矿大数字电路第三章__逻辑门电路PPT讲稿.ppt

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1、矿大数字电路第三章_逻辑门电路第1页，共123页，编辑于2022年，星期一引言引言 逻辑表达式中的运算都有对应的逻辑表达式中的运算都有对应的逻辑门。本章将揭开逻辑门的奥秘，逻辑门。本章将揭开逻辑门的奥秘，讨论几种通用的集成逻辑门电路，主讨论几种通用的集成逻辑门电路，主要是要是CMOS CMOS、BJTBJT、TTLTTL、ECLECL等的基本等的基本原理及特性。分析门电路时，着重它们原理及特性。分析门电路时，着重它们的的逻辑功能和外特性，逻辑功能和外特性，对其内部电路，对其内部电路，只作一般介绍。只作一般介绍。第2页，共123页，编辑于2022年，星期一教学基本要求教学基本要求1 1、了解半导

2、体器件的开关特性。、了解半导体器件的开关特性。3 3、学会逻辑电路逻辑功能分析。、学会逻辑电路逻辑功能分析。2 2、掌握基本逻辑门（与、或、与非、或非、掌握基本逻辑门（与、或、与非、或非、异或门）、三态门、异或门）、三态门、OCOC门的逻辑功能。门的逻辑功能。4 4、掌握逻辑门的主要参数及在应用中的、掌握逻辑门的主要参数及在应用中的接口问题。接口问题。第3页，共123页，编辑于2022年，星期一一、数字集成电路简介一、数字集成电路简介 3.1 MOS3.1 MOS逻辑门电路逻辑门电路即实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。即实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。1 逻辑门电路：逻辑门电

3、路：2 逻辑门电路逻辑门电路的分类：的分类：二极管门电路二极管门电路三极管门电路三极管门电路TTL门电路门电路MOS门电路门电路PMOS门门CMOS门门74HC,74HCT,74VHC逻辑门逻辑门 电路电路分立分立集成集成NMOS门门TTL-三极管三极管-三极管三极管74H,74LHTL 高阈值高阈值ECL 射极耦合射极耦合,速度最快速度最快I2L 集成注入集成注入构成数字逻辑电路的基本元件构成数字逻辑电路的基本元件第4页，共123页，编辑于2022年，星期一TTLTTL CMOSCMOS主要比较电路的工作速度、功耗、抗干扰；主要比较电路的工作速度、功耗、抗干扰；二、逻辑电路的一般特性二、逻辑

4、电路的一般特性 1 1、典型、典型74HC74HC系列系列CMOSCMOS的输入和输出的高、低电平的输入和输出的高、低电平 V VIL(max)IL(max)、V VIH(min)IH(min)、V VOL(max)OL(max)、V VOH(min)OH(min)高电平VH H=3.55.0V工作电压为5V时低电平VL L=01.5V总体而言，总体而言，TTLTTL速度较快，但功耗较大；速度较快，但功耗较大；CMOSCMOS速度较慢，但速度较慢，但功耗低，因而出现功耗低，因而出现BiCMOSBiCMOS技术技术CMOSCMOS目前已成为数字逻辑电路的主流工艺技术目前已成为数字逻辑电路的主流工

5、艺技术 第5页，共123页，编辑于2022年，星期一第6页，共123页，编辑于2022年，星期一2 2、噪声容限、噪声容限电路的抗干扰能力电路的抗干扰能力高电平噪声容限低电平噪声容限VNH=VOHmin-VIHminVNL=VILmax-VOLmax对于对于CMOSCMOS门电路门电路(74HC(74HC系列），高低电系列），高低电平对应的标准电压和噪声容限为：平对应的标准电压和噪声容限为：V VOHminOHmin=4.9V;V=4.9V;VIHminIHmin=3.5V;=3.5V;V VOLmaxOLmax=0.1V;V=0.1V;VILmaxILmax=1.5V=1.5VV VNHNH

6、=1.4V;V=1.4V;VNLNL=1.4V=1.4V 定义定义:保证输出逻辑状态不变保证输出逻辑状态不变,输入逻辑电平允许噪声输入逻辑电平允许噪声幅度的最大值幅度的最大值,称噪声容限。称噪声容限。第7页，共123页，编辑于2022年，星期一保证输出为标准保证输出为标准低电平时所允许低电平时所允许的最小输入高电的最小输入高电平值平值保证输出为标准高电平时所允许的最大输入低电平值第8页，共123页，编辑于2022年，星期一3 3、传输延迟时间、传输延迟时间PLHtPHLtPLHtPHLt输入输入同相同相输出输出反相反相输出输出 输出波形相对输入波形延迟的时间；表征门电路的输出波形相对输入波形延

