电子技术基础·数字部分教材课件

电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础3 逻辑门电路逻辑门电路3.1 MOS逻辑门电路逻辑门电路3.2 TTL逻辑门电路逻辑门电路*3.3 射极耦合逻辑门电路射极耦合逻辑门电路*3.4 砷化镓逻辑门电路砷化镓逻辑门电路3.5 逻辑描述中的几个问题逻辑描述中的几个问题3.6 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*3.7 用用VerilogHDL描述逻辑门电路描述逻辑门电路3 逻辑门电路逻辑门电路电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础教学基本要求：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、熟熟练练掌掌握握基基本本逻逻辑辑门门（与与、或或、与与非非、或或非非、异异或或门门）、三态门、三态门、OD门（门（OC门）和传输门的逻辑功能。门）和传输门的逻辑功能。3、学会门电路逻辑功能分析方法。学会门电路逻辑功能分析方法。4、掌握掌握逻辑门的主要参数及在应用中的接口问题。逻辑门的主要参数及在应用中的接口问题。3.逻辑门电路逻辑门电路3 逻辑门电路逻辑门电路作业：作业：3.1.63.1.6，3.1.7,3.1.133.1.7,3.1.13，3.1.143.1.14电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础3.1 MOS逻辑门逻辑门3.1.1 数字集成电路简介数字集成电路简介3.1.2 逻辑门的一般特性逻辑门的一般特性3.1.3 MOS开关开关及其等效电路及其等效电路3.1.4 CMOS反相器反相器3.1.5 CMOS逻辑门电路逻辑门电路3.1.6 CMOS漏极开路门和三态输出漏极开路门和三态输出门电路门电路3.1.7 CMOS传输门传输门3.1.8 CMOS逻辑门电路的技术参数逻辑门电路的技术参数3.1 MOS逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础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3.1.1 数字集成电路简介数字集成电路简介3.1 MOS逻辑门逻辑门在数字电路中，在数字电路中，MOS管管多采用多采用增强型增强型。电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础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 4000系列系列74HC 74HCT74VHC 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功耗低抗干扰功耗低 7474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3.1.1 数字集成电路简介数字集成电路简介3.1 MOS逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础3.1.2 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 3.1 MOS逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础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允许负向噪声电压的最大值。值时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=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 驱动驱动门门 vo 1 负载门负载门 vI 噪声噪声 3.1 MOS逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础类型型参数参数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速度的参数，它说明门电路在输入脉冲波形的作用下，其输出波形相对于冲波形的作用下，其输出波形相对于输入波形延迟了多长的时间输入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%3.1 MOS逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础4)4)功耗功耗静态功耗：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：扇入数：取决于逻辑门的输入端的个数。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：动态功耗：指的是电路在输出状态转换时的功耗，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，门电路来说，静态功耗是主要的。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3.1 MOS逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础扇出数：扇出数：是指其在正常工作情况下，所能带同类门电路的最大数目。是指其在正常工作情况下，所能带同类门电路的最大数目。（a)a)拉电流拉电流工作情况工作情况 当负载门的个数增加时，总的拉电流将增加，会引起输出高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。但不得低于输出高电平的下限值，这就限制了负载电压的降低。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。门的个数。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。3.1 MOS逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础(b)灌电流灌电流工作情况工作情况 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3.1 MOS逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础MOS管的开关特性管的开关特性1.