合肥工业大学 数电课件 三 逻辑门电路.ppt

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1、三三 逻辑门电路逻辑门电路 介绍各种门电路的功能及特点，掌介绍各种门电路的功能及特点，掌握门电路的外部特性即引脚功能及其应用。握门电路的外部特性即引脚功能及其应用。概述概述 第第 3 章章 逻辑门电路逻辑门电路 在第一章中，我们已经知道在第一章中，我们已经知道逻辑门电路是数字电逻辑门电路是数字电逻辑门电路是数字电逻辑门电路是数字电路中最基本的逻辑元件。路中最基本的逻辑元件。路中最基本的逻辑元件。路中最基本的逻辑元件。所谓门就是一种开关，所谓门就是一种开关，它能按照一定的条件去控制信号的通过或不通过。它能按照一定的条件去控制信号的通过或不通过。门电路的输入和输出之间存在一定的逻辑关系门电路的输入

2、和输出之间存在一定的逻辑关系(因果关系因果关系)，所以门电路又称为，所以门电路又称为逻辑门电路逻辑门电路。其主。其主要类型有要类型有与门、或门、与非门、或非门、异或门与门、或门、与非门、或非门、异或门等。等。由电子电路实现逻辑运算时，它的输入和由电子电路实现逻辑运算时，它的输入和由电子电路实现逻辑运算时，它的输入和由电子电路实现逻辑运算时，它的输入和输出信号都是用电位（或称电平）的高低表示输出信号都是用电位（或称电平）的高低表示输出信号都是用电位（或称电平）的高低表示输出信号都是用电位（或称电平）的高低表示的。高电平和低电平都不是一个固定的数值，的。高电平和低电平都不是一个固定的数值，的。高电

3、平和低电平都不是一个固定的数值，的。高电平和低电平都不是一个固定的数值，而是有一定的变化范围。而是有一定的变化范围。而是有一定的变化范围。而是有一定的变化范围。门电路的输出状态与赋值对应关系：一般门电路的输出状态与赋值对应关系：一般采用采用正逻辑正逻辑即高电位对应即高电位对应“1 1”；低电位对应；低电位对应“0 0”。1UCC高电平高电平00V低电平低电平利用管子的开关特性能够实现各种门电路。利用管子的开关特性能够实现各种门电路。二极管、三极管的开关特性二极管、三极管的开关特性R1.1.1.1.二极管的开关特二极管的开关特二极管的开关特二极管的开关特性性性性导通导通截止截止相当于相当于相当于

4、相当于开关断开开关断开开关断开开关断开相当于相当于相当于相当于开关闭合开关闭合开关闭合开关闭合S3V0VSRRD3V0V2.2.2.2.三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性饱和饱和截止截止截止截止3V0VuO 0相当于相当于相当于相当于开关断开开关断开开关断开开关断开相当于相当于相当于相当于开关闭合开关闭合开关闭合开关闭合uO UCC+UCCuiRBRCuOTuO+UCCRCECuO+UCCRCEC3V0V3.1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路3.1.1 3.1.1 3.1.1 3.1.1 二极管二极管二极管二极管“与与与与”门电路门电路门电路门电路 1.1.电路电路

5、电路电路2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理输入输入A、B、C全为高电平全为高电平“1”，输出输出 Y 为为“1”。输入输入A、B、C不全为不全为“1”，输出输出 Y 为为“0”。0V0V0V0V0V3V+U 12VRDADCABYDBC3V3V3V0V00000010101011001000011001001111ABYC“与与与与”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表0V3V满足什么逻辑关系？满足什么逻辑关系？表达式？表达式？逻辑符号？逻辑符号？“与与”想一想：想一想：Y=A B C&ABYC3.1.2 3.1.2 二极管或门电路二极管或门电路 1.1.电路电路电路电路0V

6、0V0V0V0V3V3V3V3V0V00000011101111011001011101011111ABYC“或或或或”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表3V3V-U 12VRDADCABYDBC2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理输入输入A、B、C全为低电平全为低电平“0”，输出输出 Y 为为“0”。输入输入A、B、C有一个为有一个为“1”，输出输出 Y 为为“1”。满足什么逻辑关系？满足什么逻辑关系？表达式？表达式？逻辑符号？逻辑符号？“或或”想一想：想一想：Y=A+B+CABYC 13.1.3 3.1.3 3.1.3 3.1.3 三极管三极管三极管三极管“非非非非”门电