7、迟的时间；表征门电路的开关速度，用开关速度，用t tpLHpLH和和t tpHLpHL表示。见下图和表表示。见下图和表3.1.33.1.3平均传输延迟时间：平均传输延迟时间：50第9页，共123页，编辑于2022年，星期一4 4、功耗、功耗功耗功耗静态功耗（输出没有状态转换时的电路功耗）静态功耗（输出没有状态转换时的电路功耗）动态功耗（输出发生状态转换时的电路功耗）动态功耗（输出发生状态转换时的电路功耗）5 5、延时、延时功耗积功耗积DPdPtDP=（越小越好）（越小越好）BiCMOSBiCMOSECLECLCMOSCMOS NMOSNMOSTTLTTLPDtpd0P PD D-为门电路的功耗

8、为门电路的功耗对对CMOSCMOS电路而言，电路而言，DPDP的单位为焦耳的单位为焦耳J J第10页，共123页，编辑于2022年，星期一6 6、扇入与扇出数、扇入与扇出数（1 1）扇入数：输入端的个数）扇入数：输入端的个数（2 2）扇出数：带同类门电路的最大数目。）扇出数：带同类门电路的最大数目。灌电流灌电流工作情况工作情况：拉电流工作情况：拉电流工作情况：（负载门）（负载门）（驱动门）（驱动门）I IIHIHI IOHOHN NOHOH=表门电路输出端的驱动能力，与负载的类型（一表门电路输出端的驱动能力，与负载的类型（一种是负载电流从驱动门流向外电路，称为拉电流负载；种是负载电流从驱动门流

9、向外电路，称为拉电流负载；另一种是负载电流从外电路流入驱动门，称为灌电流另一种是负载电流从外电路流入驱动门，称为灌电流负载）有关。负载）有关。（负载门）（负载门）（驱动门）（驱动门）N NOLOL=I IOLOLI IILIL第11页，共123页，编辑于2022年，星期一【例例1 1】CMOS CMOS带带TTL74LS,TTL74LS,已知已知I IOLOLI IOHOH 4 mA，I IIHIH 0.02 mA；I IILIL 0.4 mA；则有；则有NOH=IOHIIH=40.02=200；显然，扇出数为显然，扇出数为1010注：若注：若NOL NOH，则应取较小者作为电路的扇出数。，则

10、应取较小者作为电路的扇出数。NOL=IOLIIL=4 0.4=10第12页，共123页，编辑于2022年，星期一【例例2 2】试计算试计算TTLTTL与非门与非门74LS带同类门时的扇出数。带同类门时的扇出数。解：查附录解：查附录A（P504），得相关参数如下：），得相关参数如下：IOL=8 mA;IIL=-0.4 mA;IOH=-0.4 mA;IIH=0.02 mANOH=IOHIIH=0.40.02=2074LS74LS带同类门时的扇出数为带同类门时的扇出数为2020NOL=IOLIIL=8 0.4=20注意：以上考虑的是每个负载门只有一个输入端与驱动门相接，如果每个注意：以上考虑的是每个

11、负载门只有一个输入端与驱动门相接，如果每个负载门有两个以上的输入端接入驱动门，则一般负载门有两个以上的输入端接入驱动门，则一般IIH 和和IIL应乘上输入端应乘上输入端数目（但数目（但TTLTTL与非门的与非门的IIL除外）。除外）。负表流出器件，正负表流出器件，正的流入器件。的流入器件。第13页，共123页，编辑于2022年，星期一三、三、MOSMOS开关及其等效电路开关及其等效电路1 1、MOSMOS管的开关作用管的开关作用VDDvIOvg gdsRd(以以以以N N沟道增强型为例沟道增强型为例沟道增强型为例沟道增强型为例)vI VT时，且很大，时，且很大，时，且很大，时，且很大，vO 为

12、低电平为低电平为低电平为低电平。VGS=VT 负载线第14页，共123页，编辑于2022年，星期一2 2、MOSMOS管的开关特性管的开关特性vItOvOtOVIHVDDtPLHtPHL 由于各种电容及电阻的存在，输出电压波形就不由于各种电容及电阻的存在，输出电压波形就不是理想的脉冲，上升和下降都变慢了，且滞后。是理想的脉冲，上升和下降都变慢了，且滞后。Ovg gdsRdvI VTR ROnOn(a)(a)截止等效截止等效(b)(b)导通等效导通等效(a)(a)输入波形输入波形(b)(b)输出波形输出波形第15页，共123页，编辑于2022年，星期一四、四、CMOSCMOS反相器反相器VDDI

