高二物理竞赛课件集成逻辑门

集成逻辑门

集成逻辑门数字集成电路的分类

MOS集成逻辑门集成门电路使用中的实际问题数字集成电路的分类

数字集成电路按其内部有源器件的不同可以分为两大类。一类为双极型晶体管集成电路，它主要有晶体管—晶体管逻辑(TTL-TransistorTransistorLogic)、射极耦合逻辑(ECL-EmitterCoupledLogic)和集成注入逻辑(I2L-IntegratedInjectionLogic)等几种类型。另一类为MOS(MetalOxideSemiconductor)集成电路，其有源器件采用金属—氧化物—半导体场效应管，它又可分为NMOS、PMOS和CMOS等几种类型。

目前数字系统中普遍使用TTL和CMOS集成电路。TTL集成电路工作速度高、驱动能力强，但功耗大、集成度低；MOS集成电路集成度高、功耗低。超大规模集成电路基本上都是MOS集成电路，其缺点是工作速度略低。目前已生产了BiCMOS器件，它由双极型晶体管电路和MOS型集成电路构成，能够充分发挥两种电路的优势，缺点是制造工艺复杂。

小规模集成电路(SSI-SmallScaleIntegration)，每片组件内包含10~100个元件(或10~20个等效门)。中规模集成电路(MSI-MediumScaleIntegration)，每片组件内含100~1000个元件(或20~100个等效门)。大规模集成电路(LSI-LargeScaleIntegration)，每片组件内含1000~100000个元件(或100~1000个等效门)。超大规模集成电路(VLSI-VeryLargeScaleIntegration)，每片组件内含100000个元件(或1000个以上等效门)。

目前常用的逻辑门和触发器属于SSI，常用的译码器、数据选择器、加法器、计数器、移位寄存器等组件属于MSI。常见的LSI、VLSI有只读存储器、随机存取存储器、微处理器、单片微处理机、位片式微处理器、高速乘法累加器、通用和专用数字信号处理器等。此外还有专用集成电路ASIC，它分标准单元、门阵列和可编程逻辑器件PLD。PLD是近十几年来迅速发展的新型数字器件，目前应用十分广泛，3.2TTL集成逻辑门3.2.1TTL与非门的工作原理图3-1典型TTL与非门电路①输入级。由多发射极管V1和电阻R1组成，其作用是对输入变量A、B、C实现逻辑与，所以它相当一个与门。多射极管V1的结构如图3-2(a)所示，其等效电路如图3-2(b)所示。设二极管V1~V4

的正向管压降为0.7V，当输入信号A、B、C中有一个或一个以上为低电平(0.3V)时，UP1=1V，Uc；当A、B、C全部为高电平(3.6V)时，UP1，Uc。可见，仅当所有输入都为高时，输出才为高，只要有一个输入为低，输出便是低，所以起到了与门的作用。图3-2多射极晶体管的结构及其等效电路②中间级。由V2、R2、R3组成，在V2的集电极与发射极分别可以得到两个相位相反的电压，以满足输出级的需要。③输出级。由V3、V4、V5和R4、R5组成，这种电路形式称推拉式电路，它不仅输出阻抗低，带负载能力强，而且可以提高工作速度。1.输入全部为高电位(3.6V)

当输入端全部为高电位时，由于V1的基极电压Ub1最多不能超过2.1V(Ub1=Ubc1+Ube2+Ube5)，所以V1所有的发射结反偏；这时V1的集电结正偏，V1管的基极电流Ib1流向集电极并注入V2的基极，

此时的V1是处于倒置(反向)运用状态(把实际的集电极用作发射极，而实际的发射极用作集电极)，其电流放大系数β反很小(β反＜0.05)，因此Ib2=Ic1=(1+β反)Ib1≈Ib1，由于Ib1较大足以使V2管饱和，且V2管发射极向V5管提供基流，使V5也饱和，这时V2的集电极压降为这个电压加至