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第第1页页第三章第三章门电路门电路第三章第三章 门电路门电路3.2 3.2 半导体二极管和三极管的开关特性半导体二极管和三极管的开关特性3.3 3.3 最简单的与、或、非门电路最简单的与、或、非门电路3.4 TTL3.4 TTL门电路门电路3.1 3.1 概述概述3.6 CMOS3.6 CMOS门电路门电路3.7 3.7 其他类型的其他类型的MOSMOS门电路门电路*3.8 TTL3.8 TTL电路与电路与CMOSCMOS电路的接口电路的接口*3.5 3.5 其他类型的双极型数字集成电路其他类型的双极型数字集成电路*第第2页页第三章第三章门电路门电路3.1 3.1 概概 述述门电路门电路：实现基本运算、复合运算的单元电路，：实现基本运算、复合运算的单元电路，如如与与门、门、与非与非门、门、或或门门 门电路中以高门电路中以高门电路中以高门电路中以高/低电平低电平低电平低电平表示逻辑状态的表示逻辑状态的表示逻辑状态的表示逻辑状态的1 1 1 1、0 0 0 0l获得高、低电平的基本原理获得高、低电平的基本原理高高高高/低电平都允许低电平都允许低电平都允许低电平都允许有一定的变化范围有一定的变化范围有一定的变化范围有一定的变化范围第第3页页第三章第三章门电路门电路正逻辑：正逻辑：高电平表示高电平表示1 1，低电平表示，低电平表示0 0负逻辑：负逻辑：高电平表示高电平表示0 0，低电平表示，低电平表示1 1第第4页页第三章第三章门电路门电路 根据制造工艺不同可分为根据制造工艺不同可分为单极型单极型和和双极型双极型两大类。两大类。门电路中晶体管均工作在门电路中晶体管均工作在开关状态开关状态。首先介绍晶体管和场效应管的首先介绍晶体管和场效应管的开关特性开关特性。然后介绍两类门电路。然后介绍两类门电路。注意：各种门电路的工作原理，只要求注意：各种门电路的工作原理，只要求一般掌握一般掌握；而各种门电路的而各种门电路的外部特性外部特性和和应用应用是要求是要求重点重点。当代门电路（所有数字电路）均已集成化。当代门电路（所有数字电路）均已集成化。第第5页页数字电路数字电路第三章第三章门电路门电路3.2 3.2 半导体二极管和三极管的开关特性半导体二极管和三极管的开关特性一、一、半导体二极管（半导体二极管（DiodeDiode）的结构和外特性的结构和外特性二极管的结构：PN结+引线+封装构成P PN N第第6页页数字电路数字电路第三章第三章门电路门电路在在一一块块半半导导体体单单晶晶上上一一侧侧掺掺杂杂成成为为P型型半半导导体体，另另一一侧侧掺掺杂杂成成为为N型型半半导导体体，两两个个区区域域的的交交界界处处就就形形成成了了一个特殊的薄层，一个特殊的薄层，称为称为PN结结。PNPN结结图图PN结的形成结的形成一、一、PN结的形成结的形成PN结结第第7页页第三章第三章门电路门电路二极管的开关特性：二极管的开关特性：高电平：高电平：V VIHIH=V=VCCCC低电平：低电平：V VILIL=0 =0 V VI I=V=VIHIH D D截止，截止，V VO O=V=VOHOH=V=VCCCCV VI I=V=VILIL D D导通，导通，V VO O=V=VOLOL=0.7V=0.7V第第8页页第三章第三章门电路门电路1.开关电路举例开关电路举例2.静态特性静态特性伏安特性伏安特性等效电路等效电路 在数字电路中重点在在数字电路中重点在判断二极管开关状态，因判断二极管开关状态，因此必须把特性曲线简化。此必须把特性曲线简化。（见右侧电路图）（见右侧电路图）有三种简化方法：有三种简化方法：输入信号慢变化时的特性。输入信号慢变化时的特性。第第9页页第三章第三章门电路门电路二极管的开关等效电路：二极管的开关等效电路：第第10页页第三章第三章门电路门电路3.3.