7、路门电路门电路门电路+UCC-UBBARKRBRCYT 1 0截止截止截止截止饱和饱和逻辑表达式：逻辑表达式：Y=A“0”10“1”1.1.电路电路电路电路“0”“1”AY“非非非非”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表逻辑符号逻辑符号1AY例：根据输入波形画出输出波形例：根据输入波形画出输出波形例：根据输入波形画出输出波形例：根据输入波形画出输出波形ABY1有有“0”出出“0”，全全“1”出出“1”有有“1”出出“1”，全全“0”出出“0”&ABY1 1ABY2Y2R1DR2F+12V+3V三极管非门三极管非门D1D2AB+12V二极管与门二极管与门&ABFR1DR2F+12V+

8、3V三极管非门三极管非门D1D2AB+12V二极管与门二极管与门逻辑式：逻辑式：&ABF逻辑符号：逻辑符号：3.1.4 3.1.4 3.1.4 3.1.4“与非与非与非与非”门电路门电路门电路门电路1.1.体积大、工作不可靠。体积大、工作不可靠。2.2.需要不同电源。需要不同电源。3.3.各种门的输入、输出电平不匹配。各种门的输入、输出电平不匹配。分立元件门电路的缺点：分立元件门电路的缺点：采用类似的方法还可以构成采用类似的方法还可以构成或非门或非门、异或门等。、异或门等。数字集成电路：数字集成电路：在一块半导体基片上制作出一个完整在一块半导体基片上制作出一个完整的逻辑电路所需要的全部元件和连

9、线。使用时接：的逻辑电路所需要的全部元件和连线。使用时接：电源、输入和输出。数字集成电路具有体积小、电源、输入和输出。数字集成电路具有体积小、可靠性高、速度快、而且价格便宜的特点。可靠性高、速度快、而且价格便宜的特点。3.2 TTL数字集成逻辑门电路数字集成逻辑门电路(三极管三极管三极管三极管三极管逻辑门电路三极管逻辑门电路三极管逻辑门电路三极管逻辑门电路)TTL门电路是双极型集成电路，与分立门电路是双极型集成电路，与分立元件相比，元件相比，具有速度快、可靠性高和微型具有速度快、可靠性高和微型化等优点化等优点，目前分立元件电路已被集成电，目前分立元件电路已被集成电路替代。下面介绍集成路替代。下

10、面介绍集成“与非与非”门电路的门电路的工作原理、特性和参数。工作原理、特性和参数。输入级输入级输入级输入级中间级中间级中间级中间级输出级输出级输出级输出级3.2.1 TTL3.2.1 TTL3.2.1 TTL3.2.1 TTL“与非与非与非与非”门电路门电路门电路门电路1.1.1.1.电路电路电路电路 T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T1E2E3E1B等效电路等效电路等效电路等效电路C多发射极多发射极多发射极多发射极三极管三极管三极管三极管“与与”“非非”复合管复合管形式形式 T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T1“1”(3.6V)(1)(

11、1)输入全为高电平输入全为高电平输入全为高电平输入全为高电平“1”(3.6V)1”(3.6V)时时时时2.2.2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理4.3VT T2 2、T T5 5饱和导通饱和导通饱和导通饱和导通钳位钳位2.1VE E结反偏结反偏结反偏结反偏截止截止截止截止“0”(0.3V)负载电流负载电流负载电流负载电流（灌电流）（灌电流）（灌电流）（灌电流）输入全高输入全高“1”,输出为输出为低低“0”1V T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T12.2.2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理1VT T2 2、T T5 5截止截止截止截止 负载电流负载电流负载

12、电流负载电流（拉电流）（拉电流）（拉电流）（拉电流）(2)(2)输入端有任一低电平输入端有任一低电平输入端有任一低电平输入端有任一低电平“0”(0.3V)0”(0.3V)(0.3V)“1”“0”输入有低输入有低“0”输出为输出为高高“1”流过流过 E结的电结的电流为正向电流流为正向电流VY 5-0.7-0.7 =3.6V5V有有有有“0”0”出出出出“1”1”全全全全“1”1”出出出出“0”0”“与非与非”逻辑关系逻辑关系00010011101111011001011101011110ABYC“与非与非与非与非”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表Y=A B C逻辑表达式：逻辑表达

13、式：逻辑表达式：逻辑表达式：Y&ABC“与非与非与非与非”门门门门3.2.1 TTL3.2.1 TTL3.2.1 TTL3.2.1 TTL“与非与非与非与非”门的技术参数门的技术参数门的技术参数门的技术参数(1)(1)电压传输特性：电压传输特性：电压传输特性：电压传输特性：输出电压输出电压输出电压输出电压 U UOO与与与与输入电压输入电压输入电压输入电压 U Ui i的的的的关系。关系。关系。关系。C CD DE E电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性测试电路测试电路测试电路测试电路0 01 12 23 31 12 23 34 4 U Ui i /V/VU UOO/V/V&+5V

