1、第第2 2章章 逻辑门电路逻辑门电路2.1 2.1 概述概述2.2 2.2 半导体二极管和三极管的半导体二极管和三极管的 开关特性开关特性2.3 2.3 最简单的与、或、非门电路最简单的与、或、非门电路2.4 2.4 TTLTTL 集成逻辑门电路集成逻辑门电路2.5 2.5 CMOSCMOS 集成逻辑门电路集成逻辑门电路2.6 2.6 集成逻辑门的集成逻辑门的应用应用2.7 2.7 本章小结本章小结2.1 概概 述述主要要求：主要要求：了解逻辑门电路的作用和常用类型。了解逻辑门电路的作用和常用类型。理解高电平信号和低电平信号的含义。理解高电平信号和低电平信号的含义。2.1 2.1 概述概述门电
2、路门电路是用以实现逻辑关系的电子电路。是用以实现逻辑关系的电子电路。门电路门电路分立元件门电路分立元件门电路集成门电路集成门电路双极型集成门（双极型集成门（DTL、TTL）MOS集成门集成门 NMOSPMOSCMOS正逻辑：用高电平表示逻辑正逻辑：用高电平表示逻辑1，用低电平表示逻辑，用低电平表示逻辑0负逻辑：用低电平表示逻辑负逻辑：用低电平表示逻辑1，用高电平表示逻辑，用高电平表示逻辑0 在数字系统的逻辑设计中，若采用在数字系统的逻辑设计中，若采用NPN晶体管晶体管和和NMOS管，电源电压是正值，一般采用正逻辑。管，电源电压是正值，一般采用正逻辑。若采用的是若采用的是PNP管和管和PMOS管
3、，电源电压为负值，管，电源电压为负值，则采用负逻辑比较方便。则采用负逻辑比较方便。今后除非特别说明，一律采用正逻辑。今后除非特别说明，一律采用正逻辑。2.1 2.1 概述概述一、正逻辑与负逻辑一、正逻辑与负逻辑VI控制开关控制开关S的断、通情况。的断、通情况。S断开，断开，VO为高电平；为高电平；S接通，接通，VO为低电平。为低电平。VISVccVo2.1 2.1 概述概述二、逻辑电平二、逻辑电平1 10 05V0V0.8V2V高电平下限高电平下限低电平上限低电平上限实际开关为晶体二极实际开关为晶体二极管、三极管以及场效管、三极管以及场效应管等电子器件应管等电子器件逻辑电平高电平高电平UH：n
4、输入高电平输入高电平UIHn输出高电平输出高电平UOH低电平低电平UL：n输入低电平输入低电平UILn输出低电平输出低电平UOL逻辑逻辑“0”和逻辑和逻辑“1”对应的电压范围宽，对应的电压范围宽，因此在数字电路中，对因此在数字电路中，对电子元件、器件电子元件、器件参数精度的要求及其电源的稳定度的要参数精度的要求及其电源的稳定度的要求比模拟电路要低。求比模拟电路要低。2.1 2.1 概述概述主要要求：主要要求：理解二极管、理解二极管、三极管的开关特性。三极管的开关特性。掌握二极管、三极管开关工作的条件。掌握二极管、三极管开关工作的条件。2.2二极管和二极管和三极管的开关特性三极管的开关特性一、二
5、极管伏安特性一、二极管伏安特性2.2 2.2 半导体二极管和三极管的开关特性半导体二极管和三极管的开关特性 0.5 0.7 iD(mA)uD(V)硅硅 PN结伏安特性结伏安特性 UBR 0 门坎电压Uth反向击穿电压二极管的单向导电性：二极管的单向导电性：外加正向电压（外加正向电压（UUthth），二极），二极管导通，导通压降约为管导通，导通压降约为0.7V0.7V；外加反向电压，二极管截止。外加反向电压，二极管截止。uD(V)iD(mA)0.7V0.7V2.2.1 2.2.1 半导体二极管的开关特性半导体二极管的开关特性 利用二极管的单向导电利用二极管的单向导电性，相当于一个受外加电压性，相
6、当于一个受外加电压极性控制的开关。极性控制的开关。当当u uI I=U=UILIL时，时，D D导通，导通，u uO O=0.7=U=0.7=UOLOL 开关闭合开关闭合 uI 二极管开关电路二极管开关电路 Vcc uo D R 二、二极管开关特性二、二极管开关特性2.2 2.2 半导体二极管和三极管的开关特性半导体二极管和三极管的开关特性假定：假定：U UIHIH=V=VCC CC，U UILIL=0=0当当u uI I=U=UIHIH时，时，D D截止，截止，u uo o=V=VCCCC=U=UOHOH 开关断开开关断开 2.2 2.2 半导体二极管和三极管的开关特性半导体二极管和三极管的
7、开关特性一、双极型三极管结构一、双极型三极管结构2.2.2 2.2.2 双极型三极管的开关特性双极型三极管的开关特性 因有电子和空穴两种载流子参与导电过程，故因有电子和空穴两种载流子参与导电过程，故称为双极型三极管。称为双极型三极管。NPNNPN型型PNPPNP型型2.2 2.2 半导体二极管和三极管的开关特性半导体二极管和三极管的开关特性二、双极型三极管输入特性二、双极型三极管输入特性 0 0.5 0.7 uBE(V)输输入入特特性性曲曲线线 iB(A)b iC 硅硅料料NPN型型三三极极管管 c e iB 双极型三极管的应用中，通常是通过双极型三极管的应用中，通常是通过b,eb,e间的电流