动态特性动态特性 当外加电压突然由正当外加电压突然由正向变为反向时，二极管会短向变为反向时，二极管会短时间导通。时间导通。t trere这段时间用这段时间用t trere表示，称为表示，称为反向恢复时间反向恢复时间。输入信号快变化时的特性。输入信号快变化时的特性。D DR RL Li i 它是由于二极管正向它是由于二极管正向导通时导通时PNPN结两侧的多数结两侧的多数载流子扩散到对方形成载流子扩散到对方形成电荷存储引起的。电荷存储引起的。第第11页页第三章第三章门电路门电路1、N沟道增强型沟道增强型MOS场效应管场效应管结构结构P型衬底型衬底N+N+BGSDSiO2源极源极S漏极漏极D衬底引线衬底引线B栅极栅极G图图3.3.1N沟道增强型沟道增强型MOS场效应管的结构示意图场效应管的结构示意图SGDB二二、MOSMOS的开关特性的开关特性第第12页页第三章第三章门电路门电路1.工作原理工作原理绝绝缘缘栅栅场场效效应应管管利利用用UGS来来控控制制“感感应应电电荷荷”的的多多少少，改改变变由由这这些些“感感应应电电荷荷”形形成成的的导导电电沟沟道道的的状状况况，以以控制漏极电流控制漏极电流ID。2.工作原理分析工作原理分析(1)UGS=0漏漏源源之之间间相相当当于于两两个个背背靠靠背背的的PN结结，无无论论漏漏源源之之间间加加何何种极性电压，种极性电压，总是不导电总是不导电。SBD第第13页页第三章第三章门电路门电路导电沟道导电沟道(反型层反型层)源极源极Source漏极漏极Drain栅极栅极Gate称为称为N沟道增强型场效应管沟道增强型场效应管导电沟道将源区和漏区连成一体。此时在导电沟道将源区和漏区连成一体。此时在D,S间加电压间加电压 ，将形成漏极电流，将形成漏极电流iD。当当 大于大于VGS(th)时，将出现导电沟道。时，将出现导电沟道。VGS(th)称为开启电压称为开启电压，与管子构造有关。，与管子构造有关。显然，导电沟道的厚度与栅源电压大小有关。而沟道越厚，管子的显然，导电沟道的厚度与栅源电压大小有关。而沟道越厚，管子的导通电阻导通电阻RON越小。因而，若越小。因而，若 不变，不变，就可控制漏极电流就可控制漏极电流iD。因此，把因此，把MOS管称为管称为电压控制器件电压控制器件。SDB第第14页页第三章第三章门电路门电路输入特性：输入特性：直流电流为直流电流为0 0，看进去有一个输入电容，看进去有一个输入电容C CI I，对动态有影响。对动态有影响。输出特性：输出特性：对应不同的对应不同的V VGSGS下得一族曲线下得一族曲线 。2 2、输入特性和输出特性输入特性和输出特性第第15页页第三章第三章门电路门电路输出特性曲线输出特性曲线（漏极特性曲线：漏极特性曲线：分三个区域）分三个区域）a)a)截止区：截止区：V VGSGS 10 109 9恒流区：恒流区：i iD D基本上由基本上由V VGSGS决定，与决定，与V VDS DS 关系不大关系不大a)a)截止区：截止区：V VGSGS 10 109 9恒流区：恒流区：i iD D基本上由基本上由V VGSGS决定，与决定，与V VDS DS 关系不大关系不大可变电阻区：可变电阻区：当当V VDS DS 较低（近似为较低（近似为0 0），），V VGSGS 一定一定时，时，这个电阻受这个电阻受V VGS GS 控制、可变。控制、可变。第第16页页第三章第三章门电路门电路3 3、MOSMOS管的基本开关电路管的基本开关电路第第17页页第三章第三章门电路门电路4 4、MOSMOS管的开关等效电路管的开关等效电路OFFOFF截止状态截止状态 ONON导通状态导通状态第第18页页第三章第三章门电路门电路5 5、MOSMOS管的四种类型管的四种类型l增强型增强型l耗尽型耗尽型大量正离子大量正离子导电沟道导电沟道第第19页页第三章第三章门电路门电路P沟道增强型MOS管的漏极特性P沟道增强型沟道增强型MOS管管的开启电压的开启电压UGS(th)0当当UGSUGS(th)，漏漏-源之间应加负电源电压源之间应加负电源电压管子才导通管子才导通,空穴导电空穴导电。