第3章邏輯門電路.PPT(恢復(fù))

1、（2-1）第三章第三章 門電路門電路3.1 概述概述3.2 基本邏輯門電路基本邏輯門電路3.3 TTL邏輯門邏輯門3.4 其它類型的其它類型的TTL門電路門電路3.5 MOS門電路門電路（2-2）3.1 概述概述門電路的作用：門電路的作用：是用以實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系的電子電是用以實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系的電子電路，與基本邏輯關(guān)系相對應(yīng)。路，與基本邏輯關(guān)系相對應(yīng)。門電路的主要類型：門電路的主要類型：與門、或門、與非門、或與門、或門、與非門、或非門、異或門等。非門、異或門等。門電路的輸出狀態(tài)與賦值對應(yīng)關(guān)系：門電路的輸出狀態(tài)與賦值對應(yīng)關(guān)系：正邏輯：正邏輯：高電位對應(yīng)高電位對應(yīng)“1”；低電位對應(yīng)；低電位對應(yīng)“0”。混合邏

2、輯：混合邏輯：輸入用正邏輯、輸出用負(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：高電位對應(yīng)高電位對應(yīng)“0”；低電位對應(yīng)；低電位對應(yīng)“1”。（2-3）100VVcc在數(shù)字電路中，對電壓值為多少并不重要，在數(shù)字電路中，對電壓值為多少并不重要，只要能判斷高低電平即可。只要能判斷高低電平即可。K開開-VO輸出高電平，對應(yīng)輸出高電平，對應(yīng)“1” 。K合合-VO輸出低電平，對應(yīng)輸出低電平，對應(yīng)“0” 。VOKVccR V V（2-4）門門(電子開關(guān)電子開關(guān))滿足一定條件時，電路允滿足一定條件時，電路允 許信號

3、通過許信號通過 開關(guān)接通開關(guān)接通 。開門狀態(tài)：開門狀態(tài)：關(guān)門狀態(tài)：關(guān)門狀態(tài)：條件不滿足時，信號通不條件不滿足時，信號通不過過 開關(guān)斷開開關(guān)斷開 。（2-5）開關(guān)開關(guān)作用作用二極管二極管反向截止：反向截止：開關(guān)接通開關(guān)接通開關(guān)斷開開關(guān)斷開三極管三極管（C,E)飽和區(qū)：飽和區(qū)： 截止區(qū)：截止區(qū)：開關(guān)接通開關(guān)接通CEB開關(guān)斷開開關(guān)斷開 正向?qū)ǎ赫驅(qū)ǎ?CEB（2-6）3.2半導(dǎo)體二極管門電路半導(dǎo)體二極管門電路3.2.1二極管的開關(guān)特性二極管的開關(guān)特性 1.二極管開關(guān)原理二極管開關(guān)原理 由于半導(dǎo)體二極管具有單向?qū)щ娦?，即外加正向由于半?dǎo)體二極管具有單向?qū)щ娦?，即外加正向電壓時導(dǎo)通，外加反向電壓時

4、截止，所以它相當(dāng)于電壓時導(dǎo)通，外加反向電壓時截止，所以它相當(dāng)于一個受外加電壓極性控制的開關(guān)。一個受外加電壓極性控制的開關(guān)。DRVCCvivo+-二極管開關(guān)電路二極管開關(guān)電路0tv二極管伏安特性二極管伏安特性二極管伏安特性方程二極管伏安特性方程 ： i=Is（eV/VT-1）（2-7）2.二極管的近似伏安特性和對應(yīng)的等效電路二極管的近似伏安特性和對應(yīng)的等效電路 由二極管伏安特性方程和曲線可以看出，半導(dǎo)由二極管伏安特性方程和曲線可以看出，半導(dǎo)體二極管反向電阻不是無窮大，正向電阻也不是體二極管反向電阻不是無窮大，正向電阻也不是0。而且，電壓和電流之間是非線性關(guān)系。此外，由而且，電壓和電流之間是非線性

5、關(guān)系。此外，由于存在著于存在著PN結(jié)表面的漏電阻以及半導(dǎo)體的體電阻，結(jié)表面的漏電阻以及半導(dǎo)體的體電阻，所以真正的二極管的伏安特性與上面給出的還略所以真正的二極管的伏安特性與上面給出的還略有差別。有差別。 因此，因此，在分析二極管組成的電路時，通常需要通在分析二極管組成的電路時，通常需要通過近似的分析來判斷二極管的開關(guān)狀態(tài)。過近似的分析來判斷二極管的開關(guān)狀態(tài)。為此，為此，必須利用近似的簡化特性或電路模型，以簡化分必須利用近似的簡化特性或電路模型，以簡化分析和計(jì)算過程。析和計(jì)算過程。（2-8）a.當(dāng)外加電源當(dāng)外加電源電壓和電阻相電壓和電阻相對二極管的導(dǎo)對二極管的導(dǎo)通電壓和正向通電壓和正向電阻均在同

6、一電阻均在同一數(shù)量級時的等數(shù)量級時的等效。效。b.當(dāng)正向電壓不能忽略時的等效當(dāng)正向電壓不能忽略時的等效c.當(dāng)正向電壓和導(dǎo)通電阻均可忽略時的等效當(dāng)正向電壓和導(dǎo)通電阻均可忽略時的等效（2-9）3.二極管的開關(guān)時間：二極管的開關(guān)時間：加于二極管上的電壓波形加于二極管上的電壓波形二極管上產(chǎn)生的相應(yīng)電流波形二極管上產(chǎn)生的相應(yīng)電流波形二極管由截止到飽和二極管由截止到飽和二極管由飽和到二極管由飽和到截止截止（2-10）3.2.2 二極管與門電路二極管與門電路 FD1D2AB+12VuAuBuF0V0V0.3V0V3V0.3V3V0V0.3V3V3V3.3V邏輯變量邏輯變量邏輯函數(shù)邏輯函數(shù)( uD=0.3V

7、)（2-11）uAuBuF0V0V0.3V0V3V0.3V3V0V0.3V3V3V3.3V0 0 00 1 0 A B F1 0 01 1 1邏輯式：邏輯式：F=A B邏輯符號：邏輯符號：&ABF（2-12）3.2.3二極管或門二極管或門uAuBuF0V0V-0.3V0V3V2.7V3V0V2.7V3V3V2.7VFD1D2AB-12V（2-13）uAuBuF0V0V-0.3V0V3V2.7V3V0V2.7V3V3V2.7V0 0 00 1 1 A B F1 0 11 1 1邏輯式：邏輯式：F=A+B邏輯符號：邏輯符號： ABF（2-14）3.5 TTL門電路（門電路（P109）數(shù)字集成電路：

