数字电子电路教案省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

EXIT概述概述第第 2 章逻辑门电路章逻辑门电路三极管开关特征三极管开关特征TTL集成逻辑门集成逻辑门CMOS集成逻辑门集成逻辑门集成逻辑门应用集成逻辑门应用本章小结本章小结第1页EXIT2.1 概概 述述主要要求：主要要求：了解逻辑门电路作用和惯用类型。了解逻辑门电路作用和惯用类型。了解高电平信号和低电平信号含义。了解高电平信号和低电平信号含义。第2页EXITTTL即即Transistor-TransistorLogicCMOS即即ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor 一、门电路作用和惯用类型一、门电路作用和惯用类型 按功效特点不一样分按功效特点不一样分普通门普通门(推拉式输出推拉式输出)CMOS传输门传输门 输出输出开路门开路门三态门三态门门电路门电路(GateCircuit)指用以实现基本逻辑关系和指用以实现基本逻辑关系和惯用复合逻辑关系电子电路。惯用复合逻辑关系电子电路。是组成数字电路基本单元之一是组成数字电路基本单元之一按逻辑功效不一样分按逻辑功效不一样分与门与门 或门或门 非门非门 异或门异或门 与非门与非门 或非门或非门 与或非门与或非门 按电路结构不一样分按电路结构不一样分 TTL集成门电路集成门电路 CMOS集成门电路集成门电路 输输入入端端和和输输出出端端都都用用三极管逻辑门电路。三极管逻辑门电路。用互补对称用互补对称MOS管组成逻辑门电路。管组成逻辑门电路。第3页EXIT二、高电平和低电平含义二、高电平和低电平含义 高电平和低电平为某高电平和低电平为某要求范围要求范围电位值，而非一固定值。电位值，而非一固定值。高电平信号是多大信号？低电高电平信号是多大信号？低电平信号又是多大信号？平信号又是多大信号？10高电平高电平低电平低电平01高电平高电平低电平低电平正逻辑体制正逻辑体制负逻辑体制负逻辑体制由门电路种类等决定由门电路种类等决定第4页EXIT2.2三极管开关特征三极管开关特征主要要求：主要要求：了解了解三极管开关特征。三极管开关特征。掌握三极管开关工作条件。掌握三极管开关工作条件。第5页EXIT三极管为何能用作开关？三极管为何能用作开关？怎样控制它开和关？怎样控制它开和关？当输入当输入 uI为低电平，使为低电平，使 uBEUth时，三极管截止。时，三极管截止。iB 0，iC 0，C、E间相当间相当于开关断开。于开关断开。三极管关断条件和等效电路三极管关断条件和等效电路IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS负载线负载线临界饱和线临界饱和线 饱饱和和区区放大区放大区一、三极管开关作用及其条件一、三极管开关作用及其条件 截止区截止区uBEUthBEC三极管三极管截止状态截止状态等效电路等效电路uI=UILuBE+-Uth为门限电压为门限电压第6页EXITIC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS临界饱和线临界饱和线 饱饱和和区区放大区放大区一、三极管开关作用及其条件一、三极管开关作用及其条件 uI增大增大使使iB增大，增大，从而工作点上移，从而工作点上移，iC增增大，大，uCE减小。减小。截止区截止区uBEUth时，三极管开始导通，时，三极管开始导通，iB0，三极管工作于放大，三极管工作于放大导通状态。导通状态。第7页EXITIC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS临界饱和线临界饱和线 饱饱和和区区放大区放大区一、三极管开关作用及其条件一、三极管开关作用及其条件 截止区截止区uBEIB(sat)因为因为iB=IHB-0.7VUR所以求得所以求得RBton二、三极管动态开关特征二、三极管动态开关特征 开关时间主要因为开关时间主要因为电电荷存放效应荷存放效应引发，要提升引发，要提升开关速度，必须降低三极开关速度，必须降低三极管饱和深度，加速基区存管饱和深度，加速基区存放电荷消散。放电荷消散。第13页EXITC E B SBD B C E 在在普普通通三三极极管管基基极极和和集集电电极极之之间间并并接接一个肖特基势垒二极管一个肖特基势垒二极管(简称简称SBD)。