第第20页页第三章第三章门电路门电路一、反向器（非门）一、反向器（非门）（一）工作原理（一）工作原理N沟道管开启电压沟道管开启电压VGS(th)N记为记为VTN;P沟道管开启电压沟道管开启电压VGS(th)P记为记为VTP;要求满足要求满足VDD VTN+|VTP|;输入低电平为输入低电平为0V；高电平为；高电平为VDD;（1）输入为低电平）输入为低电平0V时；时；T2截止；截止；T1导通。导通。iD=0，=VDD;（2）输入为高电平）输入为高电平VDD时；时；T1截止；截止；T2导通。导通。iD=0，=0V;输入与输出间是逻辑非关系。输入与输出间是逻辑非关系。3.3.2CMOS反相器的电路和反相器的电路和工作原理工作原理第第21页页第三章第三章门电路门电路 特点：静态功耗近似为特点：静态功耗近似为0；电；电源电压可在很宽的范围内选取。源电压可在很宽的范围内选取。在正常工作状态，在正常工作状态，T1与与T2轮流导通，即所谓轮流导通，即所谓互补互补状态。状态。CC4000系列系列CMOS电路的电路的VDD可在可在318V之间选取。之间选取。第第22页页第三章第三章门电路门电路1.电压传输特性电压传输特性VVT2截止，截止，T1导通导通T1截止，截止，T2导通导通T1，T2都导通都导通阈值电压阈值电压转折区变化率转折区变化率大，特性更接大，特性更接近理想开关。近理想开关。阈值电压为阈值电压为VDD 的一半，特性对称，的一半，特性对称，因而输入端噪声容限较大。因而输入端噪声容限较大。CC4000系系列列CMOS电路的噪声容限为：（允许电路的噪声容限为：（允许输出电压变化百分之十）输出电压变化百分之十）VNH=VNL=30%VDD特点：特点：第第23页页第三章第三章门电路门电路2.电流传输特性电流传输特性A当当T1,T2都导通时，都导通时，iD不为不为0；输入电；输入电压为压为VDD/2时，时，iD较大，因此不应较大，因此不应使其长期工作在使其长期工作在BC段。段。在动态情况下，电路的状态会通过在动态情况下，电路的状态会通过BC段，使动态功耗不为段，使动态功耗不为0；而且输入信号频率越高，动态功耗也越大，这成为限制电路扇；而且输入信号频率越高，动态功耗也越大，这成为限制电路扇出系数的主要因素。出系数的主要因素。第第24页页第三章第三章门电路门电路(二二)静态特性静态特性1.输入特性输入特性 由于由于MOS管栅极绝管栅极绝缘，输入电流恒为缘，输入电流恒为0，但但CMOS门输入端接有门输入端接有保护电路，从而输入电保护电路，从而输入电流不为流不为0。AiI 由曲线可看出，输由曲线可看出，输入电压在入电压在0VDD间变间变化时，输入电流为化时，输入电流为0；当输入电压大于当输入电压大于VDD时，时，二极管二极管D1导通；当输导通；当输入电压小于入电压小于0V时，二时，二极管极管D2导通。导通。二极管二极管D2和和电阻电阻RS串联串联电路的特性电路的特性二极管二极管D1的特的特性性第第25页页第三章第三章门电路门电路2.输出特性输出特性(1)输出低电平输出低电平0VDD增加相当于增加相当于T2的的VGS增加增加 T2工作在可变电阻区，有较小工作在可变电阻区，有较小的导通电阻，当负载电流增加时，的导通电阻，当负载电流增加时，该电阻上的压降将缓慢增加。该电阻上的压降将缓慢增加。对于对于CC4000系列门电路，当系列门电路，当VDD=5V时，时，IOL的最大值为的最大值为0.51mA；而在；而在74HC系列中，该值为系列中，该值为4mA。第第26页页第三章第三章门电路门电路(2)输出高电平输出高电平00IOHVDDVOHVOH=+VDD 与输出低电平类似，此时与输出低电平类似，此时T1工作在可变电阻区；当负载电工作在可变电阻区；当负载电流增加时，流增加时，T1的的VDS增加，导致增加，导致输出下降。输出下降。