14、+5VU Ui iU Uo oV VV VA AB B阈值电压阈值电压UT=1.4vA AB BC CD DE E(2)TTL(2)TTL(2)TTL(2)TTL“与非与非与非与非”门的参数门的参数门的参数门的参数电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性典型值典型值典型值典型值U UOHOH=3.6V3.6V，U UOH(minOH(min)=2.4V2.4V典型值典型值典型值典型值U UOLOL=0.3V0.3V，U UOL(maxOL(max)=0.4V0.4V输出高电平电压输出高电平电压输出高电平电压输出高电平电压U UOHOH输出低电平电压输出低电平电压输出低电平电压输出低电平

15、电压U UOLOL输出高电平输出高电平输出高电平输出高电平电压电压电压电压U UOHOH和输出低电平电压和输出低电平电压和输出低电平电压和输出低电平电压U UOLOLU UOO/V/V0 01 12 23 31 12 23 34 4 U Ui i /V/V（3 3）噪声容限）噪声容限）噪声容限）噪声容限门电路抗干扰能力门电路抗干扰能力门电路抗干扰能力门电路抗干扰能力低电平噪声容限电压低电平噪声容限电压低电平噪声容限电压低电平噪声容限电压U U U UNLNLNLNL高电平噪声容限电压高电平噪声容限电压高电平噪声容限电压高电平噪声容限电压U U U UNHNHNHNH噪声容限越大，抗干扰能力越强

16、噪声容限越大，抗干扰能力越强噪声容限越大，抗干扰能力越强噪声容限越大，抗干扰能力越强ABDE低电平噪声容限电压低电平噪声容限电压低电平噪声容限电压低电平噪声容限电压U UNLNL保证输出高电平保证输出高电平保证输出高电平保证输出高电平电压不低于额定值电压不低于额定值电压不低于额定值电压不低于额定值90%90%的条件下所允许的条件下所允许的条件下所允许的条件下所允许叠加在输入低电平电叠加在输入低电平电叠加在输入低电平电叠加在输入低电平电压上的最大噪声（或压上的最大噪声（或压上的最大噪声（或压上的最大噪声（或干扰）电压。干扰）电压。干扰）电压。干扰）电压。U UNLNL=U UOFF OFF U

17、UILIL允许叠加干扰允许叠加干扰（3 3）噪声容限）噪声容限）噪声容限）噪声容限门电路抗干扰能力门电路抗干扰能力门电路抗干扰能力门电路抗干扰能力UOFF U UOFFOFF是保证输出为额定是保证输出为额定是保证输出为额定是保证输出为额定高电平的高电平的高电平的高电平的90%90%时所对应的时所对应的时所对应的时所对应的最大输入低电平电压最大输入低电平电压最大输入低电平电压最大输入低电平电压。0.9UOH输入输入输入输入低电平低电平低电平低电平电压电压电压电压U UILIL01231234 Ui/V/VU UOO/V/V输入输入输入输入高电平高电平高电平高电平电压电压电压电压U UIHIHAB

18、高电平噪声容限电压高电平噪声容限电压高电平噪声容限电压高电平噪声容限电压UNH保证输出低电保证输出低电保证输出低电保证输出低电平电压的条件下所允平电压的条件下所允平电压的条件下所允平电压的条件下所允许叠加在输入高许叠加在输入高许叠加在输入高许叠加在输入高 电电电电平电压上的最大噪声平电压上的最大噪声平电压上的最大噪声平电压上的最大噪声（或干扰）电压。（或干扰）电压。（或干扰）电压。（或干扰）电压。UNH=UIHUON允许叠加干扰允许叠加干扰允许叠加干扰允许叠加干扰UON UON是保证输出为额定是保证输出为额定低电平时所对应的低电平时所对应的最小输最小输入高电平电压入高电平电压。DE012312

19、34 Ui/V/VU UOO/V/V（3 3）噪声容限）噪声容限）噪声容限）噪声容限门电路抗干扰能力门电路抗干扰能力门电路抗干扰能力门电路抗干扰能力V VNHNHV VOH(min)OH(min)-V-VIH(minIH(min)V VNLNLV VIL(max)IL(max)-V-VOL(maxOL(max)其中其中其中其中V VIH(minIH(min)V VONON其中其中其中其中V VIL(maxIL(max)V VOFFOFFG1G2本书输入端噪声容限示意图（4）输入输出特性）输入输出特性&？前后级之间电流的联系存在两种情况前后级之间电流的联系存在两种情况 （1 1）前级输出为）前级

