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1、1 、逻辑门:实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。,2、 逻辑门电路的分类,二极管门电路,三极管门电路,TTL门电路,MOS门电路,PMOS门,CMOS门,分立门电路,NMOS门,3.1.1 数字集成电路简介,1.CMOS集成电路:广泛应用于超大规模、甚大规模集成电路,4000系列,74HC 74HCT,74VHC 74VHCT,速度慢与TTL不兼容抗干扰功耗低,74LVC 74VAUC,速度加快与TTL兼容负载能力强抗干扰功耗低,速度两倍于74HC与TTL兼容负载能力强抗干扰功耗低,低(超低)电压速度更加快与TTL兼容负载能力强抗干扰功耗低,74系列,74LS系列,74AS系列,74A
2、LS,2.TTL 集成电路:广泛应用于中大规模集成电路,3.1.1 数字集成电路简介,3.1.2 逻辑门电路的一般特性,1. 输入和输出的高、低电平,输出高电平的下限值 VOH(min),输入低电平的上限值 VIL(max),输入高电平的下限值 VIL(min),输出低电平的上限值 VOH(max),VNH 当前级门输出高电平的最小值时允许负向噪声电压的最大值。,负载门输入高电平时的噪声容限：,VNL 当前级门输出低电平的最大值时允许正向噪声电压的最大值,负载门输入低电平时的噪声容限：,2. 噪声容限,VNH =VOH(min)VIH(min),VNL =VIL(max)VOL(max),在保
3、证输出电平不变的条件下，输入电平允许波动的范围。它表示门电路的抗干扰能力,3.传输延迟时间,传输延迟时间是表征门电路开关速度的参数，它说明门电路在输入脉冲波形的作用下，其输出波形相对于输入波形延迟了多长的时间。,CMOS电路传输延迟时间,4. 功耗,静态功耗：指的是当电路没有状态转换时的功耗，即门电路空载时电源总电流ID与电源电压VDD的乘积。,5. 延时功耗积,是速度功耗综合性的指标.延时功耗积，用符号DP表示,扇入数：取决于逻辑门的输入端的个数。,6. 扇入与扇出数,动态功耗：指的是电路在输出状态转换时的功耗，对于TTL门电路来说，静态功耗是主要的。CMOS电路的静态功耗非常低，CMOS门
4、电路有动态功耗,扇出数：是指其在正常工作情况下，所能带同类门电路的最大数目。,（a)带拉电流负载,当负载门的个数增加时，总的拉电流将增加，会引起输出高电压的降低。但不得低于输出高电平的下限值，这就限制了负载门的个数。,高电平扇出数:,(b)带灌电流负载,当负载门的个数增加时，总的灌电流IOL将增加，同时也将引起输出低电压VOL的升高。当输出为低电平，并且保证不超过输出低电平的上限值。,各类数字集成电路主要性能参数的比较,3.2 TTL逻辑门,3.2.1 BJT的开关特性,3.2.2 基本BJT反相器的动态特性,3.2.3 TTL反相器的基本电路,3.2.4 TTL逻辑门电路,3.2.5 集电极
5、开路门和三态门,3.2.6* BiMOS门电路,3.2 TTL逻辑门,3.2.1 BJT的开关特性,iB0，iC0，vOVCEVCC，c、e极之间近似于开路,vI=0V时:,iBVCC / RC，iC VCC / RC ，vOVCE0.2V，c、e极之间近似于短路。,vI=5V时:,iCICS,很小，约为数百欧，相当于开关闭合,可变,很大，约为数百千欧，相当于开关断开,c、e间等效内阻,VCES 0.20.3 V,VCEVCCiCRc,VCEO VCC,管压降,且不随iB增加而增加,ic iB,iC 0,集电极电流,发射结和集电结均为正偏,发射结正偏，集电结反偏,发射结和集电结均为反偏,偏置情
6、况,工作特点,iB ,iB0,条件,饱 和,放 大,截 止,工作状态,BJT的开关条件,0 iB ,2. BJT的开关时间,从截止到导通开通时间ton(=td+tr),从导通到截止关闭时间toff(= ts+tf),BJT饱和与截止两种状态的相互转换需要一定的时间才能完成。,CL的充、放电过程均需经历一定的时间，必然会增加输出电压O波形的上升时间和下降时间，导致基本的BJT反相器的开关速度不高。,3.2.2基本BJT反相器的动态性能,若带电容负载,故需设计有较快开关速度的实用型TTL门电路。,输出级T3、D、T4和Rc4构成推拉式的输出级。用于提高开关速度和带负载能力。,中间级T2和电阻Rc2
