1、第3章 集成逻辑门电路第一部分第一部分 1 1 2 2学时学时1.各种门电路（与、或、非、与非、或非、与或非、异或、同或）的逻辑功能(输入和输出之 间的逻辑关系)。2.TTL门的外部电器特性（传输特性、输入特性、输入负载特性、输出特性）。3.扇出系数的计算。4.CMOS门的外部传输特性、输入负载特性。5.OC（或OD）门、三态门、传输门的工作特点。重点半导体相关基础知识各种逻辑门内部结构（与外特性有关）各种逻辑门的内部电路结构不作要求。难点说明先介绍关于集成逻辑门电路的相关结论，对于相关半导体知识以及器件内部结构暂不介绍。待课程最后再介绍相关内容3.1概述用来实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单
2、元电路称为门电路。常用的门电路有与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等。从制造工艺方面来分类，数字集成电路可分为双极型、单极型和混合型三类。正逻辑与负逻辑用高电平表示逻辑1，低电平表示逻辑0，则称这种表示方法为正逻辑；用高电平表示逻辑0，低电平表示逻辑1，则称这种表示方法为负逻辑。若无特别说明，本书中将采用正逻辑。在数字电路中无论是对元器件参数精度的要求还是对供电电源稳定度的要求，都比模拟电路要低一些。由于在实际工作时只要由于在实际工作时只要能区分出来高、低电平就能区分出来高、低电平就可以知道它所表示的逻辑可以知道它所表示的逻辑状态了，所以高、低电平状态了，所以高、低电平都有一个
3、允许的范围。都有一个允许的范围。几种器件及其特点1.二极管2.三极管3.场效应管半导体二极管具有单向导电性，即外加正向电压时导通，外加反向电压时截止，所以它相当于一个受外加电压极性控制的开关。1.二极管双极型晶体三极管有三个电极，分别为基极b、发射极e、集电极c在数字电路中，我们可以认为其是一个受控的开关。即利用基极电流（b-e之间电压）控制c-e之间的通断。eeccbb2.三极管单极型场效应管有三个电极，分别为栅极g、漏极d、源极s，另外b为衬底引线和s连在一起使用。在数字电路中，我们认为其是一个受控的开关。根据g-s间的电压控制d-s之间的通断。3.场效应管三极管与场效应管的区别三极管中两
4、种载流子（空穴和自由电子）都参与导电，所以称为双极型晶体管。三极管的基极b有电流。场效应管中只有一种载流子参与导电，所以称为单极型晶体管。场效应管的栅极g无电流。TTL和CMOS采用双极型三极管作为开关器件的集成门电路称为TTL器件。TTL门电路工作电压固定。采用单极型场效应管作为开关器件的集成门电路称为COMS器件。CMOS门电路工作电压范围宽。TTL门和CMOS门外部特性1.输入特性（以后介绍）输入电流iI与输入电压vI之间的关系。2.输出特性（以后介绍）输出电压vO随输出负载电流的变化而变化的关系。输出特性说明了电路带负载的能力。3 扇出系数（以后介绍）扇出系数NO的定义是：“一个门电路
5、能驱动与其同类门的个数”。它标志着一个门电路的带负载能力。4.输入负载特性反应了输入端和地之间接电阻时，对逻辑关系的影响。TTL门通过大电阻接地相当于输入高电平；通过小电阻接地相当于输入低电平。COMS门通过任何电阻接地都相当于输入低电平。如果为TTL门如果为CMOS门10F 2FA0100120FF如果为TTL门如果为CMOS门01001FA21F 12FFA为TTL门11FA12FATTL门和CMOS门使用注意事项TTL门TTL门电路的实际产品在使用时，如果有多余的输入端不用，一般不应悬空，以防干扰信号的串入，引入错误逻辑。不同逻辑门电路的多余输入端有不同的处理方法。（1）TTL与门及与非
6、门的多余输入端有以下几种处理方法1）将其经13k的电阻接至电源正端。2）接输入高电平VIH。3）与其它信号输入端并接使用。（2）TTL或门及或非门的多余输入端应接低电平或与其他输入端并接使用。（3）与或非门一般有多个与门，使用时如果有多余的与门不用，其输入端必须接低电平，否则与或非门的输出将是低电平；如果某个与门有多个输入端不用，其处理方法与与门相同。CMOS输入端很容易因感应静电而被击穿。使用时要注意以下几点：（1）采用金属屏蔽盒储存或金属纸包装，防止外来感应电压击穿器件。（2）工作台面不宜用绝缘良好的材料，如塑料、橡皮等，防止积累静电击穿器件。COMS门（3）不用的输入端或者多余的门都不能