BCSBD抗饱和三极管开关速度高抗饱和三极管开关速度高 没有电荷存放效应没有电荷存放效应SBD导通电压只有导通电压只有0.4V而非而非0.7V，所以所以UBC=0.4V时，时，SBD便导通，使便导通，使UBC钳在钳在0.4V上，降低了饱和深度。上，降低了饱和深度。三、三、抗饱和三极管介绍抗饱和三极管介绍第14页EXIT2.3TTL 集成逻辑门集成逻辑门主要要求：主要要求：了解了解TTL与非门组成和工作原理。与非门组成和工作原理。了解了解TTL集成逻辑门主要参数和使用常识。集成逻辑门主要参数和使用常识。掌握掌握TTL基本门逻辑功效和主要外特征。基本门逻辑功效和主要外特征。了解了解集电极开路门和三态门逻辑功效和应用集电极开路门和三态门逻辑功效和应用。第15页EXITABCV1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3R1R2R4R5RBRCB1C1C2E2YVCC+5V输入级输入级中间倒相级中间倒相级输出级输出级STTL系列与非门电路系列与非门电路逻辑符号逻辑符号8.2k 900 50 3.5k 500 250 V1V2V3V5V6一、一、TTL 与非门基本组成与外特征与非门基本组成与外特征(一一)经典经典TTL与非门电路与非门电路除除V4外外，采采取取了了抗抗饱饱和和三三极极管管，用用以以提提升升门门电电路路工工作作速速度度。V4不不会会工工作作于于饱饱和和状状态态，所所以以用用普通三极管。普通三极管。输入级主要由多发射极管输入级主要由多发射极管V1和基和基极电阻极电阻R1组成，用以实现输入变量组成，用以实现输入变量A、B、C 与运算。与运算。VD1VD3为输入钳位二极管，用以为输入钳位二极管，用以抑制输入端出现负极性干扰。正常信号抑制输入端出现负极性干扰。正常信号输入时，输入时，VD1VD3不工作，当输入负极不工作，当输入负极性干扰电压大于二极管导通电压时，二性干扰电压大于二极管导通电压时，二极管导通，输入端负电压被钳在极管导通，输入端负电压被钳在-0.7V上，这不但抑制了输入端负极性干扰，上，这不但抑制了输入端负极性干扰，对对V1还有保护作用。还有保护作用。中间级起倒相放大作中间级起倒相放大作用，用，V2集电极集电极C2和发射极和发射极E2同时输出两个逻辑电平同时输出两个逻辑电平相反信号，分别驱动相反信号，分别驱动V3和和V5。RB、RC和和V6组成有组成有源泄放电路，用以减小源泄放电路，用以减小V5管开关时间，从而提升门管开关时间，从而提升门电路工作速度。电路工作速度。输出级输出级由由V3、V4、R4、R5和和V5组成。其中组成。其中V3和和V4组组成复合管，成复合管，与与V5组成推组成推拉式输出结拉式输出结构，提升了构，提升了负载能力。负载能力。第16页EXITVD1VD3在正常信号输在正常信号输入时不工作，所以下面分入时不工作，所以下面分析中不予考虑。析中不予考虑。RB、RC和和V6所组成有源泄放电路所组成有源泄放电路作用是提升开关速度，它们作用是提升开关速度，它们不影响与非门逻辑功效，不影响与非门逻辑功效，所以下面工作原理分析中所以下面工作原理分析中也不予考虑。也不予考虑。因为抗饱和三极管因为抗饱和三极管V1集电结导通电压为集电结导通电压为0.4V，而而V2、V5发射结导通电压发射结导通电压为为0.7V，所以要使，所以要使V1集电集电结和结和V2、V5发射结导通，发射结导通，必须必须uB11.8V。0.3V3.6V3.6V 输入端有一个或数个为输入端有一个或数个为 低电平时，低电平时，输出高电平。输出高电平。输入低电平端对应发射结导输入低电平端对应发射结导通，通，uB1=0.7V+0.3V=1VV1管其它发射结因反偏而截止。管其它发射结因反偏而截止。1V这时这时V2、V5截止。截止。V2截止截止使使V1集电极等效电阻很大，使集电极等效电阻很大，使IB1IB1(sat)，V1深度饱和。深度饱和。V2截止使截止使uC2 VCC=5V，5V所以，输入有低电平时，输出为高电平。所以，输入有低电平时，输出为高电平。截止截止截止截止深度深度饱和饱和V3微饱和，微饱和，V4放大工作。放大工作。uY=5V-0.7V-0.7V=3.6V电路输出为高电平。电路输出为高电平。微饱和微饱和放大放大(二二)TTL与非门工作原理与非门工作原理 第17页EXIT总而言之总而言之,该电路实现了与非逻辑功效该电路实现了与非逻辑功效,即即3.6V3.6V3.6V所以，所以，V1发射结反偏而集电极发射结反偏而集电极正偏，称正偏，称处于倒置放大状态。处于倒置放大状态。