杭州电子科技大学数电第三章门电路

《脉冲与数字电路》

第三章门电路（张珣）杭州电子科技大学电子信息学院20061、二极管开关特性：特性正向导通反向截止反向击穿vth硅管:0.7-0.8v锗管：0.3vis

si1μa

ge10μavbr2、理想二极管开关特性应用1〉串联二极管限幅器思考1:若vi=7sin(wt)v,则vo=?思考2:若d反接,则vo=?2〉并联二极管限幅器3〉二极管钳位电路3、非理想二极管开关特性导通转向截止，由于结电容影响存在反向恢复时间toff3、非理想二极管开关特性（续）1〉改进电路2〉肖特基二极管特点：开关速度快正向域值小，0.3v4、三极管开关特性(工作状态)截止：ib=0，ic=0,uce=vcc;放大：ibs>ib>0,

ic=βib；uce=vcc-icrc饱和:ib>ibs，ic

=vcc/rc,

uce=04、三极管开关特性（分布电容）5、三极管开关参数接通时间ton断开时间toff5、场效应管开关5、场效应管开关（总结）6、二极管门电路门电路结构（rtl,dtl,ttl）1、电阻-晶体管逻辑门(rtl)电路符号特点：采用无源上拉电阻式输出电路，输出高低电平时内阻不同，高电平负载能力差。驱动同类门数目少；传输延迟大，已淘汰。2、二极管-晶体管逻辑门(dtl)电路符号特点：输出高电平时，驱动的同类门输入二极管截止，不影响负载能力。传输延迟也较大，已淘汰。3、晶体管-晶体管逻辑门(ttl)特点：可以提供较大的输出拉电流和灌电流。传输延迟大，功耗大。1>标准ttl门低电平<0.8v高电平〉2v2〉改进型ttl逻辑门特点：延时小<6ns，功耗大。a>低功耗l-ttl:（去掉d1d2,增大电阻阻值）特点：功耗低，传输延迟变长。b>快速型h-ttl:(降低电阻提高速度，采用达林顿输出，降低输出内阻，提高负载能力)2〉改进型ttl逻辑门(续1)c>肖特基(sbd)型门电路（s-ttl）

sbd正向压降低（0.3v）,无存储效应，与ttl兼容，具有抗饱和特性，开关速度快。2〉改进型ttl逻辑门(续2)d>低功耗型肖特基门电路（ls-ttl）开关速度较快，功耗低。2〉改进型ttl逻辑门(续3)e>高速型肖特基门电路（as-ttl,als-ttl,f-ttl）开关速度最快，功耗最低。4、ttl逻辑门外部特性和参数1>域值电平：1.0v(ls),1.3v(s),1.5v(f),1.4v（标准）2>关门电平：voff=vilmax=0.8v3>开门电平:von=vihmin=2.0v4>高电平噪声容限：vnh=vohmin-

vihmin5>低电平噪声容限:vnl=vilmax–

volmax6>输入输出特性和参数(p88)

vilmax,vihmin,volmax,vohminiilmax,iihmax,iolmax,iohmax4、ttl逻辑门外部特性和参数(续1)7>扇出系数：（反映负载能力强弱）定义：门电路驱动同类门的数目。nol=iolmax/iilmaxnoh=iohmax/iihmax取最小的作为标称扇出系数no.ttl:no=10ls:no=20f:no=334、ttl逻辑门外部特性和参数（续2）8>其他：工作温度：军品（54系列）–55~+125摄氏度民品（74系列）0~+70摄氏度工作电压：推荐值5v

极限值+-0.5功耗：ph=icchvcc pl=icclvcc平均功耗p=(pl+ph)/25、晶体管-晶体管逻辑门(ttl)结论：1.ttl电路的输入不能为负；

2.ttl门电路的输入端在输入低电平时电流高于输入为高电平的电流。标准ttl门:低电平<0.8v,高电平〉2v6、ttl逻辑门外部特性和参数1>域值电平：1.0v(ls),1.4v（标准）2>关门电平：voff=vilmax=0.8v3>开门电平:von=vihmin=2.0v转移特性曲线6、ttl逻辑门外部特性和参数（续1）4>高电平噪声容限：vnh=vohmin-

vihmin5>低电平噪声容限:vnl=vilmax–

volmax6>输入输出特性和参数

vilmax,vihmin,volmax,vohminiilmax,iihmax,iolmax,iohmax

抗干扰性能6、ttl逻辑门外部特性和参数（续2）输入端接电阻到地时，其当电阻大于700欧姆时，其输入端相当于高电平；输入端可以悬空，悬空时相当于高电平。输入负载特性曲线6、ttl逻辑门外部特性和参数（续3）输出负载特性曲线6、ttl逻辑门外部特性和参数（续4）扇出系数：（反映负载能力强弱）定义：门电路驱动同类门的数目。nol=iolmax/iilmaxnoh=iohmax/iihmax1、标准输出高电平vsh=2.4v，典型值voh=3.2v2、标准输出低电平vsl=0.4v，典型值vil=0.3v3、输入短路电流iis≤1.6ma

