數(shù)字電子電路基礎(chǔ)教程第三章

3.1數(shù)字集成電路的分類3.2TTL與非門工作原理3.3CMOS門電路第三章集成門電路各種系列門電路的性能比較數(shù)字集成電路型號的命名法TTL與非門的特性與參數(shù)集電極開路（OC）門三態(tài)門3.1數(shù)字集成電路的分類一.按工藝結(jié)構(gòu)區(qū)分：1.按工藝區(qū)分IIL電路54/74系列54H/74H系列54LS/74LS系列54AS/74AS系列54ALS/74ALS系列CMOS電路NMOS電路PMOS電路ECL電路HTL電路TTL電路54HC/74HC系列54HTC/74HTC系列4000系列Bi-CMOS型MOS型雙極型2.按輸出結(jié)構(gòu)區(qū)分推拉式輸出或CMOS反向器輸出OC輸出或OD輸出三態(tài)輸出二、按集成度分類小規(guī)模集成電路(SSI-SmallScaleIntegration)，每片組件內(nèi)包含10-100個元件(或10-20個等效門)。中規(guī)模集成電路(MSI-MediumScaleIntegration)，每片組件內(nèi)含100-1000個元件(或20-100個等效門)。大規(guī)模集成電路(LSI-LargeScaleIntegration)，每片組件內(nèi)含1000-100000個元件(或100-1000個等效門)。超大規(guī)模集成電路(VLSI-VeryLargeScaleIntegration)，每片組件內(nèi)含100000個元件(或1000個以上等效門)。邏輯門觸發(fā)器譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器加法器、計數(shù)器、移位寄存器只讀存儲器、隨機存取存儲器、微處理器、專用數(shù)字信號處理器三.按數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法分類1.通用型中規(guī)模（MSI），小規(guī)模（SSI）集成邏輯件。2.由軟件組態(tài)的大規(guī)模（LSI），超大規(guī)模（VLSI）集成邏輯器件，如微處理器、單片機、通用和專用數(shù)字信號處理器等。3.專用集成電路ASIC。***全定制半定制PLDPROMPLAPALGALCPLDFPGA各種系列門電路的性能比較開關(guān)控制VI控制開關(guān)S的斷、通情況。S斷開，VO為高電平；S接通，VO為低電平。

103.6V0V0.8V1.8V高電平下限低電平上限實際開關(guān)為晶體二極管、三極管以及場效應(yīng)管等電子器件uccV1VoS二極管門電路F=ABCF=A+B+C多發(fā)射極晶體管T1

的等效電路1.TTL與非門電路3.2TTL門電路工作原理設(shè)：A=0

B=C=1

0.3V3.6V3.6V

則：VA=0.3V

VB1=0.3+0.7=1VVB2=0.3V所以：T2T5

截止

T3T4

導(dǎo)通結(jié)果：VF

=5－UBE3－UBE4

5－0.7－0.7=3.6V

拉電流1V0.3V

DA導(dǎo)通F=1BACABC3.6V3.6V3.6V設(shè)：A=B=C=1

即：VA=VB=

VC=3.6VVF=0.3V，F(xiàn)=0VF=0.3V2.1VVB3=UCE2+UBE5=0.3+0.7=1V1VT3導(dǎo)通，T4截止

灌電流則：T2T5飽和DA、DB、DC截止T1集電結(jié)正偏VB1=+UBE5=2.1V0.7

UBE2+輸入懸空時相當于11、電壓傳輸特性BC接高電平UiBCUiUo(V)3.6AB0V≤Ui<0.6VAB段截止區(qū)C0.6<Ui<1.3VIc2Uc2BC段線形區(qū)2.70.81.3≤Ui<1.4VCD段轉(zhuǎn)折區(qū)D1.4V≤UiEDE段飽和區(qū)1.80.3UoffUoff----關(guān)門電平UonUon---開門電平UT---閾值電壓UTUo(V)3.6ABC2.70.8DE1.80.3UoffUoff----關(guān)門電平UonUon---開門電平1輸出0輸出1輸入0輸入UOH,minUIH,minUNHUIL,maxUOL,maxUNL5V3V0.3V0V5V1.8V0.8V0VUi1、電壓傳輸特性2、輸入負載特性&11Ui≤UoffRoff=0.7kΩRon=2kΩUi≥Uon11RF3、輸入特性&11UiF～I＋I－①輸入短路電流IiS典型值約為-1.5mA。

