1、12-1 集體管開(kāi)關(guān)特性2-2 基本邏輯門(mén)電路2-3 TTL邏輯門(mén)電路2-4 CMOS集成門(mén)電路2-5 CMOS與TTL接口電路本章小結(jié)思考題與習(xí)題22-1-1 二極管開(kāi)關(guān)特性2-1-2 三機(jī)關(guān)的開(kāi)關(guān)特性2-1-3 基本邏輯門(mén)電路31靜態(tài)特性 在二極管開(kāi)關(guān)電路中，二極管導(dǎo)通壓降與外加電源電壓相比及導(dǎo)通電阻與外電路電阻相比均可忽略時(shí)，則可近似地認(rèn)為二極管具有理想開(kāi)關(guān)的靜態(tài)開(kāi)關(guān)特性。在數(shù)字電路的分析與估算過(guò)程中，常把uDUT=0.5V，看成是硅二極管的截止條件。42動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性分析二極管開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換過(guò)程 5分析三極管的開(kāi)關(guān)工作狀態(tài) 671三極管三種工作狀態(tài)的特點(diǎn)三極管三種工作狀態(tài)的特點(diǎn)（1）截止

2、狀態(tài)）截止?fàn)顟B(tài)（2）放大狀態(tài)）放大狀態(tài) （3）飽和狀態(tài)飽和狀態(tài) 81三極管三種工作狀態(tài)的特點(diǎn)三極管三種工作狀態(tài)的特點(diǎn)（1）截止?fàn)顟B(tài)）截止?fàn)顟B(tài)（2）放大狀態(tài)）放大狀態(tài) （3）飽和狀態(tài)）飽和狀態(tài) 91三極管三種工作狀態(tài)的特點(diǎn)三極管三種工作狀態(tài)的特點(diǎn)三極管截止、放大、飽和的工作條件及特點(diǎn)三極管截止、放大、飽和的工作條件及特點(diǎn)102三極管的動(dòng)態(tài)特性三極管的動(dòng)態(tài)特性（d）集電極電流 111MOS管的開(kāi)關(guān)作用管的開(kāi)關(guān)作用2MOS管的開(kāi)關(guān)時(shí)間管的開(kāi)關(guān)時(shí)間取決于與電路有關(guān)的分布電容及下一級(jí)輸入電容充放電所需的時(shí)間 121與門(mén)電路與門(mén)電路13二極管與門(mén)電路的電位關(guān)系表二極管與門(mén)電路的電位關(guān)系表 與真值表與真值表

3、 與門(mén)的函數(shù)表達(dá)式與門(mén)的函數(shù)表達(dá)式：Z=ABC 142或門(mén)電路或門(mén)電路15二極管或門(mén)邏輯真值表二極管或門(mén)邏輯真值表 輸 入輸出ABCZ00000011010101111001101111011111函數(shù)表達(dá)式為函數(shù)表達(dá)式為：Z=A+B+C 163非門(mén)電路非門(mén)電路17輸 入輸 出AZ0110函數(shù)表達(dá)式為：函數(shù)表達(dá)式為：Z=A 非門(mén)邏輯真值表非門(mén)邏輯真值表 184復(fù)合門(mén)電路復(fù)合門(mén)電路由二極管與門(mén)和三極管非門(mén)串聯(lián)而成稱(chēng)為二極管三極管邏輯門(mén)電路簡(jiǎn)稱(chēng)DTL電路191. 具有與非邏輯關(guān)系的邏輯門(mén)的函數(shù)表達(dá)式為 Z=CBA2. 或非門(mén)的函數(shù)表達(dá)式為：Z= CBA20輸 入輸出輸 入輸出ABCZABCZ000

4、1000100110010010101000111011010011000101110101101110011101110與非門(mén)邏輯真值表與非門(mén)邏輯真值表 或非門(mén)邏輯真值表或非門(mén)邏輯真值表 212-3-1 TTL與非門(mén)的工作原理2-3-2 TTL與非門(mén)的參數(shù)2-3-3 TTL與非門(mén)的改進(jìn)電路2-3-4 TTL的其他類(lèi)型門(mén)電路2-3-5 其他雙極型集成電路介紹221典型典型TTL與非門(mén)電路與非門(mén)電路232TTL與非門(mén)的工作原理與非門(mén)的工作原理（1）邏輯邏輯功能功能邏輯表達(dá)式為邏輯表達(dá)式為L(zhǎng)= ABC24（2）電壓傳輸特性）電壓傳輸特性 電壓傳輸特性分析電壓傳輸特性分析AB段截止區(qū) BC段線(xiàn)性區(qū)