4、高电平输入电流iih：一般iih<50μa5、扇出系数：即带负载个数，典型值n0≥86、ttl逻辑门外部特性和参数（续5）工作温度：军品（54系列）–55~+125℃ 民品（74系列）0~+70℃工作电压：推荐值5v极限值5+/-0.5v功耗：ph=icchvcc pl=icclvcc平均功耗p=(pl+ph)/2集电级开路门（oc门）它与普通ttl门的差别在于用外接电阻r代替由复合管组成的有源负载。当n个oc门输出端相连时，一般可共用一个电阻r,实现与的逻辑(线与)。集电级开路门（oc门）应用线与其他应用f=abc+de三态输出门（3s门）它的输出除了具有一般与非门的两种状态，即输出电阻较小的高、低电平外，还具有高输出阻抗的第三状态，称为高阻态。其中e为使能端，a、b为数据输入端。当e=1时，l=a·b，当e=0时，l为高阻态。三态输出门（3s门）example：三态总线驱动器施密特输入结构将缓慢变化的波形转换为标准数字电平。回差特性用于消抖动和去干扰。发射极耦合逻辑门（ecl）特点：非饱和逻辑电路，开关速度快；cml,射极输出，抗干扰，长线传输；功耗大oe门线或集成注入逻辑（iil,i2l）优点：集成度高、功耗低、工艺简单、适合制作大规模集成的逻辑阵列；缺点：开关速度慢，抗干扰性能差，不适合制作功能部件。金属-氧化物-半导体逻辑（mosl）cmos非门电路:v1为n沟道增强型mos管，v2为p沟道增强型mos管—cmos(complementarymos互补型mos)1、互补mos反相器（cmos）阈值电压为1/2电源电压，故cmos具有较好的电源电压适应性能。4000系列cmos电路的电源电压范围为3～18v，ac、hc系列为2-6v.cmos门的特点

*电路相当简单，每一时刻仅一个管子导通，故其耗电相当节省，静态功耗可忽略；*阈值为1/2电源处，vnh、vnl〉0.3vdd,故具有较高的抗干扰性能;*电压型驱动，输入电流可忽略，扇出能力强，no>50;*动态功耗与频率有关，频率越高功耗越大；*开关速度比ttl较慢。cmos与非门、或非门工作过程为：

◆当输入a、b皆为低电平时，v2、v4管子导通，而v1、v3管子处于截止状态，故输出为高电平；

◆当输入a为高电平b为低电平时，v3导通、v4截止，而v1处于截止、v2处于导通，故输出为高电平；

◆当输入a为低电平b为高电平时，v3截止、v4导通，而v1处于导通、v2处于截止，故输出为高电平；

◆当输入a、b皆为高电平时，v1、v3管子处于截止状态，而v2、v4处于导通，故输出为低电平。cmos传输门左图（a）工作过程如下：

▲设控制信号c和/c分别为高电平和低电平时，输入电压较小时下面管子导通；输入信号较大时上面管子导通，由于mos管的源极和漏极是完全对称的，故两边既然可以当输入又可以当输出，此时其相当于一个合上的开关；

▲设控制信号c和/c分别为低电平和高电平时，输入电压在0～vdd范围内其两个管子全部截止，故输入与输出之间相当于开中。

左图（b）为cmos传输门的逻辑符号。cmos模拟开关电路将这两个控制端用一个非门连接起来，如右图(a)所示，现在的电路就变成了模拟开关了。这样其仅一个控制端，使用相当方便，其逻辑符号如右图（b）所示。

模拟开关电路不仅可以通过数字信号，而且可以控制模拟信号的通和断，广泛使用于模拟信号的接近领域。如电台、电视台的音视频信号的切换。cmosod门及三态反相器门电路使用注意事项电源要求

电源电压有两个电压：额定电源电压和极限电源电压；额定电源电压指正常工作时电源电压的允许大小：ttl电路为5v±5%(54系列5v±10%)，cmos电路为3～15v(4000b系列3～18v)；

极限工作电源电压指超过该电源电压器件将永久损坏。ttl电路为7v;4000系列cmos电路为18v。输入电压要求

输入高电平电压应大于vihmin而小于电源电压；输入低电平电压应大于0v而小于vilmax。输入电压小于0v或大于电源电压将有可能损坏集成电路。输出负载要求

除oc门和三态门外普通门电路输出不能并接，否则可能烧坏器件；

门电路的输出带同类门的个数不得超过扇出系数，否则可能造