)、扇出系數(shù)大大，抗噪聲容限，抗噪聲容限大大。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)、工藝簡(jiǎn)單，集成度、工藝簡(jiǎn)單，集成度高高。CMOS集成集成電路是目前的主流器件：電路是目前的主流器件：66習(xí)題：習(xí)題：題題3.5， 3.7(d) ，3.8，3.9。673.5 TTL門(mén)電路門(mén)電路TTL門(mén)電路：輸入和輸出端結(jié)構(gòu)都采門(mén)電路：輸入和輸出端結(jié)構(gòu)都采用了半導(dǎo)體晶體管，稱(chēng)之為用了半導(dǎo)體晶體管，稱(chēng)之為: Transistor Tra

29、nsistor Logic。683.5.1 雙極型三極管的開(kāi)關(guān)特性雙極型三極管的開(kāi)關(guān)特性1、BJT的開(kāi)關(guān)作用的開(kāi)關(guān)作用工作狀態(tài)工作狀態(tài)截截 止止放放 大大飽飽 和和條條 件件iB00iB ICS /工工作作特特點(diǎn)點(diǎn)偏置情況偏置情況發(fā)射結(jié)和集電發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為結(jié)均為反反偏偏發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)正正偏偏集電結(jié)集電結(jié)反反偏偏發(fā)射結(jié)和集電發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為結(jié)均為正正偏偏集電極電流集電極電流iC 0iC iBiC=ICS 管壓降管壓降VCEO VCCVCE =VCC-iCRCVCES 0.20.3Vc、e間等效間等效內(nèi)阻內(nèi)阻相當(dāng)于開(kāi)關(guān)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷斷開(kāi)（很大）開(kāi)（很大）可可 變變 相當(dāng)于開(kāi)關(guān)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉閉合（很

30、?。┖希ê苄。㎞PN型型BJT工作狀態(tài)和特點(diǎn)工作狀態(tài)和特點(diǎn)69BONIBRVviCBCCCCCCCEoRiVRiVvv70五、雙極型三極管的動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)特性五、雙極型三極管的動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)特性71六、六、 三極管反相器三極管反相器RCDR1AY+VCC+3VAY3V0.3V0V3.7V鉗位二極管鉗位二極管 1 0 0 1 1AY 1)為了保證在輸入低電平時(shí)三極管可靠截止，常在基極為了保證在輸入低電平時(shí)三極管可靠截止，常在基極接入接入R2和負(fù)電源和負(fù)電源VEE。-VEER2 2)為了保證在輸入高電平時(shí)三極管工作在深度飽和狀態(tài)，以為了保證在輸入高電平時(shí)三極管工作在深度飽和狀態(tài)，以使輸出電平接近零，電路的參數(shù)

31、必須合適，以保證使輸出電平接近零，電路的參數(shù)必須合適，以保證IB IBS （飽（飽和基極電流）。和基極電流）。720V 5VAY+5V3.3k 1k 10k -8V =20TR1R2RC例例3.5.1 電路及參數(shù)如圖所示，試計(jì)算輸入高、低電平時(shí)電路及參數(shù)如圖所示，試計(jì)算輸入高、低電平時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電平，并說(shuō)明電路參數(shù)的設(shè)計(jì)是否合理。對(duì)應(yīng)的輸出電平，并說(shuō)明電路參數(shù)的設(shè)計(jì)是否合理。VCE(sat)=0.1V121RRRVvvvEEIIB3 . 33 .138IIvvk5 . 2k3 .13103 . 32121RRRRRB由戴維寧等效電路可得：由戴維寧等效電路可得：解：解：731)當(dāng)當(dāng)vI=VIL=

32、0V時(shí)時(shí):V23 . 33 .1380Bv三極管可靠截止三極管可靠截止iC= 0，vO=VCC=5V2)當(dāng)當(dāng)vI=VIH=5V時(shí)時(shí):V8 . 13 . 33 .13855BvmA44. 0A105 . 27 . 08 . 13BBEBBRVvimA25. 0A101201 . 053)(CsatCECCBSRVVIBSBIi 三極管工作在深度飽和狀態(tài)。三極管工作在深度飽和狀態(tài)。 由由1）2）分析可知，電路參數(shù)的設(shè)計(jì)合理。）分析可知，電路參數(shù)的設(shè)計(jì)合理。vO =VCE(sat) 0VAY+5V3.3k 1k 10k -8V =20TR1R2RC743.5.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理反相

