數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程第三版 第二章

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1、會計學(xué)1數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程第三版數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程第三版 第二第二章章 TTL 即即 Transistor-Transistor Logic CMOS 即即 Complementary Metal-Oxide-Semiconductor 一、門電路的作用和常用類型一、門電路的作用和常用類型一、門電路的作用和常用類型一、門電路的作用和常用類型 按功能特點(diǎn)不同分按功能特點(diǎn)不同分 普通門普通門(推拉式輸出推拉式輸出)CMOS傳輸門傳輸門 輸出輸出開路門開路門 三態(tài)門三態(tài)門 門電路門電路(Gate Circuit)指用以實(shí)現(xiàn)基本邏輯關(guān)系和指用以實(shí)現(xiàn)基本邏輯關(guān)系和常用復(fù)合邏輯關(guān)系的電子電路。

2、常用復(fù)合邏輯關(guān)系的電子電路。是構(gòu)成數(shù)字電路的基本單元之一是構(gòu)成數(shù)字電路的基本單元之一按邏輯功能不同分按邏輯功能不同分 與門與門 或門或門 非門非門 異或門異或門 與非門與非門 或非門或非門 與或非門與或非門 按電路結(jié)構(gòu)不同分按電路結(jié)構(gòu)不同分 TTL 集成門電路集成門電路 CMOS 集成門電路集成門電路 輸輸入入端端和和輸輸出出端端都都用用三極管的邏輯門電路。三極管的邏輯門電路。用互補(bǔ)對稱用互補(bǔ)對稱 MOS 管構(gòu)成的邏輯門電路。管構(gòu)成的邏輯門電路。第2頁/共73頁二、高電平和低電平的含義二、高電平和低電平的含義二、高電平和低電平的含義二、高電平和低電平的含義 高電平和低電平為某高電平和低電平為某

3、規(guī)定范圍規(guī)定范圍的電位值，而非一固定值。的電位值，而非一固定值。高電平信號是多大的信號？低高電平信號是多大的信號？低電平信號又是多大的信號？電平信號又是多大的信號？10高電平高電平低電平低電平01高電平高電平低電平低電平正邏輯體制正邏輯體制負(fù)邏輯體制負(fù)邏輯體制由門電路種類等決定由門電路種類等決定 第3頁/共73頁2.2三極管的開關(guān)特性三極管的開關(guān)特性主要要求：主要要求：理解理解三極管的開關(guān)特性。三極管的開關(guān)特性。掌握三極管開關(guān)工作的條件。掌握三極管開關(guān)工作的條件。第4頁/共73頁三極管為什么能用作開關(guān)？三極管為什么能用作開關(guān)？怎樣控制它的開和關(guān)？怎樣控制它的開和關(guān)？當(dāng)輸入當(dāng)輸入 uI 為低電平

4、，使為低電平，使 uBE Uth時，三極管截止。時，三極管截止。iB 0，iC 0，C、E 間相當(dāng)間相當(dāng)于開關(guān)斷開。于開關(guān)斷開。三極管關(guān)斷的條件和等效電路三極管關(guān)斷的條件和等效電路IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS負(fù)載線負(fù)載線臨界飽和線臨界飽和線 飽飽和和區(qū)區(qū)放大區(qū)放大區(qū)一、三極管的開關(guān)作用及其條件一、三極管的開關(guān)作用及其條件一、三極管的開關(guān)作用及其條件一、三極管的開關(guān)作用及其條件 截止區(qū)截止區(qū)uBE UthBEC三極管三極管截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài)等效電路等效電路uI=UILuBE+-Uth為門限電壓為門限電壓第5頁/共73頁IC(sat)QAuCEUCE(sat)

5、OiCMNIB(sat)TS臨界飽和線臨界飽和線 飽飽和和區(qū)區(qū)放大區(qū)放大區(qū)一、三極管的開關(guān)作用及其條件一、三極管的開關(guān)作用及其條件 uI 增大增大使使 iB 增大，增大，從而工作點(diǎn)上移，從而工作點(diǎn)上移，iC 增增大，大，uCE 減小。減小。截止區(qū)截止區(qū)uBE Uth時，三極管開始導(dǎo)通，時，三極管開始導(dǎo)通，iB 0，三極管工作于放大，三極管工作于放大導(dǎo)通狀態(tài)。導(dǎo)通狀態(tài)。第6頁/共73頁IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS臨界飽和線臨界飽和線 飽飽和和區(qū)區(qū)放大區(qū)放大區(qū)一、三極管的開關(guān)作用及其條件一、三極管的開關(guān)作用及其條件 截止區(qū)截止區(qū)uBE IB(sat)因?yàn)橐驗(yàn)?/p>

6、 iB=IHB-0.7 VUR所以求得所以求得 RB ton二、三極管的動態(tài)開關(guān)特性二、三極管的動態(tài)開關(guān)特性 開關(guān)時間主要由于開關(guān)時間主要由于電電荷存儲效應(yīng)荷存儲效應(yīng)引起，要提高引起，要提高開關(guān)速度，必須降低三極開關(guān)速度，必須降低三極管飽和深度，加速基區(qū)存管飽和深度，加速基區(qū)存儲電荷的消散。儲電荷的消散。第12頁/共73頁C E B SBD B C E 在在普普通通三三極極管管的的基基極極和和集集電電極極之之間間并并接一個肖特基勢壘二極管接一個肖特基勢壘二極管(簡稱簡稱 SBD)。BCSBD抗飽和三極管的開關(guān)速度高抗飽和三極管的開關(guān)速度高 沒有電荷存儲效應(yīng)沒有電荷存儲效應(yīng) SBD 的導(dǎo)通電壓只

7、有的導(dǎo)通電壓只有 0.4 V 而非而非 0.7 V，因此因此 UBC=0.4 V 時，時，SBD 便導(dǎo)通，使便導(dǎo)通，使 UBC 鉗在鉗在 0.4 V 上，降低了飽和深度。上，降低了飽和深度。三、三、三、三、抗飽和三極管簡介抗飽和三極管簡介抗飽和三極管簡介抗飽和三極管簡介第13頁/共73頁2.3TTL 集成邏輯門集成邏輯門主要要求：主要要求：了解了解 TTL 與非門的組成和工作原理。與非門的組成和工作原理。了解了解 TTL 集成邏輯門的主要參數(shù)和使用常識。集成邏輯門的主要參數(shù)和使用常識。掌握掌握 TTL 基本門的邏輯功能和主要外特性?；鹃T的邏輯功能和主要外特性。了解了解集電極開路門和三態(tài)門的邏

8、輯功能和應(yīng)用集電極開路門和三態(tài)門的邏輯功能和應(yīng)用。第14頁/共73頁ABCV1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3R1R2R4R5RBRCB1C1C2E2YVCC+5V輸入級輸入級中間倒相級中間倒相級輸出級輸出級STTL系列與非門電系列與非門電路路邏輯符號邏輯符號8.2 k 900 50 3.5 k 500 250 V1V2V3V5V6一、一、一、一、TTL TTL 與非門的基本組成與外特性與非門的基本組成與外特性與非門的基本組成與外特性與非門的基本組成與外特性(一一)典型典型 TTL 與非門電路與非門電路 除除V4外外，采采用用了了抗抗飽飽和和三三極極管管，用用以以提提高高門門電電路路工工

9、作作速速度度。V4不不會會工工作作于于飽飽和和狀狀態(tài)態(tài)，因因此此用用普通三極管。普通三極管。輸入級主要由多發(fā)射極管輸入級主要由多發(fā)射極管 V1 和基和基極電阻極電阻 R1 組成，用以實(shí)現(xiàn)輸入變量組成，用以實(shí)現(xiàn)輸入變量 A、B、C 的與運(yùn)算。的與運(yùn)算。VD1 VD3 為輸入鉗位二極管，用以為輸入鉗位二極管，用以抑制輸入端出現(xiàn)的負(fù)極性干擾。正常信抑制輸入端出現(xiàn)的負(fù)極性干擾。正常信號輸入時，號輸入時，VD1 VD3不工作，當(dāng)輸入的不工作，當(dāng)輸入的負(fù)極性干擾電壓大于二極管導(dǎo)通電壓時，負(fù)極性干擾電壓大于二極管導(dǎo)通電壓時，二極管導(dǎo)通，輸入端負(fù)電壓被鉗在二極管導(dǎo)通，輸入端負(fù)電壓被鉗在-0.7 V上，這不但抑