8、间的电流i iB B控制控制c,ec,e间的电流间的电流i iC C实现其电路功能的。因此，以实现其电路功能的。因此，以b,eb,e间的回路作为间的回路作为输入回路，输入回路，c,ec,e间的回路作为输出回路间的回路作为输出回路。输入回路实质是一个输入回路实质是一个PNPN结结，其输入特性基本等同于，其输入特性基本等同于二极管的伏安特性。二极管的伏安特性。实际应用中，由于外界干扰、电源波动等原因，可能使输入电平UI偏离规定值。假定：UIH=VCC，UIL=0理解高电平信号和低电平信号的含义。五、漏极开路的CMOS门电路（OD）5 CMOS集成门电路ubeuT，ubcuuT T，u ubcbc0
9、0；起放大作用。；起放大作用。截止区：发射结、集电极均反偏，截止区：发射结、集电极均反偏，u ubcbc0V0V，u ubebe0V0V；一般地，；一般地，u ubebe0.7VVVT T，u ubcbcVVT T；深度饱和状态下，；深度饱和状态下，饱和压降饱和压降U UCEs CEs 约为约为0.2V0.2V。2.2 2.2 半导体二极管和三极管的开关特性半导体二极管和三极管的开关特性四、双极型三极管开关特性四、双极型三极管开关特性 ui iB e Rb b+VCC iC uo 三三极极管管开开关关电电路路 Rc c 利用三极管的饱和与截利用三极管的饱和与截止两种状态，合理选择电路止两种状态
10、，合理选择电路参数，可产生类似于开关的参数，可产生类似于开关的闭合和断开的效果，用于输闭合和断开的效果，用于输出高、低电平，即开关工作出高、低电平，即开关工作状态。状态。当当u uI I=U=UILIL时，三极管截止，时，三极管截止，u uO O=V=Vcccc=U=UOHOH 开关断开开关断开假定：假定：U UIHIH=V=VCC CC，U UILIL=0=0当当u uI I=U=UIHIH时，三极管深度饱和，时，三极管深度饱和，u uo o=U=USEsSEs=U=UOLOL 开关闭合开关闭合 MOS管是金属管是金属氧化物氧化物半导体场效应管的简称。半导体场效应管的简称。（Metal-Ox
11、ide-Semiconductor Field-Effect Transistor）由于只有多数载流子参与导电，故也称为由于只有多数载流子参与导电，故也称为单极型三极管单极型三极管。2.2 2.2 半导体二极管和三极管的开关特性半导体二极管和三极管的开关特性一、一、MOS管结构管结构2.2.3 MOS2.2.3 MOS管的开关特性管的开关特性NMOSNMOS管电路符号管电路符号PMOSPMOS管电路符号管电路符号 b NPN型型三三极极管管 c e 2.2 2.2 半导体二极管和三极管的开关特性半导体二极管和三极管的开关特性二、二、MOS管开关特性管开关特性NMOSNMOS管的基本开关电路管的
12、基本开关电路当当u uI I=U=UILIL时，时，MOSMOS管截止，管截止，u uO O=V=VDDDD=U=UOHOH 开关断开开关断开当当u uI I=U=UIHIH时，时，MOSMOS管导通，管导通，u uo o=0=U=0=UOLOL 开关闭合开关闭合 选择合适的电路参数，则可以保证选择合适的电路参数，则可以保证2.3 2.3 最简单的与、或、非门电路最简单的与、或、非门电路一、二极管与门一、二极管与门+VCC(+5V)R Y VD1 A VD2 B ABY&A BY0 00 11 01 10001Y=AB二、二极管或门二、二极管或门 A VD1 B VD2 Y R ABY 1A
13、BY0 00 11 01 10111Y=A+B2.3 2.3 最简单的与、或、非门电路最简单的与、或、非门电路主要要求：主要要求：了解了解 TTL 非门的组成和工作原理。非门的组成和工作原理。了解了解 TTL 集成逻辑门的主要参数和使用常识。集成逻辑门的主要参数和使用常识。2.4TTL 集成逻辑门集成逻辑门 掌握掌握集电极开路门和三态门的逻辑功能和应用集电极开路门和三态门的逻辑功能和应用。掌握掌握 TTL 基本门的逻辑功能和主要外特性。基本门的逻辑功能和主要外特性。A R1 4kW W T1 T2 T4 T5 R4 R3 1KW W 130W W+Vcc R2 1.6KW W Y D1 D2