此时，此时，IOH的最大值，与的最大值，与输出低电平时相同。输出低电平时相同。第第27页页第三章第三章门电路门电路（三）动态特性（三）动态特性1.传输延迟时间传输延迟时间(1)MOS管在开关过程中无电荷存储，有利于缩短延迟时间；管在开关过程中无电荷存储，有利于缩短延迟时间；(2)MOS管的导通电阻比管的导通电阻比TTL电路大的多，所以其内部电容电路大的多，所以其内部电容和负载电容对传输延迟时间的影响非常显著。导通电阻受和负载电容对传输延迟时间的影响非常显著。导通电阻受VDD影响，所以，影响，所以，VDD也影响传输延迟时间；也影响传输延迟时间；(3)C MOS门的输入电容比门的输入电容比TTL电路大的多，因此负载个数越电路大的多，因此负载个数越多，延迟时间越大；多，延迟时间越大；CMOS门的扇出系数就是受传输延迟时间门的扇出系数就是受传输延迟时间和下面要介绍的动态功耗等动态特性限制的。和下面要介绍的动态功耗等动态特性限制的。第第28页页第三章第三章门电路门电路2.交流噪声容限交流噪声容限3.动态功耗动态功耗 与与TTL电路类似，当噪声电压作用时电路类似，当噪声电压作用时间间tW小于电路的传输延迟时间时，输入小于电路的传输延迟时间时，输入噪声容限噪声容限VNA将随将随tW缩小而明显增大。缩小而明显增大。传输延迟时间与电传输延迟时间与电源电压和负载电容有关，源电压和负载电容有关，因此因此V VDDDD和和C CL L都对输入噪都对输入噪声容限有影响。声容限有影响。动态情况下，动态情况下，T1,T2会短时同时导通，产生附加会短时同时导通，产生附加功耗，其值随输入信号频率增加而增加。功耗，其值随输入信号频率增加而增加。定量估算可得动态功耗定量估算可得动态功耗PC的公式：的公式：PC=CLfV2DD负载电容经负载电容经T1、T2充、放电，也会产生功耗。充、放电，也会产生功耗。第第29页页第三章第三章门电路门电路二、二、其他类型的其他类型的CMOS门电路门电路1.其他逻辑功能的门电路其他逻辑功能的门电路与非与非门门或非或非门门第第30页页第三章第三章门电路门电路 设：设：MOS管的导通电阻为管的导通电阻为RON、门电路的输出电阻为门电路的输出电阻为RO。2RONRON/211RONR0N01RONRON10RON/22R0N00RO（与非（与非)RO（或非）（或非）BA输出高电平偏低输出高电平偏低输出低电输出低电平偏高平偏高与非门与非门特点：特点：N沟道管串联、沟道管串联、P沟道管并联；沟道管并联；输出电阻随输入状态变化。输出电阻随输入状态变化。第第31页页第三章第三章门电路门电路3.带缓冲级的带缓冲级的CMOS门电路门电路特点：输出电阻恒为特点：输出电阻恒为RON；输出电平和；输出电平和电压传输特性都不受输入状态影响。电压传输特性都不受输入状态影响。第第32页页第三章第三章门电路门电路3.漏极开路的门电路（漏极开路的门电路（OD门）门）普通普通CMOS门不能接门不能接成线与形式。成线与形式。线与是指具有高阻输出的器件（各类门电路），直接连接，自动完成与逻辑的功能的连接方式。第第33页页第三章第三章门电路门电路（三）漏极开路门电路（三）漏极开路门电路（OD）普通普通CMOS门不能接门不能接成线与形式。成线与形式。OD门输出端只是一门输出端只是一个个N沟道管，因此可以按沟道管，因此可以按OC门的办法连成总线形门的办法连成总线形式。式。特点：特点：VDD1和和VDD2可取不同值；可取不同值；允许灌入电流较大。如：允许灌入电流较大。如：CC40107在在VOLV VBBBBbe be 结正偏结正偏,bcbc结反偏结反偏e e区发射大量的电子区发射大量的电子b b区薄，只有少量的空穴区薄，只有少量的空穴bcbc反偏，大量电子形成反偏，大量电子形成I IC C发射区的电子越过发射结扩发射区的电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散散到基区，基区的空穴扩散到发射区到发射区形成发射极电流形成发射极电流IE(基区多子数目较少，空基区多子数目较少，空穴电流可忽略穴电流可忽略)。