33、器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理+5VYR4R2R14kT2R3T4T1T5b1c11k 1.6 k 130AD1D21AY1111111 2 3 4 5 6 714 13 12 11 10 9 8+5V0V一、電路結(jié)構(gòu)與一、電路結(jié)構(gòu)與工作原理工作原理74LS0475+5VYR4R2R14kT2R3T4T1T5b1c11k 1.6 k 130 AD1D2輸入級(jí)輸入級(jí)倒相級(jí)倒相級(jí) 輸出級(jí)輸出級(jí)0.2V3.4V1、當(dāng)輸入、當(dāng)輸入A為低電平為低電平VIL=0.2V時(shí)：時(shí)：0.9V0.2V0.2VT1導(dǎo)通導(dǎo)通，T2截止截止， T5截止，截止，Vc2為高電平，從而為高電平，從而T4導(dǎo)導(dǎo)通，通，輸出為輸出為高電平高

34、電平VOH。VOH=5 VD2-VBE4 -VR2 3.4V(vO)(vI)76+5VYR4R2R14kT2R3T4T1T5b1c11k 1.6 k 130 AD1D2輸入級(jí)輸入級(jí)倒相級(jí)倒相級(jí) 輸出級(jí)輸出級(jí)0.2V3.4V2、當(dāng)輸入、當(dāng)輸入A為高電平為高電平VIH=3.4V時(shí)：時(shí)：電位箝電位箝在在2.1V3.4V4.1V3.4V1.4VT1導(dǎo)通導(dǎo)通,T2導(dǎo)通導(dǎo)通,T5導(dǎo)通導(dǎo)通, T4截止；截止； 輸出為低電平輸出為低電平VOL。1.0VT1:發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)正偏，處于倒發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)正偏，處于倒置放大狀態(tài)置放大狀態(tài)C、E作用顛倒。作用顛倒。(vO)(vI)AY 邏輯功能：邏輯功能：77+

35、5VYR4R2R14kT2R3T4T1T5b1c11k 1.6 k 130 AD1D2輸入級(jí)輸入級(jí)倒相級(jí)倒相級(jí) 輸出級(jí)輸出級(jí)0.2V3.4V輸出級(jí)輸出級(jí)：推拉式電路，有效地降低了輸出級(jí)的靜態(tài)功耗：推拉式電路，有效地降低了輸出級(jí)的靜態(tài)功耗并提高了驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力；并提高了驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力；D1：箝位二極管，抑制輸入端可能出現(xiàn)的負(fù)極性干擾脈：箝位二極管，抑制輸入端可能出現(xiàn)的負(fù)極性干擾脈沖，防止輸入電壓為負(fù)時(shí)沖，防止輸入電壓為負(fù)時(shí)T1的發(fā)射極電流過(guò)大的發(fā)射極電流過(guò)大;D2：確保：確保T5飽和導(dǎo)通時(shí)飽和導(dǎo)通時(shí)T4可靠截止?？煽拷刂?。78圖圖3.5.10 TTL反相器反相器的電壓傳輸特性的電壓傳輸特性二、電

36、壓傳輸特性二、電壓傳輸特性1AY0V5V3.02.01.00.51.01.5VI/VVO/V0ACD EB當(dāng)輸入當(dāng)輸入VIVI0.6V時(shí)，時(shí)，T5截止截止T4導(dǎo)通，但導(dǎo)通，但T2導(dǎo)通放導(dǎo)通放大，輸出大，輸出VO線性下降線性下降;當(dāng)輸入為當(dāng)輸入為1.4V左右時(shí)，左右時(shí)，T5、T2導(dǎo)通，但導(dǎo)通，但T4截止，輸出截止，輸出VO急劇下降為低電平。急劇下降為低電平。當(dāng)輸入繼續(xù)升高，當(dāng)輸入繼續(xù)升高，T5、T2導(dǎo)通，導(dǎo)通，T4截止，輸出截止，輸出VO為為低電平不再變化。低電平不再變化。即輸出電壓隨輸入電壓的變化曲線。即輸出電壓隨輸入電壓的變化曲線。截止區(qū)截止區(qū)線性區(qū)線性區(qū)轉(zhuǎn)折區(qū)轉(zhuǎn)折區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)VTHVTH

