第-3-章-逻辑门电路讲解课件

第第 3 章章 逻辑门电路逻辑门电路 介绍各种门电路的功能及介绍各种门电路的功能及特点，重点掌握门电路的外部特点，重点掌握门电路的外部特性即引脚功能及其应用。特性即引脚功能及其应用。第 3 章 逻辑门电路1 概述概述 第第 3 章章 逻辑门电路逻辑门电路 在第一章中，我们已经知道在第一章中，我们已经知道逻辑门电路是数字逻辑门电路是数字逻辑门电路是数字逻辑门电路是数字电路中最基本的逻辑元件。电路中最基本的逻辑元件。电路中最基本的逻辑元件。电路中最基本的逻辑元件。门电路的输入和输出之间存在一定的逻辑关门电路的输入和输出之间存在一定的逻辑关系系(因果关系因果关系)，所以门电路又称为，所以门电路又称为逻辑门电路逻辑门电路。其主要类型有其主要类型有与门、或门、与非门、或非门、异与门、或门、与非门、或非门、异或门或门等。等。所谓门就是一种开关，它能按照一定的条件去所谓门就是一种开关，它能按照一定的条件去控制信号的通过或不通过。控制信号的通过或不通过。概述第 3 章 逻辑门电路 在第一章中2 由电子电路实现逻辑运算时，它的输入和由电子电路实现逻辑运算时，它的输入和由电子电路实现逻辑运算时，它的输入和由电子电路实现逻辑运算时，它的输入和输出信号都是用电位（或称电平）的高低表示输出信号都是用电位（或称电平）的高低表示输出信号都是用电位（或称电平）的高低表示输出信号都是用电位（或称电平）的高低表示的。的。的。的。高电平和低电平都不是一个固定的数值，高电平和低电平都不是一个固定的数值，高电平和低电平都不是一个固定的数值，高电平和低电平都不是一个固定的数值，而是有一定的变化范围。而是有一定的变化范围。而是有一定的变化范围。而是有一定的变化范围。门电路的输出状态与赋值对应关系：一般门电路的输出状态与赋值对应关系：一般采用采用正逻辑正逻辑即高电位对应即高电位对应“1”“1”；低电位对应；低电位对应“0”“0”。1UCC高电平高电平00V低电平低电平利用管子的开关特性能够实现各种门电路。利用管子的开关特性能够实现各种门电路。由电子电路实现逻辑运算时，它的输入和输出信号3二极管、三极管的开关特性二极管、三极管的开关特性R1 1.二极管的开关特性二极管的开关特性二极管的开关特性二极管的开关特性导通导通截止截止相当于相当于相当于相当于开关断开开关断开开关断开开关断开相当于相当于相当于相当于开关闭合开关闭合开关闭合开关闭合S3V0VSRRD3V0V二极管、三极管的开关特性R1.二极管的开关特性导通截止相42 2.三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性饱和饱和截止截止截止截止3V0VuO 0相当于相当于相当于相当于开关断开开关断开开关断开开关断开相当于相当于相当于相当于开关闭合开关闭合开关闭合开关闭合uO UCC+UCCuiRBRCuOTuO+UCCRCECuO+UCCRCEC3V0V2.三极管的开关特性饱和截止3V0VuO 0相当于相53.1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路3.1.1 3.1.1 3.1.1 3.1.1 二极管二极管二极管二极管“与与与与”门电路门电路门电路门电路 1.1.电路电路电路电路2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理输入输入A、B、C全为高电平全为高电平“1”，输出输出 Y 为为“1”。输入输入A、B、C不全为不全为“1”，输出输出 Y 为为“0”。0V0V0V0V0V3V+U 12VRDADCABYDBC3V3V3V0V00000010101011001000011001001111ABYC“与与与与”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表0V3V3.1 基本逻辑门电路3.1.1 二极管“与”门电路 16满足什么逻辑关系？满足什么逻辑关系？表达式？表达式？逻辑符号？逻辑符号？“与与”想一想：想一想：Y=A B C&ABYC满足什么逻辑关系？表达式？逻辑符号？“与”想一想：Y=A 73.1.2 3.1.2 二极管或门电路二极管或门电路 1.1.电路电路电路电路0V0V0V0V0V3V3V3V3V0V00000011101111011001011101011111ABYC“或或或或”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表3V3VU-12VRDADCABYDBC2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理输入输入A、B、C全为低电平全为低电平“0”，输出输出 Y 为为“0”。输入输入A、B、C有一个为有一个为“1”，输出输出 Y 为为“1”。3.1.2 二极管或门电路 1.电路0V0V0V0V0V8满足什么逻辑关系？