共源极接法共源极接法MOS管的特性管的特性(N沟道沟道)截止工作区：截止工作区：0VGSVGS(th)可变电阻区：可变电阻区：VGSVGS(th)IDS：VGS=2VGS(th)时的的IDN沟道沟道MOS管的开关特性：管的开关特性：VGS(th)IDS：VGS0时的的ID值若若VGS03.1 MOS逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础N沟道沟道MOS管的开关管的开关等效电路：等效电路：当当ViVGS（th）MOS导通通只要只要Vi足够大足够大,MOS进入可入可变电阻区阻区VO=VOL02.N沟道沟道MOS管的基本开关电路管的基本开关电路Ci代表代表MOS管的输入电容：管的输入电容：3.1 MOS逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础1.共源极接法共源极接法MOS管的特性管的特性(P沟道沟道)截止工作区：截止工作区：VGS（th）VGS0恒流区：恒流区：VGSVGS(th)可变电阻区：可变电阻区：VGS0P沟道沟道MOS管的开关特性管的开关特性3.1 MOS逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础P沟道沟道MOS管的开关等效电路：管的开关等效电路：当当ViVGS（th）MOS管截止管截止只要只要RD远小于远小于MOS管截止管截止电阻阻VO=VOHVDD当当ViVGS（th）MOS导通通只要只要Vi足够小足够小,MOS进入可入可变电阻区阻区VO=VOL02.P沟道沟道MOS管的基本开关电路：管的基本开关电路：Ci代表代表MOS管的输入电容：管的输入电容：3.1 MOS逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础3.1.3 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 VT3.1 MOS逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础MOS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：3.1 MOS逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础3.1 MOS逻辑门逻辑门NMOS管的电路符号及转移特性接正电源截止导通导通电阻相当小 MOS管的开关特性 PMOS管的电路符号及转移特性接负电源导通导通电阻相当小截止3.1.4 CMOS 反相器反相器无论是PMOS管还是NMOS管|vGS|VT，导通；，导通；|电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础3.1.4 CMOS 反相器反相器1)1)工作原理工作原理AL1+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逻辑图逻辑图逻辑表达式逻辑表达式vi(A)0vO(L)1逻辑真值表逻辑真值表103.1 MOS逻辑门逻辑门PMOS管负载管NMOS管管驱动管/工作管 特点：一管导通而另一管截止(互补)，静态电流极小(纳安级)，静态功耗极小。这是CMOS电路最突出的优点之一。电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础2)电压电压传输特性和电流传输特性传输特性和电流传输特性VTN电压传输特性电压传输特性3.1 MOS逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础3)CMOS反相器反相器的工作速度的工作速度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3.1 MOS逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础A 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 与与非门非门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 V0V10VN输入的与非门的电路输入的与非门的电路?输入端增加有什么问题输入端增加有什么问题?3.1.5 CMOS 逻辑门逻辑门3.1 MOS逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础或非门或非门2)2)CMOS 或或非门非门+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 VN输入的或非门的电路的结构输入的或非门的电路的结构?输入端增加有什么问题输入端增加有什么问题?3.1 MOS逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础3)异或门电路异或门电路B3.1 MOS逻辑门逻辑门A电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础4)4)输入保护电路和缓冲电路输入保护电路和缓冲电路 采用缓冲电路能统一参数，使不同内部逻辑集成逻辑门采用缓冲电路能统一参数，使不同内部逻辑集成逻辑门电路具有相同的输入和输出特性。电路具有相同的输入和输出特性。3.1 MOS逻辑门逻辑门 由于由于CMOS管栅极与沟道之间的二氧化硅层很薄容易击穿，故此，集成管栅极与沟道之间的二氧化硅层很薄容易击穿，故此，集成电路中设置保护电路。不同型号的集成模块保护电路如图。电路中设置保护电路。不同型号的集成模块保护电路如图。电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础（1 1）输入端保护电路）输入端保护电路:(1)0 vA VDD+vDF 二极管导通电压：二极管导通电压：vDF(3)vA vDF 当输入电压不在正常电压范围时当输入电压不在正常电压范围时,二极管导通，限制了电容二极管导通，限制了电容两端电压的增加两端电压的增加,保护了输入电路。保护了输入电路。D1、D2截止截止D1导通导通,D2截止截止vG=VDD+vDFD2导通导通,D1截止截止vG=vDF RS和和MOS管的栅极电容组成积分网络，使输入信号的过冲电管的栅极电容组成积分网络，使输入信号的过冲电压延迟且衰减后到栅极。压延迟且衰减后到栅极。