数电第3章门电路

1、第第三章三章 逻辑门电路逻辑门电路 教学目标：教学目标：通过本章的学习，熟悉TTL集成门电路和CMOS集成门电路的电路组成和原理；掌握 TTL电路和 CMOS电路的主要参数的物理意义、输入输出特性和输入输出等效电路；掌握集成电路使用的注意事项。 门电路：门电路：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二、正逻辑和负逻辑二、正逻辑和负逻辑正逻辑：正逻辑：负逻辑：负逻辑：10正逻辑正逻辑01负逻辑负逻辑注意：除非特别说明，我们一般采用正逻辑！注意：除非特别说明，我们一般采用正逻辑！概述概述一、什么是门电路？一、什么是门电路？与门与门或门或门非门非门与非门与非

2、门或非门或非门与或非门与或非门异或门、同或门异或门、同或门高电平表示逻辑高电平表示逻辑1低电平表示逻辑低电平表示逻辑0高电平表示逻辑高电平表示逻辑0低电平表示逻辑低电平表示逻辑1集集成成逻逻辑辑门门双极型集成逻辑门双极型集成逻辑门MOS集成逻辑门集成逻辑门按器件类型分按器件类型分PMOSNMOSCMOS按集成度分按集成度分SSI（100以下以下个等效门）个等效门）MSI（10103 3个等效门）个等效门）LSI （10104 4个以上等效门）个以上等效门）本章重点本章重点基本逻辑门的基本结构、工作原理以及外部特性基本逻辑门的基本结构、工作原理以及外部特性TTL、ECLI2L、HTL三、集成逻辑

3、门三、集成逻辑门半导体二极管、三极管和半导体二极管、三极管和MOS管的开关特性管的开关特性3.2.2 半导体三极管的开关特性3.2.1 半导体二极管的开关特性3.2.3 MOS管的开关特性1.二极管特性曲线二极管特性曲线i+ v -iOVed3.2.1半导体二极管的开关特性导导电电区区死死 区区 反向反向截止区截止区0ved ,电流随电压增大而显著增大，进入导电区导电区。硅管：ed =0.50.6V锗管： ed 0.2V反向偏置v0.6V时，开关合上时，开关合上vi rDrD的影响的影响近似近似由由0.1V代替代替0.7Vvi 0.7V时，开关合上时，开关合上vi 0V时，开关合上时，开关合上

4、vi ed， RL rD进一步近似：进一步近似：忽略忽略vD影响影响vDviRLD二极管二极管等效电路等效电路一、结构一、结构PPNcebecbecbNNPceb(a)NPN(b) PNP3.2.2 半导体三极管的开关特性半导体三极管的开关特性二、输入特性与输出特性二、输入特性与输出特性1.输出特性输出特性特点：特点：(a) iB 0 ; iC/iB= 。(b)发射结（发射结（BE）正偏，）正偏， 集电结（集电结（BC）反偏。）反偏。(c) VCE 0 ; iC/iB0时，时，G与与B构成构成平板电容器，电场平板电容器，电场E多子（空穴）多子（空穴） ，少子（电子）少子（电子） 形成耗尽层，形

5、成耗尽层， VGS 耗尽层宽度耗尽层宽度 VGS E 反型层厚度反型层厚度 ，称为增强型，称为增强型EBSGDN+N+-+-VDSVGSiD低掺杂浓度的低掺杂浓度的P型硅型硅耗尽层耗尽层N+N+反型层导电沟道反型层导电沟道N 当当VGS VTH时，形成反型层时，形成反型层导电沟道（导电沟道（P型型 N型型）负离子为主的负离子为主的空间电荷区。空间电荷区。自由电子深度自由电子深度大于空穴深度大于空穴深度（3）当当VDS0时，将产生漏极电流时，将产生漏极电流iD，在导电沟道中产生压降，在导电沟道中产生压降， 平板电容器近源端电压最大为平板电容器近源端电压最大为VGS，沟道最深，近漏端电压最小，沟道