8、數(shù)字集成電路：在一塊半導(dǎo)體基片上制作出一個在一塊半導(dǎo)體基片上制作出一個完整的邏輯電路所需要的全部元件和連線。完整的邏輯電路所需要的全部元件和連線。使用時接：電源、輸入和輸出。數(shù)字集成電使用時接：電源、輸入和輸出。數(shù)字集成電路具有體積小、可靠性高、速度快、而且價路具有體積小、可靠性高、速度快、而且價格便宜的特點(diǎn)。格便宜的特點(diǎn)。TTL型電路：型電路：輸入和輸出端結(jié)構(gòu)都采用了半導(dǎo)體晶輸入和輸出端結(jié)構(gòu)都采用了半導(dǎo)體晶體管，稱之為體管，稱之為: Transistor Transistor Logic。（2-15）uFt0.3VtruAt-VB1+VB2R1R2AF+ucc+ucc3.5.1雙極型三極管的

9、開關(guān)特性（雙極型三極管的開關(guān)特性（P109）iCttdtftsIcs0.9Ics三極管三極管截止截止飽和飽和集電極飽和電流集電極飽和電流Ics=Vcc/R1基極臨界飽和電流基極臨界飽和電流 IBS=Vcc/R1若若I=(VA-VBE)/R2IBS,則三極管飽和。則三極管飽和。一、一、三極管的開關(guān)特性三極管的開關(guān)特性（2-16）R1DR2AF+12V +3V二、三極管反相器二、三極管反相器uAuF3V0.30V3.3鉗位二極管鉗位二極管（2-17）uAuF3V0.30V3.3AF0110邏輯式：邏輯式：AF 邏輯符號：邏輯符號：1AF（2-18）R1DR2F+12V +3V三極管非門三極管非門D

10、1D2AB+12V二極管與門二極管與門三、二極管、三極管電路與非門三、二極管、三極管電路與非門邏輯式：邏輯式：BAF &ABF邏輯符號：邏輯符號：（2-19）CBAF 3.5.2TTL與非門的電路結(jié)構(gòu)和工作原理與非門的電路結(jié)構(gòu)和工作原理一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)TTL與非門的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與非門的內(nèi)部結(jié)構(gòu)+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC360 3k750 100 （2-20）輸入級輸入級輸出級輸出級中間級中間級+5VABCR1T1R2T2R3FR4R5T3T4T5T1 多發(fā)射極晶多發(fā)射極晶體管：體管：實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)“與與”運(yùn)算。運(yùn)算。（2-21）+5VABCR1T1R2T2R3FR

11、4R5T3T4T5“非非”復(fù)合管形式復(fù)合管形式與非門與非門輸出級輸出級“與與”（2-22）1. 任一輸入為低電平（任一輸入為低電平（0.3V）時）時“0”0.7V不足以讓不足以讓T2、T5導(dǎo)通導(dǎo)通+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC360 3k750 100 三個三個PN結(jié)結(jié)導(dǎo)通需導(dǎo)通需2.1V（2-23）+5VFR4R2R13kR5R3T3T4T1T5b1c1ABC0.7V“0”uouo=5-uR2-ube3-ube4 3.4V 高電平！高電平！邏輯關(guān)系：邏輯關(guān)系：任任0則則1。（2-24）+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC“1”

12、全導(dǎo)通全導(dǎo)通電位被鉗電位被鉗在在2.1V全反偏全反偏 1V截止截止2. 輸入全為高電平（輸入全為高電平（3.4V）時）時（2-25）+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC全反偏全反偏“1”飽和飽和uF =0.3VABCF 輸入、輸出的邏輯關(guān)系式：輸入、輸出的邏輯關(guān)系式：邏輯關(guān)系：邏輯關(guān)系：全全1則則0。（2-26）二、電壓傳輸特性二、電壓傳輸特性測試電路測試電路&+5Vuiuo（2-27）uo(V)ui(V)123UOH(3.4V)UOL(0.3V)傳輸特性曲線傳輸特性曲線uo(V)ui(V)123UOH“1”UOL(0.3V)閾值閾值UT=1.4V理想的傳輸特性理想的傳輸特性輸出

13、高電平輸出高電平輸出低電平輸出低電平UOH（min）（2.4V）UIL（max），（，（2V）UOL（max）UIH（min）VNLVNHUOL(max)UOH(min)（2-28）1. 輸出高電平輸出高電平UOH、輸出低電平、輸出低電平UOL UOH 2.4V UOL 0.4V 便認(rèn)為合格。便認(rèn)為合格。 典型值典型值UOH=3.4V UOL=0.3V 。 2. 閾值電壓閾值電壓UTuiUT時，認(rèn)為時，認(rèn)為ui是高電平。是高電平。UT =1.4V（2-29）三、輸入端的噪聲容限三、輸入端的噪聲容限從電壓傳輸特性上可以看到，當(dāng)輸入信號偏離正從電壓傳輸特性上可以看到，當(dāng)輸入信號偏離正常的低電平（常

14、的低電平（0.3V）而升高時，輸出的高電平并）而升高時，輸出的高電平并不立刻改變；同樣，當(dāng)輸入高電平偏離正常值不立刻改變；同樣，當(dāng)輸入高電平偏離正常值（3.4V）而下降時，輸出低電平也不會馬上改變。）而下降時，輸出低電平也不會馬上改變。因此，允許的高低電平信號各有一個波動范圍。因此，允許的高低電平信號各有一個波動范圍。 輸入端噪聲容限：輸入端噪聲容限： 在保證輸出高、低電平基本不變的條件在保證輸出高、低電平基本不變的條件下，輸入電平的允許波動范圍。下，輸入電平的允許波動范圍。 在由許多門電路互相連接組成的數(shù)字系統(tǒng)中，往往前在由許多門電路互相連接組成的數(shù)字系統(tǒng)中，往往前一級門電路的輸出就是后一級

15、門電路的輸入。所以輸入一級門電路的輸出就是后一級門電路的輸入。所以輸入端的噪聲容限可用下圖示意。端的噪聲容限可用下圖示意。（2-30）圖中先確定工作門輸出高圖中先確定工作門輸出高電平的最小值電平的最小值VOH（min）（TTL為為2.4V），最大輸），最大輸出低電平出低電平VOL（max）（TTL為為0.4V）。）。然后可根據(jù)然后可根據(jù)VOH（min）從電從電壓傳輸特性上定出輸入低壓傳輸特性上定出輸入低電平的上限電平的上限VIL（max），并，并根據(jù)根據(jù)VOL（max）定出輸入高定出輸入高電平的下限電平的下限VIH（min）。 輸入高電平噪聲容限：輸入高電平噪聲容限：VNH= VOH（min）

16、- VIH（min）輸入低電平噪聲容限：輸入低電平噪聲容限：VNL= VIL（max）- VOL（max）74系列門的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)：系列門的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)：VOH（min）=2.4 V， VOL（max）=0.4V， VIH（min）=2V ，VIL（max）=0.8V，故可得，故可得VNH=0.4V， VNL=0.4V。 （2-31）3.5.3TTL反相器的輸入、輸出特性反相器的輸入、輸出特性 （P119）一、輸入特性一、輸入特性（2-32）二、輸出特性二、輸出特性1.高電平輸出特性高電平輸出特性vOH(MIN)（2-33）162.低電平輸出特性低電平輸出特性（2-34）名稱及符號名稱及符號含義含義輸