20、输出为 高电平高电平 （2 2）前级输出为）前级输出为 低电平低电平前级输出为前级输出为 高电平时高电平时前级前级后级后级反偏反偏+5VR4R2R5T3T4R1T1+5V级间电流：级间电流：流出前级，记为流出前级，记为IOH（拉电流）。拉电流）。拉电流能力：拉电流能力：维持维持UOH时，所允许的最大拉电流值。时，所允许的最大拉电流值。前级输出为前级输出为 低电平时低电平时前级前级后级后级R1T1+5V级间电流：级间电流：流入前级，记为流入前级，记为IOL，约约 1.4mA。称称为为灌电流。灌电流。+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1灌电流的计算灌电流的计算饱和压降饱和压降R1T1+5V+

21、5VR2R13kT2R3T1T5b1c1说明：说明：TTLTTL门电路的负载电流门电路的负载电流I IOHOH（输出端为高（输出端为高电平的负载电流）、电平的负载电流）、I IOLOL（输出端为低电平的负（输出端为低电平的负载电流），主要由晶体管的材料和工艺所决定载电流），主要由晶体管的材料和工艺所决定的，由厂家告知的，从输出极的原理图上是分的，由厂家告知的，从输出极的原理图上是分析不出析不出I IOHOH、I IOLOL的大小的。的大小的。看一实例看一实例 右图是某同学右图是某同学设计的设计的0、1信号信号指示器。发光二指示器。发光二极管亮表示极管亮表示1，暗，暗表示表示0。1AYIOHA=

22、1A=1，Y=0Y=0，输出低电平，发光二极管，输出低电平，发光二极管中没有电流流过，暗（不亮）！中没有电流流过，暗（不亮）！A=0A=0，Y=1Y=1，输出高电平，输出高电平3.6V3.6V，发光二，发光二极管中有电流流过，亮！极管中有电流流过，亮！对吗？对吗？不对！不对！其实不然，如果采用六反相器其实不然，如果采用六反相器74CS0474CS04，六个反，六个反相器中的一个接成上面的电路，那么无论相器中的一个接成上面的电路，那么无论A=0A=0还是还是1 1，发光二极管都不会亮。为什么？！因为发光二极，发光二极管都不会亮。为什么？！因为发光二极管发光的电流是管发光的电流是5mA5mA左右，

23、而左右，而74CS0474CS04的的I IOHOH400A400A0.4mA0.4mA，即其输出高电平时所能提供的负载电流只，即其输出高电平时所能提供的负载电流只有有0.4mA0.4mA，与发光二极管发光所需的电流差一个数量，与发光二极管发光所需的电流差一个数量级。级。已知已知74CS0474CS04的的I IOLOL8mA8mA（负号表示与（负号表示与I IOHOH方方向相反，这里是流进，前者是流出）向相反，这里是流进，前者是流出）,怎样怎样连接，才能达到理想的效果连接，才能达到理想的效果？1AYIOL+5VI IOLOL8mA8mA（负号表示与（负号表示与IOHIOH方向相反，方向相反，

24、这里是流进，前者是流出）这里是流进，前者是流出）(5)(5)扇入扇出系数扇入扇出系数 扇入系数扇入系数N Ni i：TTLTTL与非门的输入个数与非门的输入个数 扇出系数扇出系数N No o：与非门电路输出能驱动同类门的：与非门电路输出能驱动同类门的个数。它用以衡量逻辑门的负载能力。个数。它用以衡量逻辑门的负载能力。扇出系数根据负载性质不同而不同。扇出系数根据负载性质不同而不同。IiH1IiH3IOH前级输出为前级输出为 高电平时：高电平时：+5VR4R2R5T3T4T1前级前级T1T1IiH2T1T1T1+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级前级IOLIiL1IiL2IiL3前级输出

25、为低电平时：前级输出为低电平时：与非门的扇出系数一般是与非门的扇出系数一般是8。有关电流的技术参数有关电流的技术参数 输入端通过电阻输入端通过电阻R接地接地Rui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC问题：问题：这时，输入是这时，输入是“1”还是还是“0”？R 较小时：较小时：uiUT，T2不不导通，输出高导通，输出高电平。电平。R增大增大时时：Ruiui=UT时，输出低电平。时，输出低电平。+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCRui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCRui计算临界电阻值：计算临界电阻值：

