1、1 第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路 2.4 MOS集成门集成门 2.2 TTL集成逻辑门集成逻辑门 2.1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路2门门门电路门电路逻辑门电路逻辑门电路基本逻辑门电路基本逻辑门电路：是用来控制开和关的工具是用来控制开和关的工具。：按一定的条件去控制信号的通、断的电路。按一定的条件去控制信号的通、断的电路。：用来实现（基本）逻辑关系的门电路用来实现（基本）逻辑关系的门电路。：与、或、非门。与、或、非门。概概 述述 利用掺杂工艺，把利用掺杂工艺，把P型半导体和型半导体和N型半导体在原子型半导体在原子级上紧密结合，级上紧密结合，P区与区与N区的交界面就形成了区的交界面就形成了
2、PN结。结。3简介开关元件简介开关元件4PN 结结单向导电单向导电特性特性-当当正向偏置时导通正向偏置时导通简介开关元件简介开关元件5PN 结加上管壳和引线，就成为结加上管壳和引线，就成为半导体二极管半导体二极管D简介开关元件简介开关元件6二极管二极管D的开关特性的开关特性D的阈值电压（正向开启电压、门限电压）的阈值电压（正向开启电压、门限电压）Vth=0.7V（硅管）（硅管）简介开关元件简介开关元件7简介开关元件简介开关元件8简介开关元件简介开关元件晶体三极管晶体三极管的稳态开关特性的稳态开关特性9简介开关元件简介开关元件增强型场效应管增强型场效应管 102.1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路
3、2.1.1 二极管与门和或门二极管与门和或门 功能：功能：完成输出电压与输入电压的反相。完成输出电压与输入电压的反相。工作原理：工作原理：当当 vi=VL时，并满足时，并满足VBE 0时，时，T-，vo=VoH=VCC 当当 vi=VH时，并满足时，并满足IB IBS时，时，T+，vo=VoL=VCES=0.3v 逻辑符号逻辑符号:2.1.2 晶体三极管反相器晶体三极管反相器12TTL (Transistor-Transistor Logic)晶体管晶体管逻辑电路晶体管晶体管逻辑电路54系列系列(军用军用)：电源电压电源电压(50.5)V，使用环境温度范围使用环境温度范围55125 74系列系
4、列(民用民用)：电源电压电源电压 (50.25)V，使用环境温度范围使用环境温度范围 070 常见的常见的TTL门电路系列有：门电路系列有：v 标准通用系列标准通用系列 CT54/74系列系列v 高速系列高速系列 CT54H/74H系列系列v 肖特基系列肖特基系列 CT54S/74S系列系列v 低耗肖特基系列低耗肖特基系列 CT54LS/74LS系列系列2.2 TTL集成逻辑门集成逻辑门132.2.1 晶体管晶体管逻辑门电路晶体管晶体管逻辑门电路141、A、B、C中至少有一个为低电平中至少有一个为低电平0.3V 时：时：vI=VIL=0.3V vB1=1V T1 深饱和深饱和 vCES1 0.
