数字逻辑与数字系统（第7版）课件 第2章 逻辑门电路

2026/6/161第2章逻辑门电路基本概念CMOS逻辑门电路TTL逻辑门电路ECL电路Bi-CMOS电路数字集成电路使用中应注意的问题2026/6/162第2章逻辑门电路在数字电路中，“门”是指能实现基本逻辑关系的电路。将门电路的所有元器件及连接导线制作在同一块半导体基片上构成集成逻辑门电路。2026/6/1632.1概述集成电路按照单位芯片面积集成门电路个数分为：小规模集成电路(SmallScaleIntegratedCircuit,SSI)：十几个门电路中规模集成电路(MediumScaleIntegratedCircuit,MSI)：上百个门电路大规模集成电路(LargeScaleIntegratedCircuit,LSI)：几百个至几千个门电路超大规模集成电路(VeryLargeScaleIntegratedCircuit,VLSI)：一万个以上门电路2026/6/1642.1概述按照制造门电路晶体管的不同，逻辑门电路分为:MOS型(单极型)双极型混合型。双极型集成电路的速度高而集成度低，单极型集成电路的集成度高而速度低。2026/6/1652.1概述单极型集成电路中的基本开关元件是MOS(MetalOxideSemiconductor金属氧化物半导体)晶体管。单极型集成电路包括:PMOSNMOSCMOSCMOS门电路是由NMOS管和PMOS管组成的互补MOS集成电路CMOS电路的集成度、成本、功耗和抗干扰能力远优于TTL，是目前使用最广泛、占主导地位的集成电路。2026/6/1662.1概述双极型集成电路中的基本开关元件是晶体三极管。双极型集成电路包括:TTL(TransistorTransistorLogic)circuit晶体管-晶体管逻辑电路（常用）ECL(EmitterCoupledLogic)circuit发射极耦合逻辑电路ECL电路主要用于高速或超高速数字系统或设备中。2026/6/1672.1概述混合型集成逻辑门有Bi-CMOS。Bi-CMOS技术将BJT的高速性和高驱动能力以及CMOS的高密度、低功耗和低成本等优点结合起来。可用于射频电路及模数混合电路中。2026/6/1682.2CMOS逻辑门电路2.2.1MOS管的开关模型以NMOS管为例当用增强型NMOS做工作管时，如输入电压vI为高电平（大于开启电压VT）则NMOS管导通，开关闭合，若满足RD>>RON，输出电压vO为低电平vI≥VTNMOS管的开关特性输入电压vI为低电平时则NMOS管截止，开关断开，若满足RD<<ROFF，输出电压vO为高电平。vI<VT2026/6/16102.2.2CMOS反相器CMOS反相器的电路结构CMOS反相器是构成CMOS集成电路的基本单元2026/6/1611工作原理电源电压条件：CMOS反相器要求电源电压大于两个管子开启电压的绝对值之和，即VDD＞VTN+|VTP|2026/6/1612工作原理vI输入低电平时：NMOS管vI=VIL<VTN时，T1管截止。PMOS负载管:VG2较低，使|VGS|>|VTP|，因此T2充分导通。2026/6/1613工作原理电源电压差不多全部降落在工作管T1的漏源之间，使反相器输出高电平VOH≈VDD。2026/6/1614工作原理当vI=VIH>VTN时，T1管导通。对于PMOS负载管：

VG2较高，使|VGS|<|VTP|，因此T2管截止。2026/6/1615工作原理电源电压几乎全部降落在负载管T2上，使反相器输出低电平且很低，VOL≈0V。2026/6/16162.2.3CMOS反相器的传输特性和抗干扰能力⒈CMOS反相器的传输特性曲线CMOS反相器的传输特性曲线分为电压传输特性曲线和电流传输特性曲线。电压传输特性曲线是描述输出电压vO与输入电压vI之间对应关系的曲线。电流传输特性是指漏极电流iD随输入电压vI变化关系的曲线。2026/6/1617电压和电流传输特性曲线传输特性分为5个区段2026/6/1618电压和电流传输特性曲线AB段：输入电压0<vI<VTN，NMOS管截止，PMOS管导通且工作在低电阻的可变电阻区，此时输出电压vo不随输入电压vI变化。vo=VOH≈VDD，iD≈02026/6/1619电压和电流传输特性曲线BC段：输入电压VTN<vI<vo-∣VTP∣，NMOS管饱和导通，PMOS管工作在可变电阻区，输出电阻小，相当于增益较小的放大器。输出电压vo

