数字电子技术基础：第三章逻辑门电路课件.ppt

1、第三章 逻辑门电路本 章 内 容二极管、二极管、BJT管、管、MOS管的开关特性管的开关特性CMOS逻辑门电路逻辑门电路TTL逻辑门电路逻辑门电路*射极耦合射极耦合(ECL)逻辑门电路逻辑门电路*CMOS 与与TTL门电路的接口（电平转换）门电路的接口（电平转换）教学基本要求：教学基本要求：1、了解半导体器件的开关特性。了解半导体器件的开关特性。2、熟练掌握熟练掌握基本门电路（非、与非、或非、异或门）基本门电路（非、与非、或非、异或门）的逻辑功能。的逻辑功能。3、掌握掌握三态三态(TS)门、传输门、传输(TG)门、门、OD门、门、OC门的门的 特殊结构和工作特点。特殊结构和工作特点。4、掌握掌

2、握逻辑门的主要电气特性参数逻辑门的主要电气特性参数5、了解了解逻辑门在应用中的接口问题。逻辑门在应用中的接口问题。1、逻辑门逻辑门:实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。2、逻辑门电路的分类逻辑门电路的分类二极管门电路二极管门电路三极管门电路三极管门电路TTL门电路门电路MOS门电路门电路PMOS门门CMOS门门逻辑门电路逻辑门电路分立门电路分立门电路集成门电路集成门电路NMOS门门 数字集成电路简介数字集成电路简介1.CMOS集成电路集成电路:广泛应用于超大规模、甚大规模集成电路广泛应用于超大规模、甚大规模集成电路 4000系列系列74HC 74

3、HCT74VHC 74VHCT速度慢速度慢与与TTL不不兼容兼容抗干扰抗干扰功耗低功耗低74LVC 74VAUC速度加快速度加快与与TTL兼容兼容负载能力强负载能力强抗干扰抗干扰功耗低功耗低速度两倍于速度两倍于74HC与与TTL兼容兼容负载能力强负载能力强抗干扰抗干扰功耗低功耗低低低(超低超低)电压电压速度更加快速度更加快与与TTL兼容兼容负载能力强负载能力强抗干扰抗干扰功耗低功耗低 74标准标准系列系列74LS系列系列74AS系列系列 74ALS2.TTL 集成电路集成电路:广泛应用于中大规模集成电路广泛应用于中大规模集成电路 数字集成电路简介数字集成电路简介3.1 概述概述门电路：实现基本

4、逻辑门电路：实现基本逻辑/复合逻辑运算的单元电路复合逻辑运算的单元电路缺点：功耗较大/速度较慢逻辑状态的描述逻辑状态的描述 正逻辑：高电平正逻辑：高电平11，低电平，低电平00 负逻辑：高电平负逻辑：高电平00，低电平，低电平11逻辑门电路的一般特性逻辑门电路的一般特性1.1.输入和输出的高、低电平输入和输出的高、低电平 vO vI 驱动门驱动门G1 负载门负载门G2 1 1 输出高电平的下限值输出高电平的下限值 VOH(min)输入低电平的上限值输入低电平的上限值 VIL(max)输入高电平的下限值输入高电平的下限值 VIL(min)输出低电平的上限值输出低电平的上限值 VOH(max)输出

5、输出高电平高电平+VDD VOH(min)VOL(max)0 G1门门vO范围范围 vO 输出输出低电平低电平 输入输入高电平高电平VIH(min)VIL(max)+VDD 0 G2门门vI范围范围 输入输入低电平低电平 vI VNH 当前级门输出高电平的最小当前级门输出高电平的最小值时值时允许负向噪声电压的最大值允许负向噪声电压的最大值。负载门输入高电平时的噪声容限：负载门输入高电平时的噪声容限：VNL 当前级门输出低电平的最大当前级门输出低电平的最大值时值时允许正向噪声电压的最大值允许正向噪声电压的最大值负载门输入低电平时的噪声容限负载门输入低电平时的噪声容限：2.噪声容限噪声容限VNH=

6、VOH(min)VIH(min)VNL=VIL(max)VOL(max)在保证输出电平不变的条件下，输入电平允许波动的范围。在保证输出电平不变的条件下，输入电平允许波动的范围。它表示门电路的抗干扰能力它表示门电路的抗干扰能力1 驱动门驱动门vo1 负载门负载门 vI噪声噪声 类型类型参数参数74HCVDD=5V74HCTVDD=5V74LVCVDD=3.3V74AUCVDD=1.8VtPLH或或tPHL(ns)782.10.93.传输延迟时间传输延迟时间传输延迟时间是表征门电路开关速度传输延迟时间是表征门电路开关速度的参数，它说明门电路在输入脉冲波的参数，它说明门电路在输入脉冲波形的作用下，其