13、vOvP沟道沟道N沟道沟道VDDIvOvTNTP简化电路简化电路要求：要求：|)|(TPTNDDVVV+TN为工作管为工作管 TP为负载管为负载管第16页，共123页，编辑于2022年，星期一1 1、CMOSCMOS反相器的工作原理反相器的工作原理VDDIvOvP沟道沟道N沟道沟道第17页，共123页，编辑于2022年，星期一1 1、CMOSCMOS反相器的工作原理反相器的工作原理假设：假设：处于逻辑处于逻辑0 0时，相应的电时，相应的电压近似为压近似为0 0；处于逻辑；处于逻辑1 1时，相时，相应的电压近似为应的电压近似为V VDDDD(1)(1)当当VI I=VOH =V VDDDD时时V

14、DD TP TN vO vI VGSN=VDD VTNTN管导通；管导通；|VGSP|=0 1M1M100pF100pF高电平高电平低电平低电平低电平低电平高电平高电平ODOD门输出高电平门输出高电平低电平：放电时间常数低电平：放电时间常数10ns 10ns ODOD门输出由低电平门输出由低电平高电平：充电时间常数为高电平：充电时间常数为150ns150ns，上升时间很长，工作速度快时，应避免用以驱，上升时间很长，工作速度快时，应避免用以驱动大电容负载。动大电容负载。第27页，共123页，编辑于2022年，星期一(3)(3)上拉电阻计算上拉电阻计算R RP(min)P(min)的确定：的确定：

15、RP&1E&FC&DA&BVDD0 00 00 00 01 11 174LS1074LS1074LS0474LS0474HC03374HC033I IILILI I0L0L只有一个只有一个ODOD门导通情况门导通情况R RP(min)P(min)=V VDDDD-V-VOL(max)OL(max)I IOL(max)OL(max)-I-IIL(total)IL(total)I IOL(max)OL(max)驱动器件驱动器件I IOLOL最大值最大值 V VOL(max)OL(max)驱动器件驱动器件V VOLOL最大值最大值I IIL(total)IL(total)接到上拉电阻下端的全部灌电流

16、负载的接到上拉电阻下端的全部灌电流负载的I IILIL总总值。值。R RP P第28页，共123页，编辑于2022年，星期一R RP(max)P(max)的确定：的确定：0 00 00 00 00 00 0RP&1E&FC&DA&BVDD3I3IIHIHI I0Z0ZI I0Z0ZI I0Z0ZI IIHIH所有所有ODOD输出为高电平时输出为高电平时I IOZ(total)OZ(total)全部驱动门输出高电平时的漏电流总和；全部驱动门输出高电平时的漏电流总和；V VOH(min)OH(min)驱动器件驱动器件V VOHOH最最小值；小值；I IIH(total)IH(total)全部负载门

17、输入端为高电平时的输入电流总和；全部负载门输入端为高电平时的输入电流总和；R RP(max)P(max)=V VDDDD-V-VOH(min)OH(min)I IOZ(total)OZ(total)+I+IIH(total)IH(total)实际上，若要求速度快，实际上，若要求速度快，R RP P的值就取近的值就取近R RP(min)P(min)的标准值，的标准值，若要求功耗小，若要求功耗小，R RP P的值就取近的值就取近R RP(max)P(max)的标准值。的标准值。R RP P第29页，共123页，编辑于2022年，星期一【例例3 31 11 1】设设3 3个漏极开路个漏极开路CMOS

18、CMOS与非门与非门74HC03作线与连接，作线与连接，驱动驱动1 1个个TTLTTL系列反相器系列反相器74LS04和一个和一个3 3输入与非门输入与非门74LS10 ，电路如图电路如图3 31 12222所示，试确定一个合适的大小的上拉电阻所示，试确定一个合适的大小的上拉电阻RP，已知，已知VDD=5V,IOZ=5A。解：查附录解：查附录A（P504），得相关参数如下：），得相关参数如下：CMOS参数参数VOL（max）=0.33V;VOH（min）=3.84V;IOL（max）=4mA;（1）IIL（total）=2 0.4=0.8mAIIH（total）=4 0.02=0.08mA;I

19、OZ（total）=3 5=15 A RP在在1.46k 12.21k 间，间，可选择标准值为可选择标准值为2 2k 的电阻。的电阻。TTLTTL门参数：门参数：IIL=0.4mA;IIH（min）=0.02mA;RP（min）=-VOL（max）VDD-IIL（total）IOL(max)=5-5-0.334-4-0.81.46k(2)(2)RP（max）=-VOH（min）VDDIIH（total）+IOZ（total）=5-5-3.840.015+0.080.015+0.08 12.21k 第30页，共123页，编辑于2022年，星期一ODOD门的应用例子：（门的应用例子：（a a）只要