电子到达基区，少电子到达基区，少数与空穴复合形成数与空穴复合形成基极电流基极电流Ibn，复复合掉的空穴由合掉的空穴由VBB补充补充。集电结反偏，有利于集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的收集基区扩散过来的电子而形成集电极电电子而形成集电极电流流Icn。其能量来自外接电源其能量来自外接电源VCC。第第42页页第三章第三章门电路门电路1 1、三极管的输入特性曲线（、三极管的输入特性曲线（NPNNPN）V VONON ：开启电压开启电压硅管，硅管，0.5 0.70.5 0.7V V锗管，锗管，0.2 0.30.2 0.3V V近似认为近似认为:V VBE BE V 0.7V 0.7V以后，基本为水平直线以后，基本为水平直线第第44页页第三章第三章门电路门电路特性曲线分三个部分：特性曲线分三个部分：放大区：放大区：条件条件V VCE CE 0.7V,0.7V,i iB B 0,0,i iC C随随i iB B成正比变化，成正比变化，i iC C=i iB B。饱和区：饱和区：条件条件V VCE CE 0.7V,0,V 0,VCE CE 很低，很低，i iC C 随随i iB B增加变缓，趋于增加变缓，趋于“饱和饱和”。截止区：截止区：条件条件V VBE BE=0V,=0V,i iB B=0,=0,i iC C=0,ce=0,ce间间“断开断开”。第第45页页第三章第三章门电路门电路3 3、双极型三极管的基本开关电路、双极型三极管的基本开关电路只要参数合理：只要参数合理：只要参数合理：只要参数合理：V V V VI I I I=V=V=V=VILILILIL时，时，时，时，T T T T截止，截止，截止，截止，V V V VO O O O=V=V=V=VOHOHOHOHV V V VI I I I=V=V=V=VIHIHIHIH时，时，时，时，T T T T导通，导通，导通，导通，V V V VO O O O=V=V=V=VOLOLOLOL第第46页页第三章第三章门电路门电路工作状态分析：工作状态分析：第第47页页第三章第三章门电路门电路图解分析法：图解分析法：第第48页页第三章第三章门电路门电路4 4、三极管的开关等效电路、三极管的开关等效电路截止状态截止状态饱和导通状态饱和导通状态第第49页页第三章第三章门电路门电路5 5、三极管的动态开关特性、三极管的动态开关特性从二极管已知，从二极管已知，PNPN结存在电容效应。结存在电容效应。在饱和与截止两个在饱和与截止两个状态之间转换时，状态之间转换时，i iC C的变化将滞后于的变化将滞后于V VI I，则则V VO O的变化也的变化也滞后于滞后于V VI I。第第50页页第三章第三章门电路门电路一、一、二极管二极管与与门门设设V VCCCC=5V,=5V,加到加到A,BA,B的的V VIHIH=3V=3V，V VILIL=0V=0V，二极管导二极管导通时通时V VDFDF=0.7V=0.7VA AB BY Y0 0V V0 0V V0.70.7V V0 0V V3 3V V0.70.7V V3 3V V0 0V V0.70.7V V3 3V V3 3V V3.73.7V VA AB BY Y0 00 00 00 01 10 01 10 00 01 11 11 1规定规定3 3V V以上为以上为1 10.70.7V V以下为以下为0 03.45TTL门电路门电路第第51页页第三章第三章门电路门电路二、二、二极管二极管或或门门设设V VCCCC=5V,=5V,加到加到A,BA,B的的V VIHIH=3V=3V，V VILIL=0V=0V，二极管导二极管导通时通时V VDFDF=0.7V=0.7VA AB BY Y0 0V V0 0V V0 0V V0 0V V3 3V V3.3V3.3V3 3V V0 0V V3.3V3.3V3 3V V3 3V V3.3V3.3VA AB BY Y0 00 00 00 01 11 11 10 01 11 11 11 1规定规定3.3V3.3V以上为以上为1 10 0V V以下为以下为0 0二极管构成的门电路的缺点：电平有偏移、带负二极管构成的门电路的缺点：电平有偏移、带负载能力差，只用于载能力差，只用于ICIC内部电路。