随输入电压vI的增大而降低。2026/6/1620电压和电流传输特性曲线CD段：：vo-∣VTP∣

≤vI≤vo+VTN，两管的漏区进入夹断状态，同时饱和导通，此时增益很大。随着vI增大，vo急剧下降，传输特性斜率接近垂直。若VTN和VTP

的参数完全对称，则vI=1/2VDD时两管的导通内阻相等，vo=1/2VDD，即工作在CD段转折区的中点。CD段的中点对应的输入电压叫阈值电压，则CMOS反相器的阈值电压值为1/2VDD。2026/6/1621电压和电流传输特性曲线DE段：vo+VTN≤vI≤VDD-∣VTP∣，NMOS管退出饱和导通，进入可变电阻区，而PMOS管仍维持在饱和导通区。NMOS管作为PMOS管的负载管，输出电阻小，所以增益减小，输出电压vo

随输入电压vI的变化缓慢。2026/6/1622电压和电流传输特性曲线EF段：VDD-∣VTP∣

≤vI≤VDD，PMOS管截止，NMOS管维持在可变电阻区，从而导致vo≈0V，iD≈0。2026/6/1623电压和电流传输特性曲线AB段和EF段：无论输出高电平还是输出低电平，其工作管和负载管中必有一个截止而另一个导通，因此电源向反相器提供仅为纳安级的漏电流。CMOS反相器的静态功耗非常小。2026/6/1624电压和电流传输特性曲线B~E段：即VTN≤vI≤VDD-∣VTP∣时，两管处于同时导通的过渡区域，电源与地之间电阻变小，电流出现急剧变化，产生了一个较大的电流尖峰。使用时应避免长时间工作在此区域，防止功耗过大而损坏器件。2026/6/16252.逻辑电平和抗干扰能力逻辑电平：不同系列的集成电路，输入、输出电平所对应的电压范围也不同。因此，各种集成门电路都规定了输入低电平的上限值VILmax、输入高电平的下限值VIHmin，输出低电平的上限值VOLmax、输出高电平的下限值VOHmin。中间过渡状态的电压范围对于逻辑状态而言具有不确定性。2026/6/16262.逻辑电平和抗干扰能力逻辑电平：在HC系列中，通常有VOH(min)=VDD-0.1VVIH(min)=0.7VDDVIL(max)=0.3VDDVOL(max)=“地”+0.1V2026/6/16272.逻辑电平和抗干扰能力抗干扰能力：通常把不会破坏门电路输出逻辑状态所允许的最大干扰电压值叫做噪声容限。噪声容限大，说明抗干扰能力强。输入为低电平的抗干扰能力VNL为VNL=VIL(max)-VOL(max)输入为高电平的抗干扰能力VNH为VNH=VOH(min)-VIH(min)2026/6/16282.2.4CMOS反相器的输入特性和输出特性1.输入特性输入特性是描述输入电流与输入电压之间关系的曲线。CMOS集成电路采用了输入保护措施。因为MOS管的栅极氧化层厚度非常薄，约为0.1μm，而输入电阻高达1012Ω，输入电容为几皮法。电路在使用时容易因接触静电源而使栅极击穿，所以必须采取保护措施。输入保护电路如图(a)所示，输入特性曲线如图(b)所示。2026/6/16292.2.4CMOS反相器的输入特性和输出特性2.输出特性输出电压与负载电流之间的关系曲线，称为输出特性。输出电压有高电平和低电平两种状态，所以就有两种输出特性。（1）输出为低电平时的输出特性输出等效电路如图(a)所示。负载电流为灌电流。其输出特性就是VGS为某一值时的共源接法的输出特性曲线，如图(b)所示。2026/6/16302.2.4CMOS反相器的输入特性和输出特性（1）输出为低电平时的输出特性VTN管工作在可变电阻区，其导通内阻很小，故输出为低电平VOL。当负载电流iL增加到某值IOLmax后，VTN管将退出可变电阻区进入饱和区。输出电压vo迅速上升，当vo大于VOLmax时破坏了输出为低电平的逻辑关系，因而对灌电流要有限制2026/6/16312.2.4CMOS反相器的输入特性和输出特性（2）输出为高电平时的输出特性输出等效电路如图(a)所示，负载电流为拉电流。输出特性如图(b)所示。2026/6/16322.2.4CMOS反相器的输入特性和输出特性（2）输出为高电平时的输出特性输出电压vo随着负载电流iL的增加而减小：vo=VDD-RPiL，RP为PMOS管导通内阻。当iL>IOHmax时，输出电压vo迅速减小，当vo<VOHmin时破坏了输出为高电平的逻辑关系，因而对拉电流值也要有限制。2026/6/16332.2.5CMOS反相器的动态特性1.传输延时时间tPHL、tPLH由于CMOS反相器中MOS管存在一定的开关时间等原因，使得其输出不能立即响应输入信号的变化，而有一定的延迟。输出电压vo由高电平变为低电平时的传输延迟时间称为导通传输延迟时间tPHL；输出电压vo由低电平变为高电平时的传输延迟时间称为截止传输延迟时间tPLH2026/6/16342.2.5CMOS反相器的动态特性2.动态功耗动态功耗是指CMOS反相器从一种稳定状态转换到另一种稳定状态时消耗的功率。动态功耗由两部分组成，一部分是对负载电容充、放电所消耗的功率PC，另一部分是因管VTN和管VTP在短时间内同时导通所产生的瞬时导通功耗PT。2026/6/16352.2.5CMOS反相器的动态特性