5、CD段過(guò)渡區(qū) CE段飽和區(qū) 25（2）電壓傳輸特性）電壓傳輸特性 a. 關(guān)門(mén)電平和開(kāi)門(mén)電平 b. 閾值電壓UT c. 噪聲容限 (Noise Margin) 關(guān)門(mén)電平、開(kāi)門(mén)電平、閾值電壓及噪聲容限關(guān)門(mén)電平、開(kāi)門(mén)電平、閾值電壓及噪聲容限26（2）電壓傳輸特性）電壓傳輸特性 開(kāi)門(mén)電阻、關(guān)門(mén)電阻開(kāi)門(mén)電阻、關(guān)門(mén)電阻a. 關(guān)門(mén)電阻ROFF b. 開(kāi)門(mén)電阻RON RRRuUu1be1cRUOFF RRRuUu1be1cRUON27（3）與非門(mén)輸出、輸入端等效電路）與非門(mén)輸出、輸入端等效電路 輸出端等效電路輸出端等效電路開(kāi)態(tài) 關(guān)態(tài) 28（3）與非門(mén)輸出、輸入端等效電路）與非門(mén)輸出、輸入端等效電路輸入低電平

6、輸入高電平 輸入端等效電路輸入端等效電路291輸入特性及有關(guān)參數(shù)輸入特性及有關(guān)參數(shù)（1）輸入伏安特性）輸入伏安特性 輸入短路電流IIS 輸入漏電流IIH30（2）輸入負(fù)載特性TTL門(mén)電路輸入端接電阻時(shí)的等效電路門(mén)電路輸入端接電阻時(shí)的等效電路 TTL與非門(mén)的輸入負(fù)載特性與非門(mén)的輸入負(fù)載特性 312輸出特性及有關(guān)參數(shù)輸出特性及有關(guān)參數(shù)（1）輸出高電平時(shí)的輸出特性）輸出高電平時(shí)的輸出特性322輸出特性及有關(guān)參數(shù)輸出特性及有關(guān)參數(shù)（2）輸出低電平時(shí)的輸出特性332輸出特性及有關(guān)參數(shù)輸出特性及有關(guān)參數(shù)（3）有關(guān)參數(shù)）有關(guān)參數(shù) 輸出高電平輸出高電平UOH 輸出低電平輸出低電平UOL 343瞬時(shí)特性及有關(guān)參

7、數(shù)瞬時(shí)特性及有關(guān)參數(shù)（1）瞬時(shí)特性波形）瞬時(shí)特性波形 35（2）平均傳輸延遲時(shí)間tpd3瞬時(shí)特性及有關(guān)參數(shù)瞬時(shí)特性及有關(guān)參數(shù)2plhphlpdttt364TTL與非門(mén)的扇出系數(shù)和電源電流與非門(mén)的扇出系數(shù)和電源電流（1）扇出系數(shù)N（2）電源電流ICCICCL是指門(mén)電路輸出為低電平UOL時(shí)電源所提供的電流；ICCH是指門(mén)電路輸出為高電平UOH時(shí)電源所提供的電流 ISLIIN 37參 數(shù) 名 稱(chēng)符 號(hào)單 位測(cè) 試 條 件指 標(biāo)導(dǎo)通電源電流ICCLmA輸入懸空，空載， UC=5V10截止電源電流ICCHmAui=0，空載， UC =5V5輸出高電平UOHVui=0.8V，空載， UC =5V3.0輸出

8、低電平UOLVui=0.8V，IL=12.8mA， UC =5V0.35輸入短路電流IISmAui=0 UC =5V2.2輸入漏電流IIHAui=5V，其他輸入端接地， UC =5V70開(kāi)門(mén)電平UONVUOL=0.35V，IL=12.8mA， UC =5V1.8關(guān)門(mén)電平UOFFVUOH=2.7V，空載 UC =5V0.8扇出系數(shù)Nui=1.8V，UOL0.35V， UC =5V8平均傳輸時(shí)間tpdNs信號(hào)頻率f=2MHz，No=8 UC =5V30 TTL與非門(mén)的主要指標(biāo) 381有源泄放有源泄放TTL電路電路（1）改善電壓傳輸特性）改善電壓傳輸特性 （2）縮短電路的平均傳輸延遲時(shí)間）縮短電路的