内部电路。第第52页页第三章第三章门电路门电路三、三、三极管三极管非非门（反相器）门（反相器）三极管的基本开关电路就是三极管的基本开关电路就是非非门，门，实际应用中，为保证实际应用中，为保证V VI I=V=VILIL时时T T可靠截止，常在可靠截止，常在 输入接入负压。输入接入负压。参数合理？参数合理？参数合理？参数合理？V V V VI I I I=V=V=V=VILILILIL时，时，时，时，T T T T截止，截止，截止，截止，V V V VO O O O=V=V=V=VOHOHOHOHV V V VI I I I=V=V=V=VIHIHIHIH时，时，时，时，T T T T导通，导通，导通，导通，V V V VO O O O=V=V=V=VOLOLOLOL第第53页页第三章第三章门电路门电路5 5V V-8 8V V3.33.3K K1010K K1 1K K=20=20V VCECE(sat)=0.1V(sat)=0.1VV VIHIH=5V=5VV VILIL=0V=0V例例3.3.13.3.1：计算参数设计是否合理：计算参数设计是否合理第第54页页第三章第三章门电路门电路当当当当又又 因此，参数设计合理因此，参数设计合理第第55页页第三章第三章门电路门电路1.电路结构电路结构设设0.2V0.9V三个三个PN结结导通需导通需3.1V不足以让不足以让T2、T5导通导通（1）VI=VIL3.5.2TTL反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理第第56页页第三章第三章门电路门电路T2、T5：截止截止0.9V0.2VRLVO=5UD2-UBE4-UR2 3.4V高电平！高电平！A=0Y=1第第57页页第三章第三章门电路门电路3.4V反偏反偏电位被嵌电位被嵌在在2.1V全导通全导通 0.9V截止截止（2）VI=VIH第第58页页第三章第三章门电路门电路3.4V反偏反偏全导通全导通饱和饱和VO 0.2V低低电平！电平！A=0Y=1第第59页页第三章第三章门电路门电路l需要说明的几个问题：需要说明的几个问题：第第60页页第三章第三章门电路门电路3.3.电压传输特性电压传输特性第第61页页第三章第三章门电路门电路3.3.输入噪声容限输入噪声容限第第62页页第三章第三章门电路门电路（二）（二）输入特性输入特性IIL称为称为输入低电平电流输入低电平电流。IIS称为称为输入短路电流输入短路电流 =0V的输的输入电流入电流。IIH称为称为输入漏电流输入漏电流。输入电压为负时，基本是输入电压为负时，基本是保护二极管的伏安特性。保护二极管的伏安特性。IIH输入为输入为0.2V时时输入为输入为3.4V时时输入为其他电压时输入为其他电压时IILIIS 输入电压小于输入电压小于0.6V时，计算时，计算IIL的公式仍然成立的公式仍然成立(把把VIL换为换为 ），是一直线方程。），是一直线方程。ii第第63页页第三章第三章门电路门电路（三）输入端负载特性（三）输入端负载特性当当 小于小于0.6V时时当当 =1.4V时，时，T2、T5均已导均已导通，通，T1基极电位被钳在基极电位被钳在2.1V而而 不再随不再随RP增加，因增加，因 此此 也不也不再随再随RP增加。增加。当当RP较小时，这较小时，这是直线方程是直线方程返回返回第第64页页第三章第三章门电路门电路（四）输出特性（四）输出特性1.