6、最深，近漏端电压最小VGD= VGSVDS 。当当VDS= VGSVTH时，时，VGD= VTH，D极端的沟道厚度为极端的沟道厚度为0，沟道预，沟道预夹断夹断当当VDSVGSVTH时，时，VGD= VTH，D极端的沟道厚度为极端的沟道厚度为0，沟道夹，沟道夹断断VDSSGDN+N+B+-+-VGSiDN+N+N+N+可变电阻区可变电阻区（非饱和区导通区非饱和区导通区）：）：VGS VTH， VDS VTH， VDS VGS-VTH时，沟道预夹断，时，沟道预夹断， VDS 形成夹形成夹断区，断区， iD仅受仅受VGS的影响，的影响， VGS iD ，类似晶体三极管的类似晶体三极管的放大区。放大区

7、。截止区：截止区：VGS VTH时，时，D与与S之间还未形成导电沟道，之间还未形成导电沟道，如同断开的开关。如同断开的开关。跳过跳过转移特性和转移特性和PMOS特性特性，至，至CMOS反门。反门。2.转移特性：转移特性：漏极电流（输出电流）漏极电流（输出电流）iD随随VGS的变化关系的变化关系VTH称为阈值电压或开启电压，与称为阈值电压或开启电压，与衬底电衬底电压压和和掺杂浓度掺杂浓度有关有关VDS=常数常数iDVGSVTH三、三、MOS管的基本开关电路管的基本开关电路RD取值要求取值要求Ron RD 1010 开关信号开关信号vI取值要求：取值要求：a.低电平时，应使低电平时，应使MOS管工

8、作管工作在截止状态（在截止状态（ vI VGS(th) ）且且VDS Ron时，时，可忽略。可忽略。DGSCIRon非饱和导通非饱和导通2.电路符号电路符号SiO2绝缘层绝缘层DGSAlP+P+LBW掺杂浓度低掺杂浓度低的的N型型硅片硅片耗尽层耗尽层高掺杂高掺杂dBSGD1.结构示意图结构示意图四、四、 P沟道增强型沟道增强型MOS管的结构管的结构iDVDSVGS VDS =VGSVTH(1)输出特性：漏极电流输出特性：漏极电流iD随随VDS的变化关系的变化关系3. P沟道增强型沟道增强型MOS管的特性管的特性VDS+-VGS-+iD注意：注意：VGS 、 VDS 、 VTH取值均为取值均为负

9、值负值截止区截止区饱和区饱和区可变可变 电阻区电阻区截止区：截止区：VGSVTH 时，时，D与与S之间还未形成导电沟之间还未形成导电沟道，如同断开的开关道，如同断开的开关饱和区：饱和区：VGS VTH， VDS VGS-VTH时，沟道预夹断，时，沟道预夹断， VDS 形成夹断区，形成夹断区， iD仅受仅受VGS的影响，的影响， VGS iD ，可看作导通的开关可看作导通的开关可变电阻区：可变电阻区：VGS VGS-VTH时，时，D与与S之间形成导电沟之间形成导电沟道，沟道未夹断，道，沟道未夹断， D与与S之间可看作上一个受之间可看作上一个受VGS控制控制的可变电阻的可变电阻 基基片片材材料料

10、漏漏源源材材料料 导电导电沟道沟道类型类型 阈阈电电压压 栅极栅极工作工作电压电压vGS 漏源漏源工作工作电压电压vDS 其它特点其它特点 符号符号 p沟道沟道增强增强型型 n 型型 p 型型 空穴空穴 VT负负 负负 负负 易做、速度慢易做、速度慢 n沟道沟道增强增强型型 p 型型 n 型型 电子电子 VT正正 正正 正正 载流子为电载流子为电子，电子迁移子，电子迁移率高，故速度率高，故速度快快 p沟道沟道耗尽耗尽型型 n 型型 p 型型 空穴空穴 VI正正 实际中很难制实际中很难制造造 n沟道沟道耗尽耗尽型型 p 型型 n 型型 电子电子 VI负负 零、 正、零、 正、负均可负均可 正正

11、速度较快，可速度较快，可在零栅压下工在零栅压下工作作 G D S G D S G D S G D S 五、四种类型五、四种类型MOSMOS管的特点管的特点CMOS门电路门电路3.3.1 CMOS反相器反相器3.3.2 CMOS反相器的输入、输出特性反相器的输入、输出特性3.3.3 CMOS反相器的动态特性反相器的动态特性3.3.4 其他类型的其他类型的CMOS门电路门电路3.3.1 CMOS反相器反相器一、电路结构和原理一、电路结构和原理NMOSPMOS柵极相连柵极相连做输入端做输入端漏极相连漏极相连做输出端做输出端衬底与漏源间的衬底与漏源间的PNPN结始终处于反结始终处于反偏偏，NMOSNM