26、即：即：当当R 1.45k 时，可以认为输入为时，可以认为输入为“1”；当当R1.45k 时，可以认为输入为时，可以认为输入为“0”。以上分析说明：以上分析说明：悬空的输入端相当于接高电平。为了悬空的输入端相当于接高电平。为了防止干扰，一般将悬空的输入端接高电平。防止干扰，一般将悬空的输入端接高电平。TTL与非门在使用时多余输入端处理：与非门在使用时多余输入端处理：1.接高电平。接高电平。2.若悬空，若悬空，UI=“1”。3.输入端并联使用。输入端并联使用。(6)6)平均传输延迟时间平均传输延迟时间平均传输延迟时间平均传输延迟时间 t tpdpd 50%50%tpd1tpd2 TTLTTL的的

27、的的 t tpdpd 约在约在约在约在 10ns 40ns10ns 40ns，此值愈小愈好。此值愈小愈好。此值愈小愈好。此值愈小愈好。输入波形输入波形ui输出波形输出波形uO想一想：想一想：在三极管构成的非门电路中，在三极管构成的非门电路中，如果如果f=1MHZ,tpd=1s，原有的，原有的逻逻辑辑功能功能还还符合符合吗吗？3.2.3 TTL3.2.3 TTL3.2.3 TTL3.2.3 TTL集电极开路门集电极开路门集电极开路门集电极开路门一、一、问题的提出问题的提出标准标准TTL与非门进行与运算与非门进行与运算:&ABEF&CD&G1&ABEF&CDG 能否能否“线与线与”？（Open C

28、ollector)+5V+5VR R4 4R R2 2T T3 3T T4 4T T5 5R R3 3TTLTTL与非门的输出电阻与非门的输出电阻很低。这时，直接线与很低。这时，直接线与会使电流会使电流 i 剧烈增加。剧烈增加。i 功耗功耗 T T4 4热击穿热击穿U UOL OL 与非门与非门2 2：不允许直接不允许直接“线与线与”与非门与非门1 1 截止截止与非门与非门2 2 导通导通U UOHOHU UOLOL与非门与非门1 1：i i+5V+5VR R4 4R R2 2T T3 3T T4 4T T5 5R R3 3问题：问题：TTLTTL与非门能否直接线与？与非门能否直接线与？RLU

29、CC集电极悬空集电极悬空+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC&符号符号应用时输出端要接一上拉负载电阻应用时输出端要接一上拉负载电阻 RL。二、二、OCOC门结构门结构特点：特点：RL 和和UCC 可以外接。可以外接。F=ABCOCOC门的特点：门的特点：门的特点：门的特点：1.1.输出端可直接驱动负载输出端可直接驱动负载输出端可直接驱动负载输出端可直接驱动负载如：如：Y&CBAKA+24VKA2202.2.几个输出端可直接相联几个输出端可直接相联几个输出端可直接相联几个输出端可直接相联&A1B1C1Y1&A2B2C2Y2&A3B3C3Y3URLY“1”“0”“0”“0”“0”实现

30、了线与实现了线与“线与线与”功能分析：功能分析：&UCCF1F2F3F分析：分析：F1、F2、F3任一导通，则任一导通，则F=0。F1、F2、F3全截止，全截止，则则F=1。输出级输出级RLUCCRLT5T5T5F=F1F2F3 外接电阻外接电阻RC的的选择。选择。（1 1 1 1）计算）计算）计算）计算OCOCOCOC门负载的电阻最大值门负载的电阻最大值门负载的电阻最大值门负载的电阻最大值当所有当所有当所有当所有OCOC门同时门同时门同时门同时截止时，截止时，截止时，截止时，v0 0=V=VOHOH.为保证为保证为保证为保证V VOHOH不低于不低于不低于不低于规定值，规定值，规定值，规定值

31、，R RL L不能不能不能不能选的过大。选的过大。选的过大。选的过大。OCOCOCOC门输出门输出门输出门输出端数目端数目端数目端数目负载门输负载门输负载门输负载门输入端数目入端数目入端数目入端数目（2 2 2 2）计算）计算）计算）计算OCOCOCOC门负载电阻门负载电阻门负载电阻门负载电阻的的的的最小值最小值最小值最小值当只有一个当只有一个当只有一个当只有一个OCOCOCOC门门门门导通时，为了保导通时，为了保导通时，为了保导通时，为了保证流入导通证流入导通证流入导通证流入导通OCOCOCOC门门门门的电流不超过最的电流不超过最的电流不超过最的电流不超过最大允许的负载电大允许的负载电大允许

32、的负载电大允许的负载电流流流流I I I ILMLMLMLM，R R R RL L L L不能选不能选不能选不能选的太小。的太小。的太小。的太小。负载门数目负载门数目负载门数目负载门数目I IL L注意：若负载门为或非门，则注意：若负载门为或非门，则注意：若负载门为或非门，则注意：若负载门为或非门，则mmmm应为输入端数。应为输入端数。应为输入端数。应为输入端数。3.2.4 3.2.4 3.2.4 3.2.4 三态门三态门三态门三态门“0”控制端控制端 DE T5Y R3R5AB R4R2R1 T3 T4T2+5V T11.1.1.1.工作原理工作原理工作原理工作原理导通导通导通导通1V1V截