14、输入级输入级中间级中间级输出级输出级2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路TTLTTL非门典型电路非门典型电路一、一、7474系列门电路系列门电路 b T1等等效效电电路路 c e AY0110AY 推拉式输出级作用：推拉式输出级作用：降低功耗，提高带降低功耗，提高带负载能力负载能力 b 多发射极等效电路多发射极等效电路 c e2 e1 TTLTTL与非门典型电路与非门典型电路区别：区别：T T1 1改为改为多发射极三极管多发射极三极管。ABY 2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路TTLTTL或非门典型电路或非门典型电路区别：有各自的输入级和倒相级，并联使用共同的输出级。
15、区别：有各自的输入级和倒相级，并联使用共同的输出级。BAY 2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路6 集成逻辑门的应用（1）CMOS电路的工作速度比TTL电路的低。电路的输出有高阻态、高电平和低电平3种状态，是一种三态门。二、集成逻辑门电路的选用4mA/20A 2074LS：低功耗肖特基系列；74LS系列门电路标准规定：（1）CMOS电路的工作速度比TTL电路的低。或非门、与或非门的处理74LS系列门电路前后级低电平输出电流IOL，max8mA如图是用来驱动发光二极管的电路。负逻辑：用低电平表示逻辑1，用高电平表示逻辑0性能比较好的门电路应该是工作速度既快，功耗又小的门电路。当uI=
16、UIH时，三极管深度饱和，uo=USEs=UOL 开关闭合3 最简单的与、或、非门电路放大区：发射结正偏，集电结反偏；如工作频率较高，可选用 CT74ALS 系列，其工作频率一般可至 50 MHz。五、漏极开路的CMOS门电路（OD）输出端可以并接，实现“线与”功能；二、二、74S74S系列门电路系列门电路 74S 74S系列又称肖特基系列。采用了抗饱和三极管，或称系列又称肖特基系列。采用了抗饱和三极管，或称肖特基晶体管，是由普通的双极型三极管和肖特基势垒二极肖特基晶体管，是由普通的双极型三极管和肖特基势垒二极管管SBDSBD组合而成。组合而成。SBDSBD的正向压降约为的正向压降约为0.3V
17、0.3V，使晶体管不会进，使晶体管不会进入深度饱和，其入深度饱和，其U Ubebe限制在限制在0.3V0.3V左右，从而缩短存储时间，左右，从而缩短存储时间，提高了开关速度。提高了开关速度。iDibiSBD(a)(b)抗饱和三极管2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路三、三、TTLTTL系列门电路系列门电路74：标准系列；：标准系列；74H：高速系列；：高速系列；74S：肖特基系列；：肖特基系列；74LS74LS：低功耗肖特基系列；：低功耗肖特基系列；74LS74LS系列成为功耗延迟积较系列成为功耗延迟积较小的系列。小的系列。74LS74LS系列产品具有最佳的综合性能，是系列产品具有
18、最佳的综合性能，是TTLTTL集成集成电路的主流，是应用最广的系列。电路的主流，是应用最广的系列。性能比较好的门电路应该是工作性能比较好的门电路应该是工作速度既快，功耗又小速度既快，功耗又小的的门电路。因此，通常用功耗和传输延迟时间的乘积门电路。因此，通常用功耗和传输延迟时间的乘积(简称功简称功耗耗延迟积延迟积)来评价门电路性能的优劣。功耗来评价门电路性能的优劣。功耗延迟积越小，延迟积越小，门电路的综合性能就越好。门电路的综合性能就越好。74AS：先进肖特基系列；：先进肖特基系列；74ALS74ALS：先进低功耗肖特基系列。：先进低功耗肖特基系列。2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电
19、路与门与门 A B AB&1 Y=AB=ABAB&Y A B A+B 1 1 或或门门AB1YY=A+B=A+B异或门异或门 Y A B&1 1 BABABABABABABABABAY )()(AB=1Y2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路四、四、TTLTTL门电路的重要参数门电路的重要参数1.1.电压传输特性电压传输特性：输出电压跟随输入电压变化的关系曲线。：输出电压跟随输入电压变化的关系曲线。测试电路测试电路电压传输特性电压传输特性低电平输入电压低电平输入电压U UILIL，maxmax0.8V0.8V高电平输入电压高电平输入电压U UIHIH，minmin2V2V低电平输出电