(1)计算负载电容充、放电所消耗的功率PC。2026/6/16362.2.5CMOS反相器的动态特性

(2)计算瞬时导通功耗PTCPD为电路功耗电容。总的动态功耗PD为2026/6/16372.2.6CMOS与非门图所示电路为两个输入端的CMOS与非门。工作原理：当输入A、B都为高电平时:T1、T2管都导通，T3、T4都截止，因此输出为低电平；工作管负载管2026/6/16382.2.6CMOS与非门工作原理：当A、B中有一个为低电平时:T1、T2管必有一个导通，T3、T4必有一个截止，输出为高电平。电路的输入和输出之间是与非逻辑关系。2026/6/16392.2.7CMOS或非门

图所示电路为两个输入端的CMOS或非门。当输入A、B至少有一个高电平时:并联的NMOS管T1和T2中至少有一个导通串联的PMOS管T3、T4至少有一个截止，因此输出为低电平；VDDT2(N)F-

CMOS或非门T1(N)T4(P)BAT3(P)2026/6/16402.2.7CMOS或非门当输入A、B都为低电平时:并联NMOS管T1和T2都截止串联PMOS管T3和T4都导通，电路输出为高电平。电路的输入和输出之间是或非逻辑关系。VDDT2(N)F-

CMOS或非门T1(N)T4(P)BAT3(P)2026/6/1641带缓冲器的CMOS门电路实际生产的CMOS电路中均采用带缓冲级的结构，就是在门电路的输入端、输出端加入了反相器作为缓冲器。2026/6/1642带缓冲器的CMOS门电路实际生产的CMOS电路中均采用带缓冲级的结构，就是在门电路的输入端、输出端加入了反相器作为缓冲器。2026/6/16432.3其他类型的CMOS门电路及参数图所示为三态输出门电路。A是输入端，EN是控制端，F是输出端。2.3.1三态门2026/6/16442.3.1三态门1.三态门工作原理当控制端为高电平时，NMOS管VT1和PMOS管VT4均截止，电路输出端F呈现高阻态；当控制端为低电平时，VT1和VT4管同时导通，VT2和VT3管构成的CMOS反相器正常工作。CMOS三态门2.3.1三态门2.三态门的用途：①在总线传输中的应用②实现数据双向传输2026/6/16462.3.2CMOS传输门CMOS传输门(也称模拟开关)是逻辑电路的一种基本单元电路，其功能是一种传输信号可控开关电路。2.3.2CMOS传输门CMOS传输门是逻辑电路的一种基本单元电路，其功能是一种传输信号可控开关电路。CMOS传输门电路如图2-21所示。传输门的输入端和输出端也可以互换。传输门的导通电阻约几百欧姆---开关接通；其截止电阻可大于109欧姆---开关断开。接近于理想开关。工作条件:

设TN和TP的|VT|=3V，vI：0V～10V。2.3.2CMOS传输门CMOS传输门是逻辑电路的一种基本单元电路，其功能是一种传输信号可控开关电路。CMOS传输门电路如图2-21所示。(C=10V，C

=0V或C=0V，C

=10V)。2.3.2CMOS传输门工作原理：若C=0V，C

=10V时，VTN和VTP同时截止，故传输门截止，则输入和输出之间呈现高阻态（109Ω以上），相当于开关断开；2.3.2CMOS传输门若C=10V，C

=0V且vI在0～7V之间变化时，VTN管导通；工作原理：而vI在3～10V之间变化时，VTP管导通；故vI在3～7V之间变化时，VTN、VTP管均导通。输入和输出之间呈现低阻状态（1Ω-2kΩ），相当于开关接通。2.3.2CMOS传输门结论：CMOS传输门的导通和截止取决于控制端所加的电平。C=1，C

=0时，传输门导通；C=0，C

=1时，传输门截止。2.3.3漏极开路门（OD门）线与：把几个逻辑门的输出端直接连在一起实现逻辑与。CMOS与非门直接线与出现的问题：有可能破坏逻辑关系，而且还会把门中的导通管烧坏。2.3.3漏极开路门（OD门）1.OD门的结构及其工作原理

电路结构：把CMOS与非门电路的输出缓冲器改为漏极开路输出，称为漏极开路（OpenDrain）门电路，简称OD门。使用时必须在VTN漏极外加合适负载电阻RL和正电源VDD。RL称为上拉电阻。2.3.3漏极开路门(OD门)2.漏极负载电阻RL的选择当OD门线与输出为高电平时若m个OD与非门的输出都为高电平直接并联，则线与结果为高电平，如图所示。为保证并联输出高电平不低于规定的VOHmin值，则要求RL取值不能太大，才能保证VDD-IRLRL≥VOHmin。IRL=mIOH+nIIHVDD-(mIOH+nIIH)RL≥VOHmin

RL最大值RLmax为：VDD-IRLRL≥VOHmin2.3.3漏极开路门(OD门)当OD门线与输出为低电平时，从最不利情况考虑，设只有一个OD门处于导通状态，而其它的OD门均截止，如图所示。RL不能太小，应保证线与输出低电平仍能低于规定的VOLmax值，即VDD-IRLRL≤VOLmax。VDD-IRLRL≤VOLmaxVDD-(IOL-nIIL)RL≤VOLmaxRL最小值RLmin为：RLmin＜RL＜RLmax

2.3.3漏极开路门(OD门)【例2-1】图中,74HC03中的3个漏极开路与非门G1、G2、G3构成线与连接，驱动74HC04中的反相器G4、74HC00中的与非门G5和74HC02中的或非门G6。已知VDD=5V时，驱动门输出高电平VOH≥4.4V时，输出电流IOH≤5μA，输出低电平VOL≤0.33V时，输出电流IOL≤5mA；负载门的输入电流IIL=IIH≤1.0μA。试计算上拉电阻RL的选择范围。2.3.3漏极开路门(OD门)解：当线与的OD门输出低电平时VOLmax=0.33V，IOL≤5mA，IIL≤1.0μA当OD门输出高电平时VOHmin=4.4V，IOH≤5μA，IIH≤1.0μA则电阻RL的选择范围为：0.93kΩ≤RL≤30kΩ2.3.3漏极开路门(OD门)3.OC门的应用：①实现与或非逻辑(线与)②实现电平转移③用作驱动器

