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第第3 3章章 门电路门电路3.1 3.1 概述概述3.2 3.2 半导体二极管门电路半导体二极管门电路3.3 CMOS3.3 CMOS门电路门电路3.4 3.4 其它类型的其它类型的MOSMOS集成电路集成电路3.5TTL3.5TTL门电路门电路3.6 3.6 其它类型的双极型数字集成电路其它类型的双极型数字集成电路3.1概 述 门电路是用以实现逻辑关系的电子电路。门电路是用以实现逻辑关系的电子电路。常用的门电路在逻辑功能上有与门、或门、非门、与非常用的门电路在逻辑功能上有与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等几种。门、或非门、与或非门、异或门等几种。正逻辑：用高电平表示逻辑正逻辑：用高电平表示逻辑1 1，用低电平表示逻辑，用低电平表示逻辑0 0负逻辑：用低电平表示逻辑负逻辑：用低电平表示逻辑1 1，用高电平表示逻辑，用高电平表示逻辑0 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NPNNPN晶体管和晶体管和NMOSNMOS管，电源电压是正值，一般采用正逻辑。若采管，电源电压是正值，一般采用正逻辑。若采用的是用的是PNPPNP管和管和PMOSPMOS管，电源电压为负值，则采用负管，电源电压为负值，则采用负逻辑比较方便。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。一、正逻辑与负逻辑一、正逻辑与负逻辑二、逻辑电平 在电子电路中，用高低电平分别表示二值逻辑的1和0两种逻辑状态，其原理如下图所示。（a）单开关电路 （b）互补开关电路用来获得高、低电平的基本开关电路R R减少功耗减少功耗V VI I控制开关控制开关S S的断、通情况。的断、通情况。S S断开，断开，V VO O为高电平；为高电平；S S接通，接通，V VO O为低电平。为低电平。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高电平UH：输入高电平UIH输出高电平UOH低电平UL：输入低电平UIL输出低电平UOL逻辑“0”和逻辑“1”对应的电压范围宽，因此在数字电路中，对电子元件、器件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。门门电电路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（DTLDTL、TTLTTL）MOSMOS集成门集成门 NMOSNMOSPMOSPMOSCMOSCMOS3.2.1 3.2.1 半导体二极管的开关特性半导体二极管的开关特性一、二极管伏安特性一、二极管伏安特性3.2半导体二极管门电路半导体二极管门电路流过二极管的电流加到二极管两端的电压 波尔兹曼常数T热力学温度电子电荷 修正系数Is反向饱和电流反向击穿电压门坎电压U Uthth二极管的近似伏安特性和对应的等效电路+-+-V VCCCCR RL L0 00 00 0+-+-+-正向导通压降和正向电阻都不能忽略正向导通压降和正向电阻都不能忽略与外接电阻比正向电阻可以忽略与外接电阻比正向电阻可以忽略与与电源电压和外接电阻相比，电源电压和外接电阻相比，正向电压和正向电阻均可以忽略正向电压和正向电阻均可以忽略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），二极管导通，导通），二极管导通，导通压降约为压降约为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)0.7V0.7V 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 开关闭合开关闭合二、二极管开关特性二、二极管开关特性假定：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 3.2.2 二极管与门与门与门：实现与运算的电路。电路及其逻辑符号如图所示，只要输入A、B当中有一个为低电平时，则其支路中二极管导通，使输出端F为低电平。只有A、B全为高电平时，输出端F才为高电平。电路的逻辑电平如下所示，当A、B、F为高电平时用逻辑1表示，低电平时则用逻辑0表示。真值表为：其逻辑表达式为 。此与门电路一般仅作集成电路内部的逻辑单元，而不直接去驱动负载电路。或门或门：实现或运算的电路。电路及其逻辑符号如图所示。输入A、B当中只要有一个为高电平时，则其支路中二极管导通，使输出端F为高电平。只有A、B全为低电平时，输出端F才为低电平。