7、输出波形相对于输入形的作用下，其输出波形相对于输入波形延迟了多长的时间波形延迟了多长的时间。CMOS电路传输延迟时间电路传输延迟时间 tPHL 输出输出 50%90%50%10%tPLH tf tr 输入输入 50%50%10%90%4.4.功耗功耗静态功耗：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电源总电流ID与电源电压与电源电压VDD的乘积。的乘积。5.5.延时延时 功耗积功耗积是速度功耗综合性的指标是速度功耗综合性的指标.延时延时 功耗积功耗积，用符号，用符号DP表示表示扇入数：取决于逻辑门的输入端的个数。扇入数

8、：取决于逻辑门的输入端的个数。6.6.扇入与扇出数扇入与扇出数动态功耗：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，对于对于TTL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。CMOS电路的静态功耗非常低，电路的静态功耗非常低，CMOS门电路有动态功耗门电路有动态功耗扇出数：是指其在正常工作情况下，能驱动同类门电路的最大数目。扇出数：是指其在正常工作情况下，能驱动同类门电路的最大数目。（a)a)带拉电流负载带拉电流负载 当负载门的个数增加时，总的拉电流将增加，会引起输出当负载门的个数增加时，总的拉电流将增加，会引起输出高电压的降低。但不得低于输出

9、高电平的下限值，这就限制了高电压的降低。但不得低于输出高电平的下限值，这就限制了负载门的个数。负载门的个数。)(I)(IN负载门负载门驱动门驱动门IHOHOH 高电平高电平扇出数扇出数:IOH:驱动门的输出端为高电平电流驱动门的输出端为高电平电流IIH:负载门的输入电流为负载门的输入电流为。(b)(b)带灌电流负载带灌电流负载)(I)(IN负负载载门门驱驱动动门门ILOLOL 当负载门的个数增加时，总的灌电流当负载门的个数增加时，总的灌电流IOL将增加，同时也将将增加，同时也将引起输出低电压引起输出低电压VOL的升高。当输出为低电平，并且保证不超的升高。当输出为低电平，并且保证不超过输出低电平

10、的上限值。过输出低电平的上限值。IOL：驱动门的输出端为低电平电流：驱动门的输出端为低电平电流IIL：负载门输入端电流之和：负载门输入端电流之和3.2 半导体二极管门电路半导体二极管门电路3.2.1 3.2.1 半导体二极管的开关特性半导体二极管的开关特性二极管开关电路二极管伏安特性的近似描述二极管伏安特性的近似描述(几种等效模型几种等效模型)二极管的动态电流波形二极管的动态电流波形反向恢复时间反向恢复时间t trere：数纳秒：数纳秒3.2.2 二极管与门二极管与门ABY0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V设设VCC=5VA、B输入：输入：VIH=3V，VIL=0

11、V二极管导通压降二极管导通压降 VDF=0.7V输出高、低电平存在一定偏移，不利于门电路的级联。不能放大，负载驱动能力差。3.2.3 二极管或门二极管或门ABY0V0V 0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3V设设VCC=5VA、B输入：输入：VIH=3V，VIL=0V二极管导通压降二极管导通压降 VDF=0.7V输出电平仍有一定偏移，不利于门电路级联。负载驱动能力差。3.3 CMOS逻辑门逻辑门3.3.1 MOS开关开关及其等效电路及其等效电路3.3.2 CMOS反相器的工作原理及传输特性反相器的工作原理及传输特性3.3.5 其他逻辑功能的其他逻辑功能的CMOS门电路门电路CMO

12、S漏极开路（漏极开路（OD）门）门CMOS传输（传输（TG）门）门3.3.4 CMOS反相器的动态特性反相器的动态特性CMOS三态输出（三态输出（TS）门）门3.3.3 CMOS反相器的静态特性反相器的静态特性3.3.1 MOS开关及其等效电路开关及其等效电路：MOS管工作在可变电阻区，输出低电平管工作在可变电阻区，输出低电平:MOS管截止，管截止，输出高电平输出高电平当当I VTMOS管相当于一个由管相当于一个由vGS控制的控制的无触点开关。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