高电平输出特性高电平输出特性 T4饱和前，饱和前，VOH基基本不随本不随iL变，变，T4饱和后，饱和后，VOH将随负载电流增加将随负载电流增加线性下降，其斜率基本线性下降，其斜率基本由由R4决定。决定。2.低电平输出特性低电平输出特性 受功耗限制，受功耗限制，74系列门系列门输出高电平时最大负载电输出高电平时最大负载电流不超过流不超过0.4mA。T5饱和，饱和，c-e间等效电间等效电阻不超过阻不超过10欧姆，因此欧姆，因此直线斜率很小。直线斜率很小。rce第第65页页第三章第三章门电路门电路例：计算例：计算G1能驱动的同类门的个数。设能驱动的同类门的个数。设G1满足：满足：VOH=3.2V,VOL=0.2V。16解：解：N1=16/1=16G1输出低电平输出低电平G1输出高电平输出高电平 G1输出高电平时，输出高电平时，最大允许输出电流为最大允许输出电流为0.4mA；每个负载门输入每个负载门输入电流为电流为IIH,不超过不超过0.04mA;故：故：N2=0.4/0.04=10综合综合N1,N2,应取应取N=10N称为门的称为门的扇出系数。扇出系数。每个负载门电流每个负载门电流G1门门电流电流第第66页页第三章第三章门电路门电路三、三、TTL反相器的动态特性反相器的动态特性1、传输延迟时间、传输延迟时间（1）现象）现象第第67页页第三章第三章门电路门电路2、交流噪声容限、交流噪声容限（b）负负脉冲噪声容限脉冲噪声容限（a）正正脉冲噪声容限脉冲噪声容限当输入信号为窄脉冲，且接近于当输入信号为窄脉冲，且接近于tpd时，输出时，输出变化跟不上，变化很小，因此交流噪声容限远大变化跟不上，变化很小，因此交流噪声容限远大于直流噪声容限。于直流噪声容限。第第68页页第三章第三章门电路门电路3、电源的动态尖峰电流、电源的动态尖峰电流第第69页页第三章第三章门电路门电路四、四、其它类型的其它类型的TTL门电路门电路1、其他逻辑功能的门电路、其他逻辑功能的门电路（1）与非与非门门第第70页页第三章第三章门电路门电路（2）或非或非门门（3）与或非门）与或非门第第71页页第三章第三章门电路门电路（4）异或门）异或门第第72页页第三章第三章门电路门电路2 2、集电极开路的门电路、集电极开路的门电路（1 1）推拉式输出电路结构的局限性）推拉式输出电路结构的局限性 输出电平不可调输出电平不可调 负载能力不强，尤其是高电平输出负载能力不强，尤其是高电平输出 输出端不能并联使用输出端不能并联使用 OCOC门门第第73页页第三章第三章门电路门电路（2）OC门的结构特点门的结构特点第第74页页第三章第三章门电路门电路（3）OC门实现的门实现的线与线与第第75页页第三章第三章门电路门电路（4）外接负载电阻外接负载电阻RL的计算的计算第第76页页第三章第三章门电路门电路第第77页页第三章第三章门电路门电路3、三态输出门（、三态输出门（ThreestateOutputGate,TS）DEN101截止截止(1)(1)控制端控制端EN=0EN=0时的工作情况：时的工作情况：ENEN 控制端控制端第第78页页第三章第三章门电路门电路(2)(2)控制端控制端EN=1EN=1时的工作情况：时的工作情况：DEN110导通导通截止截止截止截止高阻态高阻态第第79页页第三章第三章门电路门电路输出高阻输出高阻功能表功能表输出高阻输出高阻功能表功能表使能端使能端高电平高电平起作用起作用使能端使能端低电平低电平起作用起作用三态门的符号及功能表三态门的符号及功能表&ABY符号符号&ABY符号符号第第80页页第三章第三章门电路门电路三态门的用途三态门的用途三态门主要作为三态门主要作为TTLTTL电路与电路与总线总线间的间的接口电路接口电路。用用三态三态门实现数据的双向传输门实现数据的双向传输用用三态门三态门接成总线结构接成总线结构第第81页页第三章第三章门电路门电路五、五、TTLTTL电路的改进系列电路的改进系列（改进指标：（改进指标：)（一）高速系列（一）高速系列7474H/54H H/54H （High-Speed TTLHigh-Speed TTL）1.1.