D2-分布式二极管分布式二极管(iD大大)3.1 MOS逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础（2）CMOS逻辑门的缓冲电路逻辑门的缓冲电路 输入、输出端加了反相器作为缓冲电路，所以电路的逻辑功输入、输出端加了反相器作为缓冲电路，所以电路的逻辑功能也发生了变化。如前后增加了缓冲器后的能也发生了变化。如前后增加了缓冲器后的与非与非门逻辑功能为门逻辑功能为或或非非功能功能;如前后增加了缓冲器后的如前后增加了缓冲器后的或非或非门逻辑功能为门逻辑功能为与非与非功能。功能。3.1 MOS逻辑门逻辑门/A/B电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础（2）CMOS逻辑门的缓冲电路逻辑门的缓冲电路如前后增加了缓冲器后的如前后增加了缓冲器后的与非与非门逻辑功能为门逻辑功能为或非或非功能。功能。3.1 MOS逻辑门逻辑门/A/B电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础1 1)CMOS漏极开路门漏极开路门CMOS漏极开路门的提出漏极开路门的提出 当当2 2个门输出端并联个门输出端并联(线与线与)时，且一个门输出高电平时，且一个门输出高电平(负负载管导通载管导通)，另一个输出低电，另一个输出低电平平(工作管导通工作管导通)，则会产生低，则会产生低阻通路，大电流有可能导致器阻通路，大电流有可能导致器件的损毁，并且无法确定输出件的损毁，并且无法确定输出是高电平还是低电平。是高电平还是低电平。3.1.6 CMOS漏极开路（漏极开路（OD）门和三态输出门电路）门和三态输出门电路+VDDTN1TN2AB+VDDAB013.1 MOS逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础（1）漏极开路门的结构与逻辑符号漏极开路门的结构与逻辑符号(c)(c)可以实现线与功能可以实现线与功能;+VDDVSSTP1TN1TP2TN2ABL电路电路逻辑符号逻辑符号(b)(b)与非逻辑不变与非逻辑不变漏极开路门输出连接漏极开路门输出连接(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;3.1 MOS逻辑门逻辑门解决方法：将工作管的漏极断开，解决方法：将工作管的漏极断开，即只有工作管，没有负载管即只有工作管，没有负载管电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础(2)(2)上拉电阻对上拉电阻对OD门动态性能的影响门动态性能的影响 Rp的值愈小，负载电容的充电的值愈小，负载电容的充电时间常数亦愈小，因而开关速度愈时间常数亦愈小，因而开关速度愈快快。但功耗大但功耗大,且可能使输出电流超且可能使输出电流超过允许的最大值过允许的最大值IOL(max）。电路带电容负载电路带电容负载1 10 0CL L Rp的值大，可保证输出电流不的值大，可保证输出电流不能超过允许的最大值能超过允许的最大值IOL(max）、）、功耗功耗小小。但负载电容的充电时间常数亦。但负载电容的充电时间常数亦愈大，开关速度因而愈慢愈大，开关速度因而愈慢。3.1 MOS逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础最不利的情况：最不利的情况：只有一个只有一个 OD门导通，门导通，R RP P限流，限流，110 为保证低电平输出为保证低电平输出OD门门的的输出电流不能超过允许的最输出电流不能超过允许的最大值大值 IOL(max)且且VO=VOL(max），RP不能太小不能太小。当当VO=VOL+V DDIILRP&n&m&kIIL（total)IOL（max)3.1 MOS逻辑门逻辑门(3)(3)上拉电阻的计算上拉电阻的计算电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础当当VO=VOH+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)：3.1 MOS逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础2)三态三态(TSL)输出门电路输出门电路（0 0态、态、1 1态、高阻态）态、高阻态）10011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X1ENEN高电平使能高电平使能0 13.1 MOS逻辑门逻辑门使能信号：使能信号：有效时，电路有效时，电路实现正常逻辑功能；无效实现正常逻辑功能；无效时，输出为高阻状态时，输出为高阻状态逻辑功能：逻辑功能：高电平有效的同相逻辑门高电平有效的同相逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础3.1.7 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逻辑符号逻辑符号I/Oo/IC等效电路等效电路3.1 MOS逻辑门逻辑门电路电路电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础电路电路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(1)当当c=0，c=1时时c=0=-5V，c c =1=+5V3.1 MOS逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础 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导通，导通，TP导通导通 GSP|VT|,TP导通导通C、I=3V3V(2)当当c=1，c=0时时3.1 MOS逻辑门逻辑门开关开关闭合闭合，传传送信号送信号电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础传输门组成的传输门组成的数据选择器数据选择器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传输门的应用传输门的应用3.1 MOS逻辑门逻辑门 经过控制选择，多个输入数经过控制选择，多个输入数据中的一个传送到单路输出端据中的一个传送到单路输出端 电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础3.2 TTL逻辑门逻辑门3.2.1 BJT的开关特性的开关特性3.2.2 基本基本BJT反相器的动态特性反相器的动态特性3.2.3 TTL反相器的基本电路反相器的基本电路3.2.4 TTL逻辑门电路逻辑门电路3.2.5 