满足什么逻辑关系？表达式？表达式？逻辑符号？逻辑符号？“或或”想一想：想一想：Y=A+B+CABYC 1满足什么逻辑关系？表达式？逻辑符号？“或”想一想：Y=A+B93.1.3 3.1.3 三极管三极管“非非”门电路门电路+UCC-UBBARKRBRCYT 1 0截止截止截止截止饱和饱和逻辑表达式：逻辑表达式：Y=A“0”10“1”1.1.电路电路电路电路“0”“1”AY“非非非非”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表逻辑符号逻辑符号1AY3.1.3 三极管“非”门电路+UCC-UBBARKRB10例：根据输入波形画出输出波形例：根据输入波形画出输出波形例：根据输入波形画出输出波形例：根据输入波形画出输出波形ABY1有有“0”出出“0”，全全“1”出出“1”有有“1”出出“1”，全全“0”出出“0”&ABY1 1ABY2Y2例：根据输入波形画出输出波形ABY1有“0”出“0”，全“111R1DR2F+12V+3V三极管非门三极管非门D1D2AB+12V二极管与门二极管与门逻辑式：逻辑式：&ABF逻辑符号：逻辑符号：3.1.4“3.1.4“与非与非”门电路门电路R1DR2F+12V+3V三极管非门D1D2AB+12V二极121.1.体积大、工作不可靠。体积大、工作不可靠。2.2.需要不同电源。需要不同电源。3.3.各种门的输入、输出电平不匹配。各种门的输入、输出电平不匹配。分立元件门电路的缺点：分立元件门电路的缺点：采用类似的方法还可以构成或非门、异或门等。采用类似的方法还可以构成或非门、异或门等。数字集成电路：数字集成电路：在一块半导体基片上制作出一个完整在一块半导体基片上制作出一个完整的逻辑电路所需要的全部元件和连线。使用时接：的逻辑电路所需要的全部元件和连线。使用时接：电源、输入和输出。数字集成电路具有体积小、电源、输入和输出。数字集成电路具有体积小、可靠性高、速度快、而且价格便宜的特点。可靠性高、速度快、而且价格便宜的特点。1.体积大、工作不可靠。2.需要不同电源。3.各133.2 TTL数字集成逻辑门电路数字集成逻辑门电路(三极管三极管三极管三极管三极管逻辑门电路三极管逻辑门电路三极管逻辑门电路三极管逻辑门电路)TTL门电路是双极型集成电路，与分门电路是双极型集成电路，与分立元件相比，立元件相比，具有速度快、可靠性高和微具有速度快、可靠性高和微型化等优点型化等优点，目前分立元件电路已被集成，目前分立元件电路已被集成电路替代。下面介绍集成电路替代。下面介绍集成“与非与非”门电路门电路的工作原理、特性和参数。的工作原理、特性和参数。3.2 TTL数字集成逻辑门电路(三极管三极管逻辑门电路14输入级输入级输入级输入级中间级中间级中间级中间级输出级输出级输出级输出级3.2.1 TTL“3.2.1 TTL“3.2.1 TTL“3.2.1 TTL“与非与非与非与非”门电路门电路门电路门电路1.1.1.1.电路电路电路电路 T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T1E2E3E1B等效电路等效电路等效电路等效电路C多发射极多发射极多发射极多发射极三极管三极管三极管三极管“与与”“非非”复合管复合管形式形式输入级中间级输出级3.2.1 TTL“与非”门电路1.15 T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T1“1”(3.6V)(1)(1)输入全为高电平输入全为高电平输入全为高电平输入全为高电平“1”(3.6V)“1”(3.6V)时时时时2.2.2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理4.3VT T2 2、T T5 5饱和导通饱和导通饱和导通饱和导通钳位钳位2.1VE E结反偏结反偏结反偏结反偏截止截止截止截止“0”(0.3V)负载电流负载电流负载电流负载电流（灌电流）（灌电流）（灌电流）（灌电流）输入全高输入全高“1”,输出为输出为低低“0”1V T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T216 T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T12.2.2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理1VT T2 2、T T5 5截止截止截止截止 负载电流负载电流负载电流负载电流（拉电流）（拉电流）（拉电流）（拉电流）(2)(2)输入端有任一低电平输入端有任一低电平输入端有任一低电平输入端有任一低电平“0”(0.3V)“0”(0.3V)(0.3V)“1”“0”输入有低输入有低“0”输出为输出为高高“1”流过流过 E结的电结的电流为正向电流流为正向电流VY 5-0.7-0.7 =3.6V5V