37、為閾值電壓或門(mén)檻電壓。為閾值電壓或門(mén)檻電壓。79uo(V)ui(V)123UOH“1”TTL反相器理想的電壓傳輸特性反相器理想的電壓傳輸特性VTH=1.4V80三、輸入端噪聲容限三、輸入端噪聲容限74系列門(mén)電路的系列門(mén)電路的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)為：標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)為：VOH（min）=2.4V, VOL（max）=0.4V, VIH（min）=2V, VIL（max）=0.8V故故VNH=0.4V高電平噪聲容限高電平噪聲容限VNH為：為：VNH= VOH（min）-VIH（min）低電平噪聲容限低電平噪聲容限VNL為：為：VNL= VIL（max）-VOL（max）故故VNL=0.4V813.5.3 TTL反相器

38、的靜態(tài)輸入特性和輸出特性反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性1、輸入電壓為、輸入電壓為VIL時(shí)，相應(yīng)的時(shí)，相應(yīng)的低電平輸?shù)碗娖捷斎腚娏魅腚娏鱅IL約為約為1mA，方向?yàn)榱鞒?。，方向?yàn)榱鞒觥?、輸入電壓為、輸入電壓為VIH時(shí)，相應(yīng)時(shí)，相應(yīng)高電平輸入高電平輸入電流電流IIH約為約為40 A，方向?yàn)榱鬟M(jìn)。，方向?yàn)榱鬟M(jìn)。高電平高電平低電平低電平一、輸入特性一、輸入特性82二、輸出特性二、輸出特性高電平輸出特性高電平輸出特性VOH(MIN)輸出高電平時(shí)，負(fù)載電流的方向?yàn)榱鞒?。輸出高電平時(shí)，負(fù)載電流的方向?yàn)榱鞒?。iL較小時(shí)，較小時(shí)， iL對(duì)對(duì)VOH的影響很小，的影響很小， iL較大時(shí)，較大時(shí)， VOH隨隨iL絕

39、對(duì)值的增加成線性下降。絕對(duì)值的增加成線性下降。由于受功耗的限制，實(shí)際工作中輸出電流由于受功耗的限制，實(shí)際工作中輸出電流IOH不超過(guò)不超過(guò)0.4mA。IOH0.4mA拉電流拉電流83二、輸出特性二、輸出特性低電平輸出特性低電平輸出特性說(shuō)明：輸出低電平時(shí)，負(fù)載電流的方向?yàn)榱鬟M(jìn)。由于說(shuō)明：輸出低電平時(shí)，負(fù)載電流的方向?yàn)榱鬟M(jìn)。由于T5飽和導(dǎo)飽和導(dǎo)通時(shí)通時(shí)c-e間的內(nèi)阻很小，所以負(fù)載電流增加時(shí)間的內(nèi)阻很小，所以負(fù)載電流增加時(shí)VOL 稍有升高，稍有升高， VOL與與iL在較大范圍里成線性。在較大范圍里成線性。0.2IOL16mA灌電流灌電流84輸入輸出特性總結(jié)輸入輸出特性總結(jié)1、無(wú)論是輸入還是輸出，電流和

40、電壓是相、無(wú)論是輸入還是輸出，電流和電壓是相互影響的，其關(guān)系由特性曲線確定?；ビ绊懙?，其關(guān)系由特性曲線確定。2、在實(shí)際工作中，當(dāng)電流變化時(shí)會(huì)影響電、在實(shí)際工作中，當(dāng)電流變化時(shí)會(huì)影響電壓的值，當(dāng)電壓的變化超出壓的值，當(dāng)電壓的變化超出0和和1的邏輯的邏輯定義時(shí)，它就是無(wú)效的！定義時(shí)，它就是無(wú)效的！85應(yīng)用舉例：例應(yīng)用舉例：例3.5.2G1可以驅(qū)動(dòng)多少個(gè)可以驅(qū)動(dòng)多少個(gè)TTL門(mén)？門(mén)？其中其中VOH 3.2V，VOL 0.2V0iLiIiI=1mAiL=16mAiL=N iIN iI=16mAN=161VOHiL=7.5mAiL=0.4mAiLiIiI=40 AiL=iI NiI N=0.4mAN=10