集电极开路门和三态门集电极开路门和三态门3.2.6 BiMOS门电路门电路3.2 TTL逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础3.2 TTL逻辑门逻辑门3.2.1 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:3.2 TTL逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础 1)BJT的开关条件的开关条件3.2 TTL逻辑门逻辑门工作状工作状态截截 止止放放 大大饱 和和条件条件iB0 0 iB 工工作作特特点点偏置情况偏置情况发射射结和集和集电结均均为反偏反偏发射射结正偏，集正偏，集电结反偏反偏发射射结和集和集电结均均为正偏正偏集集电极极电流流iC 0ic iB iCICS且不随且不随iB增加增加管管压降降VCEO VCCVCEVCCiCRcVCES 0.20.3 Vc、e间等等效内阻效内阻很大，很大，约为数数百千欧，相当百千欧，相当于开关断开于开关断开可可变很小，很小，约为数百欧，数百欧，相当于开关相当于开关闭合合电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础 Rb1 4k W Rc2 1.6k W Rc4 130 W T4 D T2 T1+vI T3+vO 负载 Re2 1K W VCC(5V)输入级输入级 3.2.3 TTL反相器的基本反相器的基本电路电路1)1)电路组成电路组成输入级输入级T1和电阻和电阻Rb1组组成。用于提高电路的成。用于提高电路的开关速度。开关速度。3.2 TTL逻辑门逻辑门设设ViH=3.6V,ViL=0.2V,当输入低电平当输入低电平时，发射结正向导时，发射结正向导通，通，v vB1B1=0.9V=0.9V当输入高电平当输入高电平时，发射结受后级时，发射结受后级电路的影响将反向电路的影响将反向截止。截止。v vB1B1由后级由后级电路决定。电路决定。电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础中间级中间级T2和电阻和电阻Rc2、Re2组成，从组成，从T2的集电结和发射的集电结和发射极同时输出两个相极同时输出两个相位相反的信号，作位相反的信号，作为为T T3 3和和T T4 4输出级的输出级的驱动信号；驱动信号；Rb1 4k W Rc2 1.6k W Rc4 130 W T4 D T2 T1+vI T3+vO 负载 Re2 1K W VCC(5V)输入级输入级 中间级中间级 3.2.3 TTL反相器的基本反相器的基本电路电路1)1)电路组成电路组成3.2 TTL逻辑门逻辑门反相输出同相输出向后级提供反相与同相输出。电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础输出级：输出级：T3、D、T4和和Rc4构成推拉式构成推拉式的输出级。用于提的输出级。用于提高开关速度和带负高开关速度和带负载能力。载能力。Rb1 4k W Rc2 1.6k W Rc4 130 W T4 D T2 T1+vI T3+vO 负载 Re2 1K W VCC(5V)输入级输入级 中间级中间级输出级输出级 3.2.3 TTL反相器的基本反相器的基本电路电路1)1)电路组成电路组成3.2 TTL逻辑门逻辑门低输入低输入高输入高输入截止截止导通导通高输入高输入低输入低输入导通导通截止截止电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础2)TTL反相器的工作原理（逻辑关系、性能改善）反相器的工作原理（逻辑关系、性能改善）（1 1）当输入为低电平（）当输入为低电平（I I =0.2 V）截止截止导通导通导通导通截止截止饱和饱和低电平低电平T4D4T3T2T1输入输入高电平高电平输出输出3.2 TTL逻辑门逻辑门0.9V3.6V0.2V（1 1）v vI I=0.2V=0.2V，T T1 1发射结导通，发射结导通，v vB1B1=0.2V+0.7V=0.9V=0.2V+0.7V=0.9V，T T2 2和和T T5 5均截止，均截止，T T4 4和和D D2 2导通。导通。输出高电平输出高电平？电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础（2）当输入为高电平（）当输入为高电平（I=3.6 V）T2、T3饱和导通饱和导通 T1:倒置的放大状态。倒置的放大状态。T4和和D截止。截止。使输出为低电平使输出为低电平.vO=vC3=VCES3=0.2V3.2 TTL逻辑门逻辑门2.1V0.2V3.6V？电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础输入输入A输出输出L0110逻辑真值表逻辑真值表 逻辑表达式逻辑表达式 L =A 饱和饱和截止截止T4低电平低电平截止截止截止截止饱和饱和倒置工作倒置工作高电平高电平高电平高电平导通导通导通导通截止截止饱和饱和低电平低电平输出输出D4T3T2T1输入输入3.2 TTL逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础1.TTL与非门电路与非门电路多发射极多发射极BJT T1e e bc eeb cA&BAL=B3.2.4 TTL逻辑门电路逻辑门电路3.2 TTL逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础TTL与非门与非门电路的工作原理电路的工作原理 当任一输入端为低电平时当任一输入端为低电平时:TTL与非门各级工作状态与非门各级工作状态 IT1T2T4T5 O输入全为高输入全为高电平电平(3.6V)倒置使用的放倒置使用的放大状态大状态饱和饱和截止截止饱和饱和低电平低电平（0.2V）输入有低电输入有低电平平 (0.2V)深饱和深饱和截止截止放大放大截止截止高电平高电平（3.6V）当全部输入端为高电平时：当全部输入端为高电平时：输出低电平输出低电平 输出高电平输出高电平 3.2 TTL逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础2.TTL或非门或非门 若若A、B中有一个为高电平中有一个为高电平: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。