2026/6/16592.3.4低电压CMOS门电路随着IC工业的发展，MOS管的栅极与源极、栅极与漏极之间的绝缘氧化层变得更薄，不能隔离高达5V的电压差；同时要减小动态功耗使得CMOS门向低电源电压方向发展。因此，选择3.3V±0.3V、2.5V±0.2V、1.8V±0.15V作为低电压CMOS门电路的标准逻辑电源电压。2026/6/16602.3.5CMOS系列门电路主要性能参数最早投放到市场的CMOS集成电路是4000系列，4000系列中的器件有非常低的功耗，并有较宽的工作电压范围(3~15V)，但传输延迟时间很长，带负载能力较弱。不具有与TTL系列的管脚兼容性（当两种IC管脚结构相同时，则这两个IC管脚兼容）和电气兼容性（当两种IC能相互连接而不需要采取任何特殊措施来保证正常工作时，这两种IC是电气兼容的）。2026/6/16612.3.5CMOS系列门电路主要性能参数74C系列与相同编号的TTL器件是管脚兼容和逻辑功能等效的。74HC/HCT系列是高速CMOS与74LS器件相比，它的开关速度提高了10倍。比74C系列具有更高的输出电流。74HC/HCT与相同编号的TTL器件是管脚兼容和逻辑功能等效的。74HCT器件与TTL器件具有电气兼容性。2026/6/16622.3.5CMOS系列门电路主要性能参数74AC/ACT(AdvancedCMOSLogic,亦称ACL)系列是先进CMOS逻辑系列,它与各种TTL系列是逻辑功能等效的。74AC和74ACT芯片管脚布局具有抗噪性能，使器件的输入对芯片其他管脚上信号变化不敏感。74AC器件与TTL不具有电气兼容性，74ACT能直接与TTL相连接2026/6/16632.3.5CMOS系列门电路主要性能参数74AHC/AHCT系列是改进的高速CMOS系列它的器件速度比HC系列的快3倍；带负载能力也提高了近一倍；可以直接用来替换HC系列器件。74AHC/AHCT系列是目前比较受欢迎的、应用最广的CMOS器件。2026/6/16642.3.5CMOS系列门电路主要性能参数测试条件：4000系列为VDD=5V，∣IOmax∣=1μA；74HC/HCT系列为VDD=4.5V，∣IOmax∣=4mA；74AHC/AHCT系列为VDD=4.5V，∣IOmax∣=8mA；74LVC/ALVC系列为VDD=3.3V，∣IOmax∣=100μA。温度为+25ºC。2026/6/16652.4.1三极管的开关特性在数字电路中，三极管经常工作在截止状态（相当于开关断开）和饱和状态（相当于开关闭合），并且经常在这两个状态之间进行快速转换---称为三极管工作在开关状态。2.4TTL门电路2026/6/16662.4.1三极管的开关特性1.截止、饱和的条件截止：VBE

＜0V(0.5V)饱和：IB＞IBS临界饱和：VCE=VBE此时：一般VCES=0.1～0.3V2026/6/16672.4.1三极管的开关特性2.三极管的开关时间0.9ICS0.1ICS延迟时间td上升时间tr开启时间ton=td+tr存储时间ts下降时间tf关闭时间toff=ts+tf一般地toff＞ton，ts＞tf并且开关时间为纳秒数量极2026/6/16682.4.2TTL逻辑门电路2.2.1TTL与非门的工作原理⑴TTL与非门的典型电路TTL与非门的典型电路如图2-6所示，它分成输入级、中间级和输出级三个部分。输入级中间级输出级2026/6/16691.TTL与非门的典型电路输入级由多发射极晶体管T1和电阻R1组成，通过T1的各个发射极实现与逻辑功能。2026/6/16701.TTL与非门的典型电路中间级由T2、R2、R3组成。其主要作用是从T2管的集电极c2和发射极e2同时输出两个相位相反的信号，分别驱动T3和T5管，来保证T4和T5管有一个导通时，另一个就截止。2026/6/16711.TTL与非门的典型电路输出级由R4、R5、T3、T4、T5组成，T5是反相器，T3、T4组成复合管构成一个射随器，作为T5管的有源负载，并与T5组成推拉式电路，使输出无论是高电平或是低电平，输出电阻都很小，提高了带负载能力。2026/6/16722.工作原理则VB1=VIL+VBE1=0.3+0.7=1VVB2=VC1=VCES1+VIL=0.1+0.3=0.4V0.3V3.6V3.6VDA导通！设A=0B=1C=1(VIL=0.3V)，1V0.4V所以：T2