20、驱动门的）只要驱动门的IOL（max）大于大于发光二极管的额定电流即可。（发光二极管的额定电流即可。（b b）V VO O可提高到近可提高到近12V;12V;第31页，共123页，编辑于2022年，星期一2 2、三态（、三态（TSLTSL）输出门电路）输出门电路 三态输出门电路除有三态输出门电路除有高、低电平输出外，还有高、低电平输出外，还有高阻输出状态，称高阻态，高阻输出状态，称高阻态，或禁止态。或禁止态。A A为输入端，为输入端，L L为输出为输出端，端，ENEN为控制端（使能为控制端（使能端）。端）。TN1 111VDDTPLBCAEN1AENL（2 2）符号）符号（1 1）电路）电路第

21、32页，共123页，编辑于2022年，星期一2 2、三态（、三态（TSLTSL）输出门电路）输出门电路TN1 111VDDTPLBCAEN1AENL EN=1EN=1时，若时，若A=0A=0 EN=0EN=0时，时，则则B=1B=1，C=1C=1T TN N导通，导通，T TP P截止，截止，L=0L=0；若若A=1A=1则则B=0B=0，C=0C=0T TN N截止，截止，T TP P导通，导通，L=1L=1。总有总有B=1B=1，C=0C=0开路，既不是低电平，也不是高电平，称高阻工作状开路，既不是低电平，也不是高电平，称高阻工作状态。态。T TN N、T TP P均截止，输出均截止，输出

22、（3 3）工作原理）工作原理第33页，共123页，编辑于2022年，星期一（4 4）三态输出门的真值表）三态输出门的真值表（5 5）三态输出门的应用）三态输出门的应用使能EN 输入A输出L1 01 1 0 01高阻三态输出门电路主要用于三态输出门电路主要用于总线传输，如右图计算机总线传输，如右图计算机或微机系统的连接，可按或微机系统的连接，可按一定顺序将信号分时送到一定顺序将信号分时送到总线上传输。总线上传输。第34页，共123页，编辑于2022年，星期一七、七、CMOSCMOS传输门（传输门（TGTG）oIvv/Iovv/CCTPTN+5V 0VTGoIvv/Iovv/CC 传输门由两管栅极

23、的互补信号传输门由两管栅极的互补信号C C和和C C控制，当控制，当C=1C=1时，开关开通；时，开关开通；C=0C=0时，开关断开。开关的导通时，开关断开。开关的导通电阻近似为一个常数，阻值约为数百欧。电阻近似为一个常数，阻值约为数百欧。1 1、电路结构、电路结构2 2、符号、符号3 3、结论、结论第35页，共123页，编辑于2022年，星期一4 4、作为模拟开关的工作原理：、作为模拟开关的工作原理：oIvv/Iovv/CCTPTN+5V-5V用于模拟电路时，用于模拟电路时，C C接低电平接低电平-5V-5V，TNTN栅压为栅压为-5V-5V，TPTP栅压为栅压为+5V+5V，当当VIVI在

24、（在（-5-5+5+5）V V范围时，范围时，T TN N、T TP P均不导通均不导通开关是断开的。开关是断开的。V VT T2V2VC C接高电平接高电平+5V+5V，T TN N栅压为栅压为+5V+5V，当，当V VI I在（在（-5-5+3+3）V V范围范围时时T TN N导通导通；T TP P栅压为栅压为-5V-5V，当，当V VI I在（在（-3-3+5+5）V V范围时范围时T TP P导通导通；当；当V VI I在（在（-3-3+3+3）V V范围时范围时T TN N、T TP P均导通均导通开关是闭合的。开关是闭合的。-5+5+3-3第36页，共123页，编辑于2022年，

25、星期一4 4、在数字电路中应、在数字电路中应用的工作原理：用的工作原理：oIvv/Iovv/CCTPTN+5V0V用于数字电路时，用于数字电路时，C C接低电平接低电平0V0V，T TN N栅压为栅压为0V0V，T TP P栅压为栅压为+5V+5V，当，当V VI I在（在（0 0+5+5）V V范围时，范围时，T TN N、T TP P均不导通均不导通开关是断开的。开关是断开的。C C接高电平接高电平+5V+5V，T TN N栅压为栅压为+5V+5V，当，当V VI I在（在（0 0+3+3）V V范围时范围时T TN N导通导通；T TP P栅压为栅压为0V0V，当，当V VI I在在(+