逻辑表达式逻辑表达式3.2 TTL逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础vOHvOL输出为低电平输出为低电平的逻辑门输出的逻辑门输出级的损坏级的损坏3.2.5 集电极开路门和三态门电路集电极开路门和三态门电路1)1)集电极开路门电路集电极开路门电路3.2 TTL逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础a）集电极开路与非门电路集电极开路与非门电路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 BOC门输出端连接实现线与门输出端连接实现线与VCC3.2 TTL逻辑门逻辑门电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础2)三态三态与非门与非门(TSL)当当EN=3.6V时时EN数据数据输入端入端输出端出端LAB10010111011100三态与非门真值表三态与非门真值表 3.2 TTL逻辑门逻辑门 3.6V导通导通截止截止（0态、态、1态、高阻态）态、高阻态）电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础当当EN=0.2V时时EN数据数据输入端入端输出端出端L LAB10010111011100高阻高阻EN高电平高电平使能使能=高阻状态高阻状态与非逻辑与非逻辑 ZL ABLEN=0_EN=1真值表真值表逻辑符号逻辑符号ABCS&L EN3.2 TTL逻辑门逻辑门 0.2V 截止截止导通导通截止截止截止截止电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础3.2 TTL逻辑门逻辑门例：试分析如图电路的输例：试分析如图电路的输出端的逻辑函数式出端的逻辑函数式A:T1、T2B:T3、T4C:T6、T5电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础例：试分析如图例：试分析如图NMOS管电管电路的输出端的逻辑函数式路的输出端的逻辑函数式电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础例：例：已知已知ui1、ui2波形，试画出波形，试画出uo波形。波形。解：解：当当C=1时，时，TG1导通，导通，uo=ui1；当当C=0时，时，TG2导通，导通，uo=ui2。电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础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 逻辑描述中的几个问题逻辑描述中的几个问题电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础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 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:将将高电平高电平用逻辑用逻辑1 1表示，表示，低电平低电平用逻辑用逻辑0 0表示表示负逻辑体制负逻辑体制:将将高电平高电平用逻辑用逻辑0 0表示，表示，低电平低电平用逻辑用逻辑1 1表示表示3.5 逻辑描述中的几个问题逻辑描述中的几个问题电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础 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 或非或非负逻辑负逻辑 正逻辑正逻辑2)正负逻辑等效变换正负逻辑等效变换 与与 或或非非 非非3.5 逻辑描述中的几个问题逻辑描述中的几个问题电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础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与非门及其等效符号与非门及其等效符号系统输入信号中，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。3.5 逻辑描述中的几个问题逻辑描述中的几个问题电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础或非门及其等效符号或非门及其等效符号3.5 逻辑描述中的几个问题逻辑描述中的几个问题与与门及其等效符号门及其等效符号或门及其等效符号或门及其等效符号电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础 2）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，以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。简化电路，能减少实现电路的门的种类。3.5 逻辑描述中的几个问题逻辑描述中的几个问题电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础允许信号低允许信号低电平有效电平有效3）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=03.5 逻辑描述中的几个问题逻辑描述中的几个问题控制电路控制电路低电平低电平有效有效请求信号高请求信号高电平有效电平有效电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础如如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3.5 逻辑描述中的几个问题逻辑描述中的几个问题电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础3.6 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3.6.1 各种门电路之间的接口问题各种门电路之间的接口问题3.6.2 门电路带负载时的接口问题门电路带负载时的接口问题3.6 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电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础1)1)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，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（属于包括高、低电压值（属于电压兼容电压兼容性的问题）。