12、OS管的衬底总是接到电路管的衬底总是接到电路的的最低电位最低电位，PMOSPMOS管的衬底总是管的衬底总是接到电路的接到电路的最高电位最高电位V VDDDDV VGS(th)N+|V+|VGS(th)P| |，V VDDDD适适用范围较大可在用范围较大可在3 318V18V， V VGS(th)N-NMOS-NMOS的开启电压的开启电压V VGS(th)P-PMOS-PMOS的开启电压的开启电压V VGS(th)N=|V=|VGS(th)P|1V|1V工作原理：工作原理：1 1、输入为低电平、输入为低电平V VIL IL = 0V= 0V时时V VGS1GS1V VGS(th)NT T1 1管

13、截止；管截止；|V|VGS2GS2| | |V|VGS(th)P| | 电路中电流近似为零（忽略电路中电流近似为零（忽略T T1 1的的截止漏电流）截止漏电流）,V,VDDDD主要降落在主要降落在T T1 1上，输出为高电平上，输出为高电平V VOHOHVVDDDDT T2 2导通导通2 2、输入为高电平、输入为高电平V VIHIH = V = VDDDD时，时，T T1 1通通T T2 2止，止，V VDDDD主要降在主要降在T T2 2上，上，输出为低电平输出为低电平V VOLOL0V0V。实现逻辑实现逻辑“非非”功能功能AF 电压传输特性电压传输特性 0.5VDDVoVIVDDVGS(t

14、h)n VGS(th)p VDD 1/2VDDABCDEF电流传输特性电流传输特性iDVIVGS(th)n VGS(th)p VDD 1/2VDDABC DEF二、电压传输特性和电流传输特性二、电压传输特性和电流传输特性T2T1VOVIVDDiDVSST1截止、T2非饱和；所以 iD=0T1饱和、T2非饱和； T1 、 T2均导通，所以产生 iD电流。T1、T2均饱和导通； 此时非门为反向放大器，产生较大iD电流。T1非饱和导通、T2饱和导通。T1非饱和、T2截止；所以 iD=0VN1/2VDD，抗干扰能力较强，抗干扰能力较强三、噪声容限三、噪声容限 0.5VDDVoVIVDDVGS(th)n

15、 VGS(th)p VDD 1/2VDDABCDEF11允许噪声范围？允许噪声范围？2V)V( ;2V)V(VV;V0VDDMINIHDDMAXILDDOHOL3.3.2 CMOS反相器的输入、输出特性反相器的输入、输出特性一、输入特性一、输入特性1.保护电路保护电路必要性？必要性？ 栅极绝缘电阻太大，受静电干扰且静电电荷无法泄放，在栅栅极绝缘电阻太大，受静电干扰且静电电荷无法泄放，在栅极上感应很高的静电电位而击穿栅极。极上感应很高的静电电位而击穿栅极。常用的输入保护电路常用的输入保护电路VOVIVDDVSSD2RSD1VOVIVDDVSSD2RSD1(a)4000系列系列(b)74HC系列系

16、列输入特性输入特性-0.7VviVDD+0.7V时：时：Ri，iI 0；vi VDD+0.7V时：时：Ri rD 。 vi ， iI二、输出特性二、输出特性T2VSSVIH=VDDVDDRLVOL（1）输出低电平）输出低电平低电平导通电阻：低电平导通电阻：ROL 1k 最大低电平输出电流最大低电平输出电流IOL （以（以4069为例）为例）0.36mA（ VDD =5V ）0.9mA （ VDD =10V）2.4mA （ VDD =15V）电阻负载能力差电阻负载能力差T1VOHVIL=0VDDIOHRL（2）输出高电平）输出高电平高电平导通电阻：高电平导通电阻：ROH 1k 最大高电平输出电流