9、平均傳輸延遲時(shí)間392抗飽和抗飽和TTL電路（電路（STTL電路）電路）402抗飽和抗飽和TTL電路（電路（STTL電路）電路）（1）肖特基晶體管的特點(diǎn)）肖特基晶體管的特點(diǎn)（2）STTL電路電路41（3）低功耗肖特基電路（LS-TTL電路） 2抗飽和抗飽和TTL電路（電路（STTL電路）電路）421集電極開(kāi)路與非門(mén) 432三態(tài)門(mén)三態(tài)門(mén)443異或門(mén)異或門(mén)454與或非門(mén)與或非門(mén)461高閾值邏輯門(mén)電路（高閾值邏輯門(mén)電路（HTL）2射極耦合邏輯門(mén)電路（射極耦合邏輯門(mén)電路（ECL）3集成注入邏輯門(mén)電路（集成注入邏輯門(mén)電路（I2L）472-4-1 CMOS反相器2-4-2 CMOS與非門(mén)2-4-3 CMO

10、S或非門(mén)2-4-4 COMS傳輸門(mén)2-4-5 COMS與TTL電路性能比較2-4-6 正負(fù)邏輯問(wèn)題48在在CMOS反相器中，反相器中，無(wú)論電路處于哪一種工作狀態(tài)，無(wú)論電路處于哪一種工作狀態(tài)，總有一個(gè)管子截止，總有一個(gè)管子截止，另一個(gè)管子導(dǎo)通，另一個(gè)管子導(dǎo)通，因此靜態(tài)電流近似為零，因此靜態(tài)電流近似為零，電路的功耗很小。電路的功耗很小。 CMOS反相器的邏輯電路反相器的邏輯電路 49CMOS與非門(mén)的邏輯電路與非門(mén)的邏輯電路當(dāng)輸入端當(dāng)輸入端A、B中有一個(gè)為低電平時(shí)，輸出為高電平；中有一個(gè)為低電平時(shí)，輸出為高電平；只有當(dāng)輸入端只有當(dāng)輸入端A、B都是高電平時(shí)，輸出為低電平。都是高電平時(shí)，輸出為低電平。電

11、路具有與非的邏輯功能，其邏輯表達(dá)式為電路具有與非的邏輯功能，其邏輯表達(dá)式為F=BA50CMOS或非門(mén)或非門(mén) 電路圖電路圖該電路具有或非邏輯功能，該電路具有或非邏輯功能，其邏輯表達(dá)式為其邏輯表達(dá)式為F=BA 511電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)522工作原理工作原理（1）導(dǎo)通狀態(tài)）導(dǎo)通狀態(tài)（2）截止?fàn)顟B(tài)）截止?fàn)顟B(tài)C只要只要C=1， =0，ui在在0VDD之間變化時(shí)，傳輸門(mén)中至少有一個(gè)管子導(dǎo)通，之間變化時(shí)，傳輸門(mén)中至少有一個(gè)管子導(dǎo)通，導(dǎo)通時(shí)電阻為幾百歐姆，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合，輸入信號(hào)由輸入端傳送到輸出端。導(dǎo)通時(shí)電阻為幾百歐姆，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合，輸入信號(hào)由輸入端傳送到輸出端。CMOS傳輸門(mén)可以傳輸數(shù)字信號(hào)，也可以傳輸模

12、擬信號(hào)。傳輸門(mén)可以傳輸數(shù)字信號(hào)，也可以傳輸模擬信號(hào)。由于由于MOS管結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，漏極、源極可以互換，因此，管結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，漏極、源極可以互換，因此，CMOS傳輸門(mén)具有傳輸門(mén)具有雙向性，也稱(chēng)雙向開(kāi)關(guān)。雙向性，也稱(chēng)雙向開(kāi)關(guān)。53 在功耗和速度上有很大差別 CMOS電路需要的輸入電流幾乎可以忽略，而一個(gè)典型的TTL門(mén)電路，在輸入信號(hào)為0態(tài)時(shí)，需要1.6mA左右的輸入電流。 CMOS電路不能提供太大的輸出電流；而一個(gè)TTL電路的輸出端卻可以吸收16mA的電流。 CMOS電路所用的電源電壓范圍很大（318V均可工作）541正邏輯和負(fù)邏輯的規(guī)定正邏輯和負(fù)邏輯的規(guī)定 在邏輯電路中，電平的高和低均可用邏輯在邏輯電路