电路的改进电路的改进(1)(1)输出级采用复合管（减小输出电阻输出级采用复合管（减小输出电阻RoRo）(2)(2)减少各电阻值减少各电阻值3.3.性能特点性能特点 速度提高速度提高 的同时功耗也增加的同时功耗也增加 达林顿结构、阻值降半达林顿结构、阻值降半第第82页页第三章第三章门电路门电路（二）肖特基系列（二）肖特基系列74S/54S（SchottkyTTL）1.电路改进电路改进(1)采用抗饱和三极管采用抗饱和三极管(2)用有源泄放电路代替用有源泄放电路代替74H系列中的系列中的R3(3)减小电阻值减小电阻值3.性能特点性能特点速度进一步提高，电压传输特性没有线性区，功耗增大速度进一步提高，电压传输特性没有线性区，功耗增大第第83页页第三章第三章门电路门电路(三三)低功耗肖特基系列低功耗肖特基系列7474LS/54LS LS/54LS（Low-Power Low-Power SchottkySchottky TTL TTL）(四四)74)74AS,74ALSAS,74ALS （Advanced Low-Power Advanced Low-Power SchottkySchottky TTL TTL）3.5 3.5 其他类型的双极型数字集成电路其他类型的双极型数字集成电路*DTLDTL：输入为二极管门电路，速度低，已经不用输入为二极管门电路，速度低，已经不用HTLHTL：电源电压高，电源电压高，VthVth高，抗干扰性好，已被高，抗干扰性好，已被CMOSCMOS替代替代ECLECL：非饱和逻辑，速度快，用于高速系统非饱和逻辑，速度快，用于高速系统I I2 2L L：属饱和逻辑，电路简单，用于属饱和逻辑，电路简单，用于LSILSI内部电路内部电路 第第84页页第三章第三章门电路门电路CMOS系列系列电路的主要特点路的主要特点输入端的保入端的保护问题与与TTL电路的路的对比：功耗低比：功耗低速度低速度低CMOS与与TTL的相互的相互驱动要求要求驱动门必必须为负载门提供合乎提供合乎标准准的高低的高低电平和足平和足够的的驱动电流。流。驱动门负载门VOH(min)VIH(min)VOL(max)VIL(max)IOH(max)nIIH(max)IOL(max)mIIL(max)第第85页页第三章第三章门电路门电路用接入上拉电阻提高用接入上拉电阻提高用接入上拉电阻提高用接入上拉电阻提高TTLTTL电路输出的高电平电路输出的高电平电路输出的高电平电路输出的高电平 TTL驱动CMOS：主要主要问题：输出高出高电平低于平低于CMOS输入高入高电平平解决方案：解决方案：1设置上拉置上拉电阻阻2采用采用OC门(CMOS门的的电源源电压较高高时)VOH=VDDRU(IO+nIIH)VDD第第86页页第三章第三章门电路门电路COMS驱动TTL：主要主要问题：输出低出低电平平电流最大流最大值小于小于TTL低低电平平输入入电流流解决方案：解决方案：1采用采用CMOS电路并路并联提高提高负载能力能力2采用分立三极管反相器采用分立三极管反相器进行行连接接将将将将CMOSCMOS门电路并联以提高带负载能力门电路并联以提高带负载能力门电路并联以提高带负载能力门电路并联以提高带负载能力 也可采用也可采用OD门来来驱动多个多个TTL门电路路将同一封装内的门电路并联使用 两个门并联后的最大负载电流略低于每个门最大负载电流的两倍第第87页页第三章第三章门电路门电路通过电流放大器驱动通过电流放大器驱动通过电流放大器驱动通过电流放大器驱动TTLTTL电路电路电路电路 iBnIIL(TTL)同同时也符合也符合VOH(min)VIH(min)VOL(max)VIL(max)选取适当的取适当的电路参数使路参数使满足：足：第第88页页第三章第三章门电路门电路作业：作业：P1283.14，3.17，3.18