5、1V vC1=0.4V T2 截止截止 T4 截止截止 T3、D4导通导通 vo=VCC iB3R2 vBE3 vD4 500.70.7 =VOH=3.6V 实现了与非门的逻辑功能的之一：实现了与非门的逻辑功能的之一：输入有低电平时，输出为高电平输入有低电平时，输出为高电平。152、A、B、C全部为高电平全部为高电平3.6V 时：时：实现了与非门的逻辑功能的之二实现了与非门的逻辑功能的之二：输入全为高电平时，输出为低电平输入全为高电平时，输出为低电平。vI=VOH=3.6V vB1=2.1V T1 倒置倒置vC1=vB2=1.4V T2 饱和饱和 vE2 0.7V,vCES2 0.3V vC2
6、=0.70.3=1V T3、D4截止截止 vB4=vE2 0.7V T4 饱和饱和 vo=vCES4 0.3V=VOL16 真值表真值表:CBAY 逻辑功能逻辑功能:逻辑符号逻辑符号:三、三、TTL与非门与非门 7410 的逻辑功能的逻辑功能172.2.2 TTL与非门的主要外部特性与非门的主要外部特性v 电压传输特性：电压传输特性：输入、输出电压之间关系输入、输出电压之间关系v 输入特性：输入特性：输入电压与输入电流之间关系输入电压与输入电流之间关系v 输出特性：输出特性：输出电压与输出电流之间关系输出电压与输出电流之间关系v 电源特性：电源特性：平均功耗平均功耗v 传输延迟特性：传输延迟特
7、性：动态特性动态特性18v 电压传输特性：电压传输特性：Vo=f（Vi）T2R31kW WVCC(+5V)R14kW WR21.6kW WR4130W WT1T4T3D1 D2 D3D4ACBY19抗干扰抗干扰能力能力-噪声容限噪声容限NLoffILVVV低电平低电平噪声容限噪声容限：输入输入低电平低电平时，允许的干扰容限时，允许的干扰容限高高电平噪声容限电平噪声容限：输入低电平输入低电平时，允许的干扰容时，允许的干扰容限限NHIHonVVV201、输入特性曲线（输入伏安特性）、输入特性曲线（输入伏安特性）输入短路电流输入短路电流 IIS输入漏电流输入漏电流 IIH40m mA17.0RvVi
8、ICCI当当vI=0时时 iI=IIS 1.07mAv 输入特性：输入特性：Ii=f（Vi）21可求得可求得:Ri3.2k开门电阻开门电阻要求要求TTL工作于关态：工作于关态：V VO O=V VOHOH V VI I=iIRi=Ri i 0.8V 稳定稳定V VCCCC-V-VBE1BE1R Ri+R1可求得：可求得：Ri0.91k关门电阻关门电阻 要求要求TTL工作于开态：工作于开态：VO=VOL VI=iIRi1.8V Ri1.8V/iI稳定稳定(iI=iB1-iB2)2、输入特性（输入负载特性）、输入特性（输入负载特性）当当Ri 3.2 kW W时，时，P点输入高电平，点输入高电平，相
9、当于输入逻辑相当于输入逻辑1当当Ri 0.91 kW W时，时，P点输入低电平，点输入低电平，相当于输入逻辑相当于输入逻辑02223v 输出特性：输出特性：1、输出等效电路、输出等效电路 TTL与非门工作于开态时等效电路与非门工作于开态时等效电路:24关态时关态时带拉电流负载能带拉电流负载能力较弱力较弱开态时开态时带灌电流负载能带灌电流负载能力稍强力稍强 扇出系数扇出系数NO：输出端最多能带同类门的个数，输出端最多能带同类门的个数，它规定了它规定了TTL与非门的最大负载容限与非门的最大负载容限ISOOIINmax2、输出特性曲线、输出特性曲线25v TTL与非门平均与非门平均延迟时间延迟时间
10、tpd)(21pLHpHLpdttt导通延迟时间导通延迟时间tPHL截止延迟时间截止延迟时间tPLH与非门的平均延迟时间与非门的平均延迟时间tpd是是tPHL和和tPLH的平均值。即的平均值。即 一般一般TTL与非门传输延迟时间与非门传输延迟时间tpd的值为几纳秒十几个纳秒。的值为几纳秒十几个纳秒。26v TTL与非门举例与非门举例74007400是一种典型的是一种典型的TTL与非门器件，内部含有与非门器件，内部含有4个个2输输入端与非门，共有入端与非门，共有14个引脚。引脚排列图如图所示。个引脚。引脚排列图如图所示。272.2.3 TTL集成门电路使用注意集成门电路使用注意1输出端连接输出端