1.8V这时这时V2、V5饱和。饱和。uC2=UCE2(sat)+uBE5=0.3V+0.7V=1V使使V3导通，而导通，而V4截止。截止。1V uY=UCE5(sat)0.3V输出为低电平输出为低电平所以，输入均为高电平时，输出为低电平。所以，输入均为高电平时，输出为低电平。0.3VV4截止使截止使V5等效集电极电等效集电极电阻很大，使阻很大，使IB5IB5(sat)，所以，所以V5深度饱和。深度饱和。倒置放大倒置放大饱饱和和饱和饱和截止截止导通导通TTL电路输入端悬电路输入端悬空时相当于输入高电平。空时相当于输入高电平。输入均为高电平时，输入均为高电平时，输出低电平输出低电平 VCC经经R1使使V1集电结和集电结和V2、V5发射结导通，使发射结导通，使uB1=1.8V。深深注意注意2.TTL与非门工作原理与非门工作原理 第18页EXIT电压传输特征测试电路电压传输特征测试电路0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOLSTTL与非门与非门电压传输特征曲线电压传输特征曲线(三三)TTL与非门外特征及主要参数与非门外特征及主要参数 1.电压传输特征电压传输特征和噪声容限和噪声容限 输出电压随输入电压改变特征输出电压随输入电压改变特征 uI较小时工作于较小时工作于AB段，段，这时这时V2、V5截止，截止，V3、V4导通，输出恒为高电平，导通，输出恒为高电平，UOH 3.6V，称与非门工，称与非门工作在截止区或处于关门状作在截止区或处于关门状态。态。uI较大时工作于较大时工作于BC段，这时段，这时V2、V5工作于工作于放大区，放大区，uI微小增大引微小增大引发发uO急剧下降，称与非急剧下降，称与非门工作在转折区。门工作在转折区。uI很大时工作于很大时工作于CD段，段，这时这时V2、V5饱和，输出恒为饱和，输出恒为低电平，低电平，UOL 0.3V，称与非，称与非门工作在饱和区或处于开门状门工作在饱和区或处于开门状态。态。电压传输特征测试电路电压传输特征测试电路0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOLSTTL与非门与非门电压传输特征曲线电压传输特征曲线饱饱和和区区：与与非非门门处于开门状态。处于开门状态。截截止止区区：与与非非门门处于关门状态。处于关门状态。转折区转折区第19页EXIT下面介绍与下面介绍与电压传输特电压传输特征相关主要参数：征相关主要参数：相关参数相关参数0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOL电压传输特征曲线电压传输特征曲线标准高电平标准高电平USH当当uOUSH时，则认为输出高时，则认为输出高电平，通常取电平，通常取USH=3V。标准低电平标准低电平USL当当uOUSL时，则认为输出低时，则认为输出低电平，通常取电平，通常取USL=0.3V。关门电平关门电平UOFF确确保保输输出出大大于于标标准准高高电电平平USH时时,允许输入低电平最大值。允许输入低电平最大值。开门电平开门电平UON确确保保输输出出不不高高于于标标准准低低电电平平USL时时,允许输入高电平最小值。允许输入高电平最小值。阈值电压阈值电压UTH转转折折区区中中点点对对应应输输入入电电压压，又又称门槛电平。称门槛电平。USH=3VUSL=0.3VUOFFUONUTH近似分析时认为：近似分析时认为：uIUTH，则与非门开通，则与非门开通，输出低电平输出低电平UOL；uIUTH，则与非门关闭，则与非门关闭，输出高电平输出高电平UOH。第20页EXIT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。指输入低电平时，允许最大正向噪声电压。指输入低电平时，允许最大正向噪声电压。UNL=UOFFUIL指输入高电平时，允许最大负向噪声电压。指输入高电平时，允许最大负向噪声电压。UNH=UIHUON输入信号上叠加噪声电压只要不超出允许值，输入信号上叠加噪声电压只要不超出允许值，就不会影响电路正常逻辑功效，这个允许值称为就不会影响电路正常逻辑功效，这个允许值称为噪声容限噪声容限。输入高电平噪声容限输入高电平噪声容限UNH输入低电平噪声容限输入低电平噪声容限UNL第21页EXIT输入负载特征测试电路输入负载特征测试电路 输入负载特征输入负载特征曲线曲线0uI/VR1/k UOFF1.1FNROFFRON2.