10、制了輸入端的負(fù)極性干上，這不但抑制了輸入端的負(fù)極性干擾，對擾，對 V1 還有保護(hù)作用。還有保護(hù)作用。中間級起倒相放大作中間級起倒相放大作用，用，V2 集電極集電極 C2 和發(fā)射極和發(fā)射極 E2 同時輸出兩個邏輯電平同時輸出兩個邏輯電平相反的信號，分別驅(qū)動相反的信號，分別驅(qū)動 V3和和 V5。RB、RC 和和 V6 構(gòu)成有構(gòu)成有源泄放電路，用以減小源泄放電路，用以減小 V5管開關(guān)時間，從而提高門管開關(guān)時間，從而提高門電路工作速度。電路工作速度。輸出級輸出級由由 V3、V4、R4、R5和和V5組成。其中組成。其中 V3 和和 V4 構(gòu)構(gòu)成復(fù)合管，成復(fù)合管，與與 V5 構(gòu)成推構(gòu)成推拉式輸出結(jié)拉式輸出

11、結(jié)構(gòu)，提高了構(gòu)，提高了負(fù)載能力。負(fù)載能力。第15頁/共73頁VD1 VD3 在正常信號在正常信號輸輸入時不工作，因此下面的分入時不工作，因此下面的分析中不予考慮。析中不予考慮。RB、RC 和和V6 所構(gòu)成的有源泄放電路所構(gòu)成的有源泄放電路的的作用是提高開關(guān)速度，它們作用是提高開關(guān)速度，它們不影響與非門的邏輯功能，不影響與非門的邏輯功能，因此下面的工作原理分析中因此下面的工作原理分析中也不予考慮。也不予考慮。因?yàn)榭癸柡腿龢O管因?yàn)榭癸柡腿龢O管 V1的集電結(jié)導(dǎo)通電壓為的集電結(jié)導(dǎo)通電壓為 0.4 V，而，而 V2、V5 發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓為壓為 0.7 V，因此要使，因此要使 V1 集集電結(jié)和

12、電結(jié)和 V2、V5 發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，必須必須 uB1 1.8 V。0.3 V3.6 V3.6 V 輸入端有一個或數(shù)個為輸入端有一個或數(shù)個為 低電平時，低電平時，輸出高電平。輸出高電平。輸入低電平端對應(yīng)的發(fā)射結(jié)輸入低電平端對應(yīng)的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，導(dǎo)通，uB1=0.7 V+0.3 V=1 VV1管其他發(fā)射結(jié)因反偏而截止。管其他發(fā)射結(jié)因反偏而截止。1 V這時這時 V2、V5 截止。截止。V2 截止截止使使 V1 集電極等效電阻很大，使集電極等效電阻很大，使 IB1 IB1(sat)，V1 深度飽和。深度飽和。V2 截止使截止使 uC2 VCC=5 V，5 V因此，輸入有低電平時，輸出為高電平。因此

13、，輸入有低電平時，輸出為高電平。截止截止截止截止深度深度飽和飽和V3 微飽和，微飽和，V4 放大工作。放大工作。uY=5V-0.7 V-0.7 V=3.6 V電路輸出為高電平。電路輸出為高電平。微飽和微飽和放大放大(二二)TTL 與非門的工作原理與非門的工作原理 第16頁/共73頁綜上所述綜上所述,該電路實(shí)現(xiàn)了與非邏輯功能該電路實(shí)現(xiàn)了與非邏輯功能,即即3.6 V3.6 V3.6 V因此，因此，V1 發(fā)射結(jié)反偏而集電極發(fā)射結(jié)反偏而集電極正偏，稱正偏，稱處于倒置放大狀態(tài)。處于倒置放大狀態(tài)。1.8 V這時這時 V2、V5 飽和。飽和。uC2=UCE2(sat)+uBE5 =0.3 V+0.7 V=1

14、 V使使 V3 導(dǎo)通，而導(dǎo)通，而 V4 截止。截止。1 V uY=UCE5(sat)0.3 V 輸出為低電平輸出為低電平 因此，輸入均為高電平時，輸出為低電平。因此，輸入均為高電平時，輸出為低電平。0.3 V V4 截止使截止使 V5 的等效集電極的等效集電極電阻很大，使電阻很大，使 IB5 IB5(sat)，因，因此此 V5 深度飽和。深度飽和。倒置放大倒置放大飽飽和和飽和飽和截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通TTL 電路輸入端懸電路輸入端懸空時相當(dāng)于輸入高電平。空時相當(dāng)于輸入高電平。輸入均為高電平時，輸入均為高電平時，輸出低電平輸出低電平 VCC 經(jīng)經(jīng) R1 使使 V1 集電結(jié)和集電結(jié)和 V2、V5 發(fā)射結(jié)

15、導(dǎo)通，使發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，使uB1=1.8 V。深深注意注意2.TTL與非門的工作原理與非門的工作原理 第17頁/共73頁電壓傳輸特性測試電電壓傳輸特性測試電路路0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOLSTTL與非門與非門電壓傳輸特性曲電壓傳輸特性曲線線(三三)TTL 與非門的外特性及主要參數(shù)與非門的外特性及主要參數(shù) 1.電壓傳輸特性電壓傳輸特性和噪聲容限和噪聲容限 輸出電壓隨輸入電壓變化的特性輸出電壓隨輸入電壓變化的特性 uI 較小時工作于較小時工作于AB 段，段，這時這時 V2、V5 截止，截止，V3、V4 導(dǎo)通，輸出恒為高電平，導(dǎo)通，輸出恒為高電平，UO

16、H 3.6V，稱與非門工，稱與非門工作在截止區(qū)或處于關(guān)門狀作在截止區(qū)或處于關(guān)門狀態(tài)。態(tài)。uI 較大時工作于較大時工作于 BC 段，這時段，這時 V2、V5 工作于工作于放大區(qū)，放大區(qū)，uI 的微小增大的微小增大引起引起 uO 急劇下降，稱與急劇下降，稱與非門工作在轉(zhuǎn)折區(qū)。非門工作在轉(zhuǎn)折區(qū)。uI 很大時工作于很大時工作于 CD 段，段，這時這時 V2、V5 飽和，輸出恒為飽和，輸出恒為低電平，低電平，UOL 0.3V，稱與非，稱與非門工作在飽和區(qū)或處于開門狀門工作在飽和區(qū)或處于開門狀態(tài)。態(tài)。電壓傳輸特性測試電路電壓傳輸特性測試電路0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACD

17、BUOHUOLSTTL與非門與非門電壓傳輸特性曲線電壓傳輸特性曲線飽飽和和區(qū)區(qū)：與與非非門門處于開門狀態(tài)。處于開門狀態(tài)。截截止止區(qū)區(qū)：與與非非門門處于關(guān)門狀態(tài)。處于關(guān)門狀態(tài)。轉(zhuǎn)折區(qū)轉(zhuǎn)折區(qū) 第18頁/共73頁下面介紹與下面介紹與電壓傳輸特電壓傳輸特性有關(guān)的主要參數(shù)：性有關(guān)的主要參數(shù)：有關(guān)參數(shù)有關(guān)參數(shù) 0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOL電壓傳輸特性曲電壓傳輸特性曲線線標(biāo)準(zhǔn)高電平標(biāo)準(zhǔn)高電平 USH 當(dāng)當(dāng) uO USH 時，則認(rèn)為輸出高時，則認(rèn)為輸出高電平，通常取電平，通常取 USH=3 V。標(biāo)準(zhǔn)低電平標(biāo)準(zhǔn)低電平 USL當(dāng)當(dāng) uO USL 時，則認(rèn)為輸出低