17、入低電平電流輸入低電平電流 IiL輸入為低電平時流入輸輸入為低電平時流入輸入端的電流入端的電流 -1 .4mA。輸入高電平電流輸入高電平電流 IiH輸入為高電平時流入輸輸入為高電平時流入輸入端的電流入端的電流幾十幾十A。IOL及其極限及其極限 IOL（max）當(dāng)當(dāng) IOL IOL(max)時，輸入時，輸入不再是低電平。不再是低電平。IOH及其極限及其極限 IOH (max)當(dāng)當(dāng) IOH IOH(max)時，輸出時，輸出不再是高電平。不再是高電平。有關(guān)電流的技術(shù)參數(shù)有關(guān)電流的技術(shù)參數(shù)（2-35）T1T1T1+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前級前級IOLIiL1IiL2IiL321iLi

18、LOLIII灌灌電電流流 扇出系數(shù)扇出系數(shù)扇出系數(shù)：扇出系數(shù)：與非門電路輸出能驅(qū)動同類門的個數(shù)與非門電路輸出能驅(qū)動同類門的個數(shù)N。（2-36）例例3.5.2在圖在圖3.5.17所示的電路中，試計(jì)所示的電路中，試計(jì)算門算門G1最多可以驅(qū)動多少個同樣的門最多可以驅(qū)動多少個同樣的門電路負(fù)載。這些門電路的輸入特性和電路負(fù)載。這些門電路的輸入特性和輸出特性分別由圖輸出特性分別由圖3.5.12、圖、圖3.5.14和和圖圖3.5.16給出。要求給出。要求G1輸出的高、低電輸出的高、低電平滿足平滿足V OH3.2V，VOL0.2V。解：先計(jì)算保證解：先計(jì)算保證VOL0.2V時可以驅(qū)動的電路數(shù)時可以驅(qū)動的電路數(shù)

19、目目N1由圖由圖3.5.16查到，查到， VOL=0.2V時的負(fù)載電流時的負(fù)載電流iL=16mA；由圖；由圖3.5.12查到查到VOL=0.2V時每時每個負(fù)載門的輸入電流個負(fù)載門的輸入電流iIL=-1mA，所以有，所以有N1iIL iL161161ILLiiN（2-37）計(jì)算保證計(jì)算保證VOH3.2V時能驅(qū)動的負(fù)載門數(shù)目時能驅(qū)動的負(fù)載門數(shù)目N2。由圖。由圖3.5.14高電平輸出特性上查到，高電平輸出特性上查到， VOH=3.2V時，對應(yīng)的時，對應(yīng)的iL為為-7.5mA。但手冊上規(guī)定（但手冊上規(guī)定（TTL的）的） IOH 0.4mA，故應(yīng)取，故應(yīng)取0.4mA計(jì)算。又由圖計(jì)算。又由圖3.5.12輸

20、入特性可知，每個輸入端的高電平輸輸入特性可知，每個輸入端的高電平輸入電流入電流IIH=40A，故可得：，故可得： N2IIH IL 1004.04.02IHlIiN 綜合以上兩種情況可得出結(jié)論：在給定條件下，綜合以上兩種情況可得出結(jié)論：在給定條件下，TTL（74）系列門電路最多可以驅(qū)動系列門電路最多可以驅(qū)動10個同類門。（產(chǎn)品規(guī)定個同類門。（產(chǎn)品規(guī)定8個）個）（2-38）3. 輸入端的負(fù)載特性輸入端的負(fù)載特性在具體使用門電路時，有時需要在輸入端與地之間或者輸在具體使用門電路時，有時需要在輸入端與地之間或者輸入端與信號的低電平之間接入電阻入端與信號的低電平之間接入電阻RP，如圖，如圖3.5.18

21、所示。所示。（2-39）RPRRPVRPRRP1.4V=be=-1113 . 4)5( 由圖可知，因?yàn)檩斎腚娏髁鬟^由圖可知，因?yàn)檩斎腚娏髁鬟^RP上產(chǎn)生壓降而形成輸入電位上產(chǎn)生壓降而形成輸入電位Vi。而且，。而且， RP越大越大Vi也越高。實(shí)際測量結(jié)果如圖也越高。實(shí)際測量結(jié)果如圖3.5.19所示。所示。 曲線表明，當(dāng)電阻曲線表明，當(dāng)電阻RP較小時，輸入電壓較小時，輸入電壓Vi基本上呈線性增基本上呈線性增長，而當(dāng)長，而當(dāng)RP大到使大到使Vi接近接近1.4V后基本不再隨后基本不再隨RP變化。這是因變化。這是因?yàn)闉閂i接近接近1.4V后，后，T1基極電位已接近基極電位已接近2.1V，它足以使門電路，它

22、足以使門電路的的T2和和T5導(dǎo)通，并將導(dǎo)通，并將T1基極電位鉗位。基極電位鉗位。RP的臨界值可計(jì)算如下：的臨界值可計(jì)算如下：RP=1.4K（R1=3K ）為安全起見，如要求輸入等）為安全起見，如要求輸入等效為低電平時，對效為低電平時，對TTL門電路應(yīng)使門電路應(yīng)使RP小于小于1 K ；如要求輸入等效為高電平時，對如要求輸入等效為高電平時，對TTL門電路應(yīng)使門電路應(yīng)使RP大于大于2K 。（2-40）例例3.5.3 在圖在圖3.5.20所示的電路中，為保證門所示的電路中，為保證門G1輸出的高、低電平輸出的高、低電平能正確地傳送到門能正確地傳送到門G2的輸入端，要求的輸入端，要求vo1=VOH時時vI

23、2VIH（min），），vO1=VOL時，時， vI2VIL（max），試計(jì)算，試計(jì)算RP的最大允許值是多少？已知的最大允許值是多少？已知G1和和G2均為均為74系列反相器，系列反相器，VCC=5V， VOH=3.4V， VOL=0.2V，VIH（min）=2.0V， VIL（max）=0.8V。 G1和和G2的輸入特性和輸出特性的輸入特性和輸出特性見圖見圖3.5.12和圖和圖3.5.14、圖、圖3.5.16。當(dāng)當(dāng)vo1=VOH時，接入時，接入RP后應(yīng)保證有后應(yīng)保證有vI2VIH（min），所以可得，所以可得VOH-IIH RPVIH（min）-kIVVRIHIHOHP351004. 00 .