输入负载特征输入负载特征 ROFF称关门电阻。称关门电阻。RIRON时时，对对应应输输入入端端相相当当于输入高电平。对于输入高电平。对STTL系列，系列，RON 2.1k。RONROFFUOFF第22页EXIT 例例 下列图中，已知下列图中，已知 ROFF 800，RON 3k，试对应，试对应输入波形定性画出输入波形定性画出TTL与非门输出波形。与非门输出波形。(a)(b)tA0.3V3.6VO不一样不一样TTL系列，系列，RON、ROFF不一样。不一样。对应输入端相当于输入低电平，对应输入端相当于输入低电平，也即相当于输入逻辑也即相当于输入逻辑0。逻辑逻辑0所以所以Ya输出恒为高电平输出恒为高电平UOH。对应输入端相当于输入高电平，对应输入端相当于输入高电平，也即相当于输入逻辑也即相当于输入逻辑1。逻辑逻辑1所以，可画出波形如图所表示。所以，可画出波形如图所表示。YbtOYatUOHO解：图解：图(a)中，中，RI=300 RON 3k 第23页EXIT3.负载能力负载能力 负载电流流入与负载电流流入与非门输出端。非门输出端。负载电流从与非门负载电流从与非门输出端流向外负载。输出端流向外负载。负载电流流入驱动门负载电流流入驱动门IOL负载电流流出驱动门负载电流流出驱动门IOH输入均为输入均为高电平高电平输入有输入有低电平低电平输出为低电平输出为低电平输出为高电平输出为高电平灌电流负载灌电流负载拉电流负载拉电流负载不不论论是是灌灌电电流流负负载载还还是是拉拉电电流流负负载载，负负载载电电流流都都不不能能超超出出其其最最大大允允许许电电流流，不不然然将将造造成成电路不能正常工作，甚至烧坏门电路。电路不能正常工作，甚至烧坏门电路。实用中惯用实用中惯用扇出系数扇出系数NOL表示电路负载能力。表示电路负载能力。门电路输出低电平时允许带同类门电路个数。门电路输出低电平时允许带同类门电路个数。通常按照负通常按照负载电流流向将与载电流流向将与非门负载分为非门负载分为 灌电流负载灌电流负载拉电流负载拉电流负载第24页EXIT因因为为三三极极管管存存在在开开关关时时间间，元元、器器件件及及连连线线存存在在一一定定寄寄生生电电容容，所所以以输输入入矩矩形形脉冲时，输出脉冲将延迟一定时间。脉冲时，输出脉冲将延迟一定时间。输入信号输入信号UOm0.5UOm0.5UImUIm输出信号输出信号4.传输延迟时间传输延迟时间 输入电压波形下降沿输入电压波形下降沿0.5UIm处到输出电压上升沿处到输出电压上升沿0.5Uom处间隔时间称处间隔时间称截止延迟时间截止延迟时间tPLH。输入电压波形上升沿输入电压波形上升沿0.5UIm处到输出电压下降沿处到输出电压下降沿0.5Uom处间隔时间称处间隔时间称导通延迟时间导通延迟时间tPHL L。平均传输延迟时间平均传输延迟时间tpdtPHLtPLHtpd越小，则门电越小，则门电路开关速度越高，工路开关速度越高，工作频率越高。作频率越高。0.5UIm0.5UOm第25页EXIT5.功耗功耗-延迟积延迟积 惯用功耗惯用功耗P 和平均传输延迟时间和平均传输延迟时间tpd乘积乘积(简称简称功耗功耗延迟积延迟积)来来综合评价门电路性能，即综合评价门电路性能，即M=P tpd性能优越门电路应含有功耗低、工作速度高性能优越门电路应含有功耗低、工作速度高特点，然而这二者矛盾。特点，然而这二者矛盾。M 又称品质原因，值越小，说明综合性能越好。又称品质原因，值越小，说明综合性能越好。第26页EXIT使用时需使用时需外接外接上拉电阻上拉电阻RL即即Opencollectorgate，简称简称OC门。门。惯惯用用有有集集电电极极开开路路与与非非门门、三三态态门门、或或非非门门、与与或或非非门门和和异异或或门门等等。它它们们都都是是在在与与非非门门基基础础上上发发展展出出来来，TTL与非门上述特征对这些门电路大多适用。与非门上述特征对这些门电路大多适用。VC能够等于能够等于VCC也可不等于也可不等于VCC 二、其它功效二、其它功效 TTL 门电路门电路(一一)集电极开路与非门集电极开路与非门 1.电路、逻辑符号和工作原理电路、逻辑符号和工作原理 输入都为高电平时，输入都为高电平时，V2和和V5饱和导通，输出饱和导通，输出为低电平为低电平UOL 0.3V。输入有低电平时，输入有低电平时，V2和和V5截止，输出为高电平截止，输出为高电平UOH VC。所以含有与非功效。所以含有与非功效。工作原理工作原理 OC门门第27页EXIT相当于与门作用。相当于与门作用。