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1、获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导通、截止（即开、关）两种工作状态。,逻辑1和0：电子电路中用高、低电平来表示。,逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路，简称门电路。,基本和常用门电路有与门、或门、非门（反相器）、与非门、或非门、与或非门和异或门等。,3.1 概述,3.2 半导体二极管门电路,、二极管的开关特性,二极管符号：,正极,负极,uD,ui0V时，二极管截止，如同开关断开，uo0V。,ui5V时，二极管导通，如同0.7V的电压源，uo4.3V。,二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度。,3.2.2 二极管与门,Y=AB,、二极管或门,Y=A+B,3.3 TT
2、L集成门电路,集成门电路按开关元件分类,集成：把晶体管、电阻、和导线等封装在一个芯片上。,、三极管的开关特性,uA0V时，三极管截止，iB0，iC0，输出电压uYVCC5V,uA5V时，三极管导通。基极电流为：,iBIBS，三极管工作在饱和状态。输出电压uYUCES0.3V。,三极管临界饱和时的基极电流为：,3.3.2 TTL反相器的电路结构和工作原理,一、电路结构,二、电压的传输特性,需要说明的几个问题：,三、输入噪声容限,一.输入特性,3.3.3 TTL反相器的静态输入特性和输出特性,输入电压与输入电流之间的关系曲线，即ii=f（Vi）,输入短路电流IIS,二.输出特性,高电平输出特性,高
3、电平输出等效电路,低电平输出特性,低电平输出等效电路,门电路输出驱动同类门的个数,前级输出为 高电平时拉电流负载。,扇出系数,因IL拉受限制，故负载数量有限。,前级,前级输出为 低电平时灌电流负载。,因IL灌受限制，故负载数量有限。,即输入端通过电阻R接地时的特性,输入端“1”,“0”？,三.输入负载特性:,Vi,Ri0.7 K,使ViVIL,T2、T5截止，T4、D导通，VO=VOH,反向器处于截止状态。,Ri较小时,Ri较大时,Ri 2.5K,使Vi 1.4V,T2、T5导通，T4、D截止，VO=VOL,反向器处于导通状态。,1.4V,Vi=UT 时，T2、T4导通，Vb12.1V,使Vi
4、钳在1.4V。,开门电阻 RON,关门电阻 ROFF,在保证非门输出为低时，允许输入电阻Ri的最小值。,在保证非门输出为高时，允许输入电阻Ri的最大值。,RON2.5K,ROFF0.7 K,当RI RON时，相当输入高电平。,当RI ROFF时，相当输入低电平。,悬空的输入端（RI）相当于接,说明,高电平。,3.3.4 TTL反相器的动态特性,一、传输延迟时间1、现象：导通延迟时间tPHL截止延迟时间tPLH传输延迟时间,二、交流噪声容限,（b）负脉冲噪声容限,（a）正脉冲噪声容限,当输入信号为窄脉冲，且接近于tpd时，为使输出状态改变所需的脉冲幅度。交流噪声容限远大于直流噪声容限。,由于三极
5、管的开关时间和分布电容的充放电过程，输入信号状态变化时必有足够的变化幅度和作用时间才能使输出状态改变,三、电源的动态尖峰电流,2、动态尖峰电流（P126）,影响：1.使电源的平均电流增加；2.尖峰电流较大时，将通过电源线和地线及电源的内阻形成一个系统内部的噪声源。应抑制在允许的限度内。,3.3.5 其他类型的TTL门电路,一、其他逻辑功能的门电路1.与非门,2.或非门,3.与或非,4.异或门,二、集电极开路的门电路,1、推拉式输出电路结构的局限性 输出电平不可调 带载能力不强，尤其是高电平输出 输出端不能并联使用 OC门,2、OC门的结构特点,OC门实现的线与,三、三态输出门（Three st