18、時，則認(rèn)為輸出低電平，通常取電平，通常取 USL=0.3 V。關(guān)門電平關(guān)門電平 UOFF保保證證輸輸出出不不小小于于標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)高高電電平平USH 時時,允許的輸入低電平的最大值。允許的輸入低電平的最大值。開門電平開門電平 UON保保證證輸輸出出不不高高于于標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)低低電電平平USL 時時,允許的輸入高電平的最小值。允許的輸入高電平的最小值。閾值電壓閾值電壓 UTH轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)折折區(qū)區(qū)中中點(diǎn)點(diǎn)對對應(yīng)應(yīng)的的輸輸入入電電壓壓，又稱門檻電平。又稱門檻電平。USH=3VUSL=0.3VUOFFUONUTH近似分析時認(rèn)為：近似分析時認(rèn)為：uI UTH，則與非門開通，則與非門開通，輸出低電平輸出低電平UOL；uI U

19、TH，則與非門關(guān)閉，則與非門關(guān)閉，輸出高電平輸出高電平UOH。第19頁/共73頁噪聲容限越大，抗干擾能力越強(qiáng)。噪聲容限越大，抗干擾能力越強(qiáng)。指輸入低電平時，允許的最大正向噪聲電壓。指輸入低電平時，允許的最大正向噪聲電壓。UNL=UOFF UIL 指輸入高電平時，允許的最大負(fù)向噪聲電壓。指輸入高電平時，允許的最大負(fù)向噪聲電壓。UNH=UIH UON 輸入信號上疊加的噪聲電壓只要不超過允許輸入信號上疊加的噪聲電壓只要不超過允許值，就不會影響電路的正常邏輯功能，這個允許值，就不會影響電路的正常邏輯功能，這個允許值稱為值稱為噪聲容限噪聲容限。輸入高電平噪聲容限輸入高電平噪聲容限 UNH輸入低電平噪聲容

20、限輸入低電平噪聲容限 UNL第20頁/共73頁輸入負(fù)載特性測試電路輸入負(fù)載特性測試電路 輸入負(fù)載特性輸入負(fù)載特性曲線曲線0uI/VR1/k UOFF1.1FNROFFRON2.輸入負(fù)載特性輸入負(fù)載特性 ROFF 稱關(guān)門電阻。稱關(guān)門電阻。RI RON 時時，相相應(yīng)應(yīng)輸輸入入端端相相當(dāng)當(dāng)于輸入高電平。對于輸入高電平。對 STTL 系列，系列，RON 2.1 k。RONROFFUOFF第21頁/共73頁 例例 下圖中，已知下圖中，已知 ROFF 800 ，RON 3 k，試對應(yīng)，試對應(yīng) 輸入波形定性畫出輸入波形定性畫出TTL與非門的輸出波形。與非門的輸出波形。(a)(b)tA0.3 V3.6 VO不

21、同不同 TTL 系列，系列，RON、ROFF 不同。不同。相應(yīng)輸入端相當(dāng)于輸入低電平，相應(yīng)輸入端相當(dāng)于輸入低電平，也即相當(dāng)于輸入邏輯也即相當(dāng)于輸入邏輯 0。邏輯邏輯0因此因此 Ya 輸出恒為高電平輸出恒為高電平 UOH。相應(yīng)輸入端相當(dāng)于輸入高電平，相應(yīng)輸入端相當(dāng)于輸入高電平，也即相當(dāng)于輸入邏輯也即相當(dāng)于輸入邏輯 1。邏輯邏輯1因此，可畫出波形如圖所示。因此，可畫出波形如圖所示。YbtOYatUOHO解：圖解：圖(a)中，中，RI=300 RON 3 k 第22頁/共73頁3.負(fù)載能力負(fù)載能力 負(fù)載電流流入與負(fù)載電流流入與非門的輸出端。非門的輸出端。負(fù)載電流從與非門負(fù)載電流從與非門的輸出端流向外

22、負(fù)載。的輸出端流向外負(fù)載。負(fù)載電流流入驅(qū)動門負(fù)載電流流入驅(qū)動門IOL負(fù)載電流流出驅(qū)動門負(fù)載電流流出驅(qū)動門IOH輸入均為輸入均為高電平高電平 輸入有輸入有低電平低電平 輸出為低電平輸出為低電平 輸出為高電平輸出為高電平 灌電流負(fù)載灌電流負(fù)載拉電流負(fù)載拉電流負(fù)載 不不管管是是灌灌電電流流負(fù)負(fù)載載還還是是拉拉電電流流負(fù)負(fù)載載，負(fù)負(fù)載載電電流流都都不不能能超超過過其其最最大大允允許許電電流流，否否則則將將導(dǎo)導(dǎo)致致電路不能正常工作，甚至燒壞門電路。電路不能正常工作，甚至燒壞門電路。實(shí)用中常用實(shí)用中常用扇出系數(shù)扇出系數(shù) NOL 表示電路負(fù)載能力。表示電路負(fù)載能力。門電路輸出低電平時允許帶同類門電路的個數(shù)。

23、門電路輸出低電平時允許帶同類門電路的個數(shù)。通常按照負(fù)通常按照負(fù)載電流的流向?qū)⑤d電流的流向?qū)⑴c非門負(fù)載分為與非門負(fù)載分為 灌電流負(fù)載灌電流負(fù)載 拉電流負(fù)載拉電流負(fù)載 第23頁/共73頁 由由于于三三極極管管存存在在開開關(guān)關(guān)時時間間，元元、器器件件及及連連線線存存在在一一定定的的寄寄生生電電容容，因因此此輸輸入入矩矩形脈沖時，輸出脈沖將延遲一定時間。形脈沖時，輸出脈沖將延遲一定時間。輸入信輸入信號號UOm0.5 UOm0.5 UImUIm輸出信輸出信號號4.傳輸延遲時間傳輸延遲時間 輸入電壓波形下降沿輸入電壓波形下降沿 0.5 UIm 處到輸出電壓上升沿處到輸出電壓上升沿 0.5 Uom處間隔的時

24、間稱處間隔的時間稱截止延遲時間截止延遲時間 tPLH。輸入電壓波形上升沿輸入電壓波形上升沿 0.5 UIm 處到輸出電壓下降沿處到輸出電壓下降沿 0.5 Uom處間隔的時間稱處間隔的時間稱導(dǎo)通延遲時間導(dǎo)通延遲時間 tPHL L。平均傳輸延遲時間平均傳輸延遲時間 tpd tPHLtPLHtpd 越小，則門電越小，則門電路開關(guān)速度越高，工路開關(guān)速度越高，工作頻率越高。作頻率越高。0.5 UIm0.5 UOm第24頁/共73頁5.功耗功耗-延遲積延遲積 常用功耗常用功耗 P 和平均傳輸延遲時間和平均傳輸延遲時間 tpd 的乘積的乘積(簡稱簡稱功耗功耗 延遲積延遲積)來來綜合評價門電路的性能，即綜合評

25、價門電路的性能，即M=P tpd 性能優(yōu)越的門電路應(yīng)具有功耗低、工作速度高的性能優(yōu)越的門電路應(yīng)具有功耗低、工作速度高的特點(diǎn)，然而這兩者矛盾。特點(diǎn)，然而這兩者矛盾。M 又稱品質(zhì)因素，值越小，說明綜合性能越好。又稱品質(zhì)因素，值越小，說明綜合性能越好。第25頁/共73頁 使用時需使用時需外接外接上拉電阻上拉電阻 RL 即即 Open collector gate，簡稱簡稱 OC 門。門。常常用用的的有有集集電電極極開開路路與與非非門門、三三態(tài)態(tài)門門、或或非非門門、與與或或非非門門和和異異或或門門等等。它它們們都都是是在在與與非非門門基基礎(chǔ)礎(chǔ)上上發(fā)發(fā)展展出出來來的，的，TTL 與非門的上述特性對這些門