17、最大高电平输出电流IOH ： （以（以4069为例）为例）-0.51mA（ VDD =5V）-1.3mA （ VDD =10V）-3.4mA （ VDD =15V）（3）扇出系数：）扇出系数：N50注意：注意：CMOS门（门（ VDD =5V）可驱动一个）可驱动一个TTL门门驱动能力强驱动能力强因为，CMOS门的输入阻抗为，但考虑到分布参数，一般取50一、传输延时时间一、传输延时时间传输延时原因：传输延时原因：vIvOOOtt50%50%tPHLtPLH2/ )tt (tpLHpHLpd二、动态功耗二、动态功耗分布参数分布参数负载电容负载电容MOS管开关延时管开关延时3.3.3 CMOS反向器

18、的动态特性反向器的动态特性fPc3.3.4其他类型的其他类型的CMOS门电路门电路1、与非门、与非门二输入二输入“与非与非”门电路结构如图门电路结构如图当当A A和和B B为高电平时为高电平时: :1两个串联的两个串联的NMOS TNMOS T1 1、T T2 2通通通通止止止止001通通止止1止止当当A A和和B B有一个或一个以上有一个或一个以上为低电平时为低电平时: :电路输出高电平电路输出高电平输出低电平输出低电平 电路实现电路实现“与非与非”逻辑功能逻辑功能ABF 一、其它逻辑功能的一、其它逻辑功能的CMOS门电路门电路两 个 并 联 的两 个 并 联 的PMOSPMOS管管T T3

19、 3、T T4 4每 个 输 入 端 与 一每 个 输 入 端 与 一 个个 NMOS管和一个管和一个PMOS管的栅极相连管的栅极相连通通1T3T1T2T4ABYVDD2、或非门、或非门二输入二输入“或非或非”门电路结构如图门电路结构如图当当A A和和B B为低电平时为低电平时: :1两个串联的两个串联的PMOSPMOS管管T T1 1、T T3 3两个并联的两个并联的NMOS TNMOS T1 1、T T2 2通通止止0当当A A和和B B有一个或一个以上为有一个或一个以上为高电平时高电平时: :电路输出低电平电路输出低电平输出高电平输出高电平 电路实现电路实现“或非或非”逻辑功能逻辑功能B

20、AF0通通止止T3T1T2T4ABYVDD10止止通通0外接上拉外接上拉负载电阻负载电阻三、漏极开路门电路（三、漏极开路门电路（OD门）门）1.电路组成电路组成2.逻辑符号逻辑符号&ABY 必须外接负载电阻必须外接负载电阻RL ，才能实现：才能实现：ABY3.原理原理A YB VDD2RL&1VDD1CD401074.应用应用 与与OC门一样，可做门一样，可做“线与线与”、“电平变换电平变换”等作用。等作用。漏极开路漏极开路四、四、CMOS传输门和双向开关传输门和双向开关DDISSVVV) 1 (1.电路结构：电路结构：2.工作条件：工作条件：VI /Vo VDD CCVo/V

21、IT1T2VSSVI VDD CCVoRLONLRR) 2(n)th(GSVVVp)th(GSDD3.原理原理（1）1C, 0C时时VI VDD CCVoRLT1T2S2S1D2D121GSPGSN、TT, 0V, 0V都截止,0C,VC) 2(DD时a. T1非饱和导通条件非饱和导通条件（VDS RON Vo VI 则有：则有：0 (VDD - VI)- VGS(th)NVIVDD0VGS(th)PVGS(th)NT1导通导通VDS = VI V0 0VGS = VDD V0 VDD VIN)th(SGDDIVVVT1非饱和导通非饱和导通条件条件:同理，同理，T2非饱和导通非饱和导通条件条件

22、:DDIP)th(GSVVVT2导导通通0C,VCDDT1 、 T2至少有一个非饱和导通，至少有一个非饱和导通，所以，所以， 时，时，传输门导通传输门导通由于，由于，CMOS器件的源极和器件的源极和栅极在结构上是对称，所以栅极在结构上是对称，所以传输门是传输门是双向双向的的CCVo/VITGVI /Vo4.电路符号：电路符号：门 控 制 信门 控 制 信号号输入输入/输出输出输出输出/输入输入 特别提示：特别提示：传输传输门相当于一个理想的开门相当于一个理想的开关，且是一个关，且是一个双向开关双向开关,可传输模似信号。可传输模似信号。 C=0，开关断开；开关断开； C=1，开，开关接通。关接通