3.2.33.2.3二极管或门二极管或门 电路逻辑电平和真值表为：逻辑表达式为：和与门电路一样，只用于集成电路的内部逻辑单元。由于二极管的电平偏移问题，只用于集成电路内部的逻辑单元，因此，仅仅用二极管门电路无法制作具有标准输出电平的集成电路。3.3 CMOS门电路3.3.1MOS管的开关特性3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理3.3.3 CMOS反相器的静态输入和输出特性3.3.4 CMOS反相器的动态特性3.3.5 其它类型的CMOS门电路3.3.6 CMOS电路的正确使用3.3.7CMOS数字集成电路的各种系列 MOSMOS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-Oxide-Semiconductor Field-Effect Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect TransistorTransistor）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。一、MOS管结构和工作原理3.3.1 MOS3.3.1 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-V-VDSDS +-V-VGSGS+S SG GD DSiOSiO2 2P P型衬底型衬底MOS管的结构和符号二、二、MOSMOS管的输入和输出特性管的输入和输出特性共源接法中，加入VGS不会有栅极电流流通。共源接法的输出特性曲线（也叫MOS管的漏极特性曲线）+V VGSGS-i iD D+V VDSDS-MOSMOS管共源接法及其输出特性曲线管共源接法及其输出特性曲线i iD Dv vDSDS0 0v vGSGS=2V=2V3v3v4v4v5v5v当 时，工作在截止区；当 时，可分为两个区域如图：1.可变电阻区2.恒流区i iD DMOSMOS管转移特性曲线管转移特性曲线三、三、MOSMOS管的基本开关电路管的基本开关电路NMOSNMOS管的基本开关电路管的基本开关电路当 时，工作在截止区，,MOS管相当于一个断开的开关；当 时，MOS管工作在恒流区，只要到 ,则 MOS管相当于一个闭合的开关；选择合适的电路参数，则可以保证:1.当uI=UIH时，MOS管导通，uo=0=UOL 开关闭合 2.当uI=UIL时，MOS管截止，uO=VDD=UOH 开关断开四、MOS管的开关等效电路G GC C1 1S SD D截止状态截止状态G GC C1 1S SD DR RONON导通状态导通状态五、MOS管的四种类型1.N沟道增强型 2.P沟道增强型3.N沟道耗尽型 4.P沟道耗尽型 NMOSNMOS管电路符号管电路符号PMOSPMOS管电路符号管电路符号四种类型的CMOS管的比较MOS管类型衬底材料导电沟道开启电压夹断电压电压极性标准符号简化符号vDSvGSN沟道增强型P型N型+P沟道增强型N型P型-N沟道耗尽型P型N型-+-P沟道耗尽型N型P型+-+3.3.2CMOS反相器的电路结构和工作原理CMOS反相器的电路结构是CMOS 电路的基本结构形式。构成复杂CMOS逻辑电路的两种基本模块是：CMOS反相器和CMOS传输门。一、CMOS反相器的电路结构CMOSCMOS反相器的结构示意图和电路图反相器的结构示意图和电路图互补对称式金属氧化物半导体电路互补对称式金属氧化物半导体电路(CMOS(CMOS电路）电路）（Complementar-Symmetery Metal-Oxide-Semiconductor Circuit)Complementar-Symmetery Metal-Oxide-Semiconductor Circuit)CMOS反相器的基本电路结构形式为图所示的有源负载反相器。其中Tl是P沟道增强型MOS管，T2是N沟道增强型MOS管。二、电压传输特性和电流传输特性 从电压传输特性中可以看到，不仅阈值电压 ，而且转折区变化率很大，更接近于理想开关特性。3.输入端噪声容限定义：在保证高、低电平基本不变（变化的大小不超过规定的允许限度）的条件下，允许输入信号的高、低电平有一个波动范围，这个波动范围就是输入端的噪声容限。0V0V输入端噪声容限示意图输入端噪声容限示意图输入噪声容限的计算：输入噪声容限的计算：CMOSCMOS反相器输入噪声容限与反相器输入噪声容限与V VDDDD的关系的关系不同不同V VDDDD下的电压传输特性下的电压传输特性V VNHNH、V VNLNL随随V VDDDD变化的曲线变化的曲线3.3.3 CMOS反相器的静态输入特性和输出特性 因为MOS管的栅极和衬底之间存在着以SiO2为介质的输入电容，而绝缘介质又非常薄(约1000)极易被击穿(耐压约100v)，所以必须采取保护措施。