13、中，電平的高和低均可用邏輯1或或邏輯邏輯0來(lái)表示。用來(lái)表示。用1表示高電平，而用表示高電平，而用0表示低表示低電平，則稱(chēng)之為正邏輯體制；與此相反，若用電平，則稱(chēng)之為正邏輯體制；與此相反，若用0表示高電平，而用表示高電平，而用1表示低電平，則稱(chēng)之為負(fù)表示低電平，則稱(chēng)之為負(fù)邏輯體制。邏輯體制。552負(fù)邏輯符號(hào)的表示負(fù)邏輯符號(hào)的表示56 由上圖可總結(jié)出由正邏輯體制變換為負(fù)由上圖可總結(jié)出由正邏輯體制變換為負(fù)邏輯體制的規(guī)則：邏輯體制的規(guī)則：（1）將與門(mén)符號(hào)變成或門(mén)符號(hào)或?qū)⒒蜷T(mén)符號(hào)變）將與門(mén)符號(hào)變成或門(mén)符號(hào)或?qū)⒒蜷T(mén)符號(hào)變?yōu)榕c門(mén)符號(hào)。為與門(mén)符號(hào)。（2）在門(mén)電路符號(hào)的輸入端加小圓圈，表示反）在門(mén)電路符號(hào)的輸入

14、端加小圓圈，表示反相。相。（3）在門(mén)電路符號(hào)的輸出端加小圓圈，也表示）在門(mén)電路符號(hào)的輸出端加小圓圈，也表示反相。反相。 57 通過(guò)上述分析可以得出：通過(guò)上述分析可以得出： 正邏輯正邏輯“與與”門(mén)同負(fù)邏輯門(mén)同負(fù)邏輯“或或”門(mén)等效；門(mén)等效； 正邏輯正邏輯“或或”門(mén)同負(fù)邏輯門(mén)同負(fù)邏輯“與與”門(mén)等效；門(mén)等效； 正邏輯與非門(mén)同負(fù)邏輯或非門(mén)等效；正邏輯與非門(mén)同負(fù)邏輯或非門(mén)等效； 正邏輯或非門(mén)同負(fù)邏輯與非門(mén)等效。正邏輯或非門(mén)同負(fù)邏輯與非門(mén)等效。582-5-1 TTL-CMOS接口電路2-5-2 CMOS-TTL接口電路2-5-3 門(mén)電路使用中應(yīng)注意的事項(xiàng)59TTL-CMOS接口電路60CMOS驅(qū)動(dòng)TTL采用

15、專(zhuān)用接口器件611多余端的處理多余端的處理 對(duì)于對(duì)于TTL與非門(mén)與非門(mén) 621多余端的處理多余端的處理 對(duì)于對(duì)于TTL或非門(mén)或非門(mén) 631多余端的處理多余端的處理 對(duì)于對(duì)于CMOS電路電路 對(duì)于CMOS電路，多余的輸入端必須依據(jù)相應(yīng)電路的邏輯功能決定是接在正電源VDD上（與門(mén)、與非門(mén)）或是與地相接（或門(mén)、或非門(mén)）。一般不宜與使用的輸入端并聯(lián)使用，因?yàn)檩斎攵瞬⒙?lián)時(shí)將使前級(jí)的負(fù)載電容增加，工作速度下降，動(dòng)態(tài)功耗增加。642使用使用CMOS電路要避免靜態(tài)損壞電路要避免靜態(tài)損壞（1）所有與）所有與MOS電路直接接觸的工具、測(cè)試設(shè)備必須可靠電路直接接觸的工具、測(cè)試設(shè)備必須可靠地接地。地接地。（2）操作人

16、員應(yīng)盡量避免穿著容易產(chǎn)生靜電的化纖織物。）操作人員應(yīng)盡量避免穿著容易產(chǎn)生靜電的化纖織物。否則，需要采取消除靜電的措施，例如，使用消除靜電的否則，需要采取消除靜電的措施，例如，使用消除靜電的噴霧器進(jìn)行清洗等。噴霧器進(jìn)行清洗等。（3）MOS器件應(yīng)放在金屬容器或其他導(dǎo)電的容器中存放和器件應(yīng)放在金屬容器或其他導(dǎo)電的容器中存放和搬運(yùn)，絕不能存放在易產(chǎn)生靜電的泡沫塑料、塑料袋或其搬運(yùn)，絕不能存放在易產(chǎn)生靜電的泡沫塑料、塑料袋或其他容器中。他容器中。（4）在調(diào)試）在調(diào)試CMOS電路板時(shí)，如果信號(hào)源和電路板是用兩電路板時(shí)，如果信號(hào)源和電路板是用兩組電源，則開(kāi)機(jī)時(shí)應(yīng)先接電路板電源，后開(kāi)信號(hào)源電源。組電源，則開(kāi)機(jī)