13、相当于开关“断开断开”输出为低电平。输出为低电平。当输入为低电平时：当输入为低电平时：当输入为高电平时：当输入为高电平时：3.3.2 CMOS反相器反相器一、工作原理一、工作原理AY1+VDD+10VD1S1vivOTNTPD2S20V+10VvivGSNvGSPTNTPvO0 V 0V-10V截止截止导通导通 10 V10 V 10V 0V导通导通截止截止0 VVTN=2 VVTP=2 V逻辑图逻辑图YA逻辑表达式逻辑表达式vi(A)0vO(Y)1真值表真值表10)VVVTPTNDD(CMOS门的静态功耗极小！门的静态功耗极小！二、电压二、电压传输特性和电流传输特性传输特性和电流传输特性)v

14、(fvIO 电压传输特性电压传输特性三、输入噪声容限三、输入噪声容限VDD0V可以通过提高可以通过提高VDD，提高噪声容限。，提高噪声容限。3.3.3 CMOS反相器的静态输入、输出特性反相器的静态输入、输出特性一、输入特性一、输入特性（输入电压与输入电流间的关系）1.MOS管栅极与衬底间的SiO2层可等效为电容，绝缘层非常 薄，易被击穿（耐压100V），应采取保护措施。74HC系列系列4000系列系列二、输出特性二、输出特性 当当 时时,T T1 1截止、截止、T T2 2管导通。由于管导通。由于T T2 2管存在导通内阻，管存在导通内阻，故输出低电平随故输出低电平随I IOLOL增加而提高

15、。增加而提高。OOLvV1.1.低电平输出特性低电平输出特性V VOL(MAX)OL(MAX)V VDDDD(V(VH H)T T2 2管导通内阻管导通内阻R RONONVOL(MAX)IOL(MAX)I IOL(MAX)OL(MAX)I IOL(MAX)OL(MAX)2.2.高电平输出特性高电平输出特性OOHvV 当当 时，时，T T2 2截止、截止、T T1 1导通。导通。I IOHOH方向与规定方向与规定负载电流方向相反。负载电流方向相反。V VOHOH随随I IOHOH增加而下降。增加而下降。VOH(MIN)IOH(MAX)V VOH(MIN)OH(MIN)I IOH(MAX)OH(M

16、AX)V VDDDD(V(VH H)T T1 1管导通内阻管导通内阻R RONONI IOL(MAX)OL(MAX)3.3.4 CMOS反相器反相器的动态特性的动态特性在由于电路具有互补对称的性质，它的开通时间与关在由于电路具有互补对称的性质，它的开通时间与关闭时间是相等的。平均延迟时间：闭时间是相等的。平均延迟时间：10 ns。带电容负载带电容负载动态功耗动态功耗PD=PC+PTCMOS反相器从一个稳定状态转变到另一个稳定状态时所产生的功耗反相器从一个稳定状态转变到另一个稳定状态时所产生的功耗分布电容分布电容C CL L充放电引起的功耗：充放电引起的功耗：2DDLCfVCP CMOSCMOS

17、管瞬时交替管瞬时交替导通导通引起的引起的功耗功耗：2TPDDDPCfVCMOS反相器的反相器的P PD D与与f f和和V VDDDD2A BTN1 TP1 TN2 TP2L0 00 11 01 1截止截止 导通导通 截止截止导通导通 导通导通导通导通导通导通截止截止截止截止导通导通截止截止截止截止截止截止 截止截止导通导通导通导通1110与非门与非门1.CMOS 与非门与非门vA+VDD+10VTP1TN1TP2TN2ABLvBvLAB&(a)(a)电路结构电路结构(b)(b)工作原理工作原理VTN=2 VVTP=2 V0V10V怎样增加与非门的输入端怎样增加与非门的输入端?增加输入端，会带

18、来什么问题增加输入端，会带来什么问题?3.3.5 其他类型的其他类型的CMOS 逻辑门逻辑门 一、其他功能的一、其他功能的CMOS 逻辑门逻辑门 或非门或非门BAL 2.2.CMOS 或非门或非门+VDD+10VTP1TN1TN2TP2ABLA B TN1 TP1 TN2 TP2L0 00 11 01 1截止截止导通导通截止截止导通导通 导通导通导通导通导通导通截止截止截止截止导通导通截止截止截止截止截止截止截止截止导通导通导通导通1000AB10V10VVTN=2 VVTP=2 V增加输入端，会带来什么问题增加输入端，会带来什么问题?=A B3.异或门电路异或门电路BA BABAXBAL B

