第二章 门电路

第二章门电路,2.1概述2.2半导体二极管和三极管的开关特性2.3最简单的与、或、非门电路2.4TTL门电路2.5其它类型的双极型数字集成电路2.6CMOS门电路2.7其它类型的MOS集成电路2.8TTL电路与CMOS电路的接口,返回,2.1概述,图2.1.1获得高、低电平的基本原理图2.1.2正逻辑与负逻辑,返回,图2.1.1获得高、低电平的基本原理,返回,图2.1.2正逻辑与负逻辑,返回,2.2半导体二极管和三极管的开关特性（一）,图2.2.1二极管开关电路图2.2.2二极管的伏安特性图2.2.3二极管伏安特性的几种近似方法图2.2.4二极管的动态电流波形图2.2.5双极型三极管的两种类型(a)NPN型(b)PNP型图2.2.6双极型三极管的特性曲线(a)输入特性曲线(b)输出特性曲线图2.2.7双极型三极管的基本开关电路图2.2.8用图解法分析图2.2.7电路(a)电路图(b)作图方法图2.2.9双极型三极管的开关等效电路(a)截止状态(b)饱和导通状态图2.2.10双极型三极管的动态开关特性,返回,下页,2.2半导体二极管和三极管的开关特性（二）,图2.2.11MOS管的结构和符号图2.2.12MOS管共源接法及其输出特性曲线(a)共源接法(b)输出特性曲线图2.2.13MOS管的转移特性图2.2.14MOS管的基本开关电路图2.2.15MOS管的开关等效电路(a)截止状态(b)导通状态图2.2.16P沟道增强型MOS管图2.2.17P沟道增强型MOS管的漏极特性图2.2.18用P沟道增强型MOS管接成的开关电路图2.2.19N沟道耗尽型MOS管的符号图2.2.20P沟道耗尽型MOS管的符号,返回,上页,图2.2.1二极管开关电路,返回,图2.2.2二极管的伏安特性,返回,图2.2.3二极管伏安特性的几种近似方法,返回,图2.2.4二极管的动态电流波形,返回,图2.2.5双极型三极管的两种类型(a)NPN型(b)PNP型,返回,图2.2.6双极型三极管的特性曲线(a)输入特性曲线(b)输出特性曲线,返回,图2.2.7双极型三极管的基本开关电路,返回,图2.2.8用图解法分析图2.2.7电路(a)电路图(b)作图方法,返回,图2.2.9双极型三极管的开关等效电路(a)截止状态(b)饱和导通状态,返回,图2.2.10双极型三极管的动态开关特性,返回,图2.2.11MOS管的结构和符号,返回,图2.2.12MOS管共源接法及其输出特性曲线(a)共源接法(b)输出特性曲线,返回,图2.2.13MOS管的转移特性,返回,图2.2.14MOS管的基本开关电路,返回,图2.2.15MOS管的开关等效电路(a)截止状态(b)导通状态,返回,图2.2.16P沟道增强型MOS管,返回,图2.2.17P沟道增强型MOS管的漏极特性,返回,图2.2.18用P沟道增强型MOS管接成的开关电路,返回,图2.2.19N沟道耗尽型MOS管的符号,返回,图2.2.20P沟道耗尽型MOS管的符号,返回,2.3最简单的与、或、非门电路,图2.3.1二极管与门图2.3.2二极管或门图2.3.3三极管非门（反相器）图2.3.4图2.3.3电路的化简,返回,图2.3.1二极管与门,返回,图2.3.2二极管或门,返回,图2.3.3三极管非门（反相器）,返回,图2.3.4图2.3.3电路的化简,返回,2.4TTL门电路（一）,图2.4.1TTL反相器的典型电路图2.4.2TTL反相器的电压传输特性图2.4.3输入端噪声容限示意图图2.4.4TTL反相器的输入端等效电路图2.4.5TTL反相器的输入特性图2.4.6TTL反相器高电平输出等效电路图2.4.7TTL反相器高电平输出特性图2.4.8TTL反相器低电平输出等效电路图2.4.9TTL反相器低电平输出特性图2.4.10例2.4.1的电路图2.4.11TTL反相器输入端经电阻接地时的等效电路图2.4.12TTL反相器输入端负载特性图2.4.13例2.4.2的电路,返回,下页,2.4TTL门电路（二）,图2.4.14TTL反相器的动态电压波形图2.4.15TTL反相器的交流噪声容限（a）正脉冲噪声容限（b）负脉冲噪声容限图2.4.16TTL反相器电源电流的计算（a）vOVOL的情况（b）vOVOH的情况图2.4.17TTL反相器的电源动态尖峰电流图2.4.18TTL反相器的电源尖峰电流的计算图2.4.19电源尖峰电流的近似波形图2.4.20TTL与非门电路图2.4.21多发射极三极管（a）结构示意图（b）符号及