26、2(+2+5)V+5)V范围时范围时T TP P导通导通；当；当V VI I在在（0 0+5+5）V V范围时范围时T TN N、T TP P至少有一个导通至少有一个导通开关是闭合的。开关是闭合的。0+5+3+2V VT T2V2V第37页，共123页，编辑于2022年，星期一 用用CMOSCMOS传输门传输门构成的构成的2 2选选1 1数据数据选择器如图选择器如图3.1.273.1.27所示。当所示。当控制端控制端C=0C=0时，输时，输入端入端X X的信号被传的信号被传到输出端，到输出端，L=XL=X。而当而当C=1C=1时，时，L=L=Y Y。第38页，共123页，编辑于2022年，星期

27、一八、八、CMOSCMOS逻辑门电路的技术参数逻辑门电路的技术参数CMOSCMOS门电路的各系列的性能比较门电路的各系列的性能比较13.01.01374HCT系列系列0.00037.52.974BCT系列系列(BiCMOS)1575DP/pJ1.51PD/mW1075tpd/ns74HC系列系列4000B系列系列 类型类型参数参数0.0008722功耗是信号频率为功耗是信号频率为1MHz1MHz时的值时的值第39页，共123页，编辑于2022年，星期一1 1 1 1、NMOSNMOSNMOSNMOS门电路的特点：门电路的特点：门电路的特点：门电路的特点：九、九、NMOSNMOS逻辑门电路逻辑门

28、电路(1)(1)几何尺寸小，速度快，适合于制造大规模集成电路。几何尺寸小，速度快，适合于制造大规模集成电路。(2)(2)结构简单，易于使用结构简单，易于使用CADCAD技术进行设计。技术进行设计。(3)(3)工作管通常用增强型器件，而负载管可用增强型或耗尽工作管通常用增强型器件，而负载管可用增强型或耗尽型。用耗尽型管速度更快，故大多用耗尽型管。型。用耗尽型管速度更快，故大多用耗尽型管。2 2、NMOSNMOS反相器：反相器：VDDIvOvT2T1(2)简化电路简化电路VDDIvOvT1T2(1)(1)电路：电路：负载管负载管T T2 2为增为增强型器件，强型器件，如为耗尽型，如为耗尽型，则源栅

29、相连则源栅相连如如(3)(3)图所示。图所示。第40页，共123页，编辑于2022年，星期一负载管负载管T T2 2为为为为耗尽型器件，耗尽型器件，源栅相连如源栅相连如右图所示。右图所示。C CL L为负载电容。为负载电容。（3 3）第41页，共123页，编辑于2022年，星期一(3)NMOS(3)NMOS反相器工作原理：反相器工作原理：VDDIvOvT2T1负载管负载管T T2 2总是工作在它的恒流区，总是工作在它的恒流区，处于导通状态。处于导通状态。输入为高电平时，输入为高电平时，T T1 1导通，输出导通，输出VoVo为低电平。为低电平。通常通常T T1 1跨导远大于跨导远大于T T2

30、2的跨导，使导通的跨导，使导通时时T T1 1的沟道电阻远小于的沟道电阻远小于T T2 2的沟道电的沟道电阻，以保证输出低电压值在阻，以保证输出低电压值在1V1V左左右。右。输入为低电平时，输入为低电平时，T T1 1截止，截止，输出输出VoVo为高电平为高电平。输出电压约。输出电压约为为V VDDDD-V-VT1T1。310k 100200k 第42页，共123页，编辑于2022年，星期一2 2、NMOSNMOS与非门与非门 当当A A、B B中有一个或两中有一个或两个均为低电平时，个均为低电平时，T T1 1、T T2 2有一个或两个都截止，输有一个或两个都截止，输出为高电平。出为高电平。

31、只有只有A A、B B全为高电全为高电平时，平时，T T1 1、T T2 2均导通，输均导通，输出为低电平。出为低电平。T T1 1、T T2 2为工作管，为工作管，T T3 3为负载管（为负载管（1 1图为图为增强型，增强型，2 2图为耗尽型）；图为耗尽型）；L=ABBLT3+V+VDDDDAT2T1（1 1）（2 2）第43页，共123页，编辑于2022年，星期一3 3、NMOSNMOS或非门：或非门：或非门的工作管都是或非门的工作管都是并联的，增加管子数目，并联的，增加管子数目，输出低电平基本稳定，在输出低电平基本稳定，在整体电路设计中很方便，整体电路设计中很方便，所以所以NMOSNMO