T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T217有有有有“0”“0”出出出出“1”“1”全全全全“1”“1”出出出出“0”“0”“与非与非”逻辑关系逻辑关系00010011101111011001011101011110ABYC“与非与非与非与非”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表Y=A B C逻辑表达式：逻辑表达式：逻辑表达式：逻辑表达式：Y&ABC“与非与非与非与非”门门门门有“0”出“1”全“1”出“0”“与非”逻辑关系000100183.2.2 TTL“3.2.2 TTL“3.2.2 TTL“3.2.2 TTL“与非与非与非与非”门的技术参数门的技术参数门的技术参数门的技术参数(1)(1)电压传输特性：电压传输特性：电压传输特性：电压传输特性：输出电压输出电压输出电压输出电压 U UOO与输入电压与输入电压与输入电压与输入电压 U Ui i的关系。的关系。的关系。的关系。C CD DE E电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性测试电路测试电路测试电路测试电路0 01 12 23 31 12 23 34 4 U Ui i/V/VU UOO/V/V&+5V+5VU Ui iU Uo oV VV VA AB B3.2.2 TTL“与非”门的技术参数(1)电压传输特19A AB BC CD DE E(2)TTL“(2)TTL“(2)TTL“(2)TTL“与非与非与非与非”门的参数门的参数门的参数门的参数电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性典型值典型值典型值典型值U UOHOH=3.6V3.6V，U UOH(min)OH(min)=2.4V2.4V典型值典型值典型值典型值U UOLOL=0.3V0.3V，U UOL(max)OL(max)=0.4V0.4V输出高电平电压输出高电平电压输出高电平电压输出高电平电压U UOHOH输出低电平电压输出低电平电压输出低电平电压输出低电平电压U UOLOL输出高电平电压输出高电平电压输出高电平电压输出高电平电压U UOHOH和输出低电平电压和输出低电平电压和输出低电平电压和输出低电平电压U UOLOLU UOO/V/V0 01 12 23 31 12 23 34 4 U Ui i/V/VABCDE(2)TTL“与非”门的参数电压传输特性典型值UO20（3 3）噪声容限）噪声容限）噪声容限）噪声容限门电路抗干扰能力门电路抗干扰能力门电路抗干扰能力门电路抗干扰能力低电平噪声容限电压低电平噪声容限电压低电平噪声容限电压低电平噪声容限电压U U U UNLNLNLNL高电平噪声容限电压高电平噪声容限电压高电平噪声容限电压高电平噪声容限电压U U U UNHNHNHNH噪声容限越大，抗干扰能力越强噪声容限越大，抗干扰能力越强噪声容限越大，抗干扰能力越强噪声容限越大，抗干扰能力越强（3）噪声容限门电路抗干扰能力低电平噪声容限电压UNL高21ABDE（3 3）噪声容限）噪声容限）噪声容限）噪声容限门电路抗干扰能力门电路抗干扰能力门电路抗干扰能力门电路抗干扰能力01231234 Ui/V/VU UOO/V/V输出低电平输出低电平输出低电平输出低电平,典型值典型值典型值典型值U UOLOL=0.3V0.3VU UOL(max)OL(max)=0.4V0.4V输入高电平：典型值输入高电平：典型值输入高电平：典型值输入高电平：典型值U UIHIH=3.6V3.6VU UIH(min)IH(min)=2V=2V=U UONON输出高电平：典型值输出高电平：典型值输出高电平：典型值输出高电平：典型值U UOHOH=3.6V3.6VU UOH(min)OH(min)=2.4V2.4V输输输输入入入入低电平低电平低电平低电平,典型值典型值典型值典型值U UILIL=0.3V0.3VU UIL(max)IL(max)=0.8V=0.8V=U UOFFOFFABDE（3）噪声容限门电路抗干扰能力01231234 22（3 3）噪声容限）噪声容限）噪声容限）噪声容限门电路抗干扰能力门电路抗干扰能力门电路抗干扰能力门电路抗干扰能力111输出输出1输入输入0输出输出0输入输入VoVoVIVIU UOH(min)OH(min)U UONONV VNHNHV VNH NH=U=UOH(min)OH(min)-U-UON ON=2.4-2=0.42.4-2=0.4V VU UOL(max)OL(max)U UOFFOFFV VNLNLV VNLNL=U=UOFFOFF-U-UOL(max)OL(max)=0.8-0.4=0.40.8-0.4=0.4V V（3）噪声容限门电路抗干扰能力111输出1输入0输出0输23（4）输入、输出负载特性）输入、输出负载特性&？