41、N=10扇出系數(shù)扇出系數(shù)扇出系數(shù)：扇出系數(shù)：與非門(mén)電路輸出能驅(qū)動(dòng)同類(lèi)門(mén)的個(gè)數(shù)。與非門(mén)電路輸出能驅(qū)動(dòng)同類(lèi)門(mén)的個(gè)數(shù)。86三、輸入端負(fù)載特性三、輸入端負(fù)載特性1AY11BY2R1BY2Rp問(wèn)題：?jiǎn)栴}：這時(shí)，輸入這時(shí)，輸入B是是“1”還是還是“0”？871BY2Rp Rp R1+RpVi=(VCC-0.7V)RpViRp 1.45k 相當(dāng)于輸入高電平。相當(dāng)于輸入高電平。1.4V懸空引腳等效為懸空引腳等效為輸入高電平輸入高電平1Vi =1.4V時(shí)，時(shí)，T2、T5飽和導(dǎo)通飽和導(dǎo)通1.45k 88IHIHOHPIVVR)min(由輸入特性得由輸入特性得IIH=0.04mAk351004002433-P.RI

42、IH89OLILPILBECCVVRRVvV(max)1(max)11(max)1(max)R-VvVVVRILBECCOLILPIILIIL(max)ILOLPILVVRI0.69kPR90習(xí)題：題習(xí)題：題3.11913.5.4 TTL反相器的反相器的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性tuiotuoo50%50%tPHLtPLH導(dǎo)通傳輸導(dǎo)通傳輸時(shí)間時(shí)間截止傳輸截止傳輸時(shí)間時(shí)間波形邊沿變壞波形邊沿變壞有延遲變化有延遲變化uo 平均傳輸時(shí)間平均傳輸時(shí)間（Propagation delay)tpd=tPHL + tPLH2典型值：典型值：3 10 ns一、傳輸延遲時(shí)間一、傳輸延遲時(shí)間92二、交流噪聲容限二、交流噪聲

43、容限 由于由于TTL電路中存在三極管的開(kāi)關(guān)時(shí)間和分布電電路中存在三極管的開(kāi)關(guān)時(shí)間和分布電容的充放電過(guò)程，因而輸入信號(hào)狀態(tài)變化時(shí)必須有足容的充放電過(guò)程，因而輸入信號(hào)狀態(tài)變化時(shí)必須有足夠的變化幅度和作用時(shí)間才能使輸出狀態(tài)改變。夠的變化幅度和作用時(shí)間才能使輸出狀態(tài)改變。當(dāng)輸當(dāng)輸入信號(hào)為入信號(hào)為窄脈沖窄脈沖，而且脈沖寬度接近于門(mén)電路傳輸延，而且脈沖寬度接近于門(mén)電路傳輸延遲時(shí)間的情況下，為使輸出狀態(tài)改變所遲時(shí)間的情況下，為使輸出狀態(tài)改變所需要的脈沖幅需要的脈沖幅度將遠(yuǎn)大于信號(hào)為直流（寬脈沖）時(shí)所需要的信號(hào)變度將遠(yuǎn)大于信號(hào)為直流（寬脈沖）時(shí)所需要的信號(hào)變化幅度化幅度。因此，門(mén)電路對(duì)這類(lèi)窄脈沖的噪聲容限。因

44、此，門(mén)電路對(duì)這類(lèi)窄脈沖的噪聲容限交流噪聲容限交流噪聲容限高于前面講過(guò)的直流噪聲容限。高于前面講過(guò)的直流噪聲容限。 絕大多數(shù)絕大多數(shù)TTL門(mén)電路的傳輸延遲時(shí)間都在門(mén)電路的傳輸延遲時(shí)間都在50ns以?xún)?nèi)，所以當(dāng)以?xún)?nèi)，所以當(dāng)輸入脈沖的寬度達(dá)到微秒數(shù)量級(jí)輸入脈沖的寬度達(dá)到微秒數(shù)量級(jí)時(shí)，時(shí)，在信號(hào)作用時(shí)間內(nèi)電路已達(dá)到穩(wěn)態(tài)，應(yīng)將輸入信號(hào)在信號(hào)作用時(shí)間內(nèi)電路已達(dá)到穩(wěn)態(tài)，應(yīng)將輸入信號(hào)按按直流信號(hào)直流信號(hào)處理。處理。93（a）正脈沖噪聲容限）正脈沖噪聲容限（b）負(fù)脈沖噪聲容限）負(fù)脈沖噪聲容限圖中圖中tw表示輸入脈沖寬度，表示輸入脈沖寬度，VNA表示輸入脈沖幅度。表示輸入脈沖幅度。 在圖（在圖（a）中將輸出高電）中