23、。5.应用应用主要可作主要可作双向模拟开关，双向模拟开关，数据选择器（可传输模拟信号）数据选择器（可传输模拟信号）五、五、CMOS三态三态门门AYTTEN, 021导通1.电路组成电路组成2.逻辑符号逻辑符号Y VDD T1T2T1A1ENT23.原理：原理：为高阻态截止， YTTEN21, 14.三态门的应用三态门的应用主要应用在：主要应用在：总线逻辑总线逻辑双向传输双向传输AY1ENCMOSCMOS电路的特点电路的特点1 1、功耗小功耗小：CMOSCMOS门工作时，总是一管导通另一管截门工作时，总是一管导通另一管截止，因而几乎不由电源吸取电流其功耗极小；止，因而几乎不由电源吸取电流其功耗极

24、小；2 2、CMOSCMOS集成电路功耗低内部发热量小，集成电路功耗低内部发热量小，集成度可大集成度可大大提高；大提高； 3 3、抗幅射能力强抗幅射能力强，MOSMOS管是多数载流子工作，射线辐管是多数载流子工作，射线辐 射对多数载流子浓度影响不大；射对多数载流子浓度影响不大；4 4、电压范围宽电压范围宽：CMOSCMOS门电路输出高电平门电路输出高电平V VOH OH V VDDDD，低电平低电平V VOL OL 0V 0V。5 5、输出驱动能力强输出驱动能力强：扇出能力较大，一般可以大：扇出能力较大，一般可以大于于5050；6 6、在使用和存放时应注意静电屏蔽，焊接时电烙、在使用和存放时应

25、注意静电屏蔽，焊接时电烙铁应接地良好。铁应接地良好。TTL集成门电路TTL：Transistor Transistor Logic3.4.1 TTL反相器（非门）3.4.2 TTL反相器的输入、输出特性3.4.3 TTL反相器的动态特性3.4.4 其它类型的TTL门电路一、电路结构一、电路结构 R14k R21.6k R4130 R31k D1D2T4T5T2T1 A ( vI) Y ( vo)VCC(5 V)1.组成组成3.4.1 TTL反相器（非门）输入级由晶体管输入级由晶体管T1、基基极电组极电组R1和钳位二极管和钳位二极管D1组成。组成。中间级是放大级，由中间级是放大级，由T2、R2和

26、和R3组成，组成，T2的集电极的集电极C2和和发射极发射极E2可以分别提供两个可以分别提供两个相位相反的电压信号相位相反的电压信号D1作用：将输入最低电作用：将输入最低电平在平在-0.7V左右，防止输左右，防止输入电流过大而烧坏入电流过大而烧坏T1管。管。输出级由输出级由T4、D2 、T5和和R4组成；组成；其中其中T4与与T5组成推拉式输出结构。具组成推拉式输出结构。具有较强的负载能力。有较强的负载能力。电源电压： +5V R14k R21.6k R4130 R31k D1D2T4T5T2T1 A ( vI) Y ( vo)VCC(5 V)2.工作原理：0.2V1mA0.2V0V截止截止5

27、V3.6V（1）输入低电平：输入低电平：VIL=0.2V结论：结论：输入低电平，输入低电平，输出高电平。输出高电平。0.9ViC1=0饱和饱和mA1RVVi11BCC1B由于由于iC1=0，所以，所以T1深度深度饱和，饱和，vCE10V，所以，所以 Vc10.2V 。VB2= VC1 =0.2V， T2截止截止截止截止T2截止，所以截止，所以VE2=0 VVE2=0 V ，所，所以以T5截止截止T2截止，截止， ic2=0，且，且iB4很小，很小，VR2的很小，的很小，所以所以VC25V.RL使用时，拉电流使用时，拉电流IOH绝对值不能太大，绝对值不能太大，使使T4饱和饱和.拉电流负载拉电流负