20、压低电平输出电压U UOLOL，maxmax0.5V0.5V高电平输出电压高电平输出电压U UOHOH，minmin2.7V2.7V74LS74LS系列门电路标准规定：系列门电路标准规定：2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路 实际应用中，由于外界干扰、电源波动等原因，可能实际应用中，由于外界干扰、电源波动等原因，可能使输入电平使输入电平U UI I偏离规定值。为了保证电路可靠工作，应对干偏离规定值。为了保证电路可靠工作，应对干扰的幅度有一定限制，称为噪声容限。扰的幅度有一定限制，称为噪声容限。2.2.输入噪声容限输入噪声容限 高电平噪声容限高电平噪声容限是指在保证输出低电平的前提下
21、，允是指在保证输出低电平的前提下，允许叠加在输入高电平上的最大噪声电压许叠加在输入高电平上的最大噪声电压(负向干扰负向干扰)，用，用U UNHNH表示：表示：低电平噪声容限低电平噪声容限是指在保证输出高电平的前提下，允是指在保证输出高电平的前提下，允许叠加在输入低电平上的最大噪声电压许叠加在输入低电平上的最大噪声电压(正向干扰正向干扰)，用，用U UNLNL表示：表示：U UNL NL=U=UIL,maxIL,maxU UILILU UNH NH=U=UIHIHU UIH,minIH,min2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路1 1输出输出0 0输出输出1 1输入输入0 0输入输入
22、U UOH,minOH,minU UIH,minIH,minU UNHNHU UIL,maxIL,maxU UOL,maxOL,maxU UNLNL11u uI Iu uO O输入低电平噪声容限：输入低电平噪声容限：UNL=UIL,maxUOL,max输入高电平噪声容限：输入高电平噪声容限：UNH=UOH,minUIH,min74LS74LS系列门电路前后级系列门电路前后级联时的输入噪声容限为：联时的输入噪声容限为：UNL=0.8V0.5V=0.3VUNH=2.7V2.0V=0.7V5V2.7V0.5V0V5V2V0.8V0V2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路3.3.扇出系数扇出
23、系数扇出系数扇出系数N N是指门电路能够驱动是指门电路能够驱动同类门同类门的数量。的数量。要求：前级门在输出高、低电平时，要满足其输出电流要求：前级门在输出高、低电平时，要满足其输出电流I IOHOH和和I IOLOL均大于或等于均大于或等于N N个后级门的输入电流的总和。个后级门的输入电流的总和。计算：计算：输出为高电平时，可以驱动同类门的数目输出为高电平时，可以驱动同类门的数目N N1 1；输出为低电平时，可以驱动同类门的数目输出为低电平时，可以驱动同类门的数目N N2 2；扇出系数扇出系数minmin（N N1 1，N N2 2）。）。低电平输入电流低电平输入电流I IILIL，maxm
24、ax-0.4mA-0.4mA高电平输入电流高电平输入电流I IIHIH，maxmax20A20A低电平输出电流低电平输出电流I IOLOL，maxmax8mA8mA高电平输出电流高电平输出电流I IOHOH，maxmax-0.4mA-0.4mA74LS74LS系列门电路标准规定：系列门电路标准规定：2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路例：如图，试计算例：如图，试计算74LS74LS系列非门电路系列非门电路G G1 1最多可驱动多少个同类门电路。最多可驱动多少个同类门电路。解：解：G G1 1输出为低电平时，可以驱动输出为低电平时，可以驱动N N1 1个同类门；个同类门；应满足应满足
25、 I IOLOL N N1 1|I|IILIL|G G1 1输出为高电平时，可以驱动输出为高电平时，可以驱动N N2 2个同类门；个同类门；N Nminmin（N N1 1,N,N2 2）2020N N1 1 I IOLOL /|I|IILIL|8mA/0.4mA 8mA/0.4mA 2020应满足应满足|I|IOHOH|N N2 2 I IIHIHN N2 2|I IOHOH|/I IIHIH 0.4mA/20A 0.4mA/20A 20202.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路五、集电极开路的门电路（五、集电极开路的门电路（OCOC门）门）Y&AB&CD&CDABY Y&AB&C