7、悬空；输出级所连电容负载不能大于500pF，否则，输出级功率过大会损坏电路。（4）焊接时，应采用20W或25W内热式电烙铁，烙铁要接地良好，烙铁功率不能过大。（5）调试时，所用仪器仪表、电路箱、板都应良好接地。（6）严禁带电插、拔器件或拆装电路板，以免瞬态电压损坏CMOS器件。（7）在CMOS门电路与TTL逻辑电路混用时，一般要注意逻辑电平的匹配。普通TTL门和CMOS门的输出端不能连在一起（并联）使用。由输出级的内部结构决定，如果连在一起，当输出不同时，会将门电路烧毁。特别注意其他门电路OC（OD）门三态输出门传输门OC（OD）门OC门TTL门，输出级集电极开路。OD门COMS门，输出级漏极
8、开路。使用时输出端需要通过电阻接在外部电源上，输出高电平可以由外接电源确定。多个OC（OD）门输出端可以连在一起使用，其输出相当于所有输出进行与运算。称为线与。三态输出门输出不仅有高电平和低电平两种状态，还有第三种状态高阻输出状态。EN为使能端，分为高电平使能和低电平使能当某一逻辑器件被置于高阻状态时，就等于把这个器件从系统中除去，而与系统之间互不产生任何影响，使各逻辑部件在总线上能相互分时传输信号。利用三态门构成总线系统传输门由COMS门构成。由于结构的对称性，传输门可作为双向传输器件使用，即输入和输出可以互换。用CMOS传输门和反相器可构成双向模拟开关。采用数字信号控制，传输模拟信号。3.
9、5 各类逻辑门的性能比较集成逻辑门系列简介（1）TTL门电路系列TTL门电路分为54（军用）和74（商 用）两大系列，每个系列又有若干子系列。74：标准系列74L：低功耗系列74H：高速系列74S：肖特基系列74LS：低功耗肖特基系列74AS：先进的肖特基系列74ALS：先进的低功耗肖特基系列相同品种类型代码的逻辑电路，逻辑功能及引脚排列相同。例如：7400、74LS00、74ALS00、74HC00、74AHC00管脚图：各子系列传输延迟（ns/门）功耗（mW/门）扇出系数74XX10101074LXX3311074HXX6221074SXX3191074LSXX921074ASXX1.58
10、4074ALSXX4120TTL74系列各子系列参数对比（2）CMOS门电路系列CMOS门电路可分为4000系列、74CXX系列和硅-氧化铝系列等三大系列。逻辑系数电源电压V功耗mW/门传输延迟ns/门4000B3182.52510074HC/HCTXX261.21074AC/ACTXX260.95各类逻辑门的性能比较 分类分类 参数参数双极型门电路单极型门电路TTLLSTTLECLNMOSCMOS功耗（功耗（mW/门）门）10502501001100.0010.01传输延迟（传输延迟（ns/门）门）104051230040040抗干扰容限（抗干扰容限（V）110.23445%ED抗干扰能力抗
11、干扰能力中中中中弱弱较强较强强强扇出系数（扇出系数（NO）8 8 10 10 15逻辑摆幅（逻辑摆幅（V）3.33.30.834ED电源电压（电源电压（V）55-5.215515电路基本形式电路基本形式与非与非与非与非或或/或非或非或非或非与非与非/或非或非在各类逻辑门中ECL逻辑门的传输延迟最小，工作速度最高，但抗干扰能力最差，功耗也最大；CMOS逻辑门抗干扰能力和带负载能力都最强，功耗也最低，但传输延迟较大，工作速度较低。TTL逻辑电路与CMOS逻辑电路比较TTL逻辑电路的特点：速度快，抗静电能力较强，但是集成度低、功耗大，目前广泛应用于中、小规模集成电路。CMOS逻辑电路的优点：（1）制造工艺简单，集成度和成品率较高，便于大规模集成；（2）工作电源允许变化的范围大，抗干扰能力强；（3）在电源到地的回路中，总有MOS管截止，功耗较低；（4）输入阻抗高。