等效电路图2.4.22TTL或非门电路图2.4.23TTL与或非门图2.4.24TTL异或门图2.4.25推拉式输出级并联的情况图2.4.26集电极开路与非门的电路和图形符号,返回,上页,下页,2.4TTL门电路（三）,图2.4.27OC门输出并联的接法及逻辑图图2.4.28计算OC门负载电阻最大值的工作状态图2.4.29计算OC门负载电阻最小值的工作状态图2.4.30例2.4.4的电路图2.4.31三态输出门的电路图和图形符号（a）控制端高电平有效（b）控制端低电平有效图2.4.32用三态输出门接成总线结构图2.4.33用三态输出门实现数据的双向传输图2.4.3474H系列与非门（74H00）的电路结构图2.4.35抗饱和三极管图2.4.36肖特基势垒二极管的结构图2.4.3774S系列与非门(74S00)的电路结构图2.4.3874S系列反相器的电压传输特性图2.4.3974LS系列与非门(74LS00)的电路结构,返回,上页,图2.4.1TTL反相器的典型电路,返回,图2.4.2TTL反相器的电压传输特性,返回,图2.4.3输入端噪声容限示意图,返回,图2.4.4TTL反相器的输入端等效电路,返回,图2.4.5TTL反相器的输入特性,返回,图2.4.6TTL反相器高电平输出等效电路,返回,图2.4.7TTL反相器高电平输出特性,返回,图2.4.8TTL反相器低电平输出等效电路,返回,图2.4.9TTL反相器低电平输出特性,返回,图2.4.10例2.4.1的电路,返回,图2.4.11TTL反相器输入端经电阻接地时的等效电路,返回,图2.4.12TTL反相器输入端负载特性,返回,图2.4.13例2.4.2的电路,返回,图2.4.14TTL反相器的动态电压波形,返回,图2.4.15TTL反相器的交流噪声容限,（a）正脉冲噪声容限,（b）负脉冲噪声容限,返回,图2.4.16TTL反相器电源电流的计算（a）vOVOL的情况（b）vOVOH的情况,返回,图2.4.17TTL反相器的电源动态尖峰电流,返回,图2.4.18TTL反相器电源尖峰电流的计算,返回,图2.4.19电源尖峰电流的近似波形,返回,图2.4.20TTL与非门电路,返回,图2.4.21多发射极三极管（a）结构示意图（b）符号及等效电路,返回,图2.4.22TTL或非门电路,返回,图2.4.23TTL与或非门,返回,图2.4.24TTL异或门,返回,图2.4.25推拉式输出级并联的情况,返回,图2.4.26集电极开路与非门的电路和图形符号,返回,图2.4.27OC门输出并联的接法及逻辑图,返回,图2.4.28计算OC门负载电阻最大值的工作状态,返回,图2.4.29计算OC门负载电阻最小值的工作状态,返回,图2.4.30例2.4.4的电路,返回,图2.4.31三态输出门的电路图和图形符号（a）控制端高电平有效（b）控制端低电平有效,返回,图2.4.32用三态输出门接成总线结构,返回,图2.4.33用三态输出门实现数据的双向传输,返回,图2.4.3474H系列与非门(74H00)的电路结构,返回,图2.4.35抗饱和三极管,返回,图2.4.36肖特基势垒二极管的结构,返回,图2.4.3774S系列与非门(74S00)的电路结构,返回,图2.4.3874S系列反相器的电压传输特性,返回,图2.4.3974LS系列与非门(74LS00)的电路结构,返回,2.5其它类型的双极型数字集成电路,图2.5.1ECL或/或非门的电路及逻辑符号图2.5.2ECL或/或非门的电压传输特性图2.5.3I2L电路的基本逻辑单元（a）结构和电路图（b）简化的电路图图2.5.4I2L或/或非门电路,返回,图2.5.1ECL或/或非门的电路及逻辑符号,返回,图2.5.2ECL或/或非门的电压传输特性,返回,图2.5.3I2L电路的基本逻辑单元（a）结构和电路图（b）简化的电路图,返回,图2.5.4I2L或/或非门电路,返回,2.6CMOS电路（一）,图2.6.1CMOS反相器（a）结构示意图（b）电路图图2.6.2CMOS反相器的电压传输特性图2.6.3CMOS反相器的电流传输特性图2.6.4不同VDD下CMOS反相器的噪声容限图2.6.5CMOS反相器输入端噪声容限与VDD的关系图2.6.6CMOS反相器的输入保护电路（a）CC4000系列的输入保护电路（b）74HC系列的输入保护电路图2.6.7CMOS反相器的输入特性（a）图2.6.6(a)电路的输入特性（b）图2.6.6(b)电路的输入特性图2.6.8vO