11、连接(1)输出端不能直接接地输出端不能直接接地(2)输出端不能直接接电源输出端不能直接接电源VCC(3)输出端不能线与输出端不能线与28（1）接高电平）接高电平（2）和有用端并接）和有用端并接（3）该输入端接一个大于）该输入端接一个大于3.2 kW W的电阻。的电阻。v TTL与非门多余输入端的连接：与非门多余输入端的连接：2、输入端连接输入端连接29v TTL或非门多余输入端的连接或非门多余输入端的连接：（1）接低电平）接低电平（2）和有用端并接）和有用端并接（3）该输入端接一个小于）该输入端接一个小于0.91 kW W的电阻。的电阻。30v TTL与或非门多余输入端的连接与或非门多余输入端
12、的连接：EFCDABY311、集电极开路与非门（集电极开路与非门（OC门）门）OC Open Circuit2.2.4TTL与非门的改进电路与非门的改进电路 线与的定义？线与的定义？线与的作用？线与的作用？32 OC门的电路和逻辑符号：门的电路和逻辑符号：OC门使用特点：门使用特点：外接电阻外接电阻RL和外接电源和外接电源V。331、实现线与。、实现线与。2、实现电平转换。、实现电平转换。如图示，可使输出高电平变为如图示，可使输出高电平变为10V。3、用做驱动器。、用做驱动器。如图是用来驱动发光二极管的电路。如图是用来驱动发光二极管的电路。OC门的应用：门的应用：CDABCDABY+10VVo
13、&342.三态输出门三态输出门(TSL)三态：三态：开态、关态开态、关态(工作态工作态)高阻态高阻态(也称禁止态也称禁止态)351、单向总线结构、单向总线结构:实现信号（实现信号（数据数据）的）的分时单向传送分时单向传送.三态输出门三态输出门(TSL)的应用的应用2、双向总线结构：、双向总线结构：实现信号（实现信号（数据数据）的分）的分时时双向双向传送。传送。3、模拟开关：、模拟开关：实现信号实现信号（数据数据）的分时）的分时选择选择。：为什么这些：为什么这些应用中三态门的输出端可应用中三态门的输出端可以连接在一起以连接在一起？36 以以金属氧化物半导体金属氧化物半导体(MOS)场效应晶体场效
14、应晶体管管(FET)为基础的数字集成电路就是为基础的数字集成电路就是 MOS 逻辑门。逻辑门。MOS 逻辑门是数字集成逻辑门是数字集成电路中最常见的一类器件。电路中最常见的一类器件。MOS(Metal Oxide Semiconductor)FET(Field Effect Transistor)2.4 MOS逻辑门逻辑门3738 CMOS反相器和门电路反相器和门电路v CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)输入管和负载管为不同种沟道的输入管和负载管为不同种沟道的MOS管，即互补型管，即互补型MOS反相器反相器 电路构成：增强型电路构成：增强
15、型P沟道沟道MOS管和增强型管和增强型N沟道沟道MOS管管 串联互补串联互补CMOS反相器；反相器；并联互补并联互补 CMOS传输门；传输门；39CMOS反相器的主要特性反相器的主要特性电压传输特性和电流传输特性电压传输特性和电流传输特性阈值电平阈值电平12thDDVV=OHDDVV0OLVV4041v CMOS门电路的特点：门电路的特点：*1.静态功耗极低。静态功耗极低。2.抗干扰能力极强。抗干扰能力极强。3.电源利用率高。电源利用率高。4.输入阻抗高，扇出系数大输入阻抗高，扇出系数大,带负载能力强。带负载能力强。约为约为TTL的千分之一。的千分之一。阈值高、低电平噪声容限阈值高、低电平噪声
16、容限VNH VNL均大约为均大约为1/2 VDDVOH=VDD，VOL=0，且且VDD允许范围为允许范围为+3V+18V 5.电路结构简单，适合大规模数字集成电路。电路结构简单，适合大规模数字集成电路。42CMOS器件使用注意器件使用注意 1.器件存放、拿取、运输、装配、调试时应当采取器件存放、拿取、运输、装配、调试时应当采取必要的必要的静电防护静电防护措施，输入端不允许悬空措施，输入端不允许悬空2.电路加必要的过流保护电路加必要的过流保护3.防止锁定效应防止锁定效应(CMOS制作保护二极管时形成的寄制作保护二极管时形成的寄生三极管，构成反馈电路使电流迅速增大到最大值，生三极管，构成反馈电路使电流迅速增大到最大值，只能切断电源才能制止，称为锁定效应或可控硅效只能切断电源才能制止，称为锁定效应或可控硅效应应)43444546第第2章章 小结小结1、TTL集成逻辑门外部特性集成逻辑门外部特性2、TTLOC门、三态门的逻辑符号、门、三态门的逻辑符号、逻辑特点及应用逻辑特点及应用3、CMOS集成逻辑门外部特性集成逻辑门外部特性作业作业P62：2、6、7、8