②輸入漏電流IiH

Ui＞UT時的Ii

典型值為10μAUi＞7V后T1的ce結(jié)將發(fā)生擊穿當Ui<-1V時T1的be結(jié)可能燒毀4、輸出特性①與非門處于開態(tài)時，輸出低電平T5飽和IL灌電流灌電流增大，使V5脫離飽和UOL將很快增加為了保證UOL≤0.35V應(yīng)使IL≤25mA4、輸出特性②與非門處于關(guān)態(tài)時，輸出高電平由于IR5≈ILUOH=UCC-Uces3-Ube4-ILR5T5截止，T3微飽和，T4導(dǎo)通IL拉電流IL＜5mA時T3、V4處于射隨器狀態(tài)當IL＞5mA時，T3進入深飽和負載電流IL≤14mA，允許的最小負載電阻RL約為170Ω

5.扇入系數(shù)和扇出系數(shù)扇出系數(shù)NO是指一個門能驅(qū)動同類型門的個數(shù)。當TTL門的某個輸入端為低電平時，其輸入電流約等于IIS(輸入短路電流)；當輸入端為高電平時，輸入電流為IIH(輸入漏電流)。而IIS比IIH大得多，因此按最壞的情況考慮，當測出輸出端為低電平時允許灌入的最大負載電流ILmax后，則可求出驅(qū)動門的扇出系數(shù)NO：6.平均延遲時間tpd輸出電壓由高電平跳變?yōu)榈碗娖降膫鬏斞舆t時間稱為導(dǎo)通延遲時間tPHL，由低電平跳變?yōu)楦唠娖降膫鬏斞舆t時間稱為截止延遲時間tPLH74S系列肖脫基系列將Ubc限制在0.3V左右肖特基抗飽和三極管有源泄放網(wǎng)絡(luò)Uo(V)3.6ABC2.70.8DE1.80.3UT

集電極開路門又稱OC(OpenCollector)門圖3-13OC門電路集電極開路門集電極開路門V5截止輸出端接地電流過大燒壞V5普通與非門輸出直接相接門1門2輸出高電平V5截止輸出低電平V4截止ILUoIL從截止門的V4管流到導(dǎo)通門的V5管UccRLFRL的選取輸出高電平時，不低于輸出高電平的最小值UOHmin；輸出低電平時，不高于輸出低電平的最大值UOLmaxF=AB·CDILIoHIoH1100IoLIoL集電極開路門線與功能UccIRLIoH

IoH

IoH

UoIiH

IiH

IiH

集電極開路門UccIRLIoL

IoL

IoL

UoIiL

IiL

IiL

3.6V集電極開路門IRL=nIOL-mIiLRLmin=(Ucc-OLmax)/IRL用OC門構(gòu)成鋸齒波發(fā)生器UCCRLCUi1001+-110TTL三態(tài)與非門DF：第三狀態(tài)高阻1V1VT2T5截止二極管D截止VB1=1VVB3=1V二極管D導(dǎo)通EN

=0時

EN=1時T3導(dǎo)通，T4截止0.3VF=ABTTL三態(tài)門三態(tài)非門三態(tài)與門三態(tài)與非門三態(tài)門eF0b1a

線或（Wired-OR）

F=ae+beQuestionF=?ENEND0D1ENG1G2EN=1時G1工作G2高阻數(shù)據(jù)從D0D1EN=0時G2工作G1高阻數(shù)據(jù)從D1D0用三態(tài)門實現(xiàn)雙向傳輸三態(tài)門應(yīng)用于總線DisplayPrinterkeysCPU110Bus三態(tài)門接于總線，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)或信號的輪流傳送00

TTL門電路由晶體管組成，屬雙極型門電路，MOS門電路由場效應(yīng)管組成，屬單極型門電路，MOS門電路是目前大規(guī)模和超大規(guī)模數(shù)字集成電路中應(yīng)用最廣泛的一種。

MOS門電路分類NMOS電路PMOS電路CMOS電路3.3CMOS門電路稱場效應(yīng)管集成電路P溝道N溝道互補對稱結(jié)構(gòu)設(shè)：A=0則：T2導(dǎo)通T1截止0F=11設(shè)：A=1則：T1導(dǎo)通T2截止F=0F=A1.CMOS反相器該電路具有反相器的功能。10CMOS門電路是一種互補對2.CMOS“與非”門電路P溝道負載管并聯(lián)N溝道驅(qū)動管串聯(lián)設(shè)：A=1，B=1則：T1T2導(dǎo)通T3T4截止F=00設(shè)：A=0，B=1（不全為1）則：T2T3導(dǎo)通T1T4截止F=1F=AB負載管和驅(qū)動管串聯(lián)110113.CMOS“或非”門電路P溝道負載管串聯(lián)N溝道驅(qū)動管并聯(lián)設(shè)：A=0，B=0

0

0則：T3