前后级之间电流的联系前后级之间电流的联系分两种情况讨论：分两种情况讨论：（1）前级输出为）前级输出为 高电平时高电平时 （2）前级输出为）前级输出为 低电平时低电平时（4）输入、输出负载特性&？前后级之间电流的联系分两种情24前级输出为前级输出为 高电平时高电平时前级前级后级后级反偏反偏+5VR4R2R5T3T4R1T1+5V级间电流：级间电流：流出前级，记为流出前级，记为IOH（拉电流）。（拉电流）。拉电流能力：拉电流能力：维持维持UOH时，所允许的最大拉电流值。时，所允许的最大拉电流值。前级输出为 高电平时前级后级反偏+5VR4R2R5T3T4R25前级输出为前级输出为 低电平时低电平时前级前级后级后级R1T1+5V级间电流：级间电流：流入前级，记为流入前级，记为IOL，约，约 1.4mA。称。称为为灌电流。灌电流。+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级输出为 低电平时前级后级R1T1+5V级间电流：流入前级26灌电流的计算灌电流的计算饱和压降饱和压降R1T1+5V+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1灌电流的计算饱和压降R1T1+5V+5VR2R13kT2R327有关电流的技术参数有关电流的技术参数有关电流的技术参数28(5)(5)扇入扇出系数扇入扇出系数 扇入系数扇入系数N Ni i：TTLTTL与非门的输入个数与非门的输入个数 扇出系数扇出系数N No o：与非门电路输出能驱动同类门的：与非门电路输出能驱动同类门的个数。它用以衡量逻辑门的负载能力。个数。它用以衡量逻辑门的负载能力。扇出系数根据负载性质不同而不同。扇出系数根据负载性质不同而不同。(5)扇入扇出系数 扇入系数Ni：TTL与非门的输入个数29IiH1IiH3IOH前级输出为前级输出为 高电平时：高电平时：+5VR4R2R5T3T4T1前级前级T1T1IiH2IiH1IiH3IOH前级输出为 高电平时：+5VR4R2R30T1T1T1+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级前级IOLIiL1IiL2IiL3前级输出为低电平时：前级输出为低电平时：与非门的扇出系数一般是与非门的扇出系数一般是10。T1T1T1+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级I31(6)(6)平均传输延迟时间平均传输延迟时间平均传输延迟时间平均传输延迟时间 t tpd pd 50%50%tpd1tpd2 TTL TTL的的的的 t tpd pd 约在约在约在约在 10ns 40ns 10ns 40ns，此值愈小愈好。，此值愈小愈好。，此值愈小愈好。，此值愈小愈好。输入波形输入波形ui输出波形输出波形uO(6)平均传输延迟时间 tpd 50%50%tpd1tpd32想一想：想一想：在三极管构成的非门电路中，在三极管构成的非门电路中，如果如果f=1MHZ,tpd=1s，原有的，原有的逻辑功能功能还符合符合吗？想一想：在三极管构成的非门电路中，如果f=1M333.2.3 TTL3.2.3 TTL3.2.3 TTL3.2.3 TTL集电极开路门集电极开路门集电极开路门集电极开路门一、一、问题的提出问题的提出标准标准TTL与非门进行与运算与非门进行与运算:&ABEF&CD&G1&ABEF&CDG 能否能否“线与线与”？（Open Collector)3.2.3 TTL集电极开路门一、问题的提出标准TTL34+5V+5VR R4 4R R2 2T T3 3T T4 4T T5 5R R3 3TTLTTL与非门的输出电阻与非门的输出电阻很低。这时，直接线与很低。这时，直接线与会使电流会使电流 i i 剧烈增加。剧烈增加。i i 功耗功耗 T T4 4热击穿热击穿U UOL OL 与非门与非门2 2：不允许直接不允许直接“线与线与”与非门与非门1 1 截止截止与非门与非门2 2 导通导通U UOHOHU UOLOL与非门与非门1 1：i i+5V+5VR R4 4R R2 2T T3 3T T4 4T T5 5R R3 3问题：问题：TTLTTL与非门能否直接线与？与非门能否直接线与？+5VR4R2T3T4T5R3TTL与非门的输出电阻很低。这35RCUCC集电极悬空集电极悬空+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC&符号符号应用时输出端要接一上拉负载电阻应用时输出端要接一上拉负载电阻 RC。二、二、OCOC门结构门结构特点：特点：RC 和和UCC 可以外接。可以外接。F=ABCRCUCC集电极悬空+5VFR2R13kT2R3T1T5b136“线与线与”功能分析：功能分析：&UCCF1F2F3F分析：分析：F1、F2、F3任一导通，则任一导通，则F=0。F1、F2、F3全截止，则全截止，则F=1。