28、载深度深度饱和饱和IOH R14k R21.6k R4130 R31k D1D2T4T5T2T1 A ( vI) Y ( vo)VCC(5 V)3.6V1.4V0.7V饱和饱和0.9 V0.3V（2）输入高电平：输入高电平：VIH=3. 6V结论：结论：输入高电平输出低电平。输入高电平输出低电平。输入悬空，输出低电平输入悬空，输出低电平 。2.1V饱和饱和vC2=vE+ vCE2 0. 9V，截止截止选择合适的电路参数，选择合适的电路参数，使使T2饱和饱和，所以，所以VCE2=0 .2VT1发射结反偏而集发射结反偏而集电电极正偏正偏.处于倒置处于倒置放大状态放大状态.由于由于T4的的E极接二极

29、极接二极管，管，=VB4 = 0. 9V无法无法使使T4导通导通.灌电流负载灌电流负载倒置倒置放大放大RLIOLVCC(5 V)使用时，使用时，灌灌电流电流IOL不能太大，使不能太大，使T5饱饱和和.TTL输入输入输入悬空输入悬空，相当于相当于逻辑高电平。逻辑高电平。二、电压传输特性二、电压传输特性讨论vI从0V变化到3.6V时)f(vvIO关系曲线关系曲线画出输出随输入画出输出随输入的变化曲线的变化曲线vO(V)vI(V)0.63.6A BC1.5DE0.31OvIvVV R14k R21.6k R4130 R31k D1D2T4T5T2T1 A ( vI) Y ( vo)VCC(5 V)1

30、. vI0.6VvI0.6V，IB1电流如图所示。vO(V)vI(V)0.63.6A BT1处于深度饱和状态， vC10.7V，T2、 T5 截止，截止，T4饱和。工作状态与饱和。工作状态与vI=0.2V时相同 。所以：所以：vO=3.6V，可得，可得AB段曲线。段曲线。截止截止截止截止深度深度饱和饱和饱和饱和 R14k R21.6k R4130 R31k D1D2T4T5T2T1 A ( vI) Y ( vo)VCC(5 V)2. 0.7V vI1.4V T1的BE导通，有： 1.4 vB12.1V， T2导通， T5仍截止，仍截止， IB1电流如图所示。所以：可得所以：可得BC段曲线。段曲

31、线。由于，由于，vB2较小，T2处于放大状态，T4导通，此导通，此时，非门工作在时，非门工作在反向放反向放大状态大状态， vI ，vOvO(V)vI(V)0.63.6A BC1.4放大放大截止截止跟随跟随三极管两个三极管两个PN结结均导通，等效于均导通，等效于：ECB R14k R21.6k R4130 R31k D1D2T4T5T2T1 A ( vI) Y ( vo)VCC(5 V)3. 1.4V vI1.5V 所以所以vO=0.3V ：可得：可得DE段曲线。段曲线。由于由于VB1箝位在2.1V，T1的VBE0.7,没有电流流出。 IB1电流如图所示。T2、 T5饱和，饱和，T4截止，截止，

32、工作状态与工作状态与vI=3.6V时相同 vO(V)vI(V)0.63.6A BC1.5DE0.3三、输入端噪声容限三、输入端噪声容限11允许噪声范围？允许噪声范围？从电压传输特性可求得。从电压传输特性可求得。1输入输入0输入输入1输出输出0输出输出(min)OHV(max)OLV(min)IHV(max)ILVVNHVNLV0 . 1VV5 . 1V(max)OL(min)IHVVVVVVVVOLILNLIHOHNH6 . 09 . 0(max)(max)(min)(min)第二章第二章74系列规定：系列规定：V4 . 0VV4 . 2V(max)OL(min)OHV4 . 0VV4 . 2

33、V(max)OL(min)OHvI(V)vO(V)3.60.30.61.5ABCDE2.41.0关门电关门电压压Voff开门电压开门电压Von一、输入特性一、输入特性 R14k D1T1vILVCC(5 V)IILbe2be51.输入低电平输入低电平（1）输入短路电流）输入短路电流1IL1beCCILRVvVI输入低电平电流：输入低电平电流：输入短路电流输入短路电流IIS：VIL=0时的时的IIL电流电流手册中给定手册中给定： IIS =-1.6mA（2）输入阻抗输入阻抗：RIL4k 3.4.2 TTL反相器的输入、输出特性1.075mA负号表示方向 R14k D1T1vIHVCC(5 V)i