7、、Re2组成，从T2的集电结和发射极同时输出两个相位相反的信号，作为T3和T4输出级的驱动信号；,输入级,中间级,输出级,3.2.3 TTL反相器的基本电路,1. 电路组成,输入级T1和电阻Rb1组成。用于提高电路的开关速度,2. TTL反相器的工作原理（逻辑关系、性能改善）,（1）当输入为低电平（I = 0.2 V）,T1 深度饱和,T2 、 T3截止，T4 、D导通,（2）当输入为高电平（I = 3.6 V）,T2、T3饱和导通,T1:倒置的放大状态。,T4和D截止。,使输出为低电平.vO=vC3=VCES3=0.2V,逻辑真值表,逻辑表达式 L = A,（3 ）采用输入级以提高工作速度,
8、当TTL反相器I由3.6V变0.2V的瞬间,T2、T3管的状态变化滞后于T1管，仍处于导通状态。,T1管Je正偏、Jc反偏， T1工作在放大状态。,T1管射极电流（1+1 ） iB1很快地从T2的基区抽走多余的存储电荷,从而加速了输出由低电平到高电平的转换。,（4）采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力,当O=0.2V时,当输出为低电平时，T4截止，T3饱和导通，其饱和电流全部用来驱动负载,a)带负载能力,当O=3.6V时,O由低到高电平跳变的瞬间，CL充电，其时间常数很小使输出波形上升沿陡直。而当O由高变低后， CL很快放电，输出波形的下降沿也很好。,T3截止，T4组成的电压跟随器的输出
9、电阻很小，输出高电平稳定，带负载能力也较强。,输出端接负载电容CL时，,b)输出级对提高开关速度的作用,3、TTL反相器的外特性,TTL反相器的电压传输特性,1、bc段（线性区） 当0.6V vi1.3V时，此时 T2导通， vc2随 vb2升高而下降，经过 T4射随器使 下降。 T3仍截止。2、cd段（转折区） 当vi1.3V时，随着输入电压略微升高，输出电压急剧下降。这是由于此时 T3开始导通， T2尚未饱和，T2、T3和 T4均处于放大状态，故 vi稍有提高，均可使 vO很快下降。所以 cd的斜率比 bc段要大的多。通常把电压传输特性曲线上转折区中点所对应的输入电压称为门槛电压（或阈值电
10、压），以 VT表示。对于典型的TTL反相器， VT =1.31.4V，可以粗略地认为，当 vi VT时，反相器将截止，输出高电平。,1. TTL与非门电路,多发射极BJT,3.2.4 TTL逻辑门电路,TTL与非门电路的工作原理,任一输入端为低电平时:,TTL与非门各级工作状态,当全部输入端为高电平时：,输出低电平,输出高电平,TTL门电路中输入端负载特性,在一定范围内,ui随Ri的增大而升高。但当输入电压ui达到1.4V以后,uB1 = 2.1V, Ri增大,由于uB1不变,故ui = 1.4V也不变.这时T2和T3饱和导通,输出为低电平。 Ri不大不小时,工作在线性区或转折区. Ri 较小
11、时,关门,输出高电平; Ri 较大时,开门,输出低电平; （Ri 悬空时 ） (1) 关门电阻ROFF 在保证门电路输出为额定高电平的条件下,所允许Ri 的最大值称为关门电阻.典型的TTL门电路ROFF 0.7k. (2) 开门电阻RON 在保证门电路输出为额定低电平的条件下,所允许Ri 的最小值称为开门电阻.典型的TTL门电路RON 2.1k.数字电路中要求输入负载电阻Ri RON或Ri ROFF ,否则输入信号将不在高低电平范围内.,TTL门电路中输入端负载特性,2. TTL或非门,若A、B中有一个为高电平:,若A、B均为低电平:,T2A和T2B均将截止，T3截止。 T4和D饱和，输出为高
12、电平。,T2A或T2B将饱和，T3饱和，T4截止，输出为低电平。,逻辑表达式,vOH,vOL,输出为低电平的逻辑门输出级的损坏,3.2.5 集电极开路门和三态门电路,1.集电极开路门电路,a） 集电极开路与非门电路,b） 使用时的外电路连接,C） 逻辑功能,L = A B,OC门输出端连接实现线与,VCC,2. 三态与非门(TSL ),当EN= 3.6V时,三态与非门真值表,当EN= 0.2V时,树立质量法制观念、提高全员质量意识。22.11.1122.11.11Friday, November 11, 2022人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。16:10:3316:10:3316:1011/1