26、電路大多適用。與非門的上述特性對這些門電路大多適用。VC 可以等于可以等于 VCC也可不等于也可不等于 VCC 二、其他功能的二、其他功能的二、其他功能的二、其他功能的 TTL TTL 門電路門電路門電路門電路(一一)集電極開路與非門集電極開路與非門 1.電路、邏輯符號和工作原理電路、邏輯符號和工作原理 輸入都為高電平時，輸入都為高電平時，V2 和和 V5 飽和導(dǎo)通，輸出飽和導(dǎo)通，輸出為低電平為低電平 UOL 0.3 V。輸入有低電平時，輸入有低電平時，V2和和 V5 截止，輸出為高電平截止，輸出為高電平 UOH VC。因此具有與非功能。因此具有與非功能。工作原工作原理理 OC門門第26頁/共

27、73頁 相當(dāng)于與門作用。相當(dāng)于與門作用。因?yàn)橐驗(yàn)?Y1、Y2 中有低電中有低電平時，平時，Y 為低電平；只有為低電平；只有 Y1、Y2 均為高電平時，均為高電平時，Y才為高電平，故才為高電平，故 Y=Y1 Y2。2.應(yīng)用應(yīng)用 (1)實(shí)現(xiàn)線與實(shí)現(xiàn)線與兩個或多個兩個或多個 OC 門的輸出端直接相連，門的輸出端直接相連，相當(dāng)于將這些輸出信號相與，稱為線與。相當(dāng)于將這些輸出信號相與，稱為線與。Y只有只有 OC 門才能實(shí)現(xiàn)線與。普通門才能實(shí)現(xiàn)線與。普通 TTL 門輸出端不能并聯(lián)，否則可能損壞器件。門輸出端不能并聯(lián)，否則可能損壞器件。注意注意第27頁/共73頁(2)驅(qū)動顯示器和繼電器等驅(qū)動顯示器和繼電器等

28、 例例 下圖為用下圖為用 OC 門驅(qū)動發(fā)光二極管門驅(qū)動發(fā)光二極管 LED 的顯示電路。的顯示電路。已知已知 LED 的正向?qū)▔航档恼驅(qū)▔航?UF=2V，正向工作電流，正向工作電流 IF=10 mA，為保證電路正常工作，試確定，為保證電路正常工作，試確定 RC 的值。的值。解解：為保證電路正常工作，應(yīng)滿足為保證電路正常工作，應(yīng)滿足因此因此RC=270 分析：分析：該電路只有在該電路只有在 A、B 均為高均為高電平，使輸出電平，使輸出 uO 為低電平時，為低電平時，LED 才導(dǎo)通發(fā)光；否則才導(dǎo)通發(fā)光；否則 LED 中中無電流流通，不發(fā)光。無電流流通，不發(fā)光。要使要使 LED 發(fā)光，應(yīng)滿足發(fā)光

29、，應(yīng)滿足IRc IF=10 mA。第28頁/共73頁TTLCMOSRLVDD+5 V(3)實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換 TTL 與非門有時需要驅(qū)動其他種類門電路，而不與非門有時需要驅(qū)動其他種類門電路，而不同種類門電路的高低電平標(biāo)準(zhǔn)不一樣。應(yīng)用同種類門電路的高低電平標(biāo)準(zhǔn)不一樣。應(yīng)用 OC 門就門就可以適應(yīng)負(fù)載門對電平的要求?？梢赃m應(yīng)負(fù)載門對電平的要求。OC 門的門的 UOL 0.3V，UOH VDD，正好符合，正好符合 CMOS 電路電路 UIH VDD，UIL 0的要求。的要求。VDDRL第29頁/共73頁 即即 Tri-State Logic 門，門，簡稱簡稱 TSL 門。其輸出有高門。其輸出有

30、高電平態(tài)、低電平態(tài)和高阻電平態(tài)、低電平態(tài)和高阻態(tài)三種狀態(tài)。態(tài)三種狀態(tài)。三態(tài)輸出與非門電路三態(tài)輸出與非門電路 EN=1 時，時，P=0，uP=0.3V0110 0.3V1V導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止截止截止 另一方面，另一方面，V1 導(dǎo)通，導(dǎo)通，uB1=0.3V+0.7V=1V,V2、V5 截止。截止。這時，從輸出端這時，從輸出端 Y 看進(jìn)去，看進(jìn)去，對地和對電源對地和對電源 VCC 都相當(dāng)于開都相當(dāng)于開路，路，輸出端呈現(xiàn)高阻態(tài)輸出端呈現(xiàn)高阻態(tài)，相當(dāng)，相當(dāng)于輸出端開路。于輸出端開路。Y=AB1V導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止截止截止Z這時這時 VD 導(dǎo)通，使導(dǎo)通，使 uC2=0.3 V+0.7 V=1 V，使，使 V4

31、 截止。截止。(二二)三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門 1.電路、邏輯符號和工作原理電路、邏輯符號和工作原理工作原理工作原理 EN=0 時，時，P=1，VD 截止截止電路等效為一個輸入為電路等效為一個輸入為 A、B 和和1 的的 TTL 與非門。與非門。Y=AB 第30頁/共73頁綜上所述，可見：綜上所述，可見：(二二)三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門 1.電路、邏輯符號和工作原理電路、邏輯符號和工作原理只有當(dāng)使能信號只有當(dāng)使能信號 EN=0 時才允許三態(tài)時才允許三態(tài)門工作，故稱門工作，故稱 EN 低電平有效低電平有效。EN 稱使能信號或控制信號，稱使能信號或控制信號，A、B 稱數(shù)據(jù)信號。稱數(shù)據(jù)信號。當(dāng)當(dāng) EN=0

32、時，時，Y=AB，三態(tài)門處于工作態(tài)；三態(tài)門處于工作態(tài)；當(dāng)當(dāng) EN=1 時，三態(tài)門輸出時，三態(tài)門輸出呈現(xiàn)高阻態(tài)，又呈現(xiàn)高阻態(tài)，又稱稱禁止態(tài)。禁止態(tài)。第31頁/共73頁EN 即即 Enable功能表功能表Z0AB1YEN使能端的兩種控制方式使能端的兩種控制方式使能端低電平有效使能端低電平有效使能端高電平有效使能端高電平有效功能表功能表Z1AB0YENEN第32頁/共73頁2.應(yīng)用應(yīng)用 任何時刻任何時刻 EN1、EN2、EN3 中只能有一個為有效電中只能有一個為有效電平，平，使相應(yīng)三態(tài)門工作，而其使相應(yīng)三態(tài)門工作，而其他三態(tài)輸出門處于高阻狀態(tài)，他三態(tài)輸出門處于高阻狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了總線的復(fù)用。從而實(shí)現(xiàn)

33、了總線的復(fù)用?？偩€總線 (1)構(gòu)成單向總線構(gòu)成單向總線 第33頁/共73頁DIDO/DIDO00高阻態(tài)高阻態(tài)工作工作DI EN=0 時，時，總線上的數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù) DI經(jīng)反相后在經(jīng)反相后在 G2 輸輸出端輸出。出端輸出。(2)構(gòu)成雙向總線構(gòu)成雙向總線 DIDO/DIDO11工工作作 DO高阻態(tài)高阻態(tài) EN=1 時，時，數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) DO 經(jīng)經(jīng) G1 反相后傳送到反相后傳送到總線上。總線上。DIDO/DIDO11工工作作 DO高阻態(tài)高阻態(tài) EN=1 時，時，數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) DO 經(jīng)經(jīng) G1 反相后傳送到反相后傳送到總線上?？偩€上。DIDO/DIDO第34頁/共73頁 TTL 集成門的類型很多集成門的類型

34、很多,那么那么如何識別它們?nèi)绾巫R別它們?各類型之間有何異各類型之間有何異同同?如何選用合適的門如何選用合適的門?三、三、三、三、TTL TTL 集成門應(yīng)用要點(diǎn)集成門應(yīng)用要點(diǎn)集成門應(yīng)用要點(diǎn)集成門應(yīng)用要點(diǎn) 1.各系列各系列 TTL 集成門的比較與選用集成門的比較與選用 用于民品用于民品 用于軍品用于軍品 具有完全相同的電路結(jié)構(gòu)和電氣性能具有完全相同的電路結(jié)構(gòu)和電氣性能參數(shù)，但參數(shù)，但 CT54 系列更適合在溫度條件惡系列更適合在溫度條件惡劣、供電電源變化大的環(huán)境中工作。劣、供電電源變化大的環(huán)境中工作。按工作溫度和電源允許變化范圍不同分為按工作溫度和電源允許變化范圍不同分為 CT74 系列系列 CT