输出级输出级RLUCCRLT5T5T5F=F1F2F3“线与”功能分析：&UCCF1F2F3F分析：F1、F2373.2.4 3.2.4 3.2.4 3.2.4 三态门三态门三态门三态门“0”控制端控制端 DE T5Y R3R5AB R4R2R1 T3 T4T2+5V T11.1.1.1.工作原理工作原理工作原理工作原理导通导通导通导通1V1V截止截止截止截止截止截止截止截止当控制端当控制端当控制端当控制端为低电平为低电平为低电平为低电平“0”“0”时，时，时，时，输出输出输出输出 Y Y处处处处于开路状于开路状于开路状于开路状态，也称态，也称态，也称态，也称为高阻状为高阻状为高阻状为高阻状态。态。态。态。3.2.4 三态门“0”控制端 DE T5Y R3R38当控制端当控制端当控制端当控制端为高电平为高电平为高电平为高电平“1”“1”时，时，时，时，实现正常实现正常实现正常实现正常的的的的“与非与非与非与非”逻辑关逻辑关逻辑关逻辑关系系系系 Y Y=ABAB“1”控制端控制端 DE1.1.1.1.工作原理工作原理工作原理工作原理 T5Y R3R5AB R4R2R1 T3 T4T2+5V T1截止截止截止截止当控制端为高电平“1”时，实现正常的“与非”逻辑关系“1”控39&YEBA逻辑符号逻辑符号 0 高阻高阻0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 11 1 1 0 表示任意态表示任意态表示任意态表示任意态三态输出三态输出三态输出三态输出“与非与非与非与非”状态表状态表状态表状态表ABEY输出高阻输出高阻输出高阻输出高阻功能表功能表&YEBA逻辑符号 0 高阻0 402 2三态门的主要应用三态门的主要应用（1 1）TTLTTL与总线之间接口，实现分时传输与总线之间接口，实现分时传输与总线之间接口，实现分时传输与总线之间接口，实现分时传输总总总总线线线线&A A1 1B B1 1ENEN1 1&A A2 2B B2 2ENEN2 2&A A3 3B B3 3ENEN3 3A1 B1可实现用可实现用可实现用可实现用一条一条一条一条总线分时传送总线分时传送总线分时传送总线分时传送几个不同的数几个不同的数几个不同的数几个不同的数据或控制信号。据或控制信号。据或控制信号。据或控制信号。“1”“0”“0”2三态门的主要应用（1）TTL与总线之间接口，实现分时传输41(2)(2)数据的双向传输数据的双向传输EN=1EN=1EN=1EN=1，G G G G1 1 1 1工作，工作，工作，工作，G G G G2 2 2 2高阻高阻高阻高阻，D D D Do o o o经经经经G G G G1 1 1 1反反反反相送至总线。相送至总线。相送至总线。相送至总线。EN=0EN=0EN=0EN=0，G G G G2 2 2 2工作，工作，工作，工作，G G G G1 1 1 1高阻高阻高阻高阻，总线数，总线数，总线数，总线数据经据经据经据经G G G G2 2 2 2反相从反相从反相从反相从D D D Di i端送出。端送出。端送出。端送出。1 1 1 1 0 0 0 0D D D D1 1 1 1(2)数据的双向传输EN=1，G1工作，G2高阻，Do经G423.5 MOS3.5 MOS门电路门电路MOS电路的特点：电路的特点：2.是电压控制元件，静态功耗小。是电压控制元件，静态功耗小。3.允许电源电压范围宽（允许电源电压范围宽（3 18V）。）。4.扇出系数大，抗噪声容限大。扇出系数大，抗噪声容限大。优点优点1.工艺简单，集成度高。工艺简单，集成度高。缺点：缺点：工作速度比工作速度比TTL低低。3.5 MOS门电路MOS电路的特点：2.是电压控制元433.5.1 MOS3.5.1 MOS管的开关特性管的开关特性1 1、MOSMOS管的基本开关电路管的基本开关电路当当当当v v v vI I I I=v v v vGSGSGSGSVVVVGS(th)GS(th)GS(th)GS(th)时，时，时，时，MOSMOSMOSMOS管管管管工作在截止区工作在截止区工作在截止区工作在截止区,只要只要只要只要R R R RD D D DRRRVVVVGS(th)GS(th)GS(th)GS(th)时，时，时，时，MOSMOSMOSMOS管处于导通状态管处于导通状态管处于导通状态管处于导通状态,只要只要只要只要R R R RD D D DRRRRON ON ON ON,v v0 0 0 0=V V V VOLOLOLOL 0.0.0.0.3.5.1 MOS管的开关特性1、MOS管的基本开关电路当v442、MOS管的开关等效电路管的开关等效电路由于由于由于由于MOSMOSMOSMOS管截止时漏极和源级之间的内阻管截止时漏极和源级之间的内阻管截止时漏极和源级之间的内阻管截止时漏极和源级之间的内阻R R R ROFFOFFOFFOFF非常非常非常非常大，所以大，所以大，所以大，所以截止状态截止状态截止状态截止状态下的等效电路可用下的等效电路可用下的等效电路可用下的等效电路可用断开的开关断开的开关断开的开关断开的开关代替代替代替代替。