数字电子技术 门电路

第三章门电路3.1

导论3.2

分立元件门电路3.3TTL门电路3.4

其它类型TTL门电路3.5CMOS逻辑门3.1

导论逻辑门电路的分类：分立元件

集成逻辑门电路

双极型——MOS——1、按所采用的半导体器件进行分类采用双极型半导体器件作为元件,速度快、负载能力强，但功耗较大、集成度较低。采用金属-氧化物半导体场效应管作为元件。结构简单、制造方便、集成度高、功耗低，但速度较慢。双极型集成电路又可进一步可分为：DTL晶体管-晶体管逻辑电路TTL(TransistorTransistorLogic)；发射极耦合逻辑电路ECL(EmitterCoupledLogic)。集成注入逻辑电路I2L(IntegratedInjectionLogic)

TTL电路的“性能价格比”佳，应用广泛。MOS集成电路又可进一步分为：PMOS(P-channelMetelOxideSemiconductor)；NMOS(N-channelMetelOxideSemiconductor)；CMOS(ComplementMetalOxideSemiconductor)。CMOS电路应用较普遍，不但适合通用逻辑电路的设计，而且综合性能最好。小规模集成电路（SSI）0~9个二输入门中规模集成电路（MSI）10~99个门大规模集成电路（LSI）100~10000门以上超大规模集成电路（VLSI）超过10000个门2、按集成电路规模的大小进行分类数字集成电路两大类工艺技术的特点：

速度

功耗集成度TTL

快

大

低MOS

慢

小

高目前最常用的工艺:CMOS按封装（外形）分：双列直插、扁平封装、表面封装、针式数字电路中关于高、低电平的概念VH——

高电平

1VL——

低电平

0逻辑电平：由半导体电子元器件组成的逻辑电路,表现为“0”和“1”两个不同的状态,常用一个电压范围表示叫做逻辑0

和逻辑1,或叫做0态和1态，统称逻辑电平。逻辑电平不是物理量，而是物理量的相对表示。表示的是一定的电压范围，不是一个固定值复习二极管开关特性复习三极管开关特性一、PN（二极管）的开关特性PNPN结外电场

外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。于是，内电场对多数载流子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。内电场PN内电场IF正向导通内电散场对够多子禾扩散俯运动朽的阻己碍增招强，糟扩散季电流锄大大丈减小宝。此再时PN结区电的少旗子在特内电乘场作芒用下诸形成节的漂顾移电荒流大裂于扩茫散电心流，劫可忽时略扩肚散电结流，PN结呈喉现高帝阻性罩。PNPN结内电场IS外电场在一割定的滨温度衫条件抵下，猴由本后征激产发决告定的梁少子仔浓度酒是一曲定的驰，故披少子科形成鄙的漂坏移电衔流是哀恒定狮的，巴基本美上与奶所加担反向丙电压基的大沈小无汪关，屯这个熊电流桥也称逮为反向揪饱和谊电流IS。PN内电场反向路截止饱和截止二、NP绍N三极凭管开肚关特列性3.跑2分立捕元件格门电避路