19、ABA BA 4.带缓冲级的带缓冲级的CMOS门电路门电路YABABAB1）CMOS漏极开路门的提出漏极开路门的提出对于推拉式输出的逻辑门而言，对于推拉式输出的逻辑门而言，其输出端具有低阻输出特性。其输出端具有低阻输出特性。若将多个门的输出端短接，即若将多个门的输出端短接，即“线与线与”连接时，往往因各输出连接时，往往因各输出端的逻辑运算状态不同，在电源端的逻辑运算状态不同，在电源与地之间出现一条低阻通路，产与地之间出现一条低阻通路，产生较大电流，易导致器件损毁。生较大电流，易导致器件损毁。二、二、CMOS漏极开路（漏极开路（OD）门）门+VDDTN1TN2AB+VDDCD01+VDDVSST

20、P1TN1TP2TN2ABLC D RP VDD L A B&2）OD门的电路结构、逻辑符号与主要用途门的电路结构、逻辑符号与主要用途用途：可实现用途：可实现“线与线与”逻辑功能逻辑功能;CDAB CDAB A B L 电路电路A B L&逻辑符号逻辑符号(b)(b)与非逻辑不变与非逻辑不变RP VDD L A B OD门输出门输出“线与线与”连接连接21PPL (a)(a)工作时必须外接电源和电阻工作时必须外接电源和电阻;可实现输出逻辑电平变换可实现输出逻辑电平变换;可灵活配置上拉负载的供电电源。可灵活配置上拉负载的供电电源。RP VDD L A B C D 23)3)上拉电阻对上拉电阻对O

21、D门动态性能的影响门动态性能的影响RP VDD L A B C D Rp的值愈小，负载电容的充电时间的值愈小，负载电容的充电时间常数亦愈小，因而开关速度愈快常数亦愈小，因而开关速度愈快。但功耗大但功耗大,且可能使输出电流超过允且可能使输出电流超过允许的最大值许的最大值IOL(max）。电路带电容负载电路带电容负载1 10 0CL LRp的值大，可保证输出电流不能超的值大，可保证输出电流不能超过允许的最大值过允许的最大值IOL(max）、）、功耗小功耗小。但负载电容的充电时间常数亦愈大，但负载电容的充电时间常数亦愈大，开关速度因而愈慢开关速度因而愈慢。最不利的情况：最不利的情况：只有一个只有一个

22、 OD门导通，门导通，110为保证低电平输出为保证低电平输出OD门的门的输输出电流不能超过允许的最大值出电流不能超过允许的最大值 IOL(max)且且VO=VOL(max），RP不不能太小能太小。当当VO=VOL时时IL(total)OLOLDDpIIVVR(max)(max)(min)IL(total)pOLDDOLIRVVI(min)(max)(max)+V DDIILRP&n&m&kIIL（total)IOL（max)当当VO=VOH时时+V DDRP&n&m&111IIH（total)I0H（total)为使得高电平不低于规定的为使得高电平不低于规定的VIH的的最小值，则最小值，则Rp

23、的选择不能过大。的选择不能过大。Rp的最大值的最大值Rp(max)：IH(total)OH(total)IHDDpIIVVR(min)(max)三、三、CMOS传输门传输门(双向模拟开关双向模拟开关)1 1.CMOS传输门电路传输门电路TP vI/vO TN vO/vI C C+5V 5V 电路电路vI/vO vO/vI C C T G 逻辑符号逻辑符号I/Oo/IC等效电路等效电路2.CMOS传输门电路的工作原理传输门电路的工作原理 设设TP:|VTP|=2V，TN:VTN=2V I的变化范围为的变化范围为5V到到+5V。5V+5V 5V到到+5V GSN0,TP截止截止TP vI/vO T

24、N vO/vI C C+5V 5V 1）当）当c=0，c=1时时c=0=-5V，c c =1=+5V C TP vO/vI vI/vO+5V 5V TN C +5V5V GSP=5V (3V+5V)=2V 10V GSN=5V (5V+3V)=(102)V b、I=3V5V GSNVTN,TN导通导通a、I=5V3VTN、TP同时同时导通导通 GSP|VT|,TP导通导通C、I=3V3VOIvv2）当）当c=1，c=0时时 I=5V5VRonTG门典型应用门典型应用o 用用CMOS传输门和各种传输门和各种CMOS逻辑门，可组合成复杂的逻辑电逻辑门，可组合成复杂的逻辑电路。如异或门（路。如异或门