在目前生产的CMOS集成电路中都采用了各种形式的输入保护电路，下图所示的保护电路就是常用的两种。40004000系列输入保护电路系列输入保护电路 74HC74HC系列输入保护电路系列输入保护电路CMOSCMOS反相器的输入特性反相器的输入特性输入特性是指从反相器输入端看进去的输入电压和输入电流的关系输出特性是指从反相器输出端看进去输出电压和输入电流的关系输出特性是指从反相器输出端看进去输出电压和输入电流的关系低电平输出特性低电平输出特性高电平输出特性3.3.4 CMOS反相器的动态特性一、传输延时时间V VDDDDV Vo oV VI IC CL Lv vI Iv vo ot tPHLPHLt tPLHPLHv vOHOHv vOLOLv vOHOHv vOLOL50%v50%vOHOH50%v50%vOHOHCMOSCMOS反相器传输延时时间的定义反相器传输延时时间的定义传输延时时间：输出电压变化落后于输入电压变化的时间。高电平跳变为低电平的时间为tPHL低电平跳变为高电平的时间为tPLH二、交流噪声容限V VNANA/V/Vt tw w/ns/ns0 05 51 110102 23 34 45 515152020V VDDDD=5V=5VV VDDDD=3V=3V 交流噪声容限：反相器对输入窄脉冲的噪声容限；传输时间越长，交流噪声容限越大；噪声电压作用时间越短、电源电压越高，则交流噪声容限越大。三、动态功耗三、动态功耗动态功耗：CMOS反相器从一种稳定的工作状态转变到另一种稳定状态的过程中，将产生的附加功耗。动态功耗分为两部分：PC对负载电容充、放电所消耗的功率；PT由于两个MOS管T1和T2在短时间内同时导通所消耗的瞬时导通功耗。CMOSCMOS反相器对负载电容的充、放电电流波形反相器对负载电容的充、放电电流波形 瞬时导通电流iT流过T1和T2,瞬时导通功耗PT和电源电压VDD、输入信号的重复频率f以及电路内部参数有关。CPD是功耗电容，具体数值由器件制造商给出。注意：CPD不是一个实际的电容，而仅仅是用来计算空载瞬时导通功耗的等效参数，而且只有输入信号的上升时间和下降时间小于器件手册中规定的最大值时，参数才有效。CMOSCMOS反相器的静态漏电流反相器的静态漏电流CMOS反相器的工作时的全部功耗PTOT等于动态功耗PD和静态功耗PS之和。静态功耗PS随温度的改变而改变，通常时以指定电源电压下的静态漏电流的形式给出。例题例：计算CMOS反相器的总功率PTOT。已知电源电压VDD=5V,静态电源电流IDD=1A,负载电容CL=100pF,功耗电容CPD=20pF。输入信号近似于理想的矩形波，重复频率f=100kHz。解：自己做练习已知已知CMOSCMOS门电路的电源电压门电路的电源电压VDD=10V,VDD=10V,静态电源电流静态电源电流IDD=2uA,IDD=2uA,输入信号为输入信号为100KHz100KHz的方波（上升时间和下降时间可忽略不计），负载电容的方波（上升时间和下降时间可忽略不计），负载电容CL=200pF,CL=200pF,试试计算它的静态功耗、动态功耗、总功率和电源平均功率。计算它的静态功耗、动态功耗、总功率和电源平均功率。一、其它逻辑功能的CMOS门电路 在CMOS门电路的系列产品中，除反相器外常用的还有或非门、与非门、或门、与门、与或非门、异或门等几种。3.3.5其它类型的CMOS门电路A AB BT3T3T1T1T2T2T4T4A AB BV VDDDDT3T3T1T1T4T4T2T2Y YCMOSCMOS或非门（或非门（P P串串N N并）并）CMOSCMOS与非门（与非门（P P并并N N串）串）特点：需外接上拉电阻。特点：需外接上拉电阻。应用：满足输出电平转换、吸收大负载电流应用：满足输出电平转换、吸收大负载电流以及输出端可以并接，实现以及输出端可以并接，实现“线与线与”功能。功能。二、漏极开路的二、漏极开路的CMOSCMOS门电路（门电路（ODOD）A AB BY YOD门的应用：实现线与逻辑V VDDDDA AB BY Y2 2C CD DY Y2 2G G2 2G G1 1R RL LY Y线与符号线与符号 上拉电阻RL的计算：如每个OD门输出管截止时的漏电流为IOH，负载门每个输入端的高电平输入电流为IIH,要求输出高电平不低于VOH,则可得到RL的最大容许值：其中n时并联OD门的数目，m是负载门电路高电平输入电流的数目。保证流过只有一个MOS管门输出，不超过其最大电流，RL的最小容许值：C C0 0、，T TN N和和T TP P截止，相当于截止，相当于开关断开开关断开。C C1 1、，T TN N和和T TP P导通，相当于导通，相当于开关接通开关接通，u uo ou ui i。由于由于T T1 1、T T2 2管的结构形式是对称的，即漏极和源极可管的结构形式是对称的，即漏极和源极可互易使用，因而互易使用，因而CMOSCMOS传输门属于双向器件，它的输入端传输门属于双向器件，它的输入端和输出端也可互易使用和输出端也可互易使用。