45、將輸出高電平降至平降至2.0V時(shí)對(duì)應(yīng)的（某一寬時(shí)對(duì)應(yīng)的（某一寬度的）輸入正脈沖幅度定義為度的）輸入正脈沖幅度定義為正脈沖噪聲容限正脈沖噪聲容限。 在圖（在圖（b）中將輸出低電）中將輸出低電平升至平升至0.8V時(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的（某一寬（某一寬度的）輸入負(fù)脈沖幅度定義為度的）輸入負(fù)脈沖幅度定義為負(fù)脈沖噪聲容限負(fù)脈沖噪聲容限。注意：交流噪聲容限實(shí)際上也反注意：交流噪聲容限實(shí)際上也反映了門(mén)電路對(duì)輸入信號(hào)的脈寬和映了門(mén)電路對(duì)輸入信號(hào)的脈寬和幅度的要求。幅度的要求。圖圖3.5.22TTL反相器的交流噪聲容限反相器的交流噪聲容限正脈沖使反相器的輸出高電平下降；正脈沖使反相器的輸出高電平下降；負(fù)脈沖使反相器的

46、輸出低電平升高。負(fù)脈沖使反相器的輸出低電平升高。94三、電源的動(dòng)態(tài)尖峰電流三、電源的動(dòng)態(tài)尖峰電流 通過(guò)計(jì)算可以證明，通過(guò)計(jì)算可以證明，TTL門(mén)電路在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下，門(mén)電路在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下，輸出電平不同時(shí)，它從電源所取的電流也不一樣。輸出電平不同時(shí)，它從電源所取的電流也不一樣。 若若輸入為高電平輸入為高電平， 則則T1 、T2和和T5導(dǎo)通，導(dǎo)通，T4截止，輸出低電平，電截止，輸出低電平，電源電流源電流ICCL等于等于iB1和和iC2之和。之和。21CBCCLiiI2211RvVRvVCCCBCCmA4 . 3106 . 18 . 051041 . 25332.1V0.8V95三、電源的動(dòng)態(tài)尖峰電流三、電

47、源的動(dòng)態(tài)尖峰電流 若若輸入低電平輸入低電平(0.2V)，則，則T1和和T4導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2和和T5截截止，輸出高電平，電源電流止，輸出高電平，電源電流ICCH等于等于iB1 。如果。如果T1發(fā)發(fā)射結(jié)的導(dǎo)通電壓為射結(jié)的導(dǎo)通電壓為0.7V，則，則VB1=0.9V，于是得到：，于是得到：1BCCHiI11RvVBCCmA11049 .05396 動(dòng)態(tài)情況下，特別是在輸出電壓由動(dòng)態(tài)情況下，特別是在輸出電壓由低電平突變?yōu)榈碗娖酵蛔優(yōu)楦唠娖礁唠娖降倪^(guò)程中，由于的過(guò)程中，由于T5原來(lái)在深度飽和狀態(tài)，所以原來(lái)在深度飽和狀態(tài)，所以T4的導(dǎo)通必然先于的導(dǎo)通必然先于T5的截止，這樣就出現(xiàn)了短時(shí)間內(nèi)的截止，這樣就出現(xiàn)

48、了短時(shí)間內(nèi)T4和和T5同時(shí)導(dǎo)通的狀態(tài)，有很大的瞬時(shí)電流流經(jīng)同時(shí)導(dǎo)通的狀態(tài)，有很大的瞬時(shí)電流流經(jīng)T4和和T5，使電源電流出現(xiàn)，使電源電流出現(xiàn)尖峰脈沖尖峰脈沖。電源電流的最大瞬時(shí)值：電源電流的最大瞬時(shí)值：ICCM=iC4+ iB4+ iB1=34.7mA電源尖峰電流帶來(lái)的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面電源尖峰電流帶來(lái)的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:使電源的平均電流增加使電源的平均電流增加,且信號(hào)頻率越高、門(mén)電路的且信號(hào)頻率越高、門(mén)電路的傳輸延遲時(shí)間傳輸延遲時(shí)間tPLH越長(zhǎng)，電越長(zhǎng)，電流平均值增加越多。流平均值增加越多。多個(gè)門(mén)電路同時(shí)轉(zhuǎn)換狀多個(gè)門(mén)電路同時(shí)轉(zhuǎn)換狀態(tài)時(shí)，尖峰電流將增大，態(tài)時(shí)，尖峰電流將增大，形成系統(tǒng)內(nèi)