6、ate Output Gate,TS）,三态门的用途,74/54系列（标准系列）：如74 00器件的命名请参照书后的附录SN 74 XX 00 C D,陶瓷封装直插,工作温度范围：070度,器件系列和品种代号,生产厂商,一、高速系列74H/54H电路的改进:(1)输出级采用复合管（减小输出电阻Ro）(2)减少各电阻值2.性能特点速度提高（）的同时功耗也增加（）,3.3.6 TTL数字集成电路的各种系列,二、肖特基系列74S/54S（Schottky TTL）,电路改进采用抗饱和三极管用有源泄放电路代替74H系列中的R3减小电阻值2.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,三
7、、低功耗肖特基系列74LS/54LS（Low-Power Schottky TTL）四、74AS,74ALS（Advanced Low-Power Schottky TTL）3.5 其他类型的双极型数字集成电路*DTL：输入为二极管门电路，速度低，已经不用HTL：电源电压高，Vth高，抗干扰好，已被CMOS替代ECL：非饱和逻辑，速度快，用于高速系统I2L：属饱和逻辑，电路简单，用于LSI内部电路,3.4 CMOS门电路,、场效应管的开关特性,工作原理电路,转移特性曲线,输出特性曲线,截止状态,uiUT,uo=+VDD,导通状态,uiUT,uo0,开关时间,（1）uA0V时，TN截止，TP导通
8、。输出电压uYVDD10V。（2）uA10V时，TN导通，TP截止。输出电压uY0V。,一.电路结构,工作原理:,3.4.2 CMOS反相器的电路结构及工作原理,二、电压、电流传输特性,电压传输特性,电流传输特性,三、输入噪声容限（P82）,3.4.3 CMOS 反相器的静态输入/出特性,一、输入特性,二、输出特性,3.4.4 CMOS反相器的动态特性,一、传输延迟时间,二、交流噪声容限（P87）,三、动态功耗,3.4.5 其他类型的CMOS门电路,一、其他逻辑功能的门电路,2.或非门,1.与非门,二、漏极开路的门电路（OD门）,三、CMOS传输门及双向模拟开关,1.传输门,2.双向模拟开关,
9、四、三态输出门,、CMOS数字电路的特点及使用时的注意事项,（1）CMOS电路的工作速度比TTL电路的低。（2）CMOS带负载的能力比TTL电路强。（3）CMOS电路的电源电压允许范围较大，约在318V，抗干扰能力比TTL电路强。（4）CMOS电路的功耗比TTL电路小得多。门电路的功耗只有几个W，中规模集成电路的功耗也不会超过100W。（5）CMOS集成电路的集成度比TTL电路高。（6）CMOS电路适合于特殊环境下工作。（7）CMOS电路容易受静电感应而击穿，在使用和存放时应注意静电屏蔽，焊接时电烙铁应接地良好，尤其是CMOS电路多余不用的输入端不能悬空，应根据需要接地或接高电平。,CMOS数
10、字电路的特点,使用集成电路时的注意事项,（1）对于各种集成电路，使用时一定要在推荐的工作条件范围内，否则将导致性能下降或损坏器件。,（2）数字集成电路中多余的输入端在不改变逻辑关系的前提下可以并联起来使用，也可根据逻辑关系的要求接地或接高电平。TTL电路多余的输入端悬空表示输入为高电平；但CMOS电路，多余的输入端不允许悬空，否则电路将不能正常工作。,（3）TTL电路和CMOS电路之间一般不能直接连接，而需利用接口电路进行电平转换或电流变换才可进行连接，使前级器件的输出电平及电流满足后级器件对输入电平及电流的要求，并不得对器件造成损害。,利用半导体器件的开关特性，可以构成与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等各种逻辑门电路，也可以构成在电路结构和特性两方面都别具特色的三态门、OC门、OD门和传输门。随着集成电路技术的飞速发展，分立元件的数字电路已被集成电路所取代。TTL电路的优点是开关速度较高，抗干扰能力较强，带负载的能力也比较强，缺点是功耗较大。CMOS电路具有制造工艺简单、功耗小、输入阻抗高、集成度高、电源电压范围宽等优点，其主要缺点是工作速度稍低，但随着集成工艺的不断改进，CMOS电路的工作速度已有了大幅度的提高。,本章小结,