34、IHbe2be52.输入高电平输入高电平（1）输入高电平电流）输入高电平电流手册中给定：手册中给定： 输入高电平电流：输入高电平电流：IIH=0.04mAT1工作在倒置状态工作在倒置状态（2）输入阻抗：）输入阻抗： RIH R21.6k R4130D2T4RLvoVCCiOH二、输出特性二、输出特性1.高电平输出特性高电平输出特性最大高电平输出电流最大高电平输出电流 （最大拉电流）（最大拉电流）mA4 . 0IOH最大低电平输出电流最大低电平输出电流 （最大灌电流）（最大灌电流）mA16IOL2.低电平输出特性低电平输出特性 R31kRLT5VCCiOL注意注意：高、低电平驱动电阻负载能力不同

35、高、低电平驱动电阻负载能力不同假定输入电流假定输入电流II流流入入T1发射极时方向发射极时方向为正，反之为负为正，反之为负3.扇出系数扇出系数N：输出高电平：输出高电平：OHIH1IIN10A40mA4 . 0IINIHOH1输出低电平：输出低电平：OLIL2IIN10mA6 . 1mA16IINILOL21111N2voIOLIIL结论：结论：扇出系数扇出系数N =10驱动同类型门的个数驱动同类型门的个数1111N1VOHIOHIIH四、四、TTL反相器的动态特性反相器的动态特性导通延迟时间导通延迟时间t tPHLPHL ：输入波形上升沿的输入波形上升沿的50%50%幅值处到幅值处到输出波形

36、下降沿输出波形下降沿50% 50% 幅值处所需要的时间幅值处所需要的时间. .截止延迟时间截止延迟时间t tPLHPLH：从输从输入波形下降沿入波形下降沿50% 50% 幅值幅值处到输出波形上升沿处到输出波形上升沿50% 50% 幅值处所需要的时幅值处所需要的时间间. .平均传输延迟时间平均传输延迟时间t tpdpd：2t t t PHLPLHpd通常通常t tPLHPLHt tPHLPHL，t tpdpd越小，越小，电路的开关速度越高。电路的开关速度越高。一般一般t tpdpd = 10ns = 10ns40ns40ns输入信号输入信号VI输出信号输出信号V03.4.4 其他类型的TTL门电

37、路一、其他逻辑功能的门电路一、其他逻辑功能的门电路1.与非门与非门 A R14k R21.6k R4130 R31k D1D3T4T5T2T1 Y VCCD2 B 中间级与输出级中间级与输出级与非门相同与非门相同e1e2bc 输入端全为高电平，输入端全为高电平，输出为低电平输出为低电平T T1 1：倒置放大状态倒置放大状态T T2 2：饱和状态：饱和状态T T4 4：截止状态：截止状态T T5 5：深饱和状态：深饱和状态 输入至少有一个为输入至少有一个为低电平时，输出为高低电平时，输出为高电平电平T T1 1：饱和状态：饱和状态T T2 2：截止状态：截止状态T T4 4：饱和状态：饱和状态T

38、 T5 5：截止状态：截止状态由由此可见电路的输此可见电路的输出和输入之间满足出和输入之间满足与非逻辑关系与非逻辑关系ABY多发发射极晶体管，多发发射极晶体管，功能等效为：功能等效为：（1）逻辑功能逻辑功能&1I2I1输入高电平电流：输入高电平电流： I1 = I2 = IIH=40A输入低电平电流：输入低电平电流： I1 = I2 = IIS/2=-0.8mA&I2I1（2）输入、输出特性）输入、输出特性由于输出级与非门相同，所以，由于输出级与非门相同，所以，输出特性与非门输出特性与非门相同相同。&I1I1 = IIS=-1.6mA2.或非门或非门 R1R2 R4 R

39、3T4T5T2 A Y VCC R1T2 T1T1 B （1）逻辑功能）逻辑功能 A、B都为低电平时，都为低电平时，T2、 T2 都都截止，截止， T4饱和，饱和， T5 截止，输出高截止，输出高电平。电平。BAY输入级与输入级与非门相同非门相同输出级与输出级与非门相同非门相同 输入至少有一个为高电平时，输入至少有一个为高电平时， T2、 T2至少有一个至少有一个饱和，饱和，T4截截止，止， T5饱和，饱和，输出为低电平。输出为低电平。由由此可见电路的输出和输入之间此可见电路的输出和输入之间满足满足或非或非逻辑关系逻辑关系（2）输入、输出特性）输入、输出特性11I2I1输入高电平电流：输入高电