35、54 系列系列第35頁/共73頁向高速向高速發(fā)展發(fā)展 向低功向低功耗發(fā)展耗發(fā)展 按平均傳輸延遲時間和平均功耗不同分按平均傳輸延遲時間和平均功耗不同分 向減小向減小功耗功耗-延遲積延遲積發(fā)展發(fā)展 措施：增大電阻值措施：增大電阻值 措施：措施：(1)采用采用 SBD 和抗飽和三極管；和抗飽和三極管；(2)采用有源泄放電路；采用有源泄放電路；(3)減小電路中的電阻值。減小電路中的電阻值。其中，其中，LSTTL 系列綜合性能優(yōu)越、品種多、系列綜合性能優(yōu)越、品種多、價格便宜；價格便宜；ALSTTL 系列性能優(yōu)于系列性能優(yōu)于 LSTTL，但品，但品種少、價格較高，因此種少、價格較高，因此實(shí)用中多選用實(shí)用中

36、多選用 LSTTL。CT74 系系列列(即即標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn) TTL)CT74L 系列系列(即低功耗即低功耗 TTL簡稱簡稱 LTTL)CT74H 系列系列(即高速即高速 TTL簡稱簡稱 HTTL)CT74S 系列系列(即肖特基即肖特基TTL簡稱簡稱 STTL)CT74AS 系列系列(即先進(jìn)肖特基即先進(jìn)肖特基TTL簡稱簡稱 ASTTL)CT74LS 系列系列(即低功耗肖特基即低功耗肖特基TTL 簡稱簡稱 LSTTL)CT74ALS 系列系列(即先進(jìn)低功耗肖特基即先進(jìn)低功耗肖特基TTL 簡稱簡稱 LSTTL)第36頁/共73頁集成門的選用要點(diǎn)集成門的選用要點(diǎn)(1)實(shí)際使用中的最高工作頻率實(shí)際使用中的最高

37、工作頻率 fm 應(yīng)不大于邏輯門最高工作應(yīng)不大于邏輯門最高工作 頻率頻率 fmax 的一半。的一半。實(shí)實(shí)物物圖圖片片(2)不同系列不同系列 TTL 中，器件型號后面幾位數(shù)字相同時，通中，器件型號后面幾位數(shù)字相同時，通常邏輯功能、外型尺寸、外引線排列都相同。但工作常邏輯功能、外型尺寸、外引線排列都相同。但工作速速度度(平均傳輸延遲時間平均傳輸延遲時間 tpd)和平均功耗不同。實(shí)際使用和平均功耗不同。實(shí)際使用時，時，高速門電路可以替換低速的；反之則不行。高速門電路可以替換低速的；反之則不行。例如例如 CT7400CT74L00CT74H00CT74S00CT74LS00CT74AS00CT74ALS

38、00 xx74xx00 引腳圖引腳圖 雙列直插雙列直插 14 引腳引腳四四 2 輸入與非門輸入與非門 第37頁/共73頁2.TTL 集成邏輯門的使用要點(diǎn)集成邏輯門的使用要點(diǎn) (1)電源電壓用電源電壓用+5 V，74 系列應(yīng)滿足系列應(yīng)滿足 5 V 5%。(2)輸出端的連接輸出端的連接 普通普通 TTL 門輸出端不允許直接并聯(lián)使用。門輸出端不允許直接并聯(lián)使用。三態(tài)輸出門的輸出端可并聯(lián)使用，但同一時刻只能有三態(tài)輸出門的輸出端可并聯(lián)使用，但同一時刻只能有一個門工作，其他門輸出處于高阻狀態(tài)。一個門工作，其他門輸出處于高阻狀態(tài)。集電極開路門輸出端可并聯(lián)使用，但公共輸出端和集電極開路門輸出端可并聯(lián)使用，但公

39、共輸出端和電源電源 VCC 之間應(yīng)接負(fù)載電阻之間應(yīng)接負(fù)載電阻 RL。輸出端不允許直接接電源輸出端不允許直接接電源 VCC 或直接接地?；蛑苯咏拥亍］敵鲭娏鲬?yīng)小于產(chǎn)品手冊上規(guī)定的最大值。輸出電流應(yīng)小于產(chǎn)品手冊上規(guī)定的最大值。第38頁/共73頁3.多余輸入端的處理多余輸入端的處理 與門和與非門的多余輸入端接邏輯與門和與非門的多余輸入端接邏輯 1 或者與有用輸入端并接。或者與有用輸入端并接。接接 VCC通過通過 1 10 k 電阻接電阻接 VCC與有用輸入端并接與有用輸入端并接TTL 電電路路輸輸入入端端懸懸空空時時相相當(dāng)當(dāng)于于輸輸入入高高電電平平，做做實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)時時與與門門和和與與非非門門等等的的多

40、多余余輸輸入入端端可可懸懸空空，但使用中多余輸入端一般不懸空，以防止干擾。但使用中多余輸入端一般不懸空，以防止干擾。第39頁/共73頁或門和或非門的多余輸入端接邏輯或門和或非門的多余輸入端接邏輯 0或者與有用輸入端并接或者與有用輸入端并接第40頁/共73頁 例例 欲用下列電路實(shí)現(xiàn)非運(yùn)算，試改錯。欲用下列電路實(shí)現(xiàn)非運(yùn)算，試改錯。(ROFF 700 ，RON 2.1 k)第41頁/共73頁解：解：OC 門輸出門輸出端需外接端需外接上拉電阻上拉電阻RC5.1kY=1Y=0 RI RON，相應(yīng)輸入，相應(yīng)輸入端為高電平。端為高電平。510 RI UGS(th)N+UGS(th)P且且 UGS(th)N=

41、UGS(th)P UGS(th)N增強(qiáng)型增強(qiáng)型 NMOS 管開啟電壓管開啟電壓AuIYuOVDDSGDDGSBVPVNB NMOS 管的襯底接管的襯底接電路最低電位，電路最低電位，PMOS管的襯底接最高電位，管的襯底接最高電位，從而從而保證襯底與漏源間保證襯底與漏源間的的 PN 結(jié)始終反偏。結(jié)始終反偏。.uGSN+-增強(qiáng)型增強(qiáng)型 PMOS 管開啟電壓管開啟電壓uGSP+-UGS(th)PuGSN UGS(th)N 時，增強(qiáng)型時，增強(qiáng)型 NMOS 管導(dǎo)通管導(dǎo)通uGSN UGS(th)N 時，增強(qiáng)型時，增強(qiáng)型 NMOS 管截止管截止OiDuGSUGS(th)N增強(qiáng)型增強(qiáng)型 NMOS 管管轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)

42、移特性 時時,增強(qiáng)型增強(qiáng)型 PMOS 管導(dǎo)通管導(dǎo)通 時時,增強(qiáng)型增強(qiáng)型 PMOS 管截止管截止OiDuGSUGS(th)P增強(qiáng)型增強(qiáng)型 PMOS 管管轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性AuIYuOVDDSGDDGSBVPVNB(一一)電路基本結(jié)構(gòu)電路基本結(jié)構(gòu) UIL=0 V，UIH=VDD第44頁/共73頁AuIYuOVDDSGDDGSVP襯底襯底 BVN襯底襯底 B(二二)工作原理工作原理 ROFFNRONPuO+VDDSDDS導(dǎo)通電阻導(dǎo)通電阻 RON 截止電阻截止電阻 ROFFRONNROFFPuO+VDDSDDS可見該電路構(gòu)成可見該電路構(gòu)成 CMOS 非門，又稱非門，又稱 CMOS 反相器。反相器。無論輸