MOSMOSMOSMOS管在管在管在管在导通状态导通状态导通状态导通状态下的内阻下的内阻下的内阻下的内阻R R R RONONONON约在约在约在约在1K1K1K1K 以内，以内，以内，以内，而且与而且与而且与而且与V V V VGSGSGSGS的数值有关。所以的数值有关。所以的数值有关。所以的数值有关。所以需画出需画出需画出需画出。(a)(a)截止状态截止状态(b)(b)导通状态导通状态2、MOS管的开关等效电路由于MOS管截止时漏极和源级之间的453.5.2 NMOS3.5.2 NMOS逻辑逻辑电路电路 1.1.NMOS“NMOS“NMOS“NMOS“非非非非”门电路门电路门电路门电路2.2.(1)(1)(1)(1)原理原理原理原理 0UDSID负载线负载线ui=“1”ui=“0”uo=“0”uo=“1”UCCuiuo3.5.2 NMOS逻辑电路 NMOS“非”门电路0UD46(2)(2)(2)(2)实际实际实际实际NMOS“NMOS“NMOS“NMOS“非非非非”门电路门电路门电路门电路 gm2gm1T2的的导通通电阻阻 T1的的导通通电阻阻“1”导通导通导通导通“0”“0”“1”截止截止截止截止即：即：T2的的导通管通管压降降gm472.NMOS“2.NMOS“2.NMOS“2.NMOS“与与与与非非非非”门电路门电路门电路门电路 “1”“0”有有“0”全全“1”3.NMOS“3.NMOS“3.NMOS“3.NMOS“或或或或非非非非”门电路门电路门电路门电路 有有“1”“0”全全“0”“1”Y=A BY=A+B负载管负载管负载管负载管+UDDBYT2T3AT1Y+UDDT3AT1BT2负载管负载管负载管负载管2.NMOS“与非”门电路 “1”“0”有“0”483.5.3 CMOS3.5.3 CMOS逻辑逻辑电路电路 ：(互补对称式互补对称式MOS)MOS)1.CMOS“1.CMOS“1.CMOS“1.CMOS“非非非非”门电路门电路门电路门电路D DS SGGS SD DGG+U UDDDDA AY YT T1 1T T2 2PMOSPMOS管管管管NMOSNMOS管管管管CMOS CMOS 管管管管负载管负载管负载管负载管驱动管驱动管驱动管驱动管(互补对称管互补对称管互补对称管互补对称管)A A=“1”=“1”时，时，时，时，T T1 1导导通，通，通，通，T T2 2截截截截止，止，止，止，Y Y=“0”=“0”A A=“0”=“0”时，时，时，时，T T1 1截止，截止，截止，截止，T T2 2导导通，通，通，通，Y Y=“1”=“1”Y=AY=A3.5.3 CMOS逻辑电路：(互补对称式MOS)1.C492.CMOS2.CMOS与非门与非门&ABF工作原理工作原理+UDDAFT2T1BT3T4SSSSGG结构结构0 0 10 1 11 0 11 1 0A B T1 T2 T3 T4 F2.CMOS与非门&ABF工作原理+UDDAFT2T1BT50A B T1 T2 T3 T4 F ABF工作原理工作原理+UDDFAT2T1BT3T4GGSSS结构结构0 0 10 1 0 1 0 0 1 1 0 3.CMOS3.CMOS或非门或非门A B T1 T2 T3 T4 F514.CMOS4.CMOS传输传输传输传输门电路：门电路：门电路：门电路：一种控制信号能否通过的电子一种控制信号能否通过的电子一种控制信号能否通过的电子一种控制信号能否通过的电子开关，条件满足，信号传输开关，条件满足，信号传输开关，条件满足，信号传输开关，条件满足，信号传输U UDDDDu uiT T1 1T T2 2C CC Cu uO O O O控制极控制极控制极控制极控制极控制极控制极控制极（1 1）电路）电路）电路）电路:栅极接互补的控制信号栅极接互补的控制信号栅极接互补的控制信号栅极接互补的控制信号（2 2）工作原理）工作原理）工作原理）工作原理设：设：设：设：10V10V0V0V可见可见可见可见u ui在在在在310V310V310V310V连续变连续变连续变连续变化时，至少有一个管化时，至少有一个管化时，至少有一个管化时，至少有一个管子导通，传输门打开，子导通，传输门打开，子导通，传输门打开，子导通，传输门打开，（相当于开关接通）（相当于开关接通）（相当于开关接通）（相当于开关接通）u ui可传输到输出端，即可传输到输出端，即可传输到输出端，即可传输到输出端，即u uO O O O=u ui，所以，所以，所以，所以COMSCOMSCOMSCOMS传输传输传输传输门可以传输模拟信号，门可以传输模拟信号，门可以传输模拟信号，门可以传输模拟信号，也称为也称为也称为也称为模拟开关模拟开关模拟开关模拟开关。