24、 24 . 33(min)從圖從圖3.5.12輸入特性曲輸入特性曲線上查到線上查到vI =VIH（min）=2.0V時的時的輸入電流輸入電流IIH=0.04mA當(dāng)當(dāng)vO1=VOL時，接入時，接入RP后應(yīng)保證有后應(yīng)保證有vI2VIL（max） ，所以可得，所以可得-KKRVvVVVRVVRRVvVILBECCOLILPOLILPILBECC68.048 .07 .052 .08 .0,1(max)1(max)(max)1(max)1綜合以上兩種情況，應(yīng)取綜合以上兩種情況，應(yīng)取RP 0.68K 也就是說也就是說G1和和G2之間的串聯(lián)電阻應(yīng)小于之間的串聯(lián)電阻應(yīng)小于680 ，否則當(dāng)，否則當(dāng)vO1=VO

25、L時可能超過時可能超過VIL（max）（2-41）一、一、 平均傳輸時間平均傳輸時間tui0tuo050%50%tpd1tpd2)(2121pdpdpdttt典型值：典型值：3 10 ns3.5.4TTL反相器的動態(tài)特性反相器的動態(tài)特性（2-42）二、交流噪聲容限二、交流噪聲容限對窄脈沖的噪聲容限對窄脈沖的噪聲容限 由于由于TTL門電路中存在三極管門電路中存在三極管的的開關(guān)時間和分布電容開關(guān)時間和分布電容的充放電的充放電過程，因而輸入信號狀態(tài)變化時過程，因而輸入信號狀態(tài)變化時必須有足夠的變化幅度和作用時必須有足夠的變化幅度和作用時間才能使輸出狀態(tài)變化。當(dāng)輸入間才能使輸出狀態(tài)變化。當(dāng)輸入信號為窄

26、脈沖，而且信號為窄脈沖，而且脈沖寬度接脈沖寬度接近于門電路傳輸時間近于門電路傳輸時間的情況下，的情況下，為使輸出狀態(tài)改變所需要的脈沖為使輸出狀態(tài)改變所需要的脈沖幅度將幅度將遠(yuǎn)大于信號為直流時所需遠(yuǎn)大于信號為直流時所需要的信號變化幅度。要的信號變化幅度。（a）正）正脈沖噪聲容限脈沖噪聲容限（b）負(fù)）負(fù)脈沖噪聲容限脈沖噪聲容限TTL門電路的傳輸延遲時間通常門電路的傳輸延遲時間通常在在50ns以內(nèi)，所以當(dāng)以內(nèi)，所以當(dāng)輸入脈沖輸入脈沖的的寬度寬度達(dá)到達(dá)到微妙數(shù)量級微妙數(shù)量級時，可將輸時，可將輸入信號入信號按直流信號處理按直流信號處理。（2-43）三、電源的動態(tài)尖峰電流三、電源的動態(tài)尖峰電流TTL門電路

27、在穩(wěn)定狀態(tài)下，輸出電平不同時它門電路在穩(wěn)定狀態(tài)下，輸出電平不同時它從電源所取的電流也不一樣。從電源所取的電流也不一樣。（2-44）VCC-vB1 VCC-vC2R2R1ICCL=iB1+iC2=+3.4mAVo=VOL時從電源所取電流：時從電源所取電流：Vo=VOH時從電源所取電流：時從電源所取電流：VCC-vB1R1ICCH=iB1=1mA 動態(tài)情況下，特別是當(dāng)輸動態(tài)情況下，特別是當(dāng)輸出電壓由低電平跳變?yōu)楦唠姵鲭妷河傻碗娖教優(yōu)楦唠娖綍r，由于平時，由于T5原來工作在深原來工作在深度飽和狀態(tài)，所以度飽和狀態(tài)，所以T4的導(dǎo)通的導(dǎo)通先于先于T5的截止，使的截止，使T4 和和T5同同時導(dǎo)通，使電源電

28、流出現(xiàn)尖時導(dǎo)通，使電源電流出現(xiàn)尖峰脈沖。峰脈沖。（2-45） 在在Vi從高電平跳到從高電平跳到低電平瞬間低電平瞬間T5尚未脫尚未脫離飽和導(dǎo)通狀態(tài)而離飽和導(dǎo)通狀態(tài)而T4已飽和導(dǎo)通，這時電已飽和導(dǎo)通，這時電源電流的最大瞬時值源電流的最大瞬時值可計(jì)算如下：可計(jì)算如下：ICCM=iC4+iB4+iB1=VCC- VCE（sat）4-vD2-VCE（sat）5R4+VCC-v BE4 -vD2-VCE（sat）5R1VCC-vb1+R2=34.7mA（2-46）電源尖峰電流帶來的影響主要有兩個方面；電源尖峰電流帶來的影響主要有兩個方面； 1、使電源的平均電流增加。而且信號的重復(fù)頻、使電源的平均電流增加。

29、而且信號的重復(fù)頻率越高、門電路的傳輸延遲時間率越高、門電路的傳輸延遲時間tPLH越長，電流越長，電流平均值增加越多。平均值增加越多。在計(jì)算系統(tǒng)電源容量時必須注在計(jì)算系統(tǒng)電源容量時必須注意這一點(diǎn)。意這一點(diǎn)。 2、當(dāng)系統(tǒng)中有許多門電路同時轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)、當(dāng)系統(tǒng)中有許多門電路同時轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)時，電源的瞬時尖峰電流數(shù)值很大，這個尖峰時，電源的瞬時尖峰電流數(shù)值很大，這個尖峰電流將通過電源線和地線以及電源的內(nèi)阻形成電流將通過電源線和地線以及電源的內(nèi)阻形成一個系統(tǒng)內(nèi)部噪聲源。一個系統(tǒng)內(nèi)部噪聲源。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時應(yīng)因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時應(yīng)采取有效的措施將這個噪聲抑制在允許的限度采取有效的措施將這個噪聲抑制在允許的

30、限度內(nèi)。內(nèi)。（2-47）為便于計(jì)算尖峰電流的平均值，可以近似地把電為便于計(jì)算尖峰電流的平均值，可以近似地把電源的尖峰電流視為三角波，并認(rèn)為尖峰電流的持源的尖峰電流視為三角波，并認(rèn)為尖峰電流的持續(xù)時間等于傳輸延遲時間續(xù)時間等于傳輸延遲時間tPLH ，如圖，如圖3.5.24所示。所示。一個周期內(nèi)尖峰脈沖的平均一個周期內(nèi)尖峰脈沖的平均值為：值為：IPA V=（ICCM-ICCL）tPLHT若用重復(fù)頻率表示為：若用重復(fù)頻率表示為：IPAV=（ICCM-ICCL）ftPLH 如果每個周期中輸出高、低電平的持續(xù)時間相等，在考如果每個周期中輸出高、低電平的持續(xù)時間相等，在考慮電源動態(tài)尖峰電流的影響后，電源電