43、入高低，無論輸入高低，VN、VP 中總有一管截止，使靜態(tài)漏中總有一管截止，使靜態(tài)漏極電流極電流 iD 0。因此。因此 CMOS 反相器靜態(tài)功耗極微小。反相器靜態(tài)功耗極微小。輸入為低電平，輸入為低電平，UIL=0V 時，時，uGSN=0V UGS(th)N,VN 導(dǎo)通，導(dǎo)通，VP 截止，截止，輸入為低電平輸入為低電平 UIL=0 V 時，時，uGSN=0V UGS(th)N，VN 截止，截止，VP 導(dǎo)通，導(dǎo)通，uO VDD ,為高電平。為高電平。UIH=VDDuO 0 V，為低電平。，為低電平。第45頁/共73頁二、其他功能的二、其他功能的二、其他功能的二、其他功能的 CMOS CMOS 門電路

44、門電路門電路門電路(一一)CMOS 與非門和或非門與非門和或非門 1.CMOS 與非門與非門 ABVDDVPBVPAVNAVNBY 每個輸入端對應(yīng)一每個輸入端對應(yīng)一對對 NMOS 管和管和PMOS 管。管。NMOS 管為驅(qū)動管，管為驅(qū)動管，PMOS 管為負(fù)載管。輸管為負(fù)載管。輸入端與它們的柵極相連。入端與它們的柵極相連。與非門結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：與非門結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：驅(qū)動管相串聯(lián)驅(qū)動管相串聯(lián)，負(fù)載管相并聯(lián)負(fù)載管相并聯(lián)。第46頁/共73頁ABVDDVPBVPAVNAVNBY CMOS 與非門工作原理與非門工作原理11導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止截止截止0 驅(qū)動管均導(dǎo)通，驅(qū)動管均導(dǎo)通，負(fù)載管均截止，負(fù)載管均截止，輸出

45、為低電平。輸出為低電平。當(dāng)輸入均為當(dāng)輸入均為 高電平時：高電平時：低電平輸入端低電平輸入端相對應(yīng)的驅(qū)動管截相對應(yīng)的驅(qū)動管截止，負(fù)載管導(dǎo)通，止，負(fù)載管導(dǎo)通，輸出為高電平。輸出為高電平。當(dāng)輸入中有當(dāng)輸入中有 低電平時：低電平時：ABVDDVPBVPAVNAVNBY0截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通1因此因此 Y=AB第47頁/共73頁2.CMOS 或非門或非門 ABVDDVPBVPAVNAVNBY或非門結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：或非門結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：驅(qū)動管相并聯(lián)驅(qū)動管相并聯(lián)，負(fù)載管相串聯(lián)負(fù)載管相串聯(lián)。第48頁/共73頁YABuOuIVDD1漏極開路的漏極開路的CMOS與非與非門電門電路路(二二)漏極開路的漏極開路的 CMOS 門門簡稱

46、簡稱 OD 門門 與與 OC 門相似，常用作驅(qū)動器、電平轉(zhuǎn)換器和實(shí)現(xiàn)線與等。門相似，常用作驅(qū)動器、電平轉(zhuǎn)換器和實(shí)現(xiàn)線與等。Y=AB構(gòu)成與門構(gòu)成與門 構(gòu)成輸構(gòu)成輸出端開出端開路的非路的非門門需外接上需外接上拉電阻拉電阻 RD第49頁/共73頁C、C 為為互互補(bǔ)補(bǔ)控制信號控制信號 由一對參數(shù)對稱一致的增由一對參數(shù)對稱一致的增強(qiáng)型強(qiáng)型 NMOS 管和管和 PMOS 管并聯(lián)管并聯(lián)構(gòu)成。構(gòu)成。PMOSCuI/uOVDDCMOS傳輸傳輸門電路結(jié)門電路結(jié)構(gòu)構(gòu)uO/uIVPCNMOSVN(三三)CMOS 傳輸門傳輸門 工作原理工作原理 MOS 管的漏極和源極結(jié)構(gòu)對稱，管的漏極和源極結(jié)構(gòu)對稱，可互換使用，因此可

47、互換使用，因此 CMOS 傳輸門的傳輸門的輸出端和輸入端也可互換。輸出端和輸入端也可互換。uOuIuIuO 當(dāng)當(dāng) C=0V，uI=0 VDD 時，時，VN、VP 均截止，輸出與輸入之間呈現(xiàn)高均截止，輸出與輸入之間呈現(xiàn)高電阻，相當(dāng)于開關(guān)斷開。電阻，相當(dāng)于開關(guān)斷開。uI 不能傳輸?shù)捷敵龆耍Q傳輸門不能傳輸?shù)捷敵龆?，稱傳輸門關(guān)閉。關(guān)閉。CC 當(dāng)當(dāng) C=VDD，uI=0 VDD 時，時，VN、VP 中至少有一管導(dǎo)通，輸出與輸入中至少有一管導(dǎo)通，輸出與輸入之間呈現(xiàn)低電阻，相當(dāng)于開關(guān)閉合。之間呈現(xiàn)低電阻，相當(dāng)于開關(guān)閉合。uO=uI，稱傳輸門開通。，稱傳輸門開通。C=1，C=0 時，傳輸門開通，時，傳輸門開

48、通，uO=uI；C=0，C=1 時，傳輸門關(guān)閉，信號不能傳輸。時，傳輸門關(guān)閉，信號不能傳輸。第50頁/共73頁P(yáng)MOSCuI/uOVDDCMOS傳輸傳輸門電路結(jié)門電路結(jié)構(gòu)構(gòu)uO/uIVPCNMOSVN 傳輸門是一個理想的傳輸門是一個理想的雙向開關(guān)，雙向開關(guān)，可傳輸模擬信號可傳輸模擬信號，也可傳輸，也可傳輸數(shù)字信號數(shù)字信號。TGuI/uOuO/uICC傳輸門邏輯符號傳輸門邏輯符號 TG 即即 Transmission Gate 的縮寫的縮寫(三三)CMOS 傳輸門傳輸門 第51頁/共73頁 在反相器基礎(chǔ)上串接在反相器基礎(chǔ)上串接了了 PMOS 管管 VP2 和和 NMOS 管管 VN2，它們的柵極

49、分別，它們的柵極分別受受 EN 和和 EN 控制?？刂?。(四四)CMOS 三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門 AENVDDYVP2VP1VN1VN2低電平使能的低電平使能的 CMOS 三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門工作原理工作原理001導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通Y=A110截止截止截止截止Z EN=1 時，時，VP2、VN2 均截止，輸出端均截止，輸出端 Y 呈現(xiàn)高呈現(xiàn)高阻態(tài)。阻態(tài)。因此構(gòu)成使能端低因此構(gòu)成使能端低電平有效的三態(tài)門。電平有效的三態(tài)門。EN=0 時，時，VP2 和和 VN2 導(dǎo)通，呈現(xiàn)低電阻，不影導(dǎo)通，呈現(xiàn)低電阻，不影響響 CMOS 反相器工作。反相器工作。Y=AEN第52頁/共73頁三、三、三、三、CMOS C

50、MOS 數(shù)字集成電路應(yīng)用要點(diǎn)數(shù)字集成電路應(yīng)用要點(diǎn)數(shù)字集成電路應(yīng)用要點(diǎn)數(shù)字集成電路應(yīng)用要點(diǎn)(一一)CMOS 數(shù)字集成電路系列數(shù)字集成電路系列 CMOS4000 系列系列 功耗極低、抗干擾能力強(qiáng)；功耗極低、抗干擾能力強(qiáng)；電源電壓范圍寬電源電壓范圍寬 VDD=3 15 V；工作頻率低，工作頻率低，fmax=5 MHz；驅(qū)動能力差驅(qū)動能力差。高速高速CMOS 系列系列(又稱又稱 HCMOS 系列系列)功耗極低、抗干擾能力強(qiáng)；電功耗極低、抗干擾能力強(qiáng)；電源電壓范圍源電壓范圍 VDD=2 6 V；工作頻率高，工作頻率高，fmax=50 MHz；驅(qū)動能力強(qiáng)。驅(qū)動能力強(qiáng)。提高速度措施：減小提高速度措施：減小M