导通导通导通导通（310V310V310V310V）导通导通导通导通4.CMOS传输门电路：一种控制信号能否通过的电子UDDui524.CMOS4.CMOS4.CMOS4.CMOS传输传输传输传输门电路门电路门电路门电路U UDDDDu uiT T1 1T T2 2C CC Cu uO O O O控制极控制极控制极控制极控制极控制极控制极控制极0V0V10V10V可见可见可见可见u ui在在在在310V310V310V310V连续变连续变连续变连续变化时，两管子均截止，化时，两管子均截止，化时，两管子均截止，化时，两管子均截止，传输门关断，（相当传输门关断，（相当传输门关断，（相当传输门关断，（相当于开关断开）于开关断开）于开关断开）于开关断开）u ui不能传不能传不能传不能传输到输出端。输到输出端。输到输出端。输到输出端。（310V310V310V310V）截止截止截止截止截止截止截止截止结论结论结论结论CCCC=“1”(=“1”(=“1”(=“1”(C C C C=“0”)=“0”)=“0”)=“0”)时传输门开通。时传输门开通。时传输门开通。时传输门开通。C C C C=“0”(=“0”(=“0”(=“0”(C C C C=“1”)=“1”)=“1”)=“1”)时传输门关断。时传输门关断。时传输门关断。时传输门关断。（2 2）工作原理）工作原理）工作原理）工作原理设：设：设：设：4.CMOS传输门电路UDDuiT1T2CCuO控制极控制极534.CMOS4.CMOS传输传输传输传输门电路门电路门电路门电路TGuiuO OCC逻辑符号逻辑符号逻辑符号逻辑符号开关电路开关电路开关电路开关电路TGuiuiCC1“1”开通开通开通开通TGuiuiCC1“0”关断关断关断关断4.CMOS传输门电路TGuiuOCC逻辑符号开关电路TGu54 CMOS CMOS模拟开关：实现单刀双掷开关的功能。模拟开关：实现单刀双掷开关的功能。模拟开关：实现单刀双掷开关的功能。模拟开关：实现单刀双掷开关的功能。C=0 C=0时，时，时，时，TGTG1 1导通、导通、导通、导通、TGTG2 2截止，截止，截止，截止，u uOO=u uI1I1；C=1 C=1时，时，时，时，TGTG1 1截止、截止、截止、截止、TGTG2 2导通，导通，导通，导通，u uOO=u uI2I2。应用举例应用举例 CMOS模拟开关：实现单刀双掷开关的功能。55 TTLTTLTTLTTL集成门电路使用注意事项集成门电路使用注意事项集成门电路使用注意事项集成门电路使用注意事项(1)(1)(1)(1)电源电压（电源电压（电源电压（电源电压（V V V VCCCCCCCC）应满足在标准值）应满足在标准值）应满足在标准值）应满足在标准值5V5V5V5V5555%的范的范的范的范围内，为防干扰，电源与地之间可接滤波电容。围内，为防干扰，电源与地之间可接滤波电容。围内，为防干扰，电源与地之间可接滤波电容。围内，为防干扰，电源与地之间可接滤波电容。(2)TTL(2)TTL(2)TTL(2)TTL电路的输出端所接负载，不能超过规定的电路的输出端所接负载，不能超过规定的电路的输出端所接负载，不能超过规定的电路的输出端所接负载，不能超过规定的扇出系数，负载较大时，宜选用灌电流方式。扇出系数，负载较大时，宜选用灌电流方式。扇出系数，负载较大时，宜选用灌电流方式。扇出系数，负载较大时，宜选用灌电流方式。(3)(3)(3)(3)输出端一般不允许直接接电源或地，也不可并输出端一般不允许直接接电源或地，也不可并输出端一般不允许直接接电源或地，也不可并输出端一般不允许直接接电源或地，也不可并接（特殊电路除外）接（特殊电路除外）接（特殊电路除外）接（特殊电路除外）(4)(4)(4)(4)注意注意注意注意TTLTTLTTLTTL门多余输入端的处理方法。门多余输入端的处理方法。门多余输入端的处理方法。门多余输入端的处理方法。3.6 数字集成电路使用中应注意的问题数字集成电路使用中应注意的问题 TTL集成门电路使用注意事项3.6 数字集成电56(a)(a)接电源接电源;(b);(b)通过通过R R 接电源接电源;l l与非门、与门与非门、与门与非门、与门与非门、与门 与非门多余输入端的三种处理方法如图所示与非门多余输入端的三种处理方法如图所示与非门多余输入端的三种处理方法如图所示与非门多余输入端的三种处理方法如图所示（c）与使用与使用 输入端并联输入端并联(a)接电源;(b)通过R 57l或非门、或门或非门、或门或非门、或门或非门、或门 或非门多余输入端的三种处理方法如图所示或非门多余输入端的三种处理方法如图所示或非门多余输入端的三种处理方法如图所示或非门多余输入端的三种处理方法如图所示(a)(a)接地接地;(b);(b)通过通过R R 接地接地;（c）与使用与使用 输入端并联输入端并联或非门、或门(a)接地;(b)58以上分析说明：以上分析说明：悬空的输入端相当于接高电平。为了悬空的输入端相当于接高电平。为了防止干扰，一般将悬空的输入端接高电平。防止干扰，一般将悬空的输入端接高电平。TTL与非门在使用时多余输入端处理：与非门在使用时多余输入端处理：1.接高电平。接高电平。2.若悬空，若悬空，UI=“1”。3.输入端并联使用。输入端并联使用。