32、S门电路是以或门电路是以或非门电路为基础的，主非门电路为基础的，主要用于大规模集成电路。要用于大规模集成电路。VDDT1T3ABL=A+BT2T T3 3负载管负载管为增强型为增强型电路电路T T3 3负载管为耗负载管为耗尽型电路尽型电路当当A A、B B中任一个为高电平中任一个为高电平时，输出为低电平。时，输出为低电平。只有只有A A、B B全为低电平时，全为低电平时，输出才为高电平。输出才为高电平。第44页，共123页，编辑于2022年，星期一3.2 TTL3.2 TTL逻辑门电路逻辑门电路RcRbTVccVIiB截止条件：发射结截止条件：发射结反偏反偏（一般为（一般为0偏）和集电结反偏偏

33、）和集电结反偏截止特点：截止特点：iB ic 0，VcE Vcc，CECE间的等间的等 效内阻很大，相当于效内阻很大，相当于开关断开开关断开。(1)(1)截止工作状态（截止工作状态（A A点点）一、一、BJTBJT的开关特性的开关特性1 1、BJTBJT的开关作用的开关作用AVcc/RcVcc0iB=0 icvCE第45页，共123页，编辑于2022年，星期一RcRbTVccVIiB(2)(2)饱和工作状态饱和工作状态饱和条件：发射结和集电结均正偏饱和条件：发射结和集电结均正偏,工作在工作在B点。点。ics Vcc/Rc;VcEs 0.20.3VCECE间近似于短路，相当于间近似于短路，相当于

34、开关闭合开关闭合。饱和特点：饱和特点：iB IBS，ic =Ics，VcE =VcEsBVcc/RcVccVcEs0IBSIcs icvcE第46页，共123页，编辑于2022年，星期一RcTVccVI0.7V0.3V0.4VNPN硅硅BJT饱和时各极电压的典型数据饱和时各极电压的典型数据第47页，共123页，编辑于2022年，星期一 NPNNPN型硅型硅BJTBJT三种工作状态的特点三种工作状态的特点工作状态截止放大饱和条件iB 00 iB Ics/iB Ics/偏置情况发射结0偏或反偏和集电结反偏发射结正偏集电结反偏发射结和集电结均正偏集电极电流ic 0ic iBIc=Ics Vcc/Rc

35、管压降VCEO VccVcE=Vcc-IcRcVcEs 0.20.3VC、E间等效电阻很大，约数百千欧，相当于开关断开可变很小，约数百欧，相当于开关闭合。第48页，共123页，编辑于2022年，星期一2 2、BJTBJT的开关时间的开关时间延迟时间：延迟时间：td上升时间：上升时间：tr存储时间：存储时间：ts下降时间：下降时间：tf输出电压波形输出电压波形tvIicVIH0tdtICS0.9ICS0.1ICS0trtstfv vo oVCC0t开通时间是建立基区电荷开通时间是建立基区电荷的时间；的时间；关闭时间是存储电荷消散关闭时间是存储电荷消散的时间。的时间。开通时间：开通时间：ton =

36、td+tr关闭时间：关闭时间：toff =ts+tf第49页，共123页，编辑于2022年，星期一二、基本的二、基本的BJTBJT反相器反相器2 2 2 2、电路特点、电路特点1 1、电路、电路3 3、逻辑符号、逻辑符号RcRbT VccAL1AL=A 输入与输出量间满足输入与输出量间满足非非非非逻辑关系，逻辑关系，非门电路。非门电路。非门电路。非门电路。第50页，共123页，编辑于2022年，星期一4 4、BJTBJT反相器的动态性能反相器的动态性能RcRb VccvICL考虑负载电容的考虑负载电容的BJTBJT反相器反相器vO+-C CL L包括门电路之间包括门电路之间的接线电容和门电路的

37、的接线电容和门电路的输入电容。由于电容的输入电容。由于电容的充放电需要一定的时间，充放电需要一定的时间，降低了电路的开关速度，降低了电路的开关速度，所以所以BJTBJT反相器的开关反相器的开关速度较低速度较低。输出。输出V VO O随随输入输入V VI I变化的上升沿和变化的上升沿和下降沿不陡，波形不理下降沿不陡，波形不理想。想。第51页，共123页，编辑于2022年，星期一三、三、TTLTTL反相器的基本电路反相器的基本电路Vcc（5V）Rb1 4k RC21.6k RC4130 RLDT1 Re2 1k T2T4 T3+-vovi+-输入级输入级中间倒中间倒相级级相级级输出级输出级电路组成

38、电路组成第52页，共123页，编辑于2022年，星期一1 1、TTLTTL反相器的工作原理反相器的工作原理Vcc（5V）Rb1 4k RC21.6k RC4130 RLDT1 Re2 1k T2T4 T3+-vo ovi i+-输入为高电平输入为高电平3.6V3.6VVccVccR Rb1b1T T1 1T T2 2T T3 3 电流流向：电流流向：T T2 2饱和饱和T T4 4和和D D截止；截止；T T3 3饱和饱和输出为低电平。输出为低电平。T T1 1工作在工作在倒置状态倒置状态倒置状态倒置状态V VB1B1=V=VBC1BC1+V+VBE2BE2+V+VBE3BE3=0.7+0.7