三、CMOS传输门 利用P沟道MOS管和N沟道MOS管的互补性接成CMOS传输门。CMOS传输门和CMOS反相器一样，也是构成各种逻辑电路一种基本单元电路。利用CMOS传输门和CMOS反相器可以组合成各种复杂的逻辑电路，如异或门、数据选择器、寄存器、计数器等。传输门的另外一个重要用途：作模拟开关，用来传输连续变化的模拟电压信号。TGTGC CV VI I/V/VO OV VO O/V/VI ISWSWV VO O/V/VI IV VI I/V/VO OC CCMOSCMOS双向模拟开关的电路结构和符号双向模拟开关的电路结构和符号四、三态输出的四、三态输出的CMOSCMOS门电路门电路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，T TP2P2、T TN2N2均均截止，截止，Y 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，T TP2P2、T TN2N2均均导通，导通，T TP1P1、T TN1N1构成反相器。构成反相器。A (EN)TP2 TP1 Y TN1 TN2 A 1 Y+VDD(a)CMOS三态门电路(b)逻辑符号(EN)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 只只要要控控制制各各个个门门的的ENEN端端轮轮流流为为1 1，且且任任何何时时刻刻仅仅有有一一个个为为1 1，就就可可以以实实现现各各个个门门分分时时地向总线传输。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，总线工作，总线数据经数据经G2G2反相从反相从Y Y端送出端送出。3.3.6CMOS电路的正确使用一、输入电路的静电防护 1.在储存和运输CMOS器件时不要使用易产生静电高压的化工材料和化纤织物包装，最好采用金属屏蔽层作包装材料。2.组装、调试时，应使电烙铁和其他工具、仪表、工作台台面等良好接地，操作人员的服装和手套等应该选用无静电的原料制作。3.不用的输入端不应悬空。二、输入电路的过流保护1.输入端接低电阻信号源时，应在输入端与信号源之间串进保护电阻，保证输入保护电路中的二极管导通时电流不超过1mA。2.输入端接有大电容时，亦应在输入端与电容之间接入保护电阻。3.输入端接长线时，应在门电路的输入端接入保护电阻。三、CMOS电路锁定效应的防护。3.3.7CMOS数字集成电路的各种系列主要有：4000系列、HC/HCT系列、AHC/AHCT系列、VHC/VHCT系列、LVC系列、ALVC系列等3.4其它类型的MOS集成电路PMOS电路NMOS电路3.5 TTL门电路3.5.1双极型三极管的开关特性3.5.2TTL反相器的结构和工作原理3.5.3TTL反相器的静态输入特性和输出特性3.5.4TTL反相器的动态特性3.5.5其他类型的TTL门电路3.5.6TTL数字集成电路的各种系列77773.5.1双极型三极管的开关特性一、双极型三极管的结构 一个独立的双极型三极管由管芯、三个引出电极和外壳组成。二、双极型三极管的输入特性和输出特性V VONON0 0v vBEBEi iB B输入特性曲线输入特性曲线输出特性曲线输出特性曲线三、双极型三极管的基本开关电路选择合适的电路参数，则可以保证：1.当vI=VIL时，三极管工作在截止状态，Vo=VOH 开关断开2.当vI=VIH时，三极管工作在饱和状态，Vo=VOL 开关闭合四、双极型三极管的开关等效电路截止状态截止状态 饱和导通状态饱和导通状态五、双极型三极管的动态开关特性v vI Iv vO Oi iC C0 00 00 0t tt tt t六、三极管反相器由前面分析可得，三极管实际相当于一个反相器（非门）由前面分析可得，三极管实际相当于一个反相器（非门）,在实际应用的电在实际应用的电路中，输入为低电平时，接入电阻路中，输入为低电平时，接入电阻R R2 2和负电源和负电源V VEEEE,使三极管能可靠地截止，输出使三极管能可靠地截止，输出为高电平。输入为高电平时，三极管工作在深度饱和状态，使输出电平接近于零。为高电平。输入为高电平时，三极管工作在深度饱和状态，使输出电平接近于零。例题例题3.5.13.5.1+-R R1 1R R2 2V VEEEEb be eR RB B+-V VB Bb be ev vI I自己做计算所示电路中，当输入端分别接0V，5V和悬空时输出电压Vo的数值，并指出三极管工作在什么状态。假定三极管导通以后vBE约为0.7V,电路参数如图。