第11章集成门电路

第11章集成门电路11.1分立元件门电路11.1.1二极管门电路1.二极管与门&ABCFDADBDCROVCC(5V)ABCF假设：二极管为理想开关；输入信号VIL=0V,VIH=3V综上所述:电路为二极管与门DADBDCROVCC(5V)ABCF分两种情况分析：1)A、B、C三端输入均为3V二极管DA、DB、DC均导通

F=3V3V3V3V3V2)A、B、C三端输入有0V信号输入时，如A、B为0V,C端输入3V二极管DA、DB导通,DC截止

F=0V0V0V3V0V2.二极管或门≥1ABCF3V3V3V0V0V0V0V0VDADBDCROVCC(-5V)ABCF假设：二极管为理想开关；输入信号VIL=0V,VIH=3V。A、B、C三端输入均为0V，二极管DA、DB、DC均导通F=0V2)

A、B、C三端输入有3V信号输入时，如A、B为3V,C端输入0V，二极管DA、DB导通,DC截止F=3V

11.2.2三极管门电路1.非门工作原理(设三极管电流放大倍数β=30)Ui=0V,则三极管基极电位VB<0V,三极管截止,UO=3V,为高电平。RCR1ViVoVcc(3V)1.5kΩR2VBB(-5V)10kΩ1kΩVB②Ui=3V，三极管饱和。因为饱和时VB=0.7V,基极电流

IB=(Vi－VB)/R1－(VB－VBB)/R2=0.96mA而三极管饱和时所需要的最小基极电流

IBS=ICS/β=(Vcc－UCE)/(RC·β)=0.09mA结论:IB>IBS所以,三极管饱和.输出为低电平.UO=0.1~0.3V11.2TTL门电路11.2.1TTL反相器一、电路组成及工作原理+VCC(5V)R1uIuo4k

AD1T1T2T4T5DR21.6k

R31k

R4130

Y输入级中间级输出级D1—保护二极管防止输入电压过低。1.电路组成2.工作原理+VCC(5V)R1uIuo4k

AT1T2T4T5DR21.6k

R31k

R4130

YT1的基极电压无法使

T2和T5

的发射结导通T4、D

导通3.6V0.3V1V5V因为:①+VCC(5V)R1uIuo4k

AT1T2T4T5DR21.6k

R31k

R4130

Y4.3V3.6V1.4V0.7V2.1V②T5饱和导通uO=UCES5=0.3V0.3V0.3uI/VuO/V0.33.63.60.3则所以(3)输入负载特性+VCC(5V)R1uo4k

AT1T2T4T5DR21.6k

R31k

R4130

YRI

TTL反相器的输入端对地接上电阻RI时，uI随RI

的变化而变化的关系曲线。在一定范围内，uI随RI的增大而升高。但当输入电压uI达到1.4V以后，uB1=2.1V，RI增大，由于uB1不变，故uI=1.4V也不变。这时VT2和VT4饱和导通，输出为低电平。+VCC(5V)R1uo4k

AT1T2T4T5DR21.6k

R31k

R4130

YRI由此引出概念：关门电阻ROF开门电阻RON输入端电压值与阻值RI相关：1）RI≤0.7kΩ:

则输入为“0”，输出为“1”——关门状态。2）RI≥2.5kΩ:

则输入为“1”，输出为“0”——开门状态。3）输入端悬空TTL电路的某输入端悬空，等效于该端接入逻辑高电平。实际上，悬空易引入干扰，故对不用的输入端一般不悬空，应作相应的处理。

关门电阻ROFF————当输入端通过电阻RI接地时，为使反相器可靠地工作在关门状态，RI所允许的最大阻值。开门电阻RON————为使反相器可靠地工作在开门状态，RI所允许的最小阻值。能够使输入看作“0”的最大阻值——关门电阻ROFF （≤0.7kΩ）能够使输入看作“1”的最小阻值——开门电阻RON （≥2.5kΩ）例1判断如图TTL电路输出为何状态？Y2=0Y0=0Y1=1Y3=0Y4=0二.电压传输特性AB段：uI<0.6V

，uB1<1.3V

，T2、T5截止，T4、D导通。截止区3.6VBC段：T2开始导通(放大区)，T5仍截止。线性区转折区1+VCC+5VuI+-uO+-AB0uO/VuI/V12341234CDE饱和区0.3VCD段：反相器的阈值电压(或门槛电压)DE段：uI>1.4V

，T2、T5饱和导通，T3、D截止。uO=UOL≤0.3V阈值电压特性曲线分析：三、输入端噪声容限uIuO1G1G21输出高电平典型值=3.6V输出低电平典型值=0.3V输入高电平典型值=3.6V输入低电平典型值=0.3VUNH

—允许叠加的负向噪声电压的最大值G2输入高电平时的噪声容限：UNL

—允许叠加的正向噪声电压的最大值G2输入低电平时的噪声容限：四、传输延迟时间50%Uom50%UimtuI0tuO0UimUomtPHL

—输出电压由高到低时的传输延迟时间。tpd—平均传输延迟时间tPLH

—输出电压由低到高时的传输延迟时间。tPHLtPLH典型值：tPHL=8ns,tPLH=12ns最大值：tPHL=15ns,tPLH=22ns(1)输出高电平UOH和输出低电平UOLUOH——非门处于截止状态（关门）时的输出电压。