26、D“线与线与”推拉式输出级并联推拉式输出级并联1.“1.“线与线与”的概念的概念2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路 普通的普通的TTLTTL门电路不能将输出端直接并联，进行线与。门电路不能将输出端直接并联，进行线与。解决这个问题的方法就是把输出极改为解决这个问题的方法就是把输出极改为集电极开路集电极开路的三的三极管结构。极管结构。OC OC门电路在工作时需外接上拉电阻和电源门电路在工作时需外接上拉电阻和电源。只要电阻。只要电阻的阻值和电源电压的数值选择得当，就可保证输出的高、的阻值和电源电压的数值选择得当，就可保证输出的高、低电平符合要求，输出三极管的负载电流又不至于过大。低电平
27、符合要求，输出三极管的负载电流又不至于过大。2.OC2.OC门的电路结构和逻辑符号门的电路结构和逻辑符号2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路3.OC3.OC门的门的“线与线与”功能功能CDABYYY 212.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路当当n个前级门输出均为个前级门输出均为高电平，即所有高电平，即所有OC门同门同时截止时，为保证输出时截止时，为保证输出的高电平不低于规定的的高电平不低于规定的UOH，min值，上拉电阻不值，上拉电阻不能过大，其最大值计算能过大，其最大值计算公式：公式：HIOHminOHCCUmInIUVR ，(max)4.4.外接上拉电阻外接上拉电阻
28、R RU U的计算方法的计算方法2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路例：如图，试计算74LS系列非门电路G1最多可驱动多少个同类门电路。当uI=UIH时，MOS管导通，uo=0=UOL 开关闭合假定：UIH=VCC，UIL=0（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）ubeuT，ubc0；74LS系列门电路标准规定：输入高电平噪声容限：UNH=UOH,minUIH,min 74HC系列高速CMOS系列。N2|IOH|/IIH 0.四、CMOS或非门（P串N并）（6）CMOS电路容易受静电感应而击穿，在使用和存放时应注意静电
29、屏蔽，焊接时电烙铁应接地良好，尤其是CMOS电路多余不用的输入端不能悬空，应根据需要接地或接高电平。三态门的电路结构和逻辑符号2 半导体二极管和三极管的开关特性高电平输入电流IIH，max20A若对功耗和抗干扰能力要求一般，可选用 TTL 电路。3 最简单的与、或、非门电路三、集成逻辑门电路应用举例若要求功耗低、抗干扰能力强，则应选用 CMOS 电路。高电平输出电压UOH，min2.2 半导体二极管和三极管的开关特性5.OC5.OC门的应用门的应用实现线与。实现线与。可以简化电路，节省器件。可以简化电路，节省器件。实现电平转换。实现电平转换。如图所示，可使输出高电平变为如图所示，可使输出高电平
30、变为10V10V。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。+10V&OV+5V&2702.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路六、三态输出门电路（六、三态输出门电路（TSTS门）门）国标符号 T4 A R1 3k T3 T2 T1 Y R4 100+VCC(+5V)T5 R2 750 R3 360 R5 3k A EN 1 EN Y EN D 三三态态输输出出非非门门（高高电电平平有有效效）电电路路结结构构 1.1.三态门的电路结构和逻辑符号三态门的电路结构和逻辑符号功能表功能表EN=0EN=0EN=1EN=1AY Y高阻态输出有三种状态
31、：输出有三种状态：高电平、低电平、高阻态。高电平、低电平、高阻态。控制端或控制端或使能端使能端2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路高电平有效高电平有效低电平有效低电平有效两种控制模式：两种控制模式：2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路2.2.三态门的应用三态门的应用数据总线结构数据总线结构 只要控制各个门的只要控制各个门的ENEN端轮端轮流为流为1 1，且任何时刻仅有一个，且任何时刻仅有一个为为1 1，就可以实现各个门，就可以实现各个门分时分时地向总线传输。地向总线传输。实现数据双向传输实现数据双向传输 EN=1EN=1，G1G1工作，工作，G2G2高阻，高阻，A A经