31、流的平均值將為：慮電源動態(tài)尖峰電流的影響后，電源電流的平均值將為：ICCA V=1/2（ICCH+ICCL）+1/2（ftPLH（ICCM-ICCL）（2-48）各種邏輯門的相互轉(zhuǎn)換各種邏輯門的相互轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換方法：轉(zhuǎn)換方法：采用反演定理。采用反演定理。例：例：與非門可以轉(zhuǎn)換成其他各種邏輯門。與非門可以轉(zhuǎn)換成其他各種邏輯門。BABABA BABABABABABABA 把與非門的輸入端連接在一起，就轉(zhuǎn)換成非門。把與非門的輸入端連接在一起，就轉(zhuǎn)換成非門。BABABABABABABA 顯然，與非門、或非門等也很容易得到。顯然，與非門、或非門等也很容易得到。（2-49） 3.5.5 其它類型的其它類型的T

32、TL門電路門電路二、二、 集電極開路的與非門（集電極開路的與非門（OC門）門）1、 問題的提出問題的提出標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)TTL與非門進(jìn)行與運(yùn)算與非門進(jìn)行與運(yùn)算:&ABEF&CD&G1&ABEF&CDG 能否能否“線與線與”？（Open Collector)ABCDEFEFCDABFEG （2-50）+5VR4R2T3T4T5R3TTL與非門的輸出電阻與非門的輸出電阻很低。這時，直接線與很低。這時，直接線與會使電流會使電流 i 劇烈增加。劇烈增加。i 功耗功耗 T4熱擊穿熱擊穿UOL 與非門與非門2：不允許直接不允許直接“線與線與”與非門與非門1 截止截止與非門與非門2 導(dǎo)通導(dǎo)通UOHUOL與非門與非門

33、1：i+5VR4R2T3T4T5R3問題：問題：TTL與非門能否直接線與？與非門能否直接線與？（2-51）RLUCC集電極懸空集電極懸空+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC&符號符號應(yīng)用時輸出端要接一上拉負(fù)載電阻應(yīng)用時輸出端要接一上拉負(fù)載電阻 RL 。2、OC門結(jié)構(gòu)門結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：特點(diǎn)：RL 和和UCC 可以外接?？梢酝饨印 = ABC&（2-52）3、 OC門可以實(shí)現(xiàn)門可以實(shí)現(xiàn)“線與線與”功能。功能。Y=Y1Y2=ABCD（2-53）（2-54） 負(fù)載電阻負(fù)載電阻RL和電源和電源 UCC可以根據(jù)情況選擇?？梢愿鶕?jù)情況選擇。 如何確定上拉電阻如何確定上拉電阻RL?RL(min)=V

34、cc VOL（max）IOL(max) -mIIL式中式中IOL（max）為驅(qū)動門能承受的最大灌電流，為驅(qū)動門能承受的最大灌電流，IiL為負(fù)載為負(fù)載門可提供的灌電流，其值為負(fù)數(shù)，門可提供的灌電流，其值為負(fù)數(shù)， m為門的個數(shù)。為門的個數(shù)。考慮最壞的情況只有一考慮最壞的情況只有一個驅(qū)動門工作。個驅(qū)動門工作。RL（max）=Vcc VOH（min）nIOH+mIIH固定固定固定固定式中式中nIOH為所有驅(qū)動門的漏為所有驅(qū)動門的漏電流，電流，mIiH為所有負(fù)載門的為所有負(fù)載門的高電平輸入電流，高電平輸入電流，m為輸入為輸入端數(shù)。端數(shù)。RLIRLIOL m IIL設(shè)設(shè)n=8，m=6，m=12，VCC=5

35、V，VOLmax=0.4V，VOHmin=3V，又由，又由前面的討論可知前面的討論可知IOLmax=16mA，IIL=1mA，IOH=200 A，可算得：，可算得：Rlmin=（5-0.4）/（16-61）=0.46K ，Rlmax=（5-3）/（8 0.2+12 0.04）=0.96K 故選擇故選擇RL應(yīng)小于應(yīng)小于0.96K 大于大于0.46K 。（2-55）計(jì)算負(fù)載電阻計(jì)算負(fù)載電阻RL的公式：的公式：RL(min)=Vcc VOL（max）IOL(max) -mIILRL（max）=Vcc VOH（min）nIOH+mIIHRL式中式中IIL為負(fù)載門低電平輸入電流的絕對值，為負(fù)載門低電平輸

36、入電流的絕對值，m為負(fù)載門的輸為負(fù)載門的輸入端數(shù)，入端數(shù)，m為負(fù)載門的個數(shù)。為負(fù)載門的個數(shù)。n為驅(qū)動門的個數(shù)，為驅(qū)動門的個數(shù)，IOH為驅(qū)動為驅(qū)動門截止時的漏電流，門截止時的漏電流，IOL（max）為單個驅(qū)動門能承受的最大低為單個驅(qū)動門能承受的最大低電平負(fù)載電流。電平負(fù)載電流。IIL=（VCC-VBE1-VIL）/R1=（5-0.7-0.3）/4=1mA是以門為單位計(jì)算的。是以門為單位計(jì)算的。IIH=（VCC-VB1）/R1）=（5-2.1）/4）0.050.035mA=35 A以單個輸入端來計(jì)算的。以單個輸入端來計(jì)算的。（2-56）三、三、 三態(tài)輸出門電路三態(tài)輸出門電路E 控制端控制端DEER

37、1+5VFR4R23kT2R5R3T3T4T1T5b1c1AB1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)（2-57）+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABDEE2、工作原理、工作原理1） 控制端控制端E=0時的工作情況：時的工作情況：01截止截止ABF （2-58）+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABDEE2） 控制端控制端E=1時的工作情況：時的工作情況：10導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止截止截止高阻態(tài)高阻態(tài)（2-59）&ABFE符號符號輸輸出出高高阻阻0E 1E ABF 功能表功能表3、三態(tài)門的符號及功能表、三態(tài)門的符號及功能表&ABFE符號符號輸輸出出高高阻阻1E0EABF

38、功能表功能表使能端使能端高電平高電平起作用起作用使能端使能端低電平低電平起作用起作用（2-60）E1E2E3公用總線公用總線三態(tài)門主要作為三態(tài)門主要作為TTL電路與電路與總線總線間的間的接口電路接口電路。4、三態(tài)門的用途、三態(tài)門的用途工作時，工作時，E1、E2、E3分時分時接入高電接入高電平。平。（2-61）3.5.6 TTL電路的各種系列電路的各種系列 為滿足用戶在提高工作速度和降低功耗這兩方為滿足用戶在提高工作速度和降低功耗這兩方面的要求，繼上述面的要求，繼上述74系列后，又生產(chǎn)了系列后，又生產(chǎn)了74H系列、系列、74S系列、系列、74LS系列、系列、74AS系列和系列和74ALS系列等改