UOH电压范围：2.4~3.6V，典型值：3.6V。UOL——非门处于导通状态（开门）时的输出电压。

UOL电压范围：0~0.4V，典型值：0.3V。五.主要参数(2)输入高电平UIH和输入低电平UIL

UIH——对应于逻辑1的输入电压，典型值是3.6V。最小值为“开门电平”

UIL——对应于逻辑0的输入电压，典型值是0.3V。最大值为“关门电平”(3)开门电平UON和关门电平UOFF

UON——保证非门处于开门状态（输出低电平）时，允许

输入的高电平的最小值，典型值是2V。

UOFF——保证非门处于关门状态（输出高电平）时，允许

输入的低电平的最大值典型值是0.8V。+VCC+5VR14k

AD2T1T2T3T4DR21.6k

R31k

R4130

Y输入级中间级输出级D1BT1—多发射极三极管e1e2bc等效电路：1.A、B只要有一个为00.3V1VT2、T4截止5VT3、D

导通3.6V11.3其它类型的TTL门电路1.TTL与非门2.A、B

均为1理论：实际：T2、T4导通uO=UCES4≤0.3V3.6V3.6V0.7V1V0.3V4.3V+VCC+5V4k

AD2T1T2T3T4D1.6k

1k

130

Y输入级中间级输出级D1BR1R2R3R43.6V3.6V4.3V2.1VRL+VCC0.7V0.3V整理结果：1110ABY00011011与非门AB&2.TTL或非门iB1+VCC+5VR1AD1T1T2T3T4DR2R3R4YR

1BD1

T1

T2

i

B1输入级中间级输出级1.A、B只要有一个为1T2、T4饱和T3、D

截止uO=0.3V，Y=05V2.1V1V1V1V0.3V3.6V2.A、B

均为0iB1、i

B1分别流入T1、T

1

的发射极T2、T

2均截止则T4截止T3、D

导通3.6V0.3V0.3V0.3V整理结果：1000ABY00011011或非门AB≥1其它逻辑门原理相似。3、集电极开路门—OC门(OpenCollectorGate)+VCC+5VR1AD2T1T2T5R2R3YD1B1.电路组成及符号：+V

CCRL外接YAB&+V

CCRLOC门必须外接负载电阻和电源才能正常工作。2.OC门的主要特点：可以线与连接V

CC根据电路需要进行选择+VCCAT1T2T4Y1B+VCCCT

1T

2T

4Y2D+V

CCRL+V

CCRLY1AB&G1Y2CD&G2线与YYOC门出现的原因：修正普通TTL门的缺陷。4、三态输出门–TS门1.电路组成及其工作原理②控制端高电平有效YA&BENYA&BENEN①控制端低电平有效EN：控制端（选通端、使能端）+VCC+5VR1AT1T2T3T4DR2R3R4YB1D3控制端1EN以使能端低电平有效为例：（2）工作原理PQP=1（高电平）电路处于正常工作状态：D3

截止，（Y=0或1）+VCC+5VR1AT1T2T3T4DR2R3R4YB1D3P=0(低电平)D3

导通

T2

、T4截止uQ≤1VT3、D截止输出端与上、下均断开—高阻态，记做

Y=Z使能端可能输出状态：0、1或高阻态2.应用举例：(1)用做多路开关YA11EN1ENA21G1G2使能端10禁止使能01使能禁止禁止使能A11EN1ENA21G1G201(2)用于信号双向传输10使能禁止(3)构成数据总线EN1EN1EN1…G1G2GnA1A2An数据总线

注意：

任意时刻，只允许一个三态门使能，其余为高阻态。011…101…110…11.4CMOS门电路11.4.1

MOS开关及其等效电路MOS:金属(Metal)—氧化物(Oxid)—半导体(Semiconductor)

MOS管分为N沟道MOS管（NMOS）和P沟道MOS管（PMOS），它们的工作原理基本相同。

MOS管:又称为绝缘栅型场效应晶体管S—源极SourceG—栅极Gate

D—漏极DrainP型衬底N+N+SDGBSGDNMOS结构与符号SGDPMOS结构与符号可变电阻区恒流区截止区:MOS管截止，输出高电平当UI

<UT当UI

>UT：MOS管工作在可变电阻区，输出低电平UT——开启电压MOS管为电压控制电流器件

CMOS反相器的电路结构11.4.2CMOS反相器漏极相连做输出端PMOSNMOS柵极相连做输入端CMOS：互补金属氧化物半导体（ComplementaryMetalOxideSemiconductor）TGuiuOCC逻辑符号开关电路TGuiuoCC1“1”开通TGuiuoCC1“0”关断11.4.3CMOS传输门电路CMOS电路优点(1)静态功耗低（每门只有0.01mW,TTL每门10mW)(