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两种两种器件混合使用，器件混合使用，以满足工作速度或者功耗指标的要求。由于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，要满足驱动器件和负载器件以下两个条件：接时，要满足驱动器件和负载器件以下两个条件：2)2)驱动器件必须对负载器件提供足够大的拉电流和灌电流（属驱动器件必须对负载器件提供足够大的拉电流和灌电流（属于门电路的于门电路的扇出数扇出数问题）；问题）；3.6.1 各种门电路之间的接口问题各种门电路之间的接口问题3.6 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电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础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)3.6 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电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础101111n个个灌电流灌电流IILIOLIIL拉电流拉电流IIHIOHIIH011101n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(max)IIL(total)3.6 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电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础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）3.6 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电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础2、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)=0.8VIOH（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?CMOS门门(4000系列）：系列）：IOL（max)=0.51mAIIL（max)=-0.4mA，IOH(max)IIH(total)3.6 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电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础3.3.TTL门驱动门驱动CMOS门门(如如74HC）VOH(min)=2.7V VIH(min)为为3.5VTTL（74LS ）：CMOS（7474HC）：式式2、3、4、都能满足，但式、都能满足，但式1 1 VOH(min)VIH(min)不满足不满足（IO：TTL输出级输出级T3截止管的漏电流）截止管的漏电流）3.6 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电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础1)用门电路直接驱动显示器件用门电路直接驱动显示器件3.6.2 门电路带负载时的接口电路门电路带负载时的接口电路门电路的输入为低电平，输出为高电平门电路的输入为低电平，输出为高电平时，时，LED发光发光当输入信号为高电平，输出为低电平时当输入信号为高电平，输出为低电平时,LED发光发光 3.6 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电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础解：解：LED正常发光需要几正常发光需要几mA的电流，并且导通时的压降的电流，并且导通时的压降VF为为1.6V。根据附录。根据附录A查得，当查得，当VCC=5V时，时，VOL=0.1V，IOL(max)=4mA，因此因此ID取值不能超过取值不能超过4mA。限流电阻的最小值为。限流电阻的最小值为*例例3.6.2 试用试用74HC04六个六个CMOS反相器中的一个作为接反相器中的一个作为接口电路，使门电路的输入为高电平时，口电路，使门电路的输入为高电平时，LED导通发光。导通发光。3.6 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电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础2.2.机电性负载接口机电性负载接口 用各种数字电路来控制机电性系统的功能用各种数字电路来控制机电性系统的功能,而机电系统所而机电系统所需的工作电压和工作电流比较大。要使这些机电系统正常工作，需的工作电压和工作电流比较大。要使这些机电系统正常工作，必须扩大驱动电路的输出电流以提高带负载能力，而且必要时必须扩大驱动电路的输出电流以提高带负载能力，而且必要时要实现电平转移。要实现电平转移。如果负载所需的电流不特别大，可以将两个反相器并如果负载所需的电流不特别大，可以将两个反相器并联作为驱动电路，并联后总的最大负载电流略小于单个门联作为驱动电路，并联后总的最大负载电流略小于单个门最大负载电流的两倍。最大负载电流的两倍。如果负载所需的电流比较大，则需要在数字电路的输如果负载所需的电流比较大，则需要在数字电路的输出端与负载之间接入一个功率驱动器件。出端与负载之间接入一个功率驱动器件。3.6 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电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程数字电子技术基础数字电子技术基础3.6.3 3.6.3 抗干扰措施抗干扰措施 1 1）多余端的处理）多余端的处理 以不改变电路的工作状态及稳定可靠为原则以不改变电路的工作状态及稳定可靠为原则 2 2）去耦合滤波电容）去耦合滤波电容在电路总电源及每个芯片电源引脚到地之间接在电路总电源及每个芯片电源引脚到地之间接 3 3）接地和安装工艺）接地和安装工艺降噪降噪3.6 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