33、止截止截止截止截止截止截止截止当控制端当控制端当控制端当控制端为低电平为低电平为低电平为低电平“0 0”时，时，时，时，输出输出输出输出 Y Y处处处处于开路状于开路状于开路状于开路状态，也称态，也称态，也称态，也称为高阻状为高阻状为高阻状为高阻状态。态。态。态。当控制端当控制端当控制端当控制端为高电平为高电平为高电平为高电平“1 1”时，时，时，时，实现正常实现正常实现正常实现正常的的的的“与非与非与非与非”逻辑关逻辑关逻辑关逻辑关系系系系 Y Y=ABAB“1”控制端控制端 DE1.1.1.1.工作原理工作原理工作原理工作原理 T5Y R3R5AB R4R2R1 T3 T4T2+5V T1

34、截止截止截止截止&YEBA逻辑符号逻辑符号 0 高阻高阻0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 11 1 1 0 表示任意态表示任意态表示任意态表示任意态三态输出三态输出三态输出三态输出“与非与非与非与非”状态表状态表状态表状态表ABEY输出高阻输出高阻输出高阻输出高阻功能表功能表2 2 2 2三态门的主要应用三态门的主要应用三态门的主要应用三态门的主要应用（1 1）TTLTTL与总线之间接口，实现分时传输与总线之间接口，实现分时传输与总线之间接口，实现分时传输与总线之间接口，实现分时传输总总总总线线线线&A A1 1B B1 1ENEN1 1&A A2 2B B2 2ENEN2 2&A

35、A3 3B B3 3ENEN3 3A1 B1可实现用可实现用可实现用可实现用一条一条一条一条总线分时传送总线分时传送总线分时传送总线分时传送几个不同的数几个不同的数几个不同的数几个不同的数据或控制信号。据或控制信号。据或控制信号。据或控制信号。“1”“0”“0”(2)(2)数据的双向传输数据的双向传输EN=1EN=1EN=1EN=1，G G G G1 1 1 1工作，工作，工作，工作，G G G G2 2 2 2高阻高阻高阻高阻，D D D Do o o o经经经经G G G G1 1 1 1反反反反相送至总线。相送至总线。相送至总线。相送至总线。EN=0EN=0EN=0EN=0，G G G

36、G2 2 2 2工作，工作，工作，工作，G G G G1 1 1 1高阻高阻高阻高阻，总线数，总线数，总线数，总线数据经据经据经据经G G G G2 2 2 2反相从反相从反相从反相从D D D Di i端送出。端送出。端送出。端送出。1 1 0 0D D1 13.5 MOS3.5 MOS门电路门电路MOS电路电路的特点的特点：2.是电压控制元件，静态功耗小。是电压控制元件，静态功耗小。3.允许电源电压范围宽（允许电源电压范围宽（3 18V）。）。4.扇出系数大，抗噪声容限大。扇出系数大，抗噪声容限大。优点优点1.工艺简单，集成度高。工艺简单，集成度高。缺点：缺点：工作速度比工作速度比TTL低

37、低。3.5.13.5.1 MOSMOS管的开关特性管的开关特性1 1、MOSMOS管的基本开关电路管的基本开关电路当当当当v v v vI I I I=v v v vGSGSGSGS V V V VGS(thGS(thGS(thGS(th)时，时，时，时，MOSMOSMOSMOS管管管管工作在截止区工作在截止区工作在截止区工作在截止区,只要只要只要只要R R R RD D D DRRR V V V VGS(thGS(thGS(thGS(th)时，时，时，时，MOSMOSMOSMOS管处于导通状态管处于导通状态管处于导通状态管处于导通状态,只要只要只要只要R R R RD D D DRRRRON

38、 ON ON ON,v v0 0 0 0=V V V VOLOLOLOL 0.0.0.0.2、MOS管的开关等效电路管的开关等效电路由于由于由于由于MOSMOSMOSMOS管截止时漏极和源级之间的内阻管截止时漏极和源级之间的内阻管截止时漏极和源级之间的内阻管截止时漏极和源级之间的内阻R R R ROFFOFFOFFOFF非常非常非常非常大，所以大，所以大，所以大，所以截止状态截止状态截止状态截止状态下的等效电路可用下的等效电路可用下的等效电路可用下的等效电路可用断开的开关断开的开关断开的开关断开的开关代替代替代替代替。MOSMOSMOSMOS管在管在管在管在导通状态导通状态导通状态导通状态下的