39、系列等改進(jìn)的進(jìn)的TTL電路。電路。一、一、74H系列系列高速系列高速系列對應(yīng)國產(chǎn)對應(yīng)國產(chǎn)CT2000系列，系列，和和1000系列比主要減小系列比主要減小了電阻的阻值。了電阻的阻值。（2-62）二、二、74S系列系列肖特基系列（肖特基系列（CT3000）思路：使三極管避免進(jìn)入深度飽和以減小傳輸延遲思路：使三極管避免進(jìn)入深度飽和以減小傳輸延遲時間。為此采用了抗飽和三極管時間。為此采用了抗飽和三極管肖特基三極管。肖特基三極管。 肖特基三極管是由普通三極管和肖特基勢壘二極管肖特基三極管是由普通三極管和肖特基勢壘二極管（Schottky Barrier Diode）組合而成的。）組合而成的。 由于由于S

40、BD的開啟電壓為的開啟電壓為0.30.4V，當(dāng)三，當(dāng)三極管的極管的b-c結(jié)正結(jié)正向偏置后，向偏置后，SBD首先導(dǎo)通，并將首先導(dǎo)通，并將b-c結(jié)的正向電結(jié)的正向電壓鉗在壓鉗在0.30.4V。（2-63）使從基極注入的過驅(qū)使從基極注入的過驅(qū)動電流從動電流從SBD流走，流走，從而有效地制止了三從而有效地制止了三極管進(jìn)入深度飽和狀極管進(jìn)入深度飽和狀態(tài)。能加快狀態(tài)轉(zhuǎn)換，態(tài)。能加快狀態(tài)轉(zhuǎn)換，縮短門電路的傳輸時縮短門電路的傳輸時間。間。 電路的另一個改進(jìn)措施是用電路的另一個改進(jìn)措施是用T6、RB和和RC組成的有組成的有源電路代替了源電路代替了74H系列中的電阻系列中的電阻R3，為，為T5管的發(fā)射結(jié)管的發(fā)射結(jié)

41、提供了一個有源瀉放回路。提供了一個有源瀉放回路。從而也縮短了門電路的傳從而也縮短了門電路的傳輸時間。輸時間。（2-64） 關(guān)于有源瀉放的說明：關(guān)于有源瀉放的說明： 當(dāng)當(dāng)T2由截止變?yōu)閷?dǎo)通的瞬間由截止變?yōu)閷?dǎo)通的瞬間，由于，由于T6的基極回路的基極回路中串接了電阻中串接了電阻RB，所以，所以T5必然先于必然先于T6導(dǎo)通，使導(dǎo)通，使T2發(fā)發(fā)射極的電流全部流入射極的電流全部流入T5的基極，從而的基極，從而加速了加速了T5的導(dǎo)的導(dǎo)通過程通過程。而。而在穩(wěn)態(tài)下，由于在穩(wěn)態(tài)下，由于T6導(dǎo)通后產(chǎn)生的分流作導(dǎo)通后產(chǎn)生的分流作用，減少了用，減少了T5的基極電流，也就減輕了的基極電流，也就減輕了T5的飽和程的飽和程

42、度度，這又有利于加快，這又有利于加快T5從導(dǎo)通變?yōu)榻刂沟倪^程。從導(dǎo)通變?yōu)榻刂沟倪^程。 當(dāng)當(dāng)T2從導(dǎo)通變?yōu)榻刂购髲膶?dǎo)通變?yōu)榻刂购?，因?yàn)椋驗(yàn)門6仍處于導(dǎo)通狀態(tài)，仍處于導(dǎo)通狀態(tài)，為為T5的基極提供了一個瞬間的低內(nèi)阻瀉放回路，使的基極提供了一個瞬間的低內(nèi)阻瀉放回路，使T5得以迅速截止。因此，得以迅速截止。因此，有源瀉放回路的存在縮短有源瀉放回路的存在縮短了門電路的傳輸時間。了門電路的傳輸時間。 抗飽和電路帶來的缺點(diǎn)：輸出低電平增高?？癸柡碗娐穾淼娜秉c(diǎn)：輸出低電平增高。（2-65）三、三、74LS系列系列低功耗肖特基系列（低功耗肖特基系列（CT4000）1、為了降低功耗大幅度、為了降低功耗大幅度提高

43、了電路中個電阻的提高了電路中個電阻的阻值；阻值；改進(jìn)措施：改進(jìn)措施： 2、將、將R5原來接地一端改原來接地一端改接到輸出端，以減小接到輸出端，以減小T3導(dǎo)導(dǎo)通時，通時，R5上的功耗。上的功耗。（74LS系列的功耗僅為系列的功耗僅為74系列的系列的五分之一，五分之一，74H系列的十分之一）系列的十分之一） 3、為了縮短傳輸延遲時間，除了使用抗飽和三極管、為了縮短傳輸延遲時間，除了使用抗飽和三極管和有源瀉放外，還將多發(fā)射三極管換成了和有源瀉放外，還將多發(fā)射三極管換成了SBD，因?yàn)?，因?yàn)镾BD沒有電荷存儲效應(yīng)。沒有電荷存儲效應(yīng)。（2-66）四、四、74AS和和74ALS系列系列 74AS系列是為進(jìn)一

44、步縮短傳輸延遲時間而設(shè)計(jì)的系列是為進(jìn)一步縮短傳輸延遲時間而設(shè)計(jì)的改進(jìn)系列。它的電路結(jié)構(gòu)與改進(jìn)系列。它的電路結(jié)構(gòu)與74LS系列相似，但電系列相似，但電路中電阻阻值很低。它的缺點(diǎn)是功耗較大，比路中電阻阻值很低。它的缺點(diǎn)是功耗較大，比74S略大一些。略大一些。 74ALS系列是為了獲得更小的延遲系列是為了獲得更小的延遲功耗積而功耗積而改進(jìn)設(shè)計(jì)的，它的延遲改進(jìn)設(shè)計(jì)的，它的延遲功耗積是功耗積是TTL電路所有電路所有系列中最小的。為了降低功耗，電路中采用了較系列中最小的。為了降低功耗，電路中采用了較大的電阻阻值，同時，通過改進(jìn)生產(chǎn)工藝縮小了大的電阻阻值，同時，通過改進(jìn)生產(chǎn)工藝縮小了內(nèi)部各個器件的尺寸，獲得

45、了降低功耗和縮短延內(nèi)部各個器件的尺寸，獲得了降低功耗和縮短延遲時間的雙重收效。遲時間的雙重收效。（2-67）五、五、54、54H、54LS系列系列54系列的系列的TTL電路和電路和74系列電路具有完全相同的電系列電路具有完全相同的電路結(jié)構(gòu)和電氣性能參數(shù)。所不同的是路結(jié)構(gòu)和電氣性能參數(shù)。所不同的是54系列比系列比74系系列的工作溫度范圍更寬，電源允許的工作范圍更大。列的工作溫度范圍更寬，電源允許的工作范圍更大。 74系列的工作環(huán)境溫度規(guī)定系列的工作環(huán)境溫度規(guī)定070，電源電壓為，電源電壓為5V5%；而；而54系列工作環(huán)境溫度規(guī)定系列工作環(huán)境溫度規(guī)定-55+125，電源電壓為電源電壓為5V 10%