17、時(shí)應(yīng)先接電路板電源，后開(kāi)信號(hào)源電源。關(guān)機(jī)時(shí)，則應(yīng)先關(guān)信號(hào)源電源，后斷電路板電源。關(guān)機(jī)時(shí)，則應(yīng)先關(guān)信號(hào)源電源，后斷電路板電源。 65本章主要討論了二、三極管的開(kāi)關(guān)特性；TTL邏輯門(mén)電路的電路結(jié)構(gòu)、工作原理以及與非門(mén)的外特性；CMOS集成電路。 半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)特性是分析電路邏輯功能的基礎(chǔ)，對(duì)三極管的截止條件、飽和條件以及飽和、截止時(shí)各極電壓、電流的分配必須十分清楚。三極管工作在飽和狀態(tài)時(shí)基區(qū)有存儲(chǔ)電荷存在，當(dāng)從飽和轉(zhuǎn)換為截止時(shí)存儲(chǔ)電荷的消散需要一定的存儲(chǔ)時(shí)間ts，ts是影響開(kāi)關(guān)速度的主要因素。 66TTL與非門(mén)的外特性是TTL與非門(mén)在外部所表現(xiàn)出來(lái)的電壓和電流的關(guān)系。其中有表示輸出電壓和輸入電壓

18、之間關(guān)系的電壓傳輸特性，表示輸入電壓和輸入電流之間關(guān)系的輸入特性和表示輸出電壓和輸出電流之間關(guān)系的輸出特性。只有掌握了這幾個(gè)特性，才能正確地使用TTL與非門(mén)。 其他類(lèi)型的TTL門(mén)電路，盡管它們的邏輯功能各異但輸入、輸出端電路結(jié)構(gòu)與TTL與非門(mén)相同，因此與非門(mén)的輸入、輸出特性對(duì)這些門(mén)電路同樣適用。 67本章中所講到的TTL、HTL、CEL以及I2L，都屬于雙極型數(shù)字集成電路，因?yàn)檫@些電路中所用的三極管都是雙極型的。而在MOS數(shù)字集成電路中，使用的是MOS管，因而把這一類(lèi)數(shù)字集成電路稱(chēng)為MOS集成電路。 在MOS數(shù)字集成電路中。CMOS電路的最基本邏輯單元是反相器。由于采用了N溝道管與P溝道管互補(bǔ)

19、式電路，所以功耗小，而且現(xiàn)在生產(chǎn)的高速CMOS電路，其工作速度已可與TTL電路媲美。在整個(gè)數(shù)字集成電路中，CMOS電路占據(jù)主導(dǎo)地位的趨勢(shì)日益明顯。 681二極管為什么能起開(kāi)關(guān)作用?把它作為理想電子開(kāi)關(guān)的條件是什么?2試述三極管截止、放大、飽和三種工作狀態(tài)的特點(diǎn)。三極管在什么條件下會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象?在電路中怎樣判別管子已處于飽和狀態(tài)?693 判斷如圖2-44所示各電路中三極管工作在什么狀態(tài)?圖2-44 題2-3圖70圖2-45 題2-4圖4如圖2-45所示，已知R1=2k，R2=30k，RC=1.5k，VCC=6V，UB=-6V，三極管=20，試計(jì)算三極管開(kāi)始飽和時(shí)的ui值（提示：三極管開(kāi)始飽時(shí)I

20、B=IBS）5二極管電路如圖2-46所示。（1）分析輸出Z1、Z2和輸入A、B、C之間的邏輯關(guān)系；（2）已知A、B、C的波形如圖2-46（c）所示，畫(huà)出Z1，Z2的波形（輸入信號(hào)電壓幅度滿(mǎn)足邏輯要求）。圖2-46 題2-5圖 716試分析如圖2-47所示電路中，一只二極管導(dǎo)通和三只二極管均導(dǎo)通時(shí)，流過(guò)限流電阻R的電流各為多少?（二極管導(dǎo)通壓降和截止電流均可忽略）。 圖2-47 題2-6圖727對(duì)應(yīng)于圖2-48（a）各種情況及圖2-48（b）所示輸入波形，畫(huà)出E、F、L、G、H的波形。 圖2-48 題2-7圖738為什么TTL與非門(mén)輸入端：（a）接地；（b）接低于0.8V的電源；（c）接同類(lèi)與非門(mén)的輸出低電平0.3V，在邏輯上都屬于輸入為0?9為什么TTL與非門(mén)輸入端：（a）懸空；（b）接高于2V的電源；（c）接同類(lèi)與非門(mén)的輸出高電平3.6V，在邏輯上都屬于輸入為1? 10在挑選TTL門(mén)電路時(shí)，人們都希望選用輸入