A R1 4kW W T1 T2 T4 T5 R4 R3 1KW W 130W W+Vcc R2 1.6KW W Y D1 D2 输入级输入级中间级中间级输出级输出级TTLTTL非门典型电路非门典型电路推拉式输出级作用：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3.5.2 TTL反相器的电路结构和工作原理一、电路结构钳位二极管钳位二极管二、电压传输特性v vo o/V/V0 01.01.02.02.03.03.00.50.51.01.01.51.5A AB BC CD DE Ev vI I/V/VAB段，T2和T5截止而T4导通，输出高电平截止区；BC段，T2导通而T5仍然截止，T2工作在放大区线性区；CD段，T2和T5同时导通，T4截止，输出电位急剧下降为低电平转折区；DE段，输出低电平饱和区。A R1 4k W W T1 T2 T4 T5 R4 R3 1K W W 130 W W+Vcc R2 1.6K W W Y D1 D2 输入级输入级 中间级中间级 输出级输出级1 1输出输出0 0输出输出1 1输入输入0 0输入输入U UOH,minOH,minU UIH,minIH,minU UNHNHU UIL,maxIL,maxU UOL,maxOL,maxU UNLNL输入低电平噪声容限：输入低电平噪声容限：U UNLNL=U=UIL,maxIL,maxU UOL,maxOL,max输入高电平噪声容限：输入高电平噪声容限：U UNHNH=U=UOH,minOH,minU UIH,minIH,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=0.8V0.4V=0.4VUNH=2.4V2.0V=0.4V5V2.4V0.4V0V5V2V0.8V0V三、输入端噪声容限三、输入端噪声容限u uI Iu uO O3.5.3TTL反相器的静态输入特性和输出特性一、输入特性v vI Ii iI ID D1 1T T1 1be2be2be5be5V VCCCCR R1 1-1.0-1.0-0.5-0.5-1.0-1.0-1.5-1.5-0.5-0.50 0-2.0-2.00.50.5i i1 1/mA/mA1.51.52.02.01.01.0v vi i/V/V40uA40uATTLTTL反相器的输入等效电路反相器的输入等效电路 TTLTTL反相器的输入特性反相器的输入特性二、输出特性1.高电平输出特性2.低电平输出特性扇出系数扇出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。要要求求：前前级级门门在在输输出出高高、低低电电平平时时，要要满满足足其其输输出出电电流流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，maxmax-0.4mA-0.4mA高电平输入电流高电平输入电流I IIHIH，maxmax2020 A A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：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 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 2020三、输入端负载特性V VI I随随RpRp变化的特性即输入端负载特性：变化的特性即输入端负载特性：见见p122p122例例3.5.33.5.3在具体使用门电路的时，有时需要在输入端与地或者输入端与信号的低电平之间接入电阻Rp3.5.4TTL反相器的动态特性一、传输延时时间v vI Iv vO O0 00 0-1.5V-1.5V-1.5V-1.5Vt tt tt tPHLPHLt tPLHPLH一般tPHL和tPLH的数值最后都是通过实验方法测定。例如，TI公司生产的六反相器SN7404的典型参数为tPHL8ns；tPLH12ns二、交流噪声容限二、交流噪声容限0 05 51010 1515202025250.60.61.21.21.81.82.42.4tw/nstw/nsV VNANA/V/VV VNANAtwtwV VOHOH2.0V2.0V0 05 51010 1515202025250.60.61.21.21.81.82.42.4tw/nstw/nsV VNANA/V/VV VNANAtwtwV VOLOL0.8V0.8V正脉冲噪声容限正脉冲噪声容限 负脉冲噪声容限负脉冲噪声容限三、电源的动态尖峰电流电源的动态尖峰电流带来的影响主要表现为两个方面：1）使电源的平均电流增加了；2）尖峰电流通过电源线和地线以及电源的内阻形成一个系统内部的噪声源。