25、（P98例）、数据选择器、触发器例）、数据选择器、触发器o 构成双向模拟开关构成双向模拟开关可用来传输连续变化的模拟电压信号，可用来传输连续变化的模拟电压信号，也可用来传输数字电压信号。也可用来传输数字电压信号。LOITGILonRvvKvRRC=0时，开关被切断，时，开关被切断，VO=0；C=1时，开关接通，计入内阻时，开关接通，计入内阻RonTG门组成的数据选择器门组成的数据选择器C=0TG1导通导通,TG2断开断开 L=XTG2导通导通,TG1断开断开 L=YC=1四、四、三态三态(TS)输出的输出的CMOSCMOS门电路门电路1TP TN VDD L A EN&1 1 EN A L 1

26、 0011截止截止导通导通111高阻高阻 0 输出输出L输入输入A使能使能EN0011 10 00截止截止导通导通010截止截止截止截止A1逻辑功能：高电平有效的同相逻辑门（三态缓冲门）逻辑功能：高电平有效的同相逻辑门（三态缓冲门）0 1a.三态输出缓冲门三态输出缓冲门0b.三态输出反相器三态输出反相器01()ENYAAENYZ 时，时，高阻Z0001111逻辑功能：低电平有效的三态输出反相器逻辑功能：低电平有效的三态输出反相器AAAATS门典型应用门典型应用 连接成总线结构连接成总线结构实现双向数据传输。实现双向数据传输。EN=1EN=1，D DO O反相传输至总线；反相传输至总线；EN=0

27、EN=0，由总线接收，由总线接收D DI I数据。数据。CMOSCMOS逻辑集成器件发展使它的技术参数从总体上来说已经达到逻辑集成器件发展使它的技术参数从总体上来说已经达到或者超过或者超过TTLTTL器件的水平。器件的水平。CMOSCMOS器件的功耗低、扇出数大，噪声器件的功耗低、扇出数大，噪声容限大，静态功耗小，动态功耗随频率的增加而增加。容限大，静态功耗小，动态功耗随频率的增加而增加。参数参数系列系列传输延迟时间传输延迟时间tpd/ns(CL=15pF)功耗功耗P/mW(f=1MHz)延时功耗积延时功耗积DP/pJ4000B7510133.82.9110574HC1.51574HCT113

28、74LVC04BiCMOS0.060.00037.50.2280.00087223.3.7 CMOS逻辑门电路的各种系列及主要性能逻辑门电路的各种系列及主要性能CMOS门电路各系列的主要性能比较门电路各系列的主要性能比较3.5 TTL逻辑门逻辑门3.5.1 BJT的开关特性的开关特性3.5.2 TTL反相器的工作原理反相器的工作原理3.5.3 TTL反相器的静态特性反相器的静态特性3.5.4 TTL反相器的动态特性反相器的动态特性3.5.5 其他类型的其他类型的TTL逻辑门电路逻辑门电路3.5.6 TTL门电路的改进系列门电路的改进系列其他功能的其他功能的TTL逻辑门逻辑门集电极开路（集电极开

29、路（OC）门）门TTL三态（三态（TS）门）门3.5.1 BJT的开关特性的开关特性iB 0，iC 0，vOVCEVCC，c、e极之间近似于开路极之间近似于开路,vI=0V时时:iB 0，iC 0，vOVCE0.2V，c、e极之间近似于短路极之间近似于短路,vI=5V时时:iCICSVRCCc很小，约为数百欧，很小，约为数百欧，相当于开关相当于开关闭合闭合可变可变 很大，约为很大，约为数百千欧，相数百千欧，相当于开关断开当于开关断开 c、e间等间等效内阻效内阻VCES 0.20.3 VVCEVCCiCRcVCEO VCC管压降管压降 且不随且不随iB增加而增加而增加增加ic iBiC 0集电极

30、电集电极电流流 发射结和集电发射结和集电结均为正偏结均为正偏 发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏集电结反偏 发射结和集发射结和集电结均为反偏电结均为反偏偏置情况偏置情况工工作作特特点点 iB iB0条件条件饱饱 和和放放 大大截截 止止工作状态工作状态BJT的开关条件的开关条件 0 iB Ron时，时，T5管饱和，管饱和，VO=VOLRoff 关门电阻：关门电阻：Rp Ron时，时，T5管截止，管截止，VO=VOH3.5.4 TTL反相器的动态特性反相器的动态特性一、传输延迟时间o 现象现象o 原因原因T5处于深度饱和状态，因此另外，D、T器件存在结电容；电路中还存在着分布电容。PHLPLHt