46、 在不同系列的在不同系列的TTL器件中，只要器件型號的后幾器件中，只要器件型號的后幾位數(shù)碼一樣，則它們的邏輯功能、外形尺寸、引腳位數(shù)碼一樣，則它們的邏輯功能、外形尺寸、引腳排列就完全相同。排列就完全相同。（2-68）表表3.5.1各種系列各種系列TTL電路（電路（74XX00）特性參數(shù)比較（）特性參數(shù)比較（P138）參數(shù)名稱系列7474S74LS74AS74ALS74FVIL（max）0.8V0.80.8VOL（max）0.4V0.50.5VIH（min）2.0V2.02.02.02.02.0VOH（min）2.4V2.72.7IIL（ma

47、x）-1.0mA-2.0-0.4-0.5-0.2-0.6IOL（max）16mA20820820IOH（max）-0.4mA-1.0-0.4-2.0-0.4-1.0IIH（max）40A5020202020tpd9ns39.51.743功耗10mW19281.24延遲功耗積90571913.64.812（2-69）3.3 CMOS門電路門電路MOS電路電路的特點(diǎn)的特點(diǎn)：2. 是電壓控制元件，靜態(tài)功耗小。是電壓控制元件，靜態(tài)功耗小。3. 允許電源電壓范圍寬（允許電源電壓范圍寬（3 18V）。）。4. 扇出系數(shù)大，抗噪聲容限大。扇出系數(shù)大，抗噪聲容限大。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1. 工藝簡單，集成度高。工藝簡單，

48、集成度高。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：工作速度比工作速度比TTL低低 。（2-70）3.3.1MOS管的開關(guān)特性管的開關(guān)特性一、一、MOS（Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor）管的結(jié)構(gòu)）管的結(jié)構(gòu)DGS簡化符號簡化符號標(biāo)準(zhǔn)符號標(biāo)準(zhǔn)符號（2-71）二、二、MOS管的輸出特性與轉(zhuǎn)移特性管的輸出特性與轉(zhuǎn)移特性RONvDS=0=12K（vGS-VGS（th）2)()1(-thGSGSDSDVvIi式中式中IDS是是vGS=2VGS（th）時的時的iD值值上式表明，在上式表明，在vGS大大于大大于VGS（th）時，時，RON近似與近似與vGS成反比。成反比。

49、（2-72）三、三、MOS管的基本開關(guān)電路管的基本開關(guān)電路(NMOS反相器）反相器）（2-73）四、四、 由于由于ROFF非常大，截止?fàn)顟B(tài)等效為開關(guān)斷開；而非常大，截止?fàn)顟B(tài)等效為開關(guān)斷開；而RON約在約在1K 以內(nèi)，且與以內(nèi)，且與vGS的數(shù)值有關(guān)，有時這個電阻阻值不能忽的數(shù)值有關(guān)，有時這個電阻阻值不能忽略，故在圖中用略，故在圖中用RON表示。表示。圖中圖中CI代表代表柵極的輸入柵極的輸入電容，數(shù)值電容，數(shù)值約為幾皮法。約為幾皮法。（2-74）vGS0VGS（th）iDP溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS的轉(zhuǎn)移特性的轉(zhuǎn)移特性五、五、MOS管的其它三種類型管的其它三種類型DGS簡化符號簡化符號（2-75）

50、（2-76）標(biāo)準(zhǔn)符號標(biāo)準(zhǔn)符號DGS簡化符號簡化符號（2-77）DGS簡化符號簡化符號標(biāo)準(zhǔn)符號標(biāo)準(zhǔn)符號（2-78）3.3.2 CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理理0UDSID負(fù)載線負(fù)載線ui=“1”ui=“0”uo=“0”uo=“1”UDDuiuoNMOS反相器電路反相器電路RD（2-79）T1（負(fù)載管）代替（負(fù)載管）代替RDVIT2T1VO0止 通 11通 通 0當(dāng)當(dāng)VI=1時：時：VO=RON2RON1+RON2VDD要使輸出電壓要使輸出電壓VO比較低，必須保證比較低，必須保證RON1足夠大，又反相器足夠大，又反相器后面不可避免的要帶負(fù)載電容后面不可避免的要帶負(fù)載電容

51、CL，這顯然影響工作速度。，這顯然影響工作速度。（2-80） 一、一、CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)反相器的電路結(jié)構(gòu)Complementary -Symmetry MOS互補(bǔ)對稱式互補(bǔ)對稱式MOST1 : ONT2: OFFOFFON設(shè)設(shè)VDDVGS（th）N+ VGS（th）P當(dāng)當(dāng)vI=VIL=0時，有時，有vGS1=VDD VGS（th）PvGS2=0 VGS（th）N即，即，T1通，通，T2止止vGS2=VDD VGS（th）NvGS1=0 VGS（th）P即，即， T2通，通，T1止止（2-81）二、二、CMOS反相器的電壓傳輸特性和電流傳輸特性反相器的電壓傳輸特性和電流傳輸特性設(shè)設(shè)VDDV

52、GS（th）N+ VGS（th）PVGS（th）N= VGS（th）PT1和和T2具有同樣的導(dǎo)通電阻具有同樣的導(dǎo)通電阻RON和截止電阻和截止電阻ROFF，則電，則電壓傳輸特性如圖所示。壓傳輸特性如圖所示。AB段：段：T1通、通、T2止；止； CD段：段： T2通、通、T1止；止；BC段：段： T1T2均導(dǎo)通。均導(dǎo)通。 反相器的閾值電壓反相器的閾值電壓（threshold voltage）：電壓傳輸特性轉(zhuǎn)折區(qū)）：電壓傳輸特性轉(zhuǎn)折區(qū)中點(diǎn)所對應(yīng)的輸入電壓，用中點(diǎn)所對應(yīng)的輸入電壓，用VTH（=1/2VDD，參數(shù)對稱）表示。，參數(shù)對稱）表示。（2-82）電流電流/電壓（電壓（iD/vI）轉(zhuǎn)移特性）轉(zhuǎn)移特

53、性同樣可分三個工作區(qū)。同樣可分三個工作區(qū)。AB段：因段：因T2截止，幾乎無電流；截止，幾乎無電流；CD段：因段：因T1截止，幾乎無電流；截止，幾乎無電流；BC段：段：T1和和T2同時導(dǎo)通，有電同時導(dǎo)通，有電流流iD流過流過T1和和T2，而且，而且vI=1/2VDD附近附近iD最大。最大。 故在使用時盡量避免使故在使用時盡量避免使器件長期工作在這一區(qū)間，器件長期工作在這一區(qū)間，以免因功耗過大而損壞。以免因功耗過大而損壞。（2-83）三、輸入端的噪聲容限三、輸入端的噪聲容限從電壓傳輸特性上可以看到，當(dāng)輸入信號偏離正從電壓傳輸特性上可以看到，當(dāng)輸入信號偏離正常的低電平（常的低電平（VOL0V）而升高