、T5

截止T3

、T4

导通VF=VB3－UBE3－UBE4

5－0.7－0.7=3.6V拉电流F=12026/6/16732.工作原理设A=B=C=1，即VA=VB=VC=VIH=3.6V3.6V3.6V3.6V2.1VT1管的基极电位升高，使T1管的集电结、T2和T5的发射结正向偏置而导通，T1管的基极电位VB1被箝位在2.1V。1.4VT3

导通，T4

截止VF=0.3V，F=0VF=0.3V灌电流电源VCC通过R1向T2和T5提供很大的偏置电流，使T2和T5管处于饱和导通状态，饱和压降为0.3V。T2管的集电极电位VC2=VCE2+VBE5=0.3V+0.7V=1V故T1管处于倒置工作状态：发射结反向偏置、集电结正向偏置。1.0V2026/6/1674结论：电路只要输入有一个为低电平时，输出就为高电平；只有输入全为高电平时，输出才为低电平。该门为与非门。即输入不全为1时，输出为1输入全为1时，输出为011111110000001010011100101110111FABC真值表2026/6/16752.4.3TTL与非门的特性曲线1.电压传输特性

电压传输特性是描述输出电压vo与输入电压vI之间对应关系的曲线，如图所示。2026/6/16761.TTL与非门的电压传输特性AB段（截止区）：vI＜0.6V，输出电压vO保持在高电平VH。VC1＜0.7V，T2和T5管截止，T3、T4管导通，输出为高电平，VOH=3.6V。由于这段T2和T5管截止，故称截止区。T1管饱和，饱和压降为0.1伏2026/6/16771.TTL与非门的电压传输特性BC段(线性区)：

0.6V＜vI＜1.3V，

0.7V＜VC1＜1.4V。T2管开始导通并处于放大状态，VC2和vO随输入电压vI的增大而线性降低，故该段称为线性区。T5管仍截止。T3、T4管还是处于导通状态。2026/6/16781.TTL与非门的电压传输特性CD段(过渡区)：

1.3V＜vI＜1.4V，T5管开始导通，T2、T3、T4管也都处于导通状态，T4、T5管有一小段时间同时导通;T2、T5管趋于饱和导通，T4管趋于截止，输出电压vO急剧下降到低电平vO=0.3V。由于vI的微小变化而引起输出电压vO的急剧下降，故此段称为过渡区或转折区。2026/6/16791.TTL与非门的电压传输特性CD段(过渡区)：CD段中点对应的输入电压，既是T5管截止和导通的分界线，又是输出高、低电平的分界线，故此电压称阈值电压VT（门槛电压），VT=1.4V。VT是决定与非门状态的重要参数。当vI＜VT时，与非门截止，输出高电平。当vI＞VT时，与非门饱和导通，输出低电平。VT2026/6/16801.TTL与非门的电压传输特性DE段（饱和区）：