13、1/2022 4:10:33 PM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦绷。22.11.1116:10:3316:10Nov-2211-Nov-22加强交通建设管理，确保工程建设质量。16:10:3316:10:3316:10Friday, November 11, 2022安全在于心细，事故出在麻痹。22.11.1122.11.1116:10:3316:10:33November 11, 2022踏实肯干，努力奋斗。2022年11月11日下午4时10分22.11.1122.11.11追求至善凭技术开拓市场，凭管理增创效益，凭服务树立形象。2022年11月11日星期五下午4时10分33秒
14、16:10:3322.11.11严格把控质量关，让生产更加有保障。2022年11月下午4时10分22.11.1116:10November 11, 2022作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2022年11月11日星期五4时10分33秒16:10:3311 November 2022好的事情马上就会到来，一切都是最好的安排。下午4时10分33秒下午4时10分16:10:3322.11.11一马当先，全员举绩，梅开二度，业绩保底。22.11.1122.11.1116:1016:10:3316:10:33Nov-22牢记安全之责，善谋安全之策，力务安全之实。2022年11月11日星期五4时10分33秒
15、Friday, November 11, 2022相信相信得力量。22.11.112022年11月11日星期五4时10分33秒22.11.11,谢谢大家！,树立质量法制观念、提高全员质量意识。22.11.1122.11.11Friday, November 11, 2022人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。16:10:3316:10:3316:1011/11/2022 4:10:33 PM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦绷。22.11.1116:10:3316:10Nov-2211-Nov-22加强交通建设管理，确保工程建设质量。16:10:3316:10:3316:10Friday
16、, November 11, 2022安全在于心细，事故出在麻痹。22.11.1122.11.1116:10:3316:10:33November 11, 2022踏实肯干，努力奋斗。2022年11月11日下午4时10分22.11.1122.11.11追求至善凭技术开拓市场，凭管理增创效益，凭服务树立形象。2022年11月11日星期五下午4时10分33秒16:10:3322.11.11严格把控质量关，让生产更加有保障。2022年11月下午4时10分22.11.1116:10November 11, 2022作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2022年11月11日星期五4时10分33秒16:10:3311 November 2022好的事情马上就会到来，一切都是最好的安排。下午4时10分33秒下午4时10分16:10:3322.11.11一马当先，全员举绩，梅开二度，业绩保底。22.11.1122.11.1116:1016:10:3316:10:33Nov-22牢记安全之责，善谋安全之策，力务安全之实。2022年11月11日星期五4时10分33秒Friday, November 11, 2022相信相信得力量。22.11.112022年11月11日星期五4时10分33秒22.11.11,谢谢大家！,