因为因为Y1、Y2中有低电中有低电平时，平时，Y 为低电平；只有为低电平；只有Y1、Y2均为高电平时，均为高电平时，Y才为高电平，故才为高电平，故Y=Y1Y2。2.应用应用 (1)实现线与实现线与两个或多个两个或多个OC门输出端直接相连，相门输出端直接相连，相当于将这些输出信号相与，称为线与。当于将这些输出信号相与，称为线与。Y只有只有OC门才能实现线与。普通门才能实现线与。普通TTL门输出端不能并联，不然可能损坏器件。门输出端不能并联，不然可能损坏器件。注意注意第28页EXIT(2)驱动显示器和继电器等驱动显示器和继电器等 例例 下列图为用下列图为用OC门驱动发光二极管门驱动发光二极管LED显示电路。显示电路。已知已知LED正向导通压降正向导通压降UF=2V，正向工作电流，正向工作电流IF=10mA，为确保电路正常工作，试确定，为确保电路正常工作，试确定RC值。值。解解：为确保电路正常工作，应满足为确保电路正常工作，应满足所以所以RC=270 分析：分析：该电路只有在该电路只有在A、B 均为高均为高电平，使输出电平，使输出uO为低电平时，为低电平时，LED才导通发光；不然才导通发光；不然LED中中无电流流通，不发光。无电流流通，不发光。要使要使LED发光，应满足发光，应满足IRc IF=10mA。第29页EXITTTLCMOSRLVDD+5V(3)实现电平转换实现电平转换 TTL与非门有时需要驱动其它种类门电路，而不与非门有时需要驱动其它种类门电路，而不一样种类门电路高低电平标准不一样。应用一样种类门电路高低电平标准不一样。应用OC门就门就能够适应负载门对电平要求。能够适应负载门对电平要求。OC门门UOL 0.3V，UOH VDD，恰好符合，恰好符合CMOS电路电路UIH VDD，UIL 0要求。要求。VDDRL第30页EXIT即即Tri-StateLogic门，门，简称简称TSL门。其输出有高门。其输出有高电平态、低电平态和高阻电平态、低电平态和高阻态三种状态。态三种状态。三态输出与非门电路三态输出与非门电路 EN=1时，时，P=0，uP=0.3V0110 0.3V1V导通导通截止截止截止截止 其次，V1 导通，uB1=0.3V+0.7V=1V,V2、V5 截止。这时，从输出端这时，从输出端Y看进去，看进去，对地和对电源对地和对电源VCC都相当于开都相当于开路，路，输出端展现高阻态输出端展现高阻态，相当于，相当于输出端开路。输出端开路。YAB1V导通导通截止截止截止截止Z这时这时VD导通，使导通，使uC2=0.3V+0.7V=1V，使，使V4截止。截止。(二二)三态输出门三态输出门 1.电路、逻辑符号和工作原理电路、逻辑符号和工作原理工作原理工作原理 EN=0时，时，P=1，VD截止截止电路等效为一个输入为电路等效为一个输入为A、B 和和1TTL与非门。与非门。Y=AB第31页EXIT总而言之，可见：总而言之，可见：(二二)三态输出门三态输出门 1.电路、逻辑符号和工作原理电路、逻辑符号和工作原理只有当使能信号只有当使能信号 EN=0时才允许三态时才允许三态门工作，故称门工作，故称 EN 低电平有效低电平有效。EN 称使能信号或控制信号，称使能信号或控制信号，A、B 称数据信号。称数据信号。当当EN=0时，时，Y=AB，三态门处于工作态；三态门处于工作态；当当EN=1时，三态门输出展时，三态门输出展现高阻态，又现高阻态，又称称禁止态。禁止态。第32页EXITEN即即Enable功效表功效表Z0AB1YEN使能端低电平有效使能端低电平有效使能端高电平有效使能端高电平有效功效表功效表Z1AB0YENEN第33页EXIT2.应用应用 任何时刻任何时刻EN1、EN2、EN3中只能有一个为有效电平，中只能有一个为有效电平，使对应三态门工作，而其它三使对应三态门工作，而其它三态输出门处于高阻状态，从而态输出门处于高阻状态，从而实现了总线复用。实现了总线复用。总线总线 (1)组成单向总线组成单向总线 第34页EXITDIDO/DIDO00高阻态高阻态工作工作DI EN=0时，时，总线上数据总线上数据DI经经反相后在反相后在G2输出输出端输出。端输出。(2)组成双向总线组成双向总线 DIDO/DIDO11工作工作DO高阻态高阻态 EN=1时，时，数据数据DO经经G1反相后传送到反相后传送到总线上。总线上。DIDO/DIDO11工作工作DO高阻态高阻态 EN=1时，时，数据数据DO经经G1反相后传送到反相后传送到总线上。总线上。