49、部噪聲。形成系統(tǒng)內(nèi)部噪聲。97例例3.5.4 若若74系列系列TTL反相器的電路參數(shù)如圖反相器的電路參數(shù)如圖3.5.9所所給出，并知給出，并知tPHL=15ns，試計(jì)算在，試計(jì)算在f=5MHz的矩形波輸?shù)木匦尾ㄝ斎腚妷盒盘?hào)作用下電源電流的平均值。輸入電壓信號(hào)入電壓信號(hào)作用下電源電流的平均值。輸入電壓信號(hào)的占空比（高電平持續(xù)時(shí)間與周期之比）為的占空比（高電平持續(xù)時(shí)間與周期之比）為50%。)(21)(21CCLCCMPLHCCLCCHCCAVIItfIII考慮電源動(dòng)態(tài)尖峰電流的影響之后，電源電流的考慮電源動(dòng)態(tài)尖峰電流的影響之后，電源電流的平均值為：平均值為：解：解：mA37. 3mA)17. 12

50、 . 2()4 . 37 .34(101510521)4 . 31 (2196CCAVI983.5.5 其它類(lèi)型的其它類(lèi)型的TTL門(mén)電路門(mén)電路多發(fā)射極三極管多發(fā)射極三極管一、其它邏輯功能的門(mén)電路一、其它邏輯功能的門(mén)電路99圖圖3.2.29 TTL或非門(mén)電路或非門(mén)電路100101102二、集電極開(kāi)路的門(mén)電路（二、集電極開(kāi)路的門(mén)電路（OC門(mén)門(mén)）1 . 問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出&ABEF&CDG 能否能否“線與線與”？（Open Collector)103推拉式輸出電路結(jié)構(gòu)推拉式輸出電路結(jié)構(gòu)的的TTL與非門(mén)的與非門(mén)的輸出電阻很低。輸出電阻很低。i功耗功耗可能使門(mén)可能使門(mén)電路損壞電路損壞i

51、UOL不允許不允許直接直接“線線與與”&ABEF&CDG與非門(mén)與非門(mén) “關(guān)門(mén)關(guān)門(mén)”與非門(mén)與非門(mén) “開(kāi)門(mén)開(kāi)門(mén)”+5VR4R2T3T4T5100 750 3k R3UOH+5VR4R2T3T4T5100 750 3k R3UOL1042 . 集電極開(kāi)路與非門(mén)電路結(jié)構(gòu)集電極開(kāi)路與非門(mén)電路結(jié)構(gòu)+5VYR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC去掉去掉標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)TTL與非門(mén)與非門(mén)105Y = ABC&符號(hào)：符號(hào)：集電極集電極懸空懸空RL（外接）（外接）VCCYT5+5VR2R13kT2R3T1b1c1ABC&工作時(shí)輸出端需外接上拉負(fù)載工作時(shí)輸出端需外接上拉負(fù)

52、載電阻電阻 RL和電源和電源 。2 . 集電極開(kāi)路與非門(mén)電路結(jié)構(gòu)集電極開(kāi)路與非門(mén)電路結(jié)構(gòu)只要只要RL和電源電壓的數(shù)值選擇得當(dāng)，就能既保證輸出的高和電源電壓的數(shù)值選擇得當(dāng)，就能既保證輸出的高、低電平符合要求，輸出端三極管的負(fù)載電流又不過(guò)大。、低電平符合要求，輸出端三極管的負(fù)載電流又不過(guò)大。1063、OC門(mén)外接負(fù)載電阻門(mén)外接負(fù)載電阻RL的計(jì)算的計(jì)算“1”RLVILVILIOHIOHIIHIIHILn個(gè)個(gè)OC門(mén)門(mén)m個(gè)個(gè)TTL與非與非門(mén)的輸入端門(mén)的輸入端驅(qū)動(dòng)拉電驅(qū)動(dòng)拉電流負(fù)載流負(fù)載IOH:每個(gè)每個(gè)OC門(mén)輸出三極門(mén)輸出三極管管T5截止時(shí)截止時(shí)的漏電流的漏電流IIH:負(fù)載負(fù)載門(mén)每個(gè)輸門(mén)每個(gè)輸入端的高入端的