vI＞1.4VT1管处于倒置工作状态，VB1被箝位在2.1V，T2、T5管进入饱和导通状态，T3管微导通，T4管截止。由于T2、T5管饱和导通，故称该段为饱和区。2.输入特性曲线输入特性是描述输入电流与输入电压之间的关系曲线，如图2-8所示的特性曲线。规定输入电流流入输入端为正，而从输入端流出为负。2.输入特性曲线当vI<0.6V时T2是截止的，T1基极电流均经其发射极流出（因集电极的负载电阻很大，IC1可以忽略不计），这时电流大小可以近似计算为iI=-(VCC-VBE1-vI)/R1。⑴TTL与非门的输入特性当vI=0时，相当于输入端接地，故将此时的输入电流称为输入短路电流IIS，IIS=(VCC-VBE1)/R1=(5-0.7)/3≈1.4mA。输入短路电流IIS=1.4mA2.输入特性曲线当vI=0.6V时T2管开始导通，T2管导通以后IB1一部分就要流入T2管的基极，iI的绝对值随之略有减小；vI继续增加，IB2要继续增大，而iI的绝对值继续减小。0.6V2.输入特性曲线当vI>1.3V以后，T5管开始导通，VB1被箝位在2.1V左右；此后，iI的绝对值随vI的增大而迅速减小。2.输入特性曲线IB1绝大部分经T1集电结流入T2的基极。当vI>1.4V以后，T1就进入倒置工作状态，iI由e1端流入输入端，此时的输入电流称为输入漏电流IIH，TTL产品规定IIH<40μA,典型值约为10μA。IIH2.输入特性曲线输入短路（低电平）电流IIS≈1.4mA。7410IIS≈1.6mA输入漏（高电平）电流IIH≈10μA。7410IIH≈40μAIIHIIS3.输入端负载特性在实际应用中，有时与非门的输入端需要经外接电阻RI接地。此时就有电流II流过RI，并在其上产生电压降vI。3.输入端负载特性当输入端所接电阻RI=0时，即输入端接地时，输出为高电平；而RI=∞时，输入电流没有通路，与输入端加高电平等效，此时输出为低电平。3.输入端负载特性RI比较小时，与非门截止，输出高电平；RI较大时，与非门饱和，输出为低电平；RI不大不小时，与非门工作在线性区或转折区。3.输入端负载特性TTL门输入端所接电阻的大小会影响输出状态。vI和RI之间的关系曲线叫做输入端负载特性。⑵TTL与非门的输入负载特性关门电阻ROFF：保证TTL与非门关闭，输出为标准高电平时，所允许的RI最大值。一般ROFF=0.8kΩ。RI＜ROFF时，与非门输出高电平。

3.输入端负载特性开门电阻RON：保证TTL与非门导通，输出为标准低电平时，所允许的RI最小值。一般RON=2kΩ。RI＞RON时，与非门输出低电平。4.输出特性TTL与非门实际工作时，输出端总要接负载，产生负载电流，此电流也在影响输出电压的大小。输出电压与负载电流之间的关系曲线，称为输出特性。输出电压有高电平、低电平两种状态，所以有两种输出特性。4.输出特性与非门输入全为高电平时，输出为低电平。VT1管倒置工作，VT2、VT5管饱和导通，VT3管微导通，VT4管截止。这时输出级等效电路如图(a)所示，其电流很大，是灌电流负载。①输出为低电平时的输出特性

4.输出特性①输出为低电平时的输出特性是三极管在基极电流为某一值时共射极接法的输出特性曲线如图2-10(b)所示。T5饱和，其导通电阻rce很小（十几欧姆），所以iL增加时vO仅稍有增加，输出低电平VOL。当iL增加到大于某值后，T5管退出饱和进入放大，vO迅速上升，破坏了输出为低电平的逻辑关系，因此对灌电流值要有限制。7410

IOLmax=16mAIOLmaxVOLmax4.输出特性②输出为高电平时的输出特性当与非门输入端其中有一端为低电平时，输出为高电平。VT1管处于深饱和，VT2、VT5管截止，VT3、VT4管导通。这时输出级等效电路如图(a)所示，负载是拉电流负载。⑶TTL与非门的输出特性②输出为高电平时的输出特性在iL较小时，T3处于饱和边缘，T4管放大，T3、T4组成的复合管有一定的放大作用，输出特性曲线如图2-11(b)所示。输出电阻很小，TTL与非门的输出电压vO