40、平电流： I1 = I2 = IIH=40A输入低电平电流：输入低电平电流： I1 = I2 = IIS=-1.6mA1I2I1由于输入、输出级与非门相同，由于输入、输出级与非门相同，所以，所以，输入、输出特性与非门相同。输入、输出特性与非门相同。3.与或非门与或非门 R1R2 R4 R3T4T5T2 A Y VCC R1T2 T1T1 B C D （1）逻辑功能）逻辑功能 当当A、B都为高电平时，都为高电平时，T2导通，导通， T5 截止，输截止，输出低电平；出低电平； 当当C、D都为高电平时，都为高电平时，T2导通，导通， T5 截止，输出低截止，输出低电平；电平； 只有只有A、B和和C、

41、D每一每一组输入都不同时为组输入都不同时为1时，时， T2 、T2截止，输出高电平。截止，输出高电平。CDABY所以所以二、二、OC门门1.电路组成电路组成 A R14k R21.6k R4130 R31k D1D3T4T5T2T1 Y VCCD2 B A D1R1 R2 R3T5T2T1VCCD2B 集电极开路与非门（集电极开路与非门（OC门）门） YVCCRLA D1R1 R2 R3T5T2T1VCCD2B 外接上拉负外接上拉负载电阻载电阻RL2.原理原理当输入端全为高当输入端全为高电平时，电平时，T T2 2、T T5 5导导通，输出通，输出Y Y为低电为低电平平0.3V0.3V；输入端

42、有一个为输入端有一个为低电平时，低电平时，T T2 2、T T5 5截止，输出截止，输出Y Y高电高电平接近电源电压平接近电源电压VCC。 OCOC门完成门完成“与非与非”逻辑功逻辑功能能3.逻辑符号：逻辑符号：&ABY4.应用应用（1）“线与线与”功能功能 A R1 R2T5T2T1VCCB VCCRLC T5T2T1VCCD Y&ABY&CDVCC只有只有T5和和T 5都截止时，都截止时，输出才为高电平输出才为高电平CDABCDABY相当于相当于“与门与门”10该与非门输出高该与非门输出高电平，电平，T5截止截止该与非门输出低该与非门输出低电平，电平，T5导通导通

43、注意：注意：普通普通TTL门输出端是不能并联门输出端是不能并联当将两个当将两个TTL“TTL“与非与非”门输出端直接并联门输出端直接并联时：时：V VccccRR5 5门门1 1的的T T4 4门门2 2的的T T5 5产生产生一个很大的电流一个很大的电流产生一个大电流产生一个大电流1 1、抬高门、抬高门2 2输出低输出低电平电平2 2、会因功耗过大、会因功耗过大损坏门器件损坏门器件三、三、三态三态输出门电路输出门电路（1）电路组成）电路组成除具有除具有TTL“与非与非”门输出高、低门输出高、低电平状态外，还有电平状态外，还有第三种输出状第三种输出状态态 高阻状态高阻状态，又称，又称禁止态或失

44、禁止态或失效态效态增加部分增加部分使能端使能端（2）原理）原理 Y T4T5T2T1 A D B 11ENVccP当当EN=1时，时，P点高电平，点高电平，D截止（断开），与非截止（断开），与非门正常工作：门正常工作：ABPABY当当EN=0时，时，P点低点低电平，电平，D导通导通.1V1V0.3V0T2、T4、 T5、 均截止均截止输出输出Y端处于高阻端处于高阻状态状态,记为记为Z（3）逻辑符号）逻辑符号A B&ENENY1、高电平使能、高电平使能三态门三态门ZY, 0ENABY, 1EN（1）电路组成）电路组成使能端使能端（低电平有效低电平有效）2、低电平使能、低电平使能三态门三态门 T4T5T2T1 A Y D B 1VccEN（2）逻辑符号）逻辑符号A B&ENENYZY, 1ENABY,0EN（3）原理）原理(1) 三态门广泛用于数据总线结构三态门广泛用于数据总线结构 任何时刻只能任何时刻只能有一个控制端有效，有一个控制端有效，即只有一个门处