39、+0.7=2.1V=0.7+0.7+0.7=2.1VV VC2C2=V=VCES2CES2+V+VBE3BE3=0.2+0.7=0.9V=0.2+0.7=0.9V结论：结论：结论：结论：输入为高电平，输入为高电平，输入为高电平，输入为高电平，输出为低电平。输出为低电平。输出为低电平。输出为低电平。第53页，共123页，编辑于2022年，星期一Vcc（5V）Rb1 4k RC21.6k RC4130 RLDT1 Re2 1k T2T4 T3+-vovi+-输入为低电平输入为低电平0.2V0.2VVccVccR Rb1b1T T1 1输入端输入端 电流流向：电流流向：T T3 3截止；截止；T T

40、2 2截止截止T T4 4、D D导通导通输出为高电平。输出为高电平。V VB1B1=V=VI I+V+VBE1BE1=0.2+0.7=0.9V0.2+0.7=0.9VV VO O V VCCCC-V-VBE4BE4-V-VD D=5-0.7-0.7=3.6V=5-0.7-0.7=3.6V结论：结论：结论：结论：输入为低电平，输入为低电平，输出为高电平。输出为高电平。T T1 1的发射结导通的发射结导通第54页，共123页，编辑于2022年，星期一采用输入级以提高工作速度采用输入级以提高工作速度Vcc（5V）Rb1 4k RC21.6k RC4130 RLDT1 Re2 1k T2T4 T3+

41、-vovi+-VI由由3.6V变为变为0.2V瞬间瞬间VB1=0.9V；VC1=1.4VT T1 1工作在放大区，电流工作在放大区，电流从从T T2 2的基极流入的基极流入T T1 1基极，基极，使使T T2 2迅速地脱离饱和进迅速地脱离饱和进入截止状态。入截止状态。T T4 4也迅速导通，使也迅速导通，使T T3 3的的存储电荷通过集电极快存储电荷通过集电极快速消散而截止，加速了速消散而截止，加速了状态转换速度。状态转换速度。第55页，共123页，编辑于2022年，星期一采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力Vcc(5V）Rb1 4k RC21.

42、6k RC4130 RLDT1 Re2 1k T2T4 T3+-vovi+-a.a.输出为低电平时，输出为低电平时，T T3 3深饱深饱和和T T4 4截止，较大的截止，较大的T T3 3集电极电集电极电流全为负载电流；流全为负载电流；b.b.输出为高电平时，输出为高电平时，T T3 3截止截止T T4 4导通的射极输出器输出电阻很导通的射极输出器输出电阻很小，带负载能力强。小，带负载能力强。c.c.输出端接有负载电容，由输出端接有负载电容，由于于a a和和b b时的输出电阻很小，时的输出电阻很小，输出上升沿及下降沿都很好。输出上升沿及下降沿都很好。即开关即开关速度快。速度快。第56页，共12

43、3页，编辑于2022年，星期一2 2、TTLTTL反相器的传输特性反相器的传输特性反映输出电压反映输出电压vo与输入电压与输入电压vI之间关系的曲线之间关系的曲线ABABABAB段：截止区段：截止区段：截止区段：截止区B B点点,T T1 1饱和饱和饱和饱和T T2 2刚导通刚导通刚导通刚导通T T3 3不通；不通；不通；不通；BCBCBCBC段：段：段：段：T T2 2放大区放大区放大区放大区C C点点,T T3 3刚导通，刚导通，T T4 4和和D D D D已导通；已导通；已导通；已导通；CDCDCDCD段：转折区段：转折区段：转折区段：转折区D D D D点：点：点：点：T T3 3饱

44、和导通饱和导通,T T1 1准备脱离准备脱离准备脱离准备脱离饱和；饱和；饱和；饱和；DEDEDEDE段：饱和区，段：饱和区，段：饱和区，段：饱和区，T T1 1 脱离饱和，脱离饱和，进入倒置放大状态进入倒置放大状态123vI/VvO/V420DCBA3.62.480.4 1.11.2E E第57页，共123页，编辑于2022年，星期一四、四、TTLTTL逻辑门电路逻辑门电路&ABCL=ABC1 1、TTLTTL与非门电路与非门电路(1)(1)电路组成电路组成多发射极的多发射极的BJTBJT作作为为TTLTTL电路的输入级电路的输入级(见右下图见右下图)(2)(2)逻辑逻辑符号符号 T1VccR