DIDO/DIDO第35页EXITTTL集成门类型很多集成门类型很多,那么怎那么怎样识别它们样识别它们?各类型之间有何异同各类型之间有何异同?怎样选取适当门怎样选取适当门?三、三、TTL 集成门应用关键点集成门应用关键点 1.各系列各系列TTL集成门比较与选取集成门比较与选取 用于民品用于民品用于军品用于军品含有完全相同电路结构和电气性能参含有完全相同电路结构和电气性能参数，但数，但CT54系列更适合在温度条件恶劣、系列更适合在温度条件恶劣、供电电源改变大环境中工作。供电电源改变大环境中工作。按工作温度和电源允许改变范围不一样分按工作温度和电源允许改变范围不一样分为为CT74系列系列CT54系列系列第36页EXIT向高速向高速发展发展向低功向低功耗发展耗发展按平均传输延迟时间和平均功耗不一样分按平均传输延迟时间和平均功耗不一样分向减小向减小功耗功耗-延迟积延迟积发展发展办法：增大电阻值办法：增大电阻值办法：办法：(1)采取采取SBD和抗饱和三极管；和抗饱和三极管；(2)采取有源泄放电路；采取有源泄放电路；(3)减小电路中电阻值。减小电路中电阻值。其中，其中，LSTTL系列综合性能优越、品种多、系列综合性能优越、品种多、价格廉价；价格廉价；ALSTTL系列性能优于系列性能优于LSTTL，但品，但品种少、价格较高，所以种少、价格较高，所以实用中多项选择取实用中多项选择取LSTTL。CT74系列系列(即标准即标准TTL)CT74L系列系列(即低功耗即低功耗TTL简称简称LTTL)CT74H系列系列(即高速即高速TTL简称简称HTTL)CT74S系列系列(即肖特基即肖特基TTL简称简称STTL)CT74AS系列系列(即先进肖特基即先进肖特基TTL简称简称ASTTL)CT74LS系列系列(即低功耗肖特基即低功耗肖特基TTL简称简称LSTTL)CT74ALS系列系列(即先进低功耗肖特基即先进低功耗肖特基TTL简称简称LSTTL)第37页EXIT集成门选取关键点集成门选取关键点(1)实际使用中最高工作频率实际使用中最高工作频率fm应小于逻辑门最高工作应小于逻辑门最高工作频率频率fmax二分之一。二分之一。实实物物图图片片(2)不一样系列不一样系列TTL中，器件型号后面几位数字相同时，中，器件型号后面几位数字相同时，通常逻辑功效、外型尺寸、外引线排列都相同。但工作通常逻辑功效、外型尺寸、外引线排列都相同。但工作速速度度(平均传输延迟时间平均传输延迟时间tpd)和平均功耗不一样。实际使和平均功耗不一样。实际使用时，用时，高速门电路能够替换低速；反之则不行。高速门电路能够替换低速；反之则不行。比如比如CT7400CT74L00CT74H00CT74S00CT74LS00CT74AS00CT74ALS00 xx74xx00引脚图引脚图双列直插双列直插14引脚引脚四四2输入与非门输入与非门第38页EXIT2.TTL集成逻辑门使用关键点集成逻辑门使用关键点 (1)电源电压用电源电压用+5V，74系列应满足系列应满足5V 5%。(2)输出端连接输出端连接普通普通TTL门输出端不允许直接并联使用。门输出端不允许直接并联使用。三态输出门输出端可并联使用，但同一时刻只能有三态输出门输出端可并联使用，但同一时刻只能有一个门工作，其它门输出处于高阻状态。一个门工作，其它门输出处于高阻状态。集电极开路门输出端可并联使用，但公共输出端和集电极开路门输出端可并联使用，但公共输出端和电源电源VCC之间应接负载电阻之间应接负载电阻RL。输出端不允许直接接电源输出端不允许直接接电源VCC或直接接地。或直接接地。输出电流应小于产品手册上要求最大值。输出电流应小于产品手册上要求最大值。第39页EXIT3.多出输入端处理多出输入端处理 与门和与非门多出输入端接逻辑与门和与非门多出输入端接逻辑1或者与有用输入端并接。或者与有用输入端并接。接接VCC经过经过110k 电阻接电阻接VCC与有用输入端并接与有用输入端并接TTL电电路路输输入入端端悬悬空空时时相相当当于于输输入入高高电电平平，做做试试验验时时与与门门和和与与非非门门等等多多出出输输入入端端可可悬悬空空，但但使用中多出输入端普通不悬空，以预防干扰。使用中多出输入端普通不悬空，以预防干扰。第40页EXIT或门和或非门多出输入端接逻辑或门和或非门多出输入端接逻辑0或者与有用输入端并接或者与有用输入端并接第41页EXIT 例例 欲用以下电路实现非运算，试改错。欲用以下电路实现非运算，试改错。(ROFF 700，RON 2.1k)第42页EXIT解：解：OC门输出门输出端需外接端需外接上拉电阻上拉电阻RC5.1kY=1Y=0 RIRON，对应输入，对应输入端为高电平。