尖峰电流的计算例3.5.4TTL电路的主要参数TTL门电路的主要参数已经在它的电气特性中给出，现归纳如下：(1)输人高电平的下限值UIHmin；(2)输入低电平的上限值UIHmax；(3)输出高电平的下限值UOHmin；(4)输出低电平的下限值UOHmax；(5)输入高电平电流IIH；(6)输入低电平电流IIL；(7)输出高电平最大输出电流IOH(8)输出低电平最大输出电流IOL(9)阈值电压UT；(10)传愉延迟时间tPHL、tPLH 或平均传输延迟时间tpd(11)最高工作频率fmax.TTLTTL与非门典型电路与非门典型电路1.1.与非门与非门与与TTLTTL反相器的区别：反相器的区别：T T1 1改为改为多发射极三极管多发射极三极管。3.5.5其它类型的TTL门电路一、其它逻辑功能的一、其它逻辑功能的TTLTTL门电路门电路TTLTTL或非门典型电路或非门典型电路2.2.或非门或非门区别：有各自的输入级和倒相级，并联使用共同的输出级。区别：有各自的输入级和倒相级，并联使用共同的输出级。3.与或非门 把或非门里的每个输入端改为多发射极三极管，就是与或非电路。4.异或门 见书p130图3.5.31二、集电极开路输出的门电路（二、集电极开路输出的门电路（OCOC门）门）“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YABCDYABCD 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。OCOC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A AB BY Y3.OC3.OC门的门的“线与线与”功能功能当当n 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OCOC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U UOHOH，minmin值，上拉电阻不能值，上拉电阻不能过大，其最大值计算公过大，其最大值计算公式：式：4.4.外接上拉电阻外接上拉电阻R RU U的计算方法的计算方法当n个前级门中有一个输出为低电平，即所有OC门中只有一个导通时，全部负载电流都流入导通的那个 OC门，为确保流入导通OC门的电流不至于超过最大允许的IOL，max值，RU值不可太小，其最小值计算公式：5.OC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。+10VOV+5V270三、三态输出门电路（三、三态输出门电路（TSTS门）门）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=1Y高阻态输出有三种状态：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：3.5.6TTL3.5.6TTL数字集成电路的各种系列数字集成电路的各种系列7474：标准系列；：标准系列；74H74H：高速系列；：高速系列；74S74S：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(简称功耗简称功耗延迟积延迟积)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，门延迟积越小，门电路的综合性能就越好。电路的综合性能就越好。74AS74AS：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。74S74S系系列列又又称称肖肖特特基基系系列列。采采用用了了抗抗饱饱和和三三极极管管，或或称称肖肖特特基基晶晶体体管管，是是由由普普通通的的双双极极型型三三极极管管和和肖肖特特基基势势垒垒二二极极管管SBDSBD组组合合而而成成。SBDSBD的的正正向向压压降降约约为为0.3V0.3V，使使晶晶体体管管不不会会进进入入深深度度饱饱和和，其其U Ubebe限限制制在在0.3V0.3V左左右右，从从而而缩缩短短存存储储时时间间，提提高了开关速度。高了开关速度。抗饱和三极管74LS74LS系列常用芯片系列常用芯片第第3 3章章 小结小结利用半导体器件的开关特性，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。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。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。作业 3.1；3.4；3.5；3.7；3.10；3.11；3.14；3.16；3.18；3.25；3.27;3.29人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进鼓舞我们前进。
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