45、b1RC2RC4RLDRe2T2T4 T3+-voA AB BC CL L第58页，共123页，编辑于2022年，星期一2 2、TTLTTL或非门电路或非门电路ABR1A1AR2 2R1B1BR4 4R3 3DLVccT1A1AT1B1BT2A2AT2B2BT4 4T3 3 1ABL=A+B(1)(1)电路电路(2)(2)逻辑符号逻辑符号将或非门的两个输入管改成多发射极的将或非门的两个输入管改成多发射极的BJTBJT，就可以构成与或非门电路。，就可以构成与或非门电路。第59页，共123页，编辑于2022年，星期一1 1、集电极开路门、集电极开路门Vcc（5V）Rb1RC2RC4D Re2T2T

46、4 T3A AB BRPVccLA&LB五、集电极开路门和三态门五、集电极开路门和三态门(1)(1)电路（电路（OCOC门）门）(2)(2)符号符号（3 3）特点）特点与与ODOD门一样门一样,可实现可实现线与连接；线与连接；可以用于直接驱动较大电流的负载。可以用于直接驱动较大电流的负载。第60页，共123页，编辑于2022年，星期一2 2、三态与非门（、三态与非门（TSLTSL）具有三种输出状态：高电平状态、低电平状态和具有三种输出状态：高电平状态、低电平状态和高高阻态（禁止态）阻态（禁止态）。ENENVccR1R2R4DR3 T2T4 T3A AB BL VccR6R5T5T6T7（1）电

47、路电路(在普通在普通TTL基础上基础上加加EN控制电路构成）控制电路构成）&ABENL（2）逻辑符号逻辑符号第61页，共123页，编辑于2022年，星期一（3 3）三态与非门的工作原理：）三态与非门的工作原理：ENEN=1=1，T T5 5倒置，倒置，T T6 6饱和，饱和，T T7 7截止，截止，输出取决于输出取决于A A、B B。为：为：EN=0EN=0，T T6 6截止，截止，T T7 7导导通通,T,T4 4截止截止,同时由于同时由于T T2 2截止截止T T3 3也截止也截止,输出端输出端相当于开路相当于开路,呈现高电呈现高电阻状态。阻状态。ENENVccR1R2R4DR3 T2T4

48、 T3A AB BL VccR6R5T5T6T7T1L=AB第62页，共123页，编辑于2022年，星期一（4 4）三态与非门的真值表：）三态与非门的真值表：高阻高阻011101110100BA01EN数据输入端数据输入端输出端输出端L第63页，共123页，编辑于2022年，星期一六、六、BiCMOSBiCMOS门电路门电路 综合利用了双极型器件的速度快和综合利用了双极型器件的速度快和 MOSFETMOSFET的低功耗两方面的优势。的低功耗两方面的优势。1 1、基本的、基本的BiCMOSBiCMOS反相器反相器VDDT1MPvIvoT2M1MNM2vI高电高电平时平时,vo低电平低电平vI低电

49、低电平时平时vo高电平高电平M2 M1作用是作用是加快加快T1 T2由导通到截止的过程由导通到截止的过程第64页，共123页，编辑于2022年，星期一2 2、BiCMOSBiCMOS或非门电路或非门电路VDDT1MPAAL=A+BT2MPBMNAM2M1AM1BMNBB1.1.当当A=B=0A=B=0时，时，L=1;L=1;2.2.当当ABAB有一个为有一个为1 1（如（如A=1,B=0A=1,B=0）时，时，L=0;L=0;第65页，共123页，编辑于2022年，星期一七、改进型七、改进型TTLTTL电路抗饱和电路抗饱和TTLTTL电路电路 采用肖特基势垒二极管采用肖特基势垒二极管SBDSB

50、D钳位达到抗饱和的钳位达到抗饱和的效果，具有较高的传输速度。效果，具有较高的传输速度。1 1、肖特基势垒二极管、肖特基势垒二极管SBDSBD的工作特点：的工作特点：具有单向导电性具有单向导电性导通阀值电压较低，约为导通阀值电压较低，约为0.40.4 0.5V0.5V势垒二极管的导电机构是多数载流子，因而存储效势垒二极管的导电机构是多数载流子，因而存储效应很小。应很小。2 2、带有、带有SBDSBD钳位的钳位的BJTBJT具有抗饱和作用：具有抗饱和作用：bcebce第66页，共123页，编辑于2022年，星期一3 3、肖特基、肖特基TTLTTL与非门电路（与非门电路（STTLSTTL）有源下拉电