32、经G1G1反相送至总线；反相送至总线；EN=0EN=0，G1G1高阻，高阻，G2G2工作，总工作，总线数据经线数据经G2G2反相从反相从Y Y端送出。端送出。2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路七、七、TTLTTL门电路多余输入端的处理门电路多余输入端的处理1.1.与非门的处理与非门的处理“1”“1”悬空悬空2.2.或非门、与或非门的处理或非门、与或非门的处理“0”“0”BAY ABY 2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路（1 1）CMOSCMOS电路的工作速度比电路的工作速度比TTLTTL电路的低。电路的低。（2 2）CMOSCMOS带负载的能力比带负载的能力比TTL
33、TTL电路强。电路强。（3 3）CMOSCMOS电路的电源电压允许范围较大，约在电路的电源电压允许范围较大，约在3 318V18V，抗，抗干扰能力比干扰能力比TTLTTL电路强。电路强。（4 4）CMOSCMOS电路的功耗比电路的功耗比TTLTTL电路小得多。门电路的功耗只有电路小得多。门电路的功耗只有几个几个WW，中规模集成电路的功耗也不会超过，中规模集成电路的功耗也不会超过100W100W。（5 5）CMOSCMOS集成电路的集成度比集成电路的集成度比TTLTTL电路高。电路高。（6 6）CMOSCMOS电路容易受静电感应而击穿，在使用和存放时应电路容易受静电感应而击穿，在使用和存放时应注
34、意静电屏蔽，焊接时电烙铁应接地良好，尤其是注意静电屏蔽，焊接时电烙铁应接地良好，尤其是CMOSCMOS电路电路多余不用的输入端不能悬空，应根据需要接地或接高电平。多余不用的输入端不能悬空，应根据需要接地或接高电平。2.5 CMOS2.5 CMOS集成门电路集成门电路CMOSCMOS电路的特点：电路的特点：常用常用CMOS逻辑门器件系列：逻辑门器件系列：4000系列；系列；74HC系列高速系列高速CMOS系列。系列。一、一、MOSMOS管的开关特性管的开关特性输入低电平，输入低电平，NMOSNMOS管截止；管截止；输入高电平，输入高电平，NMOSNMOS管导通。管导通。输入低电平，输入低电平，P
35、MOSPMOS管导通；管导通；输入高电平，输入高电平，PMOSPMOS管截止。管截止。2.5 CMOS2.5 CMOS集成门电路集成门电路 G G VDD S D D S A Y 二、二、CMOSCMOS非门非门AY0110AY 2.5 CMOS2.5 CMOS集成门电路集成门电路CMOSCMOS非门电压传输特性非门电压传输特性CMOSCMOS非门电流传输特性非门电流传输特性 CMOS CMOS反相器的传输特性接近理想开关特性，反相器的传输特性接近理想开关特性，因而因而其噪声容限大，抗干扰能力强。其噪声容限大，抗干扰能力强。2.5 CMOS2.5 CMOS集成门电路集成门电路ABYVDDT3T
36、1T2T4三、三、CMOSCMOS与非门（与非门（P P并并N N串）串）ABY 2.5 CMOS2.5 CMOS集成门电路集成门电路（1）CMOS电路的工作速度比TTL电路的低。2二极管和三极管的开关特性负逻辑：用低电平表示逻辑1，用高电平表示逻辑0若要求功耗低、抗干扰能力强，则应选用 CMOS 电路。理解二极管、三极管的开关特性。4000系列；UNH=UIHUIH,min（3）CMOS电路的电源电压允许范围较大，约在318V，抗干扰能力比TTL电路强。如图是用来驱动发光二极管的电路。利用半导体器件的开关特性，可以构成与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等各种逻辑门电路，也可以
37、构成在电路结构和特性两方面都别具特色的三态门、OC门、OD门和传输门。放大区：发射结正偏，集电结反偏；功耗延迟积越小，门电路的综合性能就越好。C0、，TN和TP截止，相当于开关断开。3 MOS管的开关特性扇出系数min（N1，N2）。（1）CMOS电路的工作速度比TTL电路的低。三态门的电路结构和逻辑符号门电路是用以实现逻辑关系的电子电路。6 集成逻辑门的应用2 半导体二极管和三极管的开关特性六、三态输出门电路（TS门）七、CMOS三态输出门ABYVDDT4T3T1T2四、四、CMOSCMOS或非门（或非门（P P串串N N并）并）BAY 2.5 CMOS2.5 CMOS集成门电路集成门电路特