+12VABDADBRFuAuBuF0V0V0V0V3V0V3V0V0V3V3V3VABF000010100111F=店AB

–12VABDADBRFF=勉A+扛B晶体眠管非进门电骂路(反相幼器)F=A+1荣2VRcTRAAF+5VT1R1R2T2T3T4R3R4YWk4W.6k1W130Wk1AD3.辅3导T喂TL门电依路一、快结构帜与原微理TT支L非门TT让L与非门电鞠路二、育特性ui/Vii/mA012–1IISIIHIILIIH—输入热高电山平电经流(输入泪漏电骗流40A)IIS—输入呆短路控电流(–1谁.6唇mA)IIL—输入扰低电箩平电侨流1、顺输入虽伏安剃特性F+5Vuiii12、次输入旱端负勇载特皂性1F+5估VRiuiuiRb1T1+5VRiRi较小茂时，ui<UT，ui=“双0”Ri较大妈时，ui>UT，ui=“悦1”临界岭时ui=Ri+Rb1Ri(5–Ube)=1.4Ron—开门免电阻蓄，Ri>Ron(2场.5盼K)，ui为高似电平时。Rof蹦f—关门印电阻规，Ri<Rof昌f(0详.8鸦K)，ui为低衰电平兼。TT醉L门电毛路输胀入端牙悬空煌时为镜“1”。i3、输恰出特吹性拉电蜓流负柜载(输出年高电摊平有萝效)IOHIOH—输出俯高电姿平电准流(拉电阁流40舟0A)灌电射流负际载(输出近低电划平有垃效)IOLIOL—输出滩低电叼平电迷流(灌电秩流16跪mA)“0”“1”FR1“0”“1”F+5VR14、电伙压传龟输特冰性Vi1FAVo+5VRuo/V1234ui/V012UOHUOLUOHminUffUon—开门兰电平(输出皂低电枯平的猪最大畜值≤0.现4V宿)U0LmaxUonUff—关门抄电平(输出高电出平的任最小秆值≥2.读4V)uiuoUOHUOL理想持化UTUT—阈值回电压(门槛朋电平)UT=1晕.4剩V三、抛门电剩路级勾联：前一宰个器习件的纹输出廉就是辰后一泡个器爷件的拿输入抱，后单一个奥是前己一个种的负笼载，艘两者祸要相骂互影堡响。“0”“1”“0”IILIOLT4T5+5VT1+5VRb1IILIOLT4T5+5V“1”T1+5VRb1IOHIIH11“1”“0”IOHIIH11负载驳能力钞的计锯算“1”IOHIIHIIHIIHIIHIOH=NIIHN=称IOH/IIH=4侍00腔/4阶0=址10“0”IOLIILIILIILIILIOL=NIILN=般IOL/IIL=1僵6/柜1.弯6=关10N象—扇出宇系数1&&&&&1&&&直流量参数低电衫平输轧入电燃流IIL≤1.支6餐mA高电勒平输宽入电砌流IIH≤40A低电帽平输捐出电芽流IOL≤16嫂m圈A高电悠平输秋出电揉流IOH≤40踢0勇uA低电域平输资出电泊压VOL≤0.摄4V(1泉0个负潮载)高电恶平输断出电尘压VOH≥2.晃4V(1像0个负保载)传输慕延迟垦时间AFAF理想焰波形实际淋波形tPd陶150%50%tPd2tpd升1—前沿识传输会延迟义时间tpd悲2—后沿脉传输眨延迟望时间平均死传输梁延迟殖时间tpd=tpd1+tpd22FA1四、扒集电扮极开随路（OC）与何非门为什盼么需择要OC门？普通帐与非胃门输泊出不位能直母接连临在一历起实话现“线与”！F=思F1•F2T4T5+5VF1T4T5+5VF2F?FF“1”“0”IT5饱和嘱程度错降低辣，输损出低季电平市抬高,输出教“不子高不用低”绑。T5电流幼过大兽被烧称毁。F11F21OC门电屯路+5VABCT1R1R2T2R3T5F+VCCRCOC门必须外接电阻RC和电源VCC才能正常工作逻辑宏符号风：&ABFABFOC门可毁以实型现“刻线与芦”F=它F1•F2VCCRCF&ABF1&CDF2RC的计射算方姻法OC门输淘出全艰为“1”时：UOHIOHIOH—T5集电问极漏饥电流IIHIRCUOH=VCC–IRCRC=VCC–(nIOH+mIIH)RCRC园UOH当UOH=UOH已mi涨n时：RCmax=VCC–UOHminnIOH+mIIHVCCRCn个m个&&&&&&RC的计滨算方浴法OC门输箱出中识有一股个为援“0”时：UOL“0”“1”“1”IOLIILIRCUOL=VCC-(IOL-mIIL)RCRC锁IOL加UOL当UOL=UOL烦ma团x时：RCmin=VCC–UOLmaxIOL-mIILVCCRCn个m个&&&&&&五、债输出宋三态换门主机1外设23总线+5VABT1R1R2T2T3T4T5R3R5R4FDG1、工瓦作原榜理G=0：F=ABG=1：T2、T5截止D导通,T3、T4截止输出直呈现涌高阻位状态衬。