54、時，輸出的高電）而升高時，輸出的高電平并不立刻改變；同樣，當(dāng)輸入高電平偏離正常平并不立刻改變；同樣，當(dāng)輸入高電平偏離正常值（值（VOHVDD）而下降時，輸出低電平也不會馬）而下降時，輸出低電平也不會馬上改變。因此，允許的高低電平信號各有一個波上改變。因此，允許的高低電平信號各有一個波動范圍。動范圍。 輸入端噪聲容限：輸入端噪聲容限： 在保證輸出高、低電平基本不變的條件在保證輸出高、低電平基本不變的條件下，輸入電平的允許波動范圍。下，輸入電平的允許波動范圍。 在由許多門電路互相連接組成的數(shù)字系統(tǒng)中，往往前在由許多門電路互相連接組成的數(shù)字系統(tǒng)中，往往前一級門電路的輸出就是后一級門電路的輸入。所以輸

55、入一級門電路的輸出就是后一級門電路的輸入。所以輸入端的噪聲容限可用下圖示意。端的噪聲容限可用下圖示意。（2-84） 輸入噪聲容限包括：輸入噪聲容限包括：低電平低電平輸入噪聲容限輸入噪聲容限VNL和和高電平輸高電平輸入噪聲容限入噪聲容限VNH兩個方面。兩個方面。VNH=VOH（min）-VIH（min）VNL=VIL（max）-VOL（max）在在CMOS門電路中，當(dāng)負(fù)載為另外的同類門的情況下（負(fù)載門電路中，當(dāng)負(fù)載為另外的同類門的情況下（負(fù)載電流幾乎等于零），故規(guī)定電流幾乎等于零），故規(guī)定V0H （min） =VDD-0.1V，VOL （max） =VSS+0.1V。VSS表示表示N溝道溝道MO

56、S管的源極電位。源極接地時管的源極電位。源極接地時VOL （max） =0.1V。（2-85）（b）VNH、VNL與與 測試結(jié)果表明，在輸出高、低電平的變化不大于限定的測試結(jié)果表明，在輸出高、低電平的變化不大于限定的10%VDD情情況下，輸入信號高、低電平允許的變化量大于況下，輸入信號高、低電平允許的變化量大于30%。因此得到。因此得到VNL=VNH=30%VDD?？梢??？梢奀MOS門電路的輸入噪聲容限和門電路的輸入噪聲容限和VDD有關(guān)。有關(guān)。（2-86）3.3.3COMS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、輸入特性輸入特性：從反相器輸入端看進(jìn)去的輸入電

57、壓與輸入電流的關(guān)系輸入特性：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 MOS管的柵極和襯底之間存在著以管的柵極和襯底之間存在著以SiO2為介質(zhì)的輸入電容，而為介質(zhì)的輸入電容，而絕緣介質(zhì)又非常?。s絕緣介質(zhì)又非常薄（約1000），極易被擊穿（耐壓約），極易被擊穿（耐壓約100V），），所以必須采用保護(hù)措施。所以必須采用保護(hù)措施。（2-87）二、輸出特性二、輸出特性從反相器輸出端看進(jìn)去的輸出電壓與輸出電流的關(guān)系從反相器輸出端看進(jìn)去的輸出電壓與輸出電流的關(guān)系（2-88）1.低電平輸出特性低電平輸出特性當(dāng)輸出低電平時，反相器當(dāng)輸出低電平時，反相器的的P溝道管截止，溝道管截止，N溝道溝道管導(dǎo)通，工

58、作狀態(tài)如下圖管導(dǎo)通，工作狀態(tài)如下圖所示。所示。圖圖3.3.19實(shí)際上就是實(shí)際上就是T2漏極特性曲線，它說明漏極特性曲線，它說明VGS（=VDD）越大導(dǎo)通）越大導(dǎo)通內(nèi)阻越小，輸出低電平內(nèi)阻越小，輸出低電平越小。越小。IV（2-89）2.高電平輸出特性高電平輸出特性T1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2截止截止曲線說明：在同樣曲線說明：在同樣的負(fù)載電流的負(fù)載電流IOH下下VDD越高，則越高，則T1導(dǎo)通導(dǎo)通時時vGS越負(fù)，它的導(dǎo)越負(fù)，它的導(dǎo)通內(nèi)阻越小，通內(nèi)阻越小，VOH下下降得越少。降得越少。（2-90）3.3.4COMS反相器的動態(tài)特性反相器的動態(tài)特性動態(tài)特性討論的是電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中動態(tài)特性討論的是電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換過

59、程中所表現(xiàn)出來的特性。所表現(xiàn)出來的特性。一、傳輸延遲時間一、傳輸延遲時間tPHL 、tPLH由于由于MOS管的電極之間以及管的電極之間以及電極與襯底之間都存在電極與襯底之間都存在寄生電寄生電容容、尤其在反相器的輸出端更、尤其在反相器的輸出端更不可避免存在不可避免存在負(fù)載電容負(fù)載電容，當(dāng)輸，當(dāng)輸入信號變化時，入信號變化時，輸出電壓變化輸出電壓變化必然滯后于輸入電壓的變化必然滯后于輸入電壓的變化。這一滯后時間就稱著這一滯后時間就稱著傳輸延遲傳輸延遲時間時間。（2-91）二、交流噪聲容限二、交流噪聲容限所謂交流噪聲容限是指門電路對所謂交流噪聲容限是指門電路對窄脈沖噪聲窄脈沖噪聲的承受能力。的承受能力

60、。 由于負(fù)載電容和由于負(fù)載電容和MOS管寄生電管寄生電容的存在，輸入信號狀態(tài)變化必須容的存在，輸入信號狀態(tài)變化必須有足夠的變化幅度和作用時間才能有足夠的變化幅度和作用時間才能使輸出改變狀態(tài)。這也就是說，當(dāng)使輸出改變狀態(tài)。這也就是說，當(dāng)輸入信號為窄脈沖（這里實(shí)際就是輸入信號為窄脈沖（這里實(shí)際就是指輸入端的噪聲），而且脈沖寬度指輸入端的噪聲），而且脈沖寬度接近于門電路的傳輸延遲時間的情接近于門電路的傳輸延遲時間的情況下，為使輸出狀態(tài)改變，所需要況下，為使輸出狀態(tài)改變，所需要的脈沖信號幅度將遠(yuǎn)大于直流輸入的脈沖信號幅度將遠(yuǎn)大于直流輸入信號的幅度。因此，反相器對這類信號的幅度。因此，反相器對這類窄脈沖