=VOL时CMOS反相器的工作状态图2.6.9CMOS反相器的低电平输出特性图2.6.10vO=VOH时CMOS反相器的工作状态图2.6.11CMOS反相器的高电平输出特性图2.6.12CMOS反相器传输延迟时间的定义图2.6.13VDD和CL对传输延迟时间的影响,返回,下页,2.6CMOS电路（二）,图2.6.14CMOS反相器的交流噪声容限图2.6.15CMOS反相器的瞬时导通电流图2.6.16CMOS反相器对负载电容的充、放电电流图2.6.17CMOS反相器的静态漏电流（a）vI=0（b）vI=VDD图2.6.18CMOS与非门图2.6.19CMOS或非门图2.6.20带缓冲级的CMOS与非门电路图2.6.21带缓冲级的CMOS或非门电路图2.6.22漏极开路输出的与非门CC40107图2.6.23CMOS传输门的电路结构和逻辑符号图2.6.24CMOS传输门中两个MOS管的工作状态图2.6.25CMOS双向模拟开关的电路结构和符号图2.6.26CMOS模拟开关接负载电阻的情况,返回,下页,上页,2.6CMOS电路（三）,图2.6.27CMOS模拟开关的电阻特性图2.6.28CMOS三态门电路结构之一图2.6.29CMOS三态门电路结构之二（a）用或非门控制（b）用与非门控制图2.6.30CMOS三态门电路结构之三图2.6.31MOS管的寄生电容效应图2.6.32BiCMOS反相器（a）最简单的电路结构（b）常用的电路结构图2.6.33BiCMOS与非门电路图2.6.34BiCMOS或非门电路图2.6.35输入端接大电容时的防护图2.6.36输入端接长线时的防护图2.6.37CMOS反相器中的双极型寄生三极管效应图2.6.38CMOS反相器中的寄生三极管电路图2.6.39CMOS电路的钳位保护电路（a）输入端的钳位电路（b）输出端的钳位电路图2.6.40在CMOS电路的电源上加去耦保护,返回,上页,图2.6.1CMOS反相器（a）结构示意图（b）电路图,返回,图2.6.2CMOS反相器的电压传输特性,返回,图2.6.3CMOS反相器的电流传输特性,返回,图2.6.4不同VDD下CMOS反相器的噪声容限,返回,图2.6.5CMOS反相器输入端噪声容限与VDD的关系,返回,图2.6.6CMOS反相器的输入保护电路（a）CC4000系列的输入保护电路（b）74HC系列的输入保护电路,返回,图2.6.7CMOS反相器的输入特性（a）图2.6.6(a)电路的输入特性（b）图2.6.6(b)电路的输入特性,返回,图2.6.8vO=VOL时CMOS反相器的工作状态,返回,图2.6.9CMOS反相器的低电平输出特性,返回,图2.6.10vO=VOH时CMOS反相器的工作状态,返回,图2.6.11CMOS反相器的高电平输出特性,返回,图2.6.12CMOS反相器传输延迟时间的定义,返回,图2.6.13VDD和CL对传输延迟时间的影响,返回,图2.6.14CMOS反相器的交流噪声容限,返回,图2.6.15CMOS反相器的瞬时导通电流,返回,图2.6.16CMOS反相器对负载电容的充、放电电流,返回,图2.6.17CMOS反相器的静态漏电流（a）vI=0（b）vI=VDD,返回,图2.6.18CMOS与非门,返回,图2.6.19CMOS或非门,返回,图2.6.20带缓冲级的CMOS与非门电路,返回,图2.6.21带缓冲级的CMOS或非门电路,返回,图2.6.22漏极开路输出的与非门CC40107,返回,图2.6.23CMOS传输门的电路结构和逻辑符号,返回,图2.6.24CMOS传输门中两个MOS管的工作状态,返回,图2.6.25CMOS双向模拟开关的电路结构和符号,返回,图2.6.26CMOS模拟开关接负载电阻的情况,返回,图2.6.27CMOS模拟开关的电阻特性,返回,图2.6.28CMOS三态门电路结构之一,返回,图2.6.29CMOS三态门电路结构之二（a）用或非门控制（b）用与非门控制,返回,图2.6.30CMOS三态门电路结构之三,返回,图2.6.31MOS管的寄生电容效应,返回,图2.6.32BiCMOS反相器（a）最简单的电路结构（b）常用的电路结构,返回,图2.6.33BiCMOS与非门电路,返回,图2.6.34BiCMOS或非门电路,返回,图2.6.35输入端接大电容时的防护,返回,图2.6.36输入端接长线时的防护,返回,图2.6.37CMOS反相器中的双极型寄生三极管效应,返回,图2.6.38CMOS反相器中的寄生三极管电路,返回