2、三鞋态门角符号ABENAF&ENENBEN=0：F=ABEN=1：F=ZZ为高阻AF&ENENBBENAFEN=1：F=ABEN=0：F=ZZ为高阻ABENBENAF3、三度态门凯应用多路侵开关ENA11ENA2F1EN1G1G2三态扎门应日用双向矮总线敞驱动依器，蚁又称闸收发垄器DIDODBE双向总线11ENEN六、TT垦L系列系列延迟功耗乘积(微微焦耳)传输延迟/ns功耗/mW中速TTL(74)1001010高速TTL(74H)132622肖特基(甚高速)TTL(74S)57319低功耗肖特基TTL(74LS)199.52*肖特谈基二屯极管——利用牵特殊文原理花制成漂的二奸极管她。又街称为蔑金属-半导集体二兵极管这种拣二极满管比pn结二舰极管遭有更毒高的蓝使用危频率自和开井关速斧度，艳噪声辣低，绝但工曲作电旬流较润小，季反向芦耐压卵较低宏。*命名凳方式SN截7松4叛AL助S待00表明千生产蛙者为泪德州皇仪器印公司54：军议用（-5卸5℃～12昨5℃）74：商疼用（0℃～70殃℃）子系婶列逻辑搬功能裙：00：与抵非门32：与瓦门02：或丧门04：非跌门等*封装仿形式♦双列躬直插录封装（DI抽P）♦扁平慈封装（QF此P）♦阵列筛封装·针式钱阵列（PG集A）·球栅午阵列（BG忽A）实际掀的与失非门棋器件74疯LS柄002输入4与非载门74像LS帽308输入闻与非浪门17148&&&&17148&2-5CM柳OS逻辑撒门电剪路1．CM宣OS非门VOVIVDDTPTN设VDD＞（VTN+|VTP|），且VTN=|VTP|（1）当Vi=0V时，TN截止钱，TP导通掀。输龄出VO≈VDD。（2）当Vi=VDD时，TN导通傻，TP截止奋，输敞出VO≈0V。增强骨型场惧效应谊管2.钞CM咸OS与非昂门和摧或非亮门电咸路与非阿门或非潜门FVDDTP2TP1TN1TN2ABTN1TN2TP1TP2VDDFAB带缓本冲极析的CM拢OS门与非门带缓央冲极集的CM隐OS门解决售方法控制薪端：C=丈0截止谜高阻拢态（某断开许）C=候1导通肿低阻克态输入兽端与江输出状端对括称，肆双向慕器件模拟遍开关输：导暂通时蚂可传煎输模园拟信养号3.蜻C家MO默S传输漠门CM受OS逻辑假门电成路的尤系列（1）基丢本的CM虏OS使——蛙4霉00镇0系列泽。（2）高季速的CM草OS忆——舍HC系列答。（3）与TT欢L兼容玻的高贴速CM爱OS丽——除HC删T系列哄。CM照OS逻辑驾门电扭路主非要参笼数的仓特点（1）VOH（mi毕n）=VDD；VOL（ma到x）=0。所以CM通OS门电绳路的甘逻辑灾摆幅馆（即张高低荡电平勤之差宽）较浸大。CM申OS门电品路功出耗低掌，扇摔出数扬大，注噪声呀容限房诚大，拜开关好速度肾与TT董L接近带，易荷大规显模集子成，跌已成灶为数岗字集怒成电缩慧路的旅发展烫方向锹。（2）阈晋值电拿压Vth约为VDD/2。ViH（mi爹n）=VDD/锣2（3）其耗高、倦低电射平噪来声容榴限约VDD/舒2。（4）CM鸦OS电路鸣的功掉耗很昌小，暖一般撒小于1章mW困/门；（5）因CM名OS电路渡有极撤高的度输入泼阻抗扒，故泽其扇临出系阻数很大杆，达50

速度

功耗噪声容限扇出系数集成度TTL

快

大

小

小

低CMOS

慢

小

大

大

高*集成喇逻辑级门使奸用中阳的实叔际问玩题一、币多余券输入短端的箩处理(1尘)翼TT扎L门TT羽L门的扫输入哥端悬贯空，源相当泳于输棚入高键电平但是托，为避防止勇引入带干扰遍，通勇常不搞允许竟其输幅入端桐悬空洁。对于与门和与非杨门的多疗余输阵入端闲，可敬以使每其输鸣入高烘电平奖。具拥体措脂施是疯将其半通过锡上拉前电阻R(1致KΩ～3KΩ）接+VCC在前般级门陡的扇粗出系目数有适富余蔽的情净况下巡寿，也头可以锤和有瓦用输受入端桥并联伯连接输。对于或门及或非拾门的多刚余输肚入端谜，可吸以使享其输插入低贴电平巾。具体海措施恢是通浪过小熊于50屡0Ω的电累阻接起地或极直接均接地究。在前斧级门够的扇糕出系忙数有飘富余沟时，胃也可束以和击有用塔输入卸端并陈联连灯接。(2