51、OS 管的極間電容。管的極間電容。由于由于CMOS電路電路 UTH VDD/2，噪聲容限，噪聲容限UNL UNH VDD/2，因，因此抗此抗干擾能力很強(qiáng)。電干擾能力很強(qiáng)。電源電壓越高，抗干擾能源電壓越高，抗干擾能力越強(qiáng)。力越強(qiáng)。第53頁/共73頁民民品品 軍軍品品 VDD=2 6 V T 表示與表示與 TTL 兼容兼容VDD=4.5 5.5 V CC54HC/74HC 系列系列CC54HC /74HC 系系列列 TT按按電源電壓電源電壓不同分為不同分為 按工作溫度不同分為按工作溫度不同分為 CC74 系列系列 CC54 系列系列 高高速速 CMOS 系系列列第54頁/共73頁1.注意不同系列注

52、意不同系列 CMOS 電路允許的電源電壓范圍不同，電路允許的電源電壓范圍不同，一般多用一般多用 +5 V。電源電壓越高，抗干擾能力也越強(qiáng)。電源電壓越高，抗干擾能力也越強(qiáng)。(二二)CMOS 集成邏輯門使用要點(diǎn)集成邏輯門使用要點(diǎn) 2.閑置輸入端的處理閑置輸入端的處理 不允許懸空。不允許懸空。可與使用輸入端并聯(lián)使用。但這樣會增大輸入電容，可與使用輸入端并聯(lián)使用。但這樣會增大輸入電容，使速度下降，因此工作頻率高時不宜這樣用。使速度下降，因此工作頻率高時不宜這樣用。與門和與非門的閑置輸入端可接正電源或高電平；與門和與非門的閑置輸入端可接正電源或高電平；或門和或非門的閑置輸入端可接地或低電平?；蜷T和或非門

53、的閑置輸入端可接地或低電平。第55頁/共73頁2.5 集成邏輯門電路的應(yīng)用集成邏輯門電路的應(yīng)用主要要求：主要要求：了解了解 TTL 和和 CMOS 電路的主要差異。電路的主要差異。了解了解集成門電路的選用和應(yīng)用。集成門電路的選用和應(yīng)用。第56頁/共73頁一、一、一、一、CMOS CMOS 門門門門電路比之電路比之電路比之電路比之 TTL TTL 的主要特點(diǎn)的主要特點(diǎn)的主要特點(diǎn)的主要特點(diǎn) 注意：注意：CMOS 電路的扇出系數(shù)大是由于其負(fù)載門的電路的扇出系數(shù)大是由于其負(fù)載門的輸入阻抗很高，所需驅(qū)動功率極小，輸入阻抗很高，所需驅(qū)動功率極小，并非并非 CMOS 電路的電路的驅(qū)動能力比驅(qū)動能力比 TTL

54、 強(qiáng)。強(qiáng)。實(shí)際上實(shí)際上 CMOS4000 系列驅(qū)動能力系列驅(qū)動能力遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)小于 TTL，HCMOS 驅(qū)動能力與驅(qū)動能力與 TTL 相近。相近。功耗極低功耗極低 抗干擾能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng) 電源電壓范圍寬電源電壓范圍寬 輸出信號擺幅大輸出信號擺幅大(UOH VDD，UOL 0 V)輸入阻抗高輸入阻抗高 扇出系數(shù)大扇出系數(shù)大 第57頁/共73頁二、集成邏輯門電路的選用二、集成邏輯門電路的選用二、集成邏輯門電路的選用二、集成邏輯門電路的選用 根據(jù)電路工作要求和市場因素等綜合決定根據(jù)電路工作要求和市場因素等綜合決定 若對功耗和抗干擾能力要求一般，可選用若對功耗和抗干擾能力要求一般，可選用 TTL 電路。

55、電路。目前多用目前多用 74LS 系列，它的功系列，它的功耗較小，工作頻率一般可用至耗較小，工作頻率一般可用至 20 MHz；如工作頻率較高，可選用如工作頻率較高，可選用 CT74ALS 系列，系列，其工作頻率一般可至其工作頻率一般可至 50 MHz。若要求功耗低、抗干擾能力強(qiáng)，則應(yīng)選用若要求功耗低、抗干擾能力強(qiáng)，則應(yīng)選用 CMOS 電路。電路。其中其中 CMOS4000 系列一般用于系列一般用于工作頻率工作頻率 1 MHz 以下、驅(qū)動能力要求不高的以下、驅(qū)動能力要求不高的場合；場合；HCMOS 常用于工作頻率常用于工作頻率 20 MHz 以下、以下、要求較強(qiáng)驅(qū)動能力的場合。要求較強(qiáng)驅(qū)動能力的

56、場合。第58頁/共73頁解：解：三、集成邏輯門電路應(yīng)用舉例三、集成邏輯門電路應(yīng)用舉例三、集成邏輯門電路應(yīng)用舉例三、集成邏輯門電路應(yīng)用舉例 例例 試改正下圖電路的錯誤，使其正常工作。試改正下圖電路的錯誤，使其正常工作。CMOS 門門TTL 門門OD 門門(a)(b)(c)(d)VDDCMOS 門門Ya=ABVDDYb=A+BTTL 門門OD 門門Yc=AVDDENYd=ABEN=1 時時EN=0 時時OD 門門&TTL 門門懸空懸空CMOS 門門懸空懸空第59頁/共73頁可用兩級電路可用兩級電路 2 個與非門實(shí)現(xiàn)之個與非門實(shí)現(xiàn)之 例例 試分別采用與非門和或非門實(shí)現(xiàn)與門和或門。試分別采用與非門和或

57、非門實(shí)現(xiàn)與門和或門。解：解：(1)用與非門實(shí)現(xiàn)與門用與非門實(shí)現(xiàn)與門設(shè)法將設(shè)法將 Y=AB 用與非式表示用與非式表示因?yàn)橐驗(yàn)?Y=AB=AB因此，用與非門實(shí)現(xiàn)的與門電路為因此，用與非門實(shí)現(xiàn)的與門電路為Y=AB將與非門多余輸入端與有用端并聯(lián)使用構(gòu)成非門將與非門多余輸入端與有用端并聯(lián)使用構(gòu)成非門第60頁/共73頁可用兩級電路可用兩級電路 3 個與非門實(shí)現(xiàn)個與非門實(shí)現(xiàn)(2)用與非門實(shí)現(xiàn)或門用與非門實(shí)現(xiàn)或門因此，用與非門實(shí)現(xiàn)的或門電路為因此，用與非門實(shí)現(xiàn)的或門電路為Y=A+B因?yàn)橐驗(yàn)?Y=A+B=A+B=A B設(shè)法將設(shè)法將 Y=A+B 用與非式表示用與非式表示實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) A實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) B第61頁/共73頁可

58、用兩級電路可用兩級電路 3 個或非門實(shí)現(xiàn)之。個或非門實(shí)現(xiàn)之。(3)用或非門實(shí)現(xiàn)與門用或非門實(shí)現(xiàn)與門設(shè)法將設(shè)法將 Y=AB 用或非式表示用或非式表示因此，用或非門實(shí)現(xiàn)的與門電路為因此，用或非門實(shí)現(xiàn)的與門電路為因?yàn)橐驗(yàn)?Y=AB=A B=A+B將或非門多余輸入端與將或非門多余輸入端與有用端并聯(lián)使用構(gòu)成非門有用端并聯(lián)使用構(gòu)成非門Y=AB第62頁/共73頁可用兩級電路可用兩級電路 2 個或非門實(shí)現(xiàn)之個或非門實(shí)現(xiàn)之(4)用或非門實(shí)現(xiàn)或門用或非門實(shí)現(xiàn)或門設(shè)法將設(shè)法將 Y=A+B 用或非式表示用或非式表示因?yàn)橐驗(yàn)?Y=A+B=A+B因此，用或非門實(shí)現(xiàn)的或門電路為因此，用或非門實(shí)現(xiàn)的或門電路為Y=A+B第63