38、点：需外接上拉电阻。特点：需外接上拉电阻。应用：与应用：与OC门类似，门类似，输出端可以并接，实现输出端可以并接，实现“线与线与”功能；功能；实现电平转换。实现电平转换。五、漏极开路的五、漏极开路的CMOSCMOS门电路（门电路（ODOD）ABY 2.5 CMOS2.5 CMOS集成门电路集成门电路六、六、CMOSCMOS传输门和双向模拟开关传输门和双向模拟开关 uI/uo uo/uI VDD C TN TP C TG uI/uo uo/uI C C C0、，TN和和TP截止，相当于截止，相当于开关断开开关断开。C1、，TN和和TP导通，相当于导通，相当于开关接通开关接通，uoui。1 C0
39、C 由于由于T T1 1、T T2 2管的结构形式是对称的，即漏极和源极管的结构形式是对称的，即漏极和源极可互易使用，因而可互易使用，因而CMOSCMOS传输门属于双向器件，它的输入传输门属于双向器件，它的输入端和输出端也可互易使用端和输出端也可互易使用。2.5 CMOS2.5 CMOS集成门电路集成门电路七、七、CMOSCMOS三态输出门三态输出门 A EN TP2 TP1 Y TN1 TN2 A EN 1 1 EN Y+VDD(a)CMOS三态门电路(b)逻辑符号 电路的输出有电路的输出有高阻态、高电平和低电平高阻态、高电平和低电平3 3种状态，是一种三态门。种状态，是一种三态门。时，时，
40、TP2、TN2均均截止，截止，Y与地和电源都断开与地和电源都断开了，输出端呈现为高阻态。了，输出端呈现为高阻态。时，时，TP2、TN2均导均导通，通，TP1、TN1构成反相器。构成反相器。1 EN0 ENAY 1.CMOS1.CMOS三态门之一三态门之一2.5 CMOS2.5 CMOS集成门电路集成门电路 时，时，TG截止，输出端呈现高阻态。截止，输出端呈现高阻态。时，时，TG导通，导通，。1 EN0 ENAY 2.CMOS2.CMOS三态门之二三态门之二2.5 CMOS2.5 CMOS集成门电路集成门电路2.6 集成逻辑门的应用集成逻辑门的应用主要要求：主要要求：了解了解 TTL 和和 CM
41、OS 电路的主要差异。电路的主要差异。了解了解集成门电路的选用和应用。集成门电路的选用和应用。一、一、CMOS 门门电路比电路比 TTL 的主要特点的主要特点 功耗极低功耗极低 抗干扰能力强抗干扰能力强 电源电压范围宽电源电压范围宽 输出信号摆幅大输出信号摆幅大(UOH VDD，UOL 0 V)输入阻抗高输入阻抗高 扇出系数大扇出系数大 注意：注意：CMOS 电路的扇出系数大是由于其负载门电路的扇出系数大是由于其负载门的输入阻抗很高，所需驱动功率极小，的输入阻抗很高，所需驱动功率极小，并非并非 CMOS 电电路的驱动能力比路的驱动能力比 TTL 强。强。实际上实际上 CMOS4000 系列驱动
42、系列驱动能力远小于能力远小于 TTL，HCMOS 驱动能力与驱动能力与 TTL 相近。相近。二、集成逻辑门电路的选用二、集成逻辑门电路的选用 若要求功耗低、抗干扰能力强，则应选用若要求功耗低、抗干扰能力强，则应选用 CMOS 电路。电路。其中其中 CMOS4000 系列一般用于系列一般用于工作频率工作频率 1 MHz 以下、驱动能力要求不高的以下、驱动能力要求不高的场合；场合；HCMOS 常用于工作频率常用于工作频率 20 MHz 以下、以下、要求较强驱动能力的场合。要求较强驱动能力的场合。若对功耗和抗干扰能力要求一般，可选用若对功耗和抗干扰能力要求一般，可选用 TTL 电路。电路。目前多用目
43、前多用 74LS 系列，它的功系列，它的功耗较小，工作频率一般可用至耗较小，工作频率一般可用至 20 MHz；如工作频率较高，可选用如工作频率较高，可选用 CT74ALS 系列，系列，其工作频率一般可至其工作频率一般可至 50 MHz。三、集成逻辑门电路应用举例三、集成逻辑门电路应用举例 例例 试改正下图电路的错误，使其正常工作。试改正下图电路的错误，使其正常工作。CMOS 门门TTL 门门OD 门门(a)(b)(c)(d)解：解：VDDCMOS 门门Ya=ABYb=A+BTTL 门门OD 门门Yc=AYd=ABEN=1 时时EN=0 时时VDD性能比较好的门电路应该是工作速度既快，功耗又小的