53、高電平輸入電平輸入電流電流&VCC&107 為保證輸出高電平不低于規(guī)定的為保證輸出高電平不低于規(guī)定的VOH值值 ，RL不宜不宜選得過(guò)大。由以上分析列出選得過(guò)大。由以上分析列出RL最大值的公式：最大值的公式：IHOHOHCCLmInIVVR(min)(max)(1)(IHOHLCCLLCCOHmInIRVIRVV(min)(OHIHOHLCCVmInIRVIHOHOHCCLmInIVVR(min)108“0”VIHVILIILIILILn個(gè)個(gè)OC門(mén)門(mén)m個(gè)個(gè)TTL與非與非門(mén)的數(shù)目門(mén)的數(shù)目驅(qū)動(dòng)灌電驅(qū)動(dòng)灌電流負(fù)載流負(fù)載IOL:OC門(mén)門(mén)低電平輸?shù)碗娖捷敵鲭娏鞒鲭娏鱅IL:每個(gè)負(fù)每個(gè)負(fù)載門(mén)

54、的低載門(mén)的低電平輸入電平輸入電流電流IOL&VCC&RL109 在最壞情況下，只有一個(gè)在最壞情況下，只有一個(gè)OC門(mén)導(dǎo)通，流過(guò)門(mén)導(dǎo)通，流過(guò)RL的電的電流和負(fù)載電流全部灌入該導(dǎo)通的流和負(fù)載電流全部灌入該導(dǎo)通的OC門(mén)中，所以門(mén)中，所以RL的值的值不可太小，以確保灌入導(dǎo)通不可太小，以確保灌入導(dǎo)通OC門(mén)的電流不超過(guò)最大允門(mén)的電流不超過(guò)最大允許的負(fù)載電流許的負(fù)載電流ILM。由以上分析可列出。由以上分析可列出RL最小值的公式：最小值的公式：ILLMOLCCtotalILLMOLCCLImIVVIIVVR)(min)(2)所以，所以，RL(min) RL RL(max)(totalILLOLC

55、COLIRVVILMtotalILLOLCCIIRVV)(根據(jù)要求：根據(jù)要求：110IHOHOHCCLmInIVVR(min)(max)ILLMOLCCtotalILLMOLCCLImIVVIIVVR)(min)3、OC門(mén)外接負(fù)載電阻門(mén)外接負(fù)載電阻RL的計(jì)算的計(jì)算說(shuō)明：說(shuō)明：負(fù)載門(mén)為負(fù)載門(mén)為T(mén)TL與非門(mén)電路的與輸入端與非門(mén)電路的與輸入端并聯(lián)時(shí)，并聯(lián)時(shí)，m 指負(fù)載門(mén)的個(gè)數(shù)。指負(fù)載門(mén)的個(gè)數(shù)。111例例3.5.5 試為圖試為圖3.5.37電路中的外接負(fù)載電阻電路中的外接負(fù)載電阻RL選定合適選定合適的阻值。已知的阻值。已知G1、G2為為OC門(mén)，輸出管截止時(shí)的漏電流門(mén)，輸出管截止時(shí)的漏電流為為IOH=2

56、00 A，輸出管導(dǎo)通時(shí)允許的最大負(fù)載電流，輸出管導(dǎo)通時(shí)允許的最大負(fù)載電流IOL(max)=16mA。 G3、G4 和和G5均為均為74系列與非門(mén)，它們系列與非門(mén)，它們的低電平輸入電流的低電平輸入電流IIL= -1mA，高電平輸入電流，高電平輸入電流IIH=40 A。給定。給定VCC=5V，要求，要求OC門(mén)輸出的高電平門(mén)輸出的高電平VOH3.0V，低電平低電平VOL0.4V。解：解：IHOHOHCCLmInIVVR(min)(max)k63. 2k04. 092 . 0235k35.0k13164 .05(min)ILLMOLCCLImIVVR112三三 、三態(tài)輸出門(mén)電路（三態(tài)輸出門(mén)電路（TS門(mén)