端为高电平。510 RIUGS(th)N+UGS(th)P且且UGS(th)N=UGS(th)P UGS(th)N增强型增强型NMOS管开启电压管开启电压AuIYuOVDDSGDDGSBVPVNBNMOS管衬底接电管衬底接电路最低电位，路最低电位，PMOS管管衬底接最高电位，从而衬底接最高电位，从而确保衬底与漏源间确保衬底与漏源间PN结一直反偏。结一直反偏。uGSN+-增强型增强型PMOS管开启电压管开启电压uGSP+-UGS(th)PuGSNUGS(th)N时，增强型时，增强型NMOS管导通管导通uGSNUGS(th)N时，增强型时，增强型NMOS管截止管截止OiDuGSUGS(th)N增强型增强型NMOS管管转移特征转移特征时时,增强型增强型PMOS管导管导通通时时,增强型增强型PMOS管截管截止止OiDuGSUGS(th)P增强型增强型PMOS管管转移特征转移特征AuIYuOVDDSGDDGSBVPVNB(一一)电路基本结构电路基本结构 UIL=0V，UIH=VDD第45页EXITAuIYuOVDDSGDDGSVP衬底衬底BVN衬底衬底B二二)工作原理工作原理 ROFFNRONPuO+VDDSDDS导通电阻导通电阻RON截止电阻截止电阻ROFFRONNROFFPuO+VDDSDDS可见该电路组成可见该电路组成CMOS非门，又称非门，又称CMOS反相器。反相器。不论输入高低，不论输入高低，VN、VP中总有一管截止，使静态漏中总有一管截止，使静态漏极电流极电流iD 0。所以。所以CMOS反相器静态功耗极微小。反相器静态功耗极微小。输入为低电平，输入为低电平，UIL=0V时，时，uGSN=0VUGS(th)N,VN导通，导通，VP截止，截止，输入为低电平输入为低电平UIL=0V时，时，uGSN=0VUGS(th)N，VN截止，截止VP导通，导通，uO VDD,为高电平。为高电平。UIH=VDDuO 0V，为低电平。，为低电平。第46页EXIT二、其它功效二、其它功效 CMOS 门电路门电路(一一)CMOS与非门和或非门与非门和或非门 1.CMOS与非门与非门ABVDDVPBVPAVNAVNBY每个输入端对应一每个输入端对应一对对NMOS管和管和PMOS管。管。NMOS管为驱动管，管为驱动管，PMOS管为负载管。输管为负载管。输入端与它们栅极相连。入端与它们栅极相连。与非门结构特点：与非门结构特点：驱动管相串联驱动管相串联，负载管相并联负载管相并联。第47页EXITABVDDVPBVPAVNAVNBYCMOS与非门工作原理与非门工作原理11导通导通导通导通截止截止截止截止0驱动管均导通，驱动管均导通，负载管均截止，负载管均截止，输出为低电平。输出为低电平。当输入均为当输入均为高电平时：高电平时：低电平输入端低电平输入端相对应驱动管截止，相对应驱动管截止，负载管导通，负载管导通，输出为高电平。输出为高电平。当输入中有当输入中有低电平时：低电平时：ABVDDVPBVPAVNAVNBY0截止截止导通导通1所以所以Y=AB第48页EXIT2.CMOS或非门或非门ABVDDVPBVPAVNAVNBY或非门结构特点：或非门结构特点：驱动管相并联驱动管相并联，负载管相串联负载管相串联。第49页EXITYABuOuIVDD1漏极开路漏极开路CMOS与非与非门电路门电路(二二)漏极开路漏极开路CMOS门门简称简称OD门门与与OC门相同，惯用作驱动器、电平转换器和实现线与等。门相同，惯用作驱动器、电平转换器和实现线与等。Y=AB组成与门组成与门组成输组成输出端开出端开路非门路非门需外接上需外接上拉电阻拉电阻RD第50页EXITC、C 为为互互补补控制信号控制信号由一对参数对称一致增强由一对参数对称一致增强型型NMOS管和管和PMOS管并联组管并联组成。成。PMOSCuI/uOVDDCMOS传输传输门电路结构门电路结构uO/uIVPCNMOSVN(三三)CMOS传输门传输门 工作原理工作原理MOS管漏极和源极结构对称管漏极和源极结构对称，可交换使用，所以可交换使用，所以CMOS传输门输传输门输出端和输入端也可交换。出端和输入端也可交换。uOuIuIuO当当C=0V，uI=0VDD时，时，VN、VP均截止，输出与输入之间展现高均截止，输出与输入之间展现高电阻，相当于开关断开。电阻，相当于开关断开。uI不能传输到输出端，称传输门不能传输到输出端，称传输门关闭。关闭。