以上分析说明：悬空的输入端相当于接高电平。为了防止干扰，一59CMOS集成电路使用注意事项集成电路使用注意事项:lTTLTTL电路使用注意事项，电路使用注意事项，电路使用注意事项，电路使用注意事项，一般对一般对一般对一般对CMOSCMOS电路也适用。电路也适用。电路也适用。电路也适用。l 因因因因CMOSCMOS电路容易产生栅极击穿问题，所以要特电路容易产生栅极击穿问题，所以要特电路容易产生栅极击穿问题，所以要特电路容易产生栅极击穿问题，所以要特别注意以下几点：别注意以下几点：别注意以下几点：别注意以下几点：(1)(1)避免静电损失。避免静电损失。避免静电损失。避免静电损失。存放存放存放存放CMOSCMOS电路不能用塑电路不能用塑电路不能用塑电路不能用塑 料袋，料袋，料袋，料袋，要用金属将管脚短接起来或用金属盒屏蔽。工作台应要用金属将管脚短接起来或用金属盒屏蔽。工作台应要用金属将管脚短接起来或用金属盒屏蔽。工作台应要用金属将管脚短接起来或用金属盒屏蔽。工作台应当用金属材料覆盖并应良好接地。焊接时，电烙铁壳当用金属材料覆盖并应良好接地。焊接时，电烙铁壳当用金属材料覆盖并应良好接地。焊接时，电烙铁壳当用金属材料覆盖并应良好接地。焊接时，电烙铁壳应接地。应接地。应接地。应接地。CMOS集成电路使用注意事项:60(2)2)2)2)多余输入端的处理方法。多余输入端的处理方法。多余输入端的处理方法。多余输入端的处理方法。CMOS CMOS CMOS CMOS电路的输入阻抗高，易受外界干扰的电路的输入阻抗高，易受外界干扰的电路的输入阻抗高，易受外界干扰的电路的输入阻抗高，易受外界干扰的影响，所以影响，所以影响，所以影响，所以CMOSCMOSCMOSCMOS电路的多余输入端不允许悬空。电路的多余输入端不允许悬空。电路的多余输入端不允许悬空。电路的多余输入端不允许悬空。多余输入端应根据逻辑要求或接电源多余输入端应根据逻辑要求或接电源多余输入端应根据逻辑要求或接电源多余输入端应根据逻辑要求或接电源VDDVDDVDDVDD（与非门、（与非门、（与非门、（与非门、与门），或接地（或非门、或门），或与其他输与门），或接地（或非门、或门），或与其他输与门），或接地（或非门、或门），或与其他输与门），或接地（或非门、或门），或与其他输入端连接。入端连接。入端连接。入端连接。由于由于MOSMOS管是电压控制元件，其输入端通过电阻管是电压控制元件，其输入端通过电阻接地，该电阻无论是几欧姆或几兆欧，该输入端都相接地，该电阻无论是几欧姆或几兆欧，该输入端都相当于接当于接0 0。(2)多余输入端的处理方法。由于MOS管是电压控61(1)(1)静态功耗低（每门只有静态功耗低（每门只有静态功耗低（每门只有静态功耗低（每门只有0.01mW,TTL0.01mW,TTL每门每门每门每门10mW)10mW)(2)(2)抗干扰能力强抗干扰能力强抗干扰能力强抗干扰能力强(3)(3)扇出系数大扇出系数大扇出系数大扇出系数大(4)(4)允许电源电压范围宽允许电源电压范围宽允许电源电压范围宽允许电源电压范围宽(3 18V)(3 18V)(1)(1)速度快速度快速度快速度快(2)(2)抗干扰能力强抗干扰能力强抗干扰能力强抗干扰能力强(3)(3)带负载能力强带负载能力强带负载能力强带负载能力强CMOS电路优点(1)静态功耗低（每门只有0.01mW,62 本章小结本章小结 1 1最最简简单单的的门门电电路路是是二二极极管管与与门门、或或门门和和三三极极管管非非门门。它它们们是是集集成逻辑门电路的基础。成逻辑门电路的基础。2 2目目前前普普遍遍使使用用的的数数字字集集成成电电路路主主要要有有两两大大类类，一一类类由由NPNNPN型型三三极极管组成，简称管组成，简称TTLTTL集成电路；另一类由集成电路；另一类由MOSFETMOSFET构成，简称构成，简称MOSMOS集成电路。集成电路。3 3TTLTTL集集成成逻逻辑辑门门电电路路的的输输入入级级采采用用多多发发射射极极三三级级管管，这这不不仅仅提提高高了了门门电电路路的的开开关关速速度度，也也使使电电路路有有较较强强的的驱驱动动负负载载的的能能力力。在在TTLTTL系系列中，除了有实现各种基本逻辑功能的门电路以外，还有三态门。列中，除了有实现各种基本逻辑功能的门电路以外，还有三态门。4 4MOSMOS集集成成电电路路常常用用的的是是两两种种结结构构。一一种种是是NMOSNMOS门门电电路路，另另一一类类是是CMOSCMOS门门电电路路。与与TTLTTL门门电电路路相相比比，它它的的优优点点是是功功耗耗低低，扇扇出出数数大大，噪噪声容限大，开关速度与声容限大，开关速度与TTLTTL接近，已成为数字集成电路的发展方向。接近，已成为数字集成电路的发展方向。5 5为为了了更更好好地地使使用用数数字字集集成成芯芯片片，应应熟熟悉悉TTLTTL和和CMOSCMOS各各个个系系列列产产品品的外部电气特性及主要参数，还应能正确处理多余输入端。的外部电气特性及主要参数，还应能正确处理多余输入端。63