57、門(mén)）(Three State)三種輸三種輸出狀態(tài)出狀態(tài)高電平高電平低電平低電平高阻狀態(tài)（禁止?fàn)顟B(tài)）高阻狀態(tài)（禁止?fàn)顟B(tài)）三態(tài)輸出門(mén)三態(tài)輸出門(mén)是在普通門(mén)電路的基礎(chǔ)上是在普通門(mén)電路的基礎(chǔ)上附加附加控制電路控制電路而構(gòu)成。而構(gòu)成。1131 . 三態(tài)與非門(mén)電路結(jié)構(gòu)三態(tài)與非門(mén)電路結(jié)構(gòu)控制端控制端DENEN1(使能端使能端:Enable）AB輸入端輸入端+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5114 2 . 工作原理工作原理F“1”3.4V截止截止“0”0.3V與非工作狀態(tài)與非工作狀態(tài)（1） EN =“0”+5VR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABDENEN1ABF0E 時(shí)時(shí)：115F“0”

58、0.3V“1”3.4V截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止（2） EN =“1”高阻狀態(tài)高阻狀態(tài)（禁止?fàn)顟B(tài)）（禁止?fàn)顟B(tài)）+5VR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5ABDENEN1 E=“1”時(shí)：時(shí)：F = Z (高阻狀態(tài)高阻狀態(tài))1V116符號(hào)：符號(hào)：功能表：功能表：0 ABF （工作狀態(tài)工作狀態(tài)）輸出輸出EN接接低電平低電平時(shí)時(shí)為工作狀態(tài)為工作狀態(tài)1 高阻狀態(tài)高阻狀態(tài)（禁止?fàn)顟B(tài)）（禁止?fàn)顟B(tài)） YABEN EN&117若去掉使能端的非門(mén)：若去掉使能端的非門(mén)：DEN控制端控制端(使能端使能端:Enable）+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5AB輸入端輸入端EN=0：F=Z (高阻狀

59、態(tài)高阻狀態(tài))ABFEN 時(shí)：1 YABEN EN&1183.5.6 TTL數(shù)字集成電路的各種系列數(shù)字集成電路的各種系列 前面介紹的前面介紹的TTL電路是一個(gè)典型的電路電路是一個(gè)典型的電路,它基本上它基本上是國(guó)產(chǎn)是國(guó)產(chǎn)CT1000(相當(dāng)于國(guó)際相當(dāng)于國(guó)際74)系列產(chǎn)品。系列產(chǎn)品。TTL電路電路的一個(gè)重要性能指標(biāo)就是的一個(gè)重要性能指標(biāo)就是速度速度-功耗積，功耗積，即對(duì)于一個(gè)即對(duì)于一個(gè)高質(zhì)量的門(mén)電路，高質(zhì)量的門(mén)電路，既要求工作速度高，又要求其功既要求工作速度高，又要求其功耗小。耗小。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)TTL電路的設(shè)計(jì)者一直在電路的設(shè)計(jì)者一直在不斷努力，對(duì)原有電路進(jìn)行了多方面的改進(jìn)

60、，相繼不斷努力，對(duì)原有電路進(jìn)行了多方面的改進(jìn)，相繼開(kāi)發(fā)出了：開(kāi)發(fā)出了：CT2000（74H）、）、CT3000（74S）、）、CT4000（74LS）。）。一、一、74H系列系列 74H系列又稱(chēng)高系列又稱(chēng)高速系列，和速系列，和74系列系列相比主要是減小了相比主要是減小了電路中各電阻值。電路中各電阻值。1191、改進(jìn)之一：引入肖特基二極管、改進(jìn)之一：引入肖特基二極管SBD 74H系列門(mén)電路的系列門(mén)電路的平均傳輸延遲時(shí)間平均傳輸延遲時(shí)間比比74系列縮系列縮短了一半，但電路的短了一半，但電路的電源平均電流電源平均電流約增加了一倍。即約增加了一倍。即延遲延遲-功耗積未得到改善，已被淘汰。功耗積未得到改善，已被淘汰。二、二、74S系列系列 74S系列又稱(chēng)肖特基（系列又稱(chēng)肖特基（Schottky）系列。）系列。 通過(guò)對(duì)通過(guò)對(duì)74系列電路的動(dòng)態(tài)分析發(fā)現(xiàn)，影響其工作系列電路的動(dòng)態(tài)分析發(fā)