CC当当C=VDD，uI=0VDD时，时，VN、VP中最少有一管导通，输出与输入中最少有一管导通，输出与输入之间展现低电阻，相当于开关闭合。之间展现低电阻，相当于开关闭合。uO=uI，称传输门开通。，称传输门开通。C=1，C=0时，传输门开通，时传输门开通，uO=uI；C=0，C=1时，传输门关闭，信号不能传输。时，传输门关闭，信号不能传输。第51页EXITPMOSCuI/uOVDDCMOS传输传输门电路结构门电路结构uO/uIVPCNMOSVN 传输门是一个理想传输门是一个理想双向开关，双向开关，可传输模拟信号可传输模拟信号，也可传输，也可传输数字信号数字信号。TGuI/uOuO/uICC传输门逻辑符号传输门逻辑符号TG即即TransmissionGate缩写缩写(三三)CMOS传输门传输门 第52页EXIT在反相器基础上串接在反相器基础上串接了了PMOS管管VP2和和NMOS管管VN2，它们栅极分别受，它们栅极分别受EN 和和EN 控制。控制。(四四)CMOS三态输出门三态输出门 AENVDDYVP2VP1VN1VN2低电平使能低电平使能CMOS三态输出门三态输出门工作原理工作原理001导通导通导通导通Y=A110截止截止截止截止Z EN=1时，时，VP2、VN2均截止，输出端均截止，输出端Y 展现高展现高阻态。阻态。所以组成使能端低所以组成使能端低电平有效三态门。电平有效三态门。EN=0时，时，VP2和和VN2导通，展现低电阻，不影导通，展现低电阻，不影响响CMOS反相器工作。反相器工作。Y=AEN第53页EXIT三、三、CMOS 数字集成电路应用关键数字集成电路应用关键点点(一一)CMOS数字集成电路系列数字集成电路系列 CMOS4000系列系列 功耗极低、抗干扰能力强；功耗极低、抗干扰能力强；电源电压范围宽电源电压范围宽VDD=315V；工作频率低，工作频率低，fmax=5MHz；驱动能力差驱动能力差。高速高速CMOS系列系列(又称又称HCMOS系列系列)功耗极低、抗干扰能力强；电功耗极低、抗干扰能力强；电源电压范围源电压范围VDD=26V；工作频率高，工作频率高，fmax=50MHz；驱动能力强。驱动能力强。提升速度办法：减小提升速度办法：减小MOS管极间电容。管极间电容。因为因为CMOS电路电路UTH VDD/2，噪声容限，噪声容限UNL UNH VDD/2，所，所以抗以抗干扰能力很强。电干扰能力很强。电源电压越高，抗干扰能源电压越高，抗干扰能力越强。力越强。第54页EXIT民品民品军品军品VDD=26V T表示与表示与TTL兼容兼容VDD=4.55.5VCC54HC/74HC系列系列CC54HC/74HC系系列列TT按按电源电压电源电压不一样分不一样分为为按工作温度不一样分按工作温度不一样分为为CC74系列系列CC54系列系列高速高速CMOS系列系列第55页EXIT1.注意不一样系列注意不一样系列CMOS电路允许电源电压范围不一样，电路允许电源电压范围不一样，普通多用普通多用+5V。电源电压越高，抗干扰能力也越强。电源电压越高，抗干扰能力也越强。(二二)CMOS集成逻辑门使用关键点集成逻辑门使用关键点 2.闲置输入端处理闲置输入端处理 不允许悬空。不允许悬空。可与使用输入端并联使用。但这么会增大输入电容，可与使用输入端并联使用。但这么会增大输入电容，使速度下降，所以工作频率高时不宜这么用。使速度下降，所以工作频率高时不宜这么用。与门和与非门闲置输入端可接正电源或高电平；与门和与非门闲置输入端可接正电源或高电平；或门和或非门闲置输入端可接地或低电平。或门和或非门闲置输入端可接地或低电平。第56页EXIT2.5 集成逻辑门电路应用集成逻辑门电路应用主要要求：主要要求：了解了解TTL和和CMOS电路主要差异。电路主要差异。了解了解集成门电路选取和应用。集成门电路选取和应用。第57页EXIT一、一、CMOS 门门电路比之电路比之 TTL 主要特点主要特点 注意：注意：CMOS电路扇出系数大是因为其负载门输入电路扇出系数大是因为其负载门输入阻抗很高，所需驱动功率极小，阻抗很高，所需驱动功率极小，并非并非CMOS电路驱动能电路驱动能力比力比TTL强。强。实际上实际上CMOS4000系列驱动能力远小于系列驱动能力远小于TTL，HCMOS驱动能力与驱动能力与TTL相近。相近。功耗极低功耗极低抗干扰能力强抗干扰能力强电源电压范围宽电源电压范围宽输出信号摆幅大输出信号摆幅大(UOH VDD，UOL 0V)输入阻抗高输入阻抗高扇出系数大扇出系数大第58页EXIT二、集成逻辑门电路