随iL变化不大，故输出高电平VOH。当iL增加到大于某值后，R4上压降增大，VC3下降，使T3进入深饱和，输出电压vO随负载电流的增加而迅速下降，vO≈VCC-VCES3-VBE4-iLR4。为了保证vO为标准高电平。对拉电流值要有限制。IOHmaxVOHmin7410

IOHmax=0.4mA2026/6/16995.动态特性延时级三极管存在一定的开关时间等原因,使得其输出不能立即响应输入信号的变化,有一定的延时一般平均的延时为10~20ns.2026/6/161005.动态特性动态尖峰电流静态时TTL与非门电路的电源电流比较小，在10mA左右。动态情况下，出现瞬间T4和T5都导通的状态。这一瞬间电源电流比静态时的电源电流大，但持续时间较短，故称之为尖峰电流或浪涌电流。2026/6/161015.动态特性在工作频率较高时，平均电流增大，要求加大电源的容量。电源的尖峰电流iCC会形成一个干扰源.措施：合理的接地；去耦措施。2026/6/161022.4.4TTL门电路主要性能参数继74系列之后相继生产了74H、74L、74S、74LS、74AS、74ALS、74F等改进系列。74H（High-speedTTL）系列通过减小电路中各个电阻的阻值缩短了传输延迟时间，但同时也增加了功耗。74L(Low-powerTTL)系列则通过加大电路中各个电阻的阻值降低了功耗，但同时又增加了传输延迟时间。2026/6/161032.4.4TTL门电路主要性能参数74S(SchottkyTTL)系列又称肖特基系列，74S系列通过禁止三极管进入深度饱减少了存储时间延迟。抗饱和三极管(又称肖特基钳位三极管，Schottky–clampedTransistor)是由普通的双极型三极管和肖特基势垒二极管（低功耗、大电流，导通电压0.4）组合而成。2026/6/161042.4.4TTL门电路主要性能参数74ALS(SchottkyTTL)系列又称先进低功耗肖特基系列，属于74LS系列的后继产品，速度（典型值为4ns）、功耗（典型值为1mW）等方面都有较大的改进。74AS(SchottkyTTL)系列又称先进超高速肖特基系列，属于74S系列的后继产品，速度（典型值为1.5ns）快。2026/6/161052.4.4TTL门电路主要性能参数几种TTL与非门系列(74XX00)的性能参数见表。供电电源都是+5V。2026/6/161062.5ECL门电路ECL门电路是发射极耦合逻辑电路(EmitterCoupledLogic)的简称,它属于双极型集成电路。它采用了高速电流开关型电路。平均传输延时可达２ns以下。它广泛用于高速大型计算机、数字通信系统和高精度测试设备等.2026/6/161072.5.1ECL门电路工作原理ECL门电路由三部分组成:多输入差动放大器、内部温度和电压补偿偏置网络、发射极跟随输出电路。2026/6/161082.5.1ECL门电路工作原理正常工作时,取VCC1=0V，VCC2=0V，VEE=-5.2V，VT5基极获得的基准电压为VBB=-1.29V。输入信号的高低电平分别为-0.89V和-1.7V。差动输入放大部分有４路输入,VT1~VT5三极管构成了多输入差动放大器。在各个输入端均为低电平的条件下,VT5的集电极电压等于-0.98V,而VT8的输出应当是逻辑0电平，VT7的输出为逻辑1电平。当某一输入端为高电平时，在RE中可得到电流4.51mA，在217Ω电阻上的电压正好是-0.98V。VT8输出为逻辑1电平,VT7输出为逻辑0电平。2026/6/161092.5.2ECL门电路的主要特点优点：开关速度高。带负载能力强。逻辑功能强。内部噪声小,抗共模干扰能力强。缺点静态功耗大。抗干扰能力差。输出电平的稳定性差。2026/6/161102.6Bi-CMOS门电路Bi-CMOS技术综合了双极型器件高跨导和强负载驱动能力及CMOS器件高集成度和低功耗的优点。主要应用在高性能数字与模拟集成电路领域。Bi-CMOS门电路工作原理2026/6