31、t三、电源的动态尖峰电流三、电源的动态尖峰电流121,2,54121211,4411*3.4*,1CCBCCCOOLCCLBcCCBOOHCCHBVVVVVVTTIiiRRmAVVVVTRIimAR，导通，截止。导通 空载时无电流流过 动态尖峰电流动态尖峰电流输出电平由低跳变到高的时候，T5处于深度饱和状态，T4的导通会先于T5的截止，因此会出现短时间的T4和T5同时导通的状态，产生很大的瞬态电流。144CCMBBCIiii3.5.5 其他类型的其他类型的TTL门电路门电路一、其他逻辑功能的一、其他逻辑功能的TTLTTL门电路门电路1.1.与非门与非门15414250.20.9,12.1,0B

32、OOHBOOLA BABVVVTTVVABVVTTTVV由多发射极三极管实现当 和 有一个为时，截止，导通，当 和 同为高电平时，截止，和 导通，多发射极多发射极BJTILISIHIhIIInI输入电流计算：若干输入端并联后，而=A BA BA BA BY2.TTL或非门或非门 A、B中至少有一个为高电平中至少有一个为高电平:若若A、B均为低电平均为低电平:T2A和和T2B均将截止，均将截止，T3截止。截止。T4和和D饱和，饱和，输出为高电平。输出为高电平。T2A或或T2B将饱和，将饱和，T3饱和，饱和，T4截止，截止，输出为低电平。输出为低电平。YAB逻辑表达式逻辑表达式ABA BAB线与线

33、与线或线或ABILISIHIhInIInI输入电流计算：各端并联后：；=3.TTL与与或非门或非门 YABYA BC DA BC DA BCD4.TTL异异或门或门 A BA BABA BA BA BA BABvOHvOL 输出为高电平输出为高电平的逻辑门工作于的逻辑门工作于截止状态，其输截止状态，其输出级容易损坏。出级容易损坏。(RC4功耗大功耗大)二、二、集电极开路输出的逻辑门集电极开路输出的逻辑门(OC门门)VCC(5V)Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 A B C T1 T2 D Re2 1k T3 VCC(5V)Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4

34、 A B C T1 T2 D Re2 1k T3 a）OCOC与非门电路结构与非门电路结构b）使用时的外电路连接使用时的外电路连接c）逻辑功能逻辑功能L=A BVCC T1 Re2 Rc2 Rc4 Rb1 T2 T3 T4 D A B L VCC T1 Re2 Rc2 Rb1 T2 T3 A B L OC门输出端连接实现线与门输出端连接实现线与C D RP VCC2 L A B&VCC2RP外接负载电阻外接负载电阻R RL L的计算的计算(min)1OHIHLLOCVVRR（MAX）、门全部截止时，不能太大nICEOmIIH“1”“0”mIIS()52LOLIL MAXLLLRISOLOCVV

35、RRiim ITV（min）、仅一个门导通，不能太小否则,灌电流过大门管 将退出饱和1三、三态输出的三、三态输出的TTL门门(TS门门)当当EN=3.6V时时00111011101001BA输出端输出端L数据输入端数据输入端EN三态与非门真值表三态与非门真值表 当当EN=0.2V时时ZABCS&L ENEN1100100010100低电平有效的三态低电平有效的三态(TS)与非门与非门 3.5.6 TTL3.5.6 TTL电路的改进系列电路的改进系列一、高速系列一、高速系列74H/54H 74H/54H（High-Speed TTLHigh-Speed TTL）1 1、电路的改进、电路的改进(1

36、)(1)输出级采用复合管（减小输出电阻输出级采用复合管（减小输出电阻RoRo）(2)(2)减少各电阻值减少各电阻值7410,10100pdtns PmWDPpJ标准系列：；2.性能特点速度提高 的同时功耗也增加21)(nstpd倍2)(mwP()()pdDPtnsP mw二、肖特基系列二、肖特基系列74S/54S74S/54S（SchottkySchottky TTL TTL）1)1)电路改进电路改进（1 1）采用抗饱和三极管）采用抗饱和三极管（2 2）用有源泄放电路代替）用有源泄放电路代替74H74H系列中的系列中的R R3 3（3 3）减小电阻值）减小电阻值2)2)性能特点性能特点速度进一