59、頁/共73頁 例例 有一個火災(zāi)報警系統(tǒng)，設(shè)有煙感、溫感和紫外光有一個火災(zāi)報警系統(tǒng)，設(shè)有煙感、溫感和紫外光感三種不同類型的火災(zāi)探測器。為了防止誤報警，只有感三種不同類型的火災(zāi)探測器。為了防止誤報警，只有當(dāng)其中兩種或三種探測器發(fā)出探測信號時，報警系統(tǒng)才當(dāng)其中兩種或三種探測器發(fā)出探測信號時，報警系統(tǒng)才產(chǎn)生報警信號，試用與非門設(shè)計產(chǎn)生報警信號的電路。產(chǎn)生報警信號，試用與非門設(shè)計產(chǎn)生報警信號的電路。輸輸 入入輸輸 出出A B CY0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1解：解：(1)分析設(shè)計要求，建立真值分析設(shè)計要求，建立真值表表感三種不同類型的火災(zāi)探測器感三種不

60、同類型的火災(zāi)探測器有煙感、溫感和紫外光有煙感、溫感和紫外光產(chǎn)生報警信號產(chǎn)生報警信號兩種或三種探測器發(fā)出探測信號時，報警系統(tǒng)才兩種或三種探測器發(fā)出探測信號時，報警系統(tǒng)才與非門設(shè)計與非門設(shè)計 報警電路的輸入信號為煙感、溫感報警電路的輸入信號為煙感、溫感和紫外光感三種探測器的輸出信號，設(shè)和紫外光感三種探測器的輸出信號，設(shè)用用 A、B、C 表示，且規(guī)定有火災(zāi)探測信表示，且規(guī)定有火災(zāi)探測信號時用號時用 1 表示，否則用表示，否則用 0 表示。表示。報警電路的輸出用報警電路的輸出用 Y 表示，且規(guī)表示，且規(guī)定需報警時定需報警時Y 為為 1，否則，否則 Y 為為 0。由此可列出真值表如右圖所示由此可列出真值

61、表如右圖所示11110000(2)根據(jù)根據(jù)真值表畫函數(shù)卡諾圖真值表畫函數(shù)卡諾圖第64頁/共73頁 1 1ABC0100 0111 10 1 1(3)用卡諾圖化簡法求用卡諾圖化簡法求出輸出邏輯函數(shù)的出輸出邏輯函數(shù)的最簡與或表達(dá)式，最簡與或表達(dá)式，再變換為與非表達(dá)再變換為與非表達(dá)式。式。Y=AB+AC+BC(4)畫邏輯圖畫邏輯圖根據(jù)根據(jù) Y 的與非表達(dá)式畫邏輯圖的與非表達(dá)式畫邏輯圖=AB AC BCABCY=AB AC BC第65頁/共73頁門電路是組成數(shù)字電路的基本單元之一，最基門電路是組成數(shù)字電路的基本單元之一，最基本的邏輯門電路有與門、或門和非門。實(shí)用中本的邏輯門電路有與門、或門和非門。實(shí)用

62、中通常采用集成門電路，常用的有與非門、或非通常采用集成門電路，常用的有與非門、或非門、與或非門、異或門、輸出開路門、三態(tài)門門、與或非門、異或門、輸出開路門、三態(tài)門和和 CMOS 傳輸門等。門電路的傳輸門等。門電路的學(xué)習(xí)重點(diǎn)是常學(xué)習(xí)重點(diǎn)是常用集成門的邏輯功能、外特性和應(yīng)用方法。用集成門的邏輯功能、外特性和應(yīng)用方法。本章小結(jié)本章小結(jié)第66頁/共73頁在數(shù)字電路中，三極管作為開關(guān)使用。在數(shù)字電路中，三極管作為開關(guān)使用。硅硅 NPN 管管的的截截止止條條件件為為 UBE 0.5 V，可可靠靠截截止止條條件件為為 UBE 0 V，這這時時 iB 0，iC 0，集集電電極極和和發(fā)發(fā)射射極極之之間間相相當(dāng)當(dāng)

63、于于開開關(guān)關(guān)斷斷開開；飽飽和和條條件件為為 iB IB(sat)，這這時時，硅硅管管的的 UBE(sat)0.7 V，UCE(sat)0.3 V，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)閉合。集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)閉合。三三極極管管的的開開關(guān)關(guān)時時間間限限制制了了開開關(guān)關(guān)速速度度。開開關(guān)關(guān)時時間間主主要要由由電電荷荷存存儲儲效效應(yīng)應(yīng)引引起起，要要提提高高開開關(guān)關(guān)速速度度，必必須須降降低低三三極極管管飽飽和和深深度度，加加速速基基區(qū)區(qū)存存儲儲電荷的消散。電荷的消散。第67頁/共73頁TTL 數(shù)字集成電路主要有數(shù)字集成電路主要有 CT74 標(biāo)準(zhǔn)系列、標(biāo)準(zhǔn)系列、CT74L 低功耗系列、低功耗系列、CT74

64、H 高速系列、高速系列、CT74S 肖特基系列、肖特基系列、CT74LS 低功耗肖特基低功耗肖特基系列、系列、CT74AS 先進(jìn)肖特基系列和先進(jìn)肖特基系列和 CT74ALS先進(jìn)低功耗肖特基系列。其中，先進(jìn)低功耗肖特基系列。其中，CT74L 系列系列功耗最小，功耗最小，CT74AS 系列工作頻率最高。系列工作頻率最高。通常用功耗通常用功耗-延遲積來綜合評價門電路性能。延遲積來綜合評價門電路性能。CT74LS 系列功耗系列功耗-延遲積很小、性能優(yōu)越、延遲積很小、性能優(yōu)越、品種多、價格便宜，實(shí)用中多選用之。品種多、價格便宜，實(shí)用中多選用之。ALSTTL 系列性能更優(yōu)于系列性能更優(yōu)于 LSTTL，但品

65、種少、價格較高。但品種少、價格較高。第68頁/共73頁CMOS 數(shù)數(shù)字字集集成成電電路路主主要要有有 CMOS4000 系系列列和和HCMOS 系系列列。CMOS4000 系系列列工工作作速速度度低低，負(fù)負(fù)載載能能力力差差，但但功功耗耗極極低低、抗抗干干擾擾能能力力強(qiáng)強(qiáng)，電電源源電電壓壓范范圍圍寬寬，因因此此，在在工工作作頻頻率率不不高高的的情情況況下下應(yīng)應(yīng)用用很很多多。CC74HC 和和 CC74HCT 兩兩個個系系列列的的工工作作頻頻率率和和負(fù)負(fù)載載能能力力都都已已達(dá)達(dá)到到 TTL 集集成成電電路路 CT74LS的的水水平平，但但功功耗耗、抗抗干干擾擾能能力力和和對對電電源源電電壓壓變變化

66、化的的適適應(yīng)應(yīng)性性等等比比 CT74LS 更更優(yōu)優(yōu)越越。因因此此，CMOS 電電路路在在數(shù)數(shù)字字集集成成電電路路中中，特特別別是是大大規(guī)規(guī)模模集集成成電電路路應(yīng)應(yīng)用用更更廣廣泛泛，已已成成為為數(shù)數(shù)字字集集成成電路的發(fā)展方向。電路的發(fā)展方向。第69頁/共73頁應(yīng)用集成門電路時，應(yīng)注意：應(yīng)用集成門電路時，應(yīng)注意：TTL電路只能用電路只能用5 V(74系列允許誤差系列允許誤差5%)；CMOS4000 系系列列可可用用 3 15 V；HCMOS系系列列可可用用 2 6 V；CTMOS 系系列列用用 4.5 5.5 V。一一般般情情況況下下，CMOS 門門多多用用 5 V，以便與以便與 TTL 電路兼容電路兼容。(1)電源電壓的正確使用電源電壓的正確使用(2)輸出端的連接輸出端的連接 開路門的輸出端可并聯(lián)使用實(shí)現(xiàn)線與開路門的輸出端可并聯(lián)使用實(shí)現(xiàn)線與，還可用來驅(qū)動需，還可用來驅(qū)動需要一定功率的負(fù)載。要一定功率的負(fù)載。三態(tài)輸出門的輸出端也可并聯(lián)，用來實(shí)現(xiàn)總線結(jié)構(gòu)，三態(tài)輸出門的輸出端也可并聯(lián)，用來實(shí)現(xiàn)總線結(jié)構(gòu)，但三態(tài)輸出門必須分時使能。但三態(tài)輸出門必須分時使能。使用三態(tài)門時，需注使用三態(tài)門時，需注意使