39、内阻下的内阻下的内阻下的内阻R R R RONONONON约在约在约在约在1K1K1K1K 以内，以内，以内，以内，而且与而且与而且与而且与V V V VGSGSGSGS的数值有关。所以的数值有关。所以的数值有关。所以的数值有关。所以需画出需画出需画出需画出。(a)(a)截止状态截止状态(b)(b)导通状态导通状态3.5.2 NMOS3.5.2 NMOS逻辑逻辑电路电路 1.NMOS1.NMOS1.NMOS1.NMOS“非非非非”门电路门电路门电路门电路 0UDSID负载线负载线ui=“1”ui=“0”uo=“0”uo=“1”UCCuiuo等效结构等效结构UCCuiuoT T2 2（负载管）负

40、载管）T1 (驱动管）驱动管）U UGSGS=U UDSDS U UT T导通导通有源有源负载负载(非线性电阻非线性电阻)实际结构实际结构UCCuiuo3.5.2 NMOS3.5.2 NMOS逻辑逻辑电路电路 1.NMOS1.NMOS1.NMOS1.NMOS“非非非非”门电路门电路门电路门电路 gm1gm2T1的的导通通电阻阻 T2的的导通通电阻阻“1”导通导通导通导通“0”“0”“1”截止截止截止截止即：即：T1的的导通管通管压降降 T2的的导通管通管压降降+UDDAYT1T2负载管负载管负载管负载管驱动管驱动管驱动管驱动管始终导通始终导通始终导通始终导通2.NMOS2.NMOS2.NMOS

41、2.NMOS“与与与与非非非非”门电路门电路门电路门电路 “1”“0”有有“0”全全“1”3.NMOS3.NMOS3.NMOS3.NMOS“或或或或非非非非”门电路门电路门电路门电路 有有“1”“0”全全“0”“1”Y=A BY=A+B负载管负载管负载管负载管+UDDBYT2T3AT1Y+UDDT3AT1BT2负载管负载管负载管负载管3.5.3 CMOS3.5.3 CMOS逻辑逻辑电路电路 ：Complementary-Symmetry MOS(互补对称式互补对称式MOS)MOS)1.CMOS1.CMOS1.CMOS1.CMOS“非非非非”门电路门电路门电路门电路D DS SGGS SD DG

42、G+U UDDDDA AY YT T1 1T T2 2PMOSPMOS管管管管NMOSNMOS管管管管CMOS CMOS 管管管管负载管负载管负载管负载管驱动管驱动管驱动管驱动管(互补对称管互补对称管互补对称管互补对称管)A A=“1”=“1”时，时，时，时，T T1 1导导通，通，通，通，T T2 2截截截截止，止，止，止，Y Y=“0”=“0”A A=“0”=“0”时，时，时，时，T T1 1截止，截止，截止，截止，T T2 2导导通，通，通，通，Y Y=“1”=“1”Y=AY=A2.CMOS2.CMOS与非门与非门&ABF工作原理工作原理+UDDAFT2T1BT3T4SSSSGG结构结构

43、0 0 10 1 11 0 11 1 0A B T1 T2 T3 T4 FA B T1 T2 T3 T4 F ABF工作原理工作原理+UDDFAT2T1BT3T4GGSSS结构结构0 0 10 1 0 1 0 0 1 1 0 3.CMOS3.CMOS或非门或非门4.CMOS4.CMOS传输传输传输传输门电路门电路门电路门电路：一种控制信号能否通过的电子一种控制信号能否通过的电子一种控制信号能否通过的电子一种控制信号能否通过的电子开关，条件满足，信号传输开关，条件满足，信号传输开关，条件满足，信号传输开关，条件满足，信号传输U UDDDDu uiT T1 1T T2 2C CC Cu uOO控制

44、极控制极控制极控制极控制极控制极控制极控制极（1 1）电路）电路）电路）电路:栅极接互补的控制信号栅极接互补的控制信号栅极接互补的控制信号栅极接互补的控制信号（2 2）工作原理）工作原理）工作原理）工作原理设：设：设：设：10V10V0V0V可见可见可见可见u ui在在在在010V010V连续变连续变连续变连续变化时，至少有一个管化时，至少有一个管化时，至少有一个管化时，至少有一个管子导通，传输门打开，子导通，传输门打开，子导通，传输门打开，子导通，传输门打开，（相当于开关接通）（相当于开关接通）（相当于开关接通）（相当于开关接通）u ui可可可可传输到输出端，即传输到输出端，即传输到输出端，