37、步提高，电压传输特性速度进一步提高，电压传输特性没有线性区没有线性区，但功耗增大。，但功耗增大。1.20.4THOLVVVV降到，升至743,1957pdStns PmWDPpJ系列：；三、低功耗肖特基系列三、低功耗肖特基系列 74LS/54LS 74LS/54LS（Low-Power SchottkyLow-Power Schottky TTL TTL）四、先进的肖特基系列，先进的低功耗肖特基系列四、先进的肖特基系列，先进的低功耗肖特基系列 74AS,74ALS 74AS,74ALS（Advanced Low-Power SchottkyAdvanced Low-Power Schottky

38、 TTL TTL）五、快速五、快速TTLTTL系列系列 74F(Fast TTL)74F(Fast TTL)*3.6 3.6 其他类型的双极型数字集成电路其他类型的双极型数字集成电路DTLDTL：输入为二极管门电路，速度低，已经不用：输入为二极管门电路，速度低，已经不用HTLHTL：电源电压高，：电源电压高，V Vthth高，抗干扰性好，已被高，抗干扰性好，已被CMOSCMOS替代替代ECLECL：非饱和逻辑，速度快，普遍用于高速数字系统：非饱和逻辑，速度快，普遍用于高速数字系统I I2 2L L：属饱和逻辑，电路结构简单，用于：属饱和逻辑，电路结构简单，用于LSICLSIC内部电路内部电路7

39、49.5,219pdLStns PmWDPpJ系列：；744,1.24.8pdALStns PmWDPpJ系列：；743,412pdFtns PmWDPpJ系列：；特点特点:功耗低、速度快、驱动力强功耗低、速度快、驱动力强*3.7 Bi-CMOS门电路门电路 I I为高电平为高电平:MN、M1和和T2导通，导通，MP、M2和和T1截止，输出截止，输出 O O为低电平。为低电平。工作原理工作原理:M1的导通的导通,迅速拉走迅速拉走T1的基区存储的基区存储电荷电荷;M2截止截止,MN的输出电流全的输出电流全部作为部作为T2管的驱动电流管的驱动电流,M1、M2加快输出状态的转换加快输出状态的转换 I

40、 I为低电平为低电平:MP、M2和和T1导通，导通，MN、M1和和T2截止，输出截止，输出 O O为高电平。为高电平。T2基区的存储电荷通过基区的存储电荷通过M2而消散。而消散。M1、M2加快输出状态的转换加快输出状态的转换,电路的开关速度可得到改善电路的开关速度可得到改善M1截止，截止，MP的输出的输出电流全部作为电流全部作为T1的驱动电流。的驱动电流。3.5.1 正负逻辑问题正负逻辑问题3.5 逻辑描述中的几个问题逻辑描述中的几个问题3.5.2 基本逻辑门的等效符号及其应用基本逻辑门的等效符号及其应用3.5.1 正负逻辑问题正负逻辑问题1.1.正负逻辑的规定正负逻辑的规定 0 01 1 1

41、 10 0正逻辑正逻辑负逻辑负逻辑3.5 逻辑描述中的几个问题逻辑描述中的几个问题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 A B L 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 _与非门与非门A B L 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 某电路输入与输出电平表某电路输入与输出电平表A B L L L H L H H H L H H H L 采用正逻辑采用正逻辑_或非门或非门采用负逻辑采用负逻辑与非与非 或

42、非或非负逻辑负逻辑 正逻辑正逻辑2.正负逻辑等效正负逻辑等效变换变换 与与 或或非非 非非3.5.2 基本逻辑门电路的等效符号及其应用基本逻辑门电路的等效符号及其应用1、基本逻辑门电路的等效符号基本逻辑门电路的等效符号ABL LA B&B A 与非门及其等效符号与非门及其等效符号 B A BAL 1 系统输入信号中，有的是高电平有效，有的是低电平有效。系统输入信号中，有的是高电平有效，有的是低电平有效。低电平有效，输入端加小圆圈；高电平有效，输入端不加低电平有效，输入端加小圆圈；高电平有效，输入端不加小圆圈。小圆圈。BA BABAL B A LAB 1 或非门及其等效符号或非门及其等效符号BA

43、L&B A&B A B A ABBAL 1 L=AB BABAL B A 1&B A L=A+B BAABL BABAL&B A L 1&B A&B A L 1&B A&B A L&B A 逻辑门等效符号的应用逻辑门等效符号的应用利用逻辑门等效符号，可实现对逻辑电路进行变换，利用逻辑门等效符号，可实现对逻辑电路进行变换，以简化电路，能减少实现电路的门的种类。以简化电路，能减少实现电路的门的种类。LA B&B A end RE&1 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 IC L EN AL G1 G2 控制电路控制电路LREAL 0 AL