44、门电路。TTL电路的优点是开关速度较高，抗干扰能力较强，带负载的能力也比较强，缺点是功耗较大。今后除非特别说明，一律采用正逻辑。了解 TTL 和 CMOS 电路的主要差异。放大区：发射结正偏，集电结反偏；74LS系列门电路前后级五、漏极开路的CMOS门电路（OD）性能比较好的门电路应该是工作速度既快，功耗又小的门电路。74LS系列成为功耗延迟积较小的系列。HCMOS 常用于工作频率 20 MHz 以下、要求较强驱动能力的场合。2 半导体二极管和三极管的开关特性2 半导体二极管和三极管的开关特性例：如图，试计算74LS系列非门电路G1最多可驱动多少个同类门电路。一、MOS管的开关特性（6）CMO
45、S电路容易受静电感应而击穿，在使用和存放时应注意静电屏蔽，焊接时电烙铁应接地良好，尤其是CMOS电路多余不用的输入端不能悬空，应根据需要接地或接高电平。双极型集成门（DTL、TTL）当uI=UIH时，三极管深度饱和，uo=USEs=UOL 开关闭合高电平输入电压UIH，min2V扇出系数N是指门电路能够驱动同类门的数量。低电平输出电流IOL，max8mA应满足 IOL N1|IIL|2 半导体二极管和三极管的5 CMOS集成门电路理解二极管、三极管的开关特性。放大区：发射结正偏，集电结反偏；输入高电平，NMOS管导通。推拉式输出级作用：降低功耗，提高带负载能力注意：CMOS 电路的扇出系数大是
46、由于其负载门的输入阻抗很高，所需驱动功率极小，并非 CMOS 电路的驱动能力比 TTL 强。6 集成逻辑门的应用六、三态输出门电路（TS门）扇出系数N是指门电路能够驱动同类门的数量。74AS：先进肖特基系列；若要求功耗低、抗干扰能力强，则应选用 CMOS 电路。负逻辑：用低电平表示逻辑1，用高电平表示逻辑0三态门的电路结构和逻辑符号（6）CMOS电路容易受静电感应而击穿，在使用和存放时应注意静电屏蔽，焊接时电烙铁应接地良好，尤其是CMOS电路多余不用的输入端不能悬空，应根据需要接地或接高电平。输出端可以并接，实现“线与”功能；5 CMOS集成门电路当uI=UIL时，三极管截止，uO=Vcc=U
47、OH 开关断开（6）CMOS电路容易受静电感应而击穿，在使用和存放时应注意静电屏蔽，焊接时电烙铁应接地良好，尤其是CMOS电路多余不用的输入端不能悬空，应根据需要接地或接高电平。时，TG导通，。目前多用 74LS 系列，它的功耗较小，工作频率一般可用至 20 MHz；TTL电路的优点是开关速度较高，抗干扰能力较强，带负载的能力也比较强，缺点是功耗较大。电路的输出有高阻态、高电平和低电平3种状态，是一种三态门。电路的输出有高阻态、高电平和低电平3种状态，是一种三态门。4000系列；门电路是用以实现逻辑关系的电子电路。（3）CMOS电路的电源电压允许范围较大，约在318V，抗干扰能力比TTL电路强
48、。三态门的电路结构和逻辑符号目前多用 74LS 系列，它的功耗较小，工作频率一般可用至 20 MHz；外加反向电压，二极管截止。扇出系数N是指门电路能够驱动同类门的数量。74AS：先进肖特基系列；负逻辑：用低电平表示逻辑1，用高电平表示逻辑0因此，以b,e间的回路作为输入回路，c,e间的回路作为输出回路。输出信号摆幅大(UOH VDD，UOL 0 V)放大区：发射结正偏，集电结反偏；当uI=UIH时，MOS管导通，uo=0=UOL 开关闭合特点：需外接上拉电阻。性能比较好的门电路应该是工作速度既快，功耗又小的门电路。时，TG截止，输出端呈现高阻态。2.7 2.7 本章小结本章小结利用半导体器件
49、的开关特性，可以构成与门、或门、利用半导体器件的开关特性，可以构成与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等各种逻辑门电非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等各种逻辑门电路，也可以构成在电路结构和特性两方面都别具特色的三态路，也可以构成在电路结构和特性两方面都别具特色的三态门、门、OCOC门、门、ODOD门和传输门。门和传输门。随着集成电路技术的飞速发展，分立元件的数字电路随着集成电路技术的飞速发展，分立元件的数字电路已被集成电路所取代。已被集成电路所取代。TTLTTL电路的优点是开关速度较高，抗干扰能力较强，电路的优点是开关速度较高，抗干扰能力较强，带负载的能力也比较强，缺点是功耗较大。带负载的能力也比较强，缺点是功耗较大。CMOSCMOS电路具有制造工艺简单、功耗小、输入阻抗高、电路具有制造工艺简单、功耗小、输入阻抗高、集成度高、电源电压范围宽等优点，其主要缺点是工作速度集成度高、电源电压范围宽等优点，其主要缺点是工作速度稍低，但随着集成工艺的不断改进，稍低，但随着集成工艺的不断改进，CMOSCMOS电路的工作速度已电路的工作速度已有了大幅度的提高。有了大幅度的提高。