45、即传输到输出端，即u uOO=u ui，所以所以所以所以COMSCOMS传传传传输输输输门可以传输模拟信门可以传输模拟信门可以传输模拟信门可以传输模拟信号，也称为号，也称为号，也称为号，也称为模拟开关模拟开关模拟开关模拟开关。（07V07V）导通导通导通导通（310V310V）导通导通导通导通4.CMOS4.CMOS4.CMOS4.CMOS传输传输传输传输门电路门电路门电路门电路U UDDDDu uiT T1 1T T2 2C CC Cu uOO控制极控制极控制极控制极控制极控制极控制极控制极0V0V10V10V可见可见可见可见u ui在在在在010V010V连续变连续变连续变连续变化时，两管

46、子均截止，化时，两管子均截止，化时，两管子均截止，化时，两管子均截止，传输门关断，（相当传输门关断，（相当传输门关断，（相当传输门关断，（相当于开关断开）于开关断开）于开关断开）于开关断开）u ui不能传不能传不能传不能传输到输出端。输到输出端。输到输出端。输到输出端。（010V010V）截止截止截止截止截止截止截止截止结论结论结论结论 C C=“1”(=“1”(C C=“0”)=“0”)时传输门开通。时传输门开通。时传输门开通。时传输门开通。C C=“0”(=“0”(C C=“1”)=“1”)时传输门关断。时传输门关断。时传输门关断。时传输门关断。（2 2）工作原理）工作原理）工作原理）工作

47、原理设：设：设：设：4.CMOS4.CMOS传输传输传输传输门电路门电路门电路门电路TGuiuOCC逻辑符号逻辑符号逻辑符号逻辑符号开关电路开关电路开关电路开关电路TGuiuiCC1“1”开通开通开通开通TGuiuiCC1“0”关断关断关断关断 CMOSCMOS模拟开关：实现单刀双掷开关的功能。模拟开关：实现单刀双掷开关的功能。模拟开关：实现单刀双掷开关的功能。模拟开关：实现单刀双掷开关的功能。C=0C=0时，时，时，时，TGTG1 1导通、导通、导通、导通、TGTG2 2截止，截止，截止，截止，u uOO=u uI1I1；C=1C=1时，时，时，时，TGTG1 1截止、截止、截止、截止、TG

48、TG2 2导通，导通，导通，导通，u uOO=u uI2I2。应用举例应用举例应用举例应用举例 想一想：想一想：CMOS传输传输门门能实现双向传输吗？能实现双向传输吗？为什么？为什么？如何构造如何构造CMOSCMOS三态门？三态门？TTLTTLTTLTTL集成门电路使用注意事项集成门电路使用注意事项集成门电路使用注意事项集成门电路使用注意事项(1)(1)(1)(1)电源电压（电源电压（电源电压（电源电压（V V V VCCCCCCCC）应满足在标准值应满足在标准值应满足在标准值应满足在标准值5V5V5V5V5 5 5 5%的范围的范围的范围的范围内，为防干扰，电源与地之间可接滤波电容。内，为防

49、干扰，电源与地之间可接滤波电容。内，为防干扰，电源与地之间可接滤波电容。内，为防干扰，电源与地之间可接滤波电容。(2)TTL(2)TTL(2)TTL(2)TTL电路的输出端所接负载，不能超过规定的扇电路的输出端所接负载，不能超过规定的扇电路的输出端所接负载，不能超过规定的扇电路的输出端所接负载，不能超过规定的扇出系数，负载较大时，宜选用灌电流方式。出系数，负载较大时，宜选用灌电流方式。出系数，负载较大时，宜选用灌电流方式。出系数，负载较大时，宜选用灌电流方式。(3)(3)(3)(3)输出端一般不允许直接接电源或地，也不可并输出端一般不允许直接接电源或地，也不可并输出端一般不允许直接接电源或地，

50、也不可并输出端一般不允许直接接电源或地，也不可并接（特殊电路除外）接（特殊电路除外）接（特殊电路除外）接（特殊电路除外）(4)(4)(4)(4)注意注意注意注意TTLTTLTTLTTL门多余输入端的处理方法。门多余输入端的处理方法。门多余输入端的处理方法。门多余输入端的处理方法。3.6 数字集成电路使用中应注意的问题数字集成电路使用中应注意的问题(a)(a)接电源接电源;(b);(b)通过通过R R接电源接电源;（c c）与使用与使用 输入端并联输入端并联l l与非门、与门与非门、与门与非门、与门与非门、与门 与非门多余输入端的三种处理方法如图所示与非门多余输入端的三种处理方法如图所示与非门多