44、1 RE逻辑门等效符号强调低电平有效逻辑门等效符号强调低电平有效L=0 RE&L G2 AL&AL G2 L RE&AL G2 L RE 如如RE、AL都要求高电平有效，都要求高电平有效，EN高电平有效高电平有效如如RE、AL都要求低电平有效，都要求低电平有效，EN高电平有效高电平有效如如RE、AL都要求高电平有效，都要求高电平有效，EN低电平有效低电平有效*3.8 逻辑门电路使用中的几个实际问题逻辑门电路使用中的几个实际问题3.8.1 各种门电路之间的接口问题各种门电路之间的接口问题3.8.2 门电路带负载时的接口问题门电路带负载时的接口问题1)驱动器件的输出电压必须处在负载器件所要求的输入

45、电压范驱动器件的输出电压必须处在负载器件所要求的输入电压范围，包括高、低电压值（属于电压兼容性的问题）。围，包括高、低电压值（属于电压兼容性的问题）。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两种器件两种器件混合使用，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，因而在这两种器件连接时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，要满足驱动器件和负载器件以下两个条件：，要满足驱动器件和负载器件以下两个条件：2)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

46、器件提供足够大的拉电流和灌电流灌电流（属（属于门电路的扇出数问题）；于门电路的扇出数问题）；3.8.1 各种门电路之间的接口问题各种门电路之间的接口问题vOvI驱动门驱动门 负载门负载门1 1 VOH(min)vO VOL(max)vI VIH(min)VIL(max)负载器件所要求的输入电压负载器件所要求的输入电压VOH(min)VIH(min)VOL(max)VIL(max)灌电流灌电流IILIOLIIL拉电流拉电流IIHIOHIIH101111n个个011101n个个对负载器件提供足够大的拉电流和灌电流对负载器件提供足够大的拉电流和灌电流 IOH(max)IIH(total)IOL(ma

47、x)IIL(total)驱动电路必须能为负载电路提供足够的驱动电流驱动电路必须能为负载电路提供足够的驱动电流 驱动电路驱动电路 负载电路负载电路1、）、）VOH(min)VIH(min)2、）、）VOL(max)VIL(max)4、）、）IOL(max)IIL(total)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 IOH(max)IIH(total)3、）、）一、一、CMOS门驱动门驱动TTL门门VOH（min)=4.9V VOL(max)=0.1VTTL门（门（74系列）系列）：VIH(min)=2V VIL(max)=0.8V

48、IOH（max)=-0.51mAIIH（max)=20 AVOH(min)VIH(min)VOL(max)VIL(max)带拉电流负载带拉电流负载输出、输入电压输出、输入电压带灌电流负载带灌电流负载?T3 VCC VDD T4 R1 R2 R3 T1 T2 CMOS门门(4000系列）：系列）：IOL（max)=0.51mAIIL（max)=-0.4mA，IOH(max)IIH(total)IIH（max)=004mAIIL（max)=1.6mA74系列：系列：VIH（min)=2V，VIL(max)=0.8V&111CMOS门门74系列系列74LS74LS系列系列74LS系列系列IIL（ma

49、x)=-0.4mA，IIH（max)=0.02mA，VOH(min)VIH(min)VOL(max)VIL(max)例例 用一个用一个74HC00与非门电路驱动一个与非门电路驱动一个74系列系列TTL反反相器和六个相器和六个74LS系列逻辑门电路。试验算此时的系列逻辑门电路。试验算此时的CMOS门电路是否过载？门电路是否过载？VOH（min)=3.84V，VOL(max)=0.33VIOH（max)=-4mAIOL（max)=4mA 74HC00：总的输入电流总的输入电流IIL(total)=1.6mA+6 0.4mA=4mA灌电流情况灌电流情况 拉电流情况拉电流情况 74HC00:IOH(m

50、ax)=4mA74系列反相器系列反相器:IIH(max)=0.04mA74LS门：门：IIH(max)=0.02mA总的输入电流总的输入电流IIH(total)=0.04mA+6 0.02mA=0.16mA 74HC00:IOL(max)=4mA74系列反相器系列反相器:IIL(max)=1.6mA74LS门：门：IIL(max)=0.4mA驱动电路能为负载电路提供足够的驱动电流驱动电路能为负载电路提供足够的驱动电流&11174HC 74系列系列74LS74LS系列系列二、二、TTL门驱动门驱动CMOS门门(如如74HC）VOH(min)=2.7V VIH(min)为为3.5VTTL（74LS