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1、第2章 集成门电路,本章在介绍三极管反相器的结构和参数特点的基础上，详细讨论了TTL反相器的结构、工作原理、主要性能参数、TTL的不同逻辑门，并简单介绍了TTL各种系列的特点。另外，讲述了CMOS门电路的结构、工作原理、主要参数、应用特点及与TTL门电路的接口。,本章要点,2.1 三极管反相器,开关电路,开关电路,高低电平,BJT、FET或二极管,2.1.1 三极管的开关特性,三极管开关电路,BJT作为开关,vI=VIL,三极管截止,vI=VIH,三极管饱和导通,输出高电平,输出低电平,2.1.2 三极管反相器的工作原理,实用的三极管反相器电路,逻辑符号,逻辑表达式,保证三极管可靠截止,2.1
2、.3 三极管的开关时间,三极管开关的动态特性,三极管电路的有关知识可知，当输入信号由高电平变为低电平或由低电平变为高电平时，三极管不可能立即实现从饱和到截止或从截止到饱和的转换。的变化总是落后于的变化，从而的变化也落后于的变化,开启时间,关断时间,2.1.4 三极管反相器的负载能力,三极管反相器的负载能力：指反相器输出端接其他电路时输出电流的能力。负载分为灌电流负载和拉电流负载,灌电流负载,vI为高电平，vO输出低电平时，三极管饱和导通，从负载流入三极管的电流。,拉电流负载,vI为低电平，vO输出高电平时，三极管截止，从三极管流入负载的电流。,三极管饱和程度下降,输出高电平的最小值,推拉式输出
3、,为了提高带负载能力，即,矛盾,推拉式输出,改进,T2是射极输出器，输出电阻很低,2.2 TTL集成反相器,2.2.1 TTL反相器的工作原理,1.电路结构,组成：输入级、倒相级、输出级及输入保护电路,输入级,T1和R1,倒相级,T2和R2、R3,输出级,T3、T4、T5及R5、R3构成推拉式输出,输入保护电路,D1,2.工作原理,设电源电压VCC=5V，输入信号的高、低电平分别为VOH=3.4V、VOL=0.2V，PN结的特性用折线等效模型代替，开启电压和工作电压VON=0.7V，三极管的饱和压降为VCES=0.2V。,（1）当输入为低电平A0（VIL=0.2V),0.2V,0.9V,0.2
4、V,T2、T5截止,T1深度饱和，VCES10,T3、T4导通,5V,3.4V,Y1,（2）当输入为高电平A1（VIH=3.4V),3.4V,2.1V,1.4V,0.7V,T1倒置状态（发射结反偏，集电结正偏）,T2、T5饱和导通,T3导通，T4截止,0.9V,0.2V,Y0,则,2.2.2 TTL反相器的外特性及主要电气参数,1.电压传输特性,电压传输特性,电压传输特性是指输出电压随输入电压变化的关系曲线。,TTL反相器电路,（1）AB段（截止区）：,输入电压vI0.6V,vB11.3V,T2、T5截止，T3、T4导通，输出vO为高电平3.4V,（2）BC段（线性区）：,输入电压0.7VvI
5、1.4V,vB11.3V,T2工作在放大区，T5截止，T3、T4导通，输出vO随vI的增大线性下降,（3）CD段（转折区）：,输入电压vI接近1.4V,vB1接近2.1V,T2、T5导通,T2、T5、T3、T4均处于放大状态，输出vO随vI的快速线性下降,阀值电压或门槛电压VTH：转折区中点所对应的输入电压,（3）DE段（饱和区）：,输入电压vI 1.4V,vB1=2.1V,T2、T5饱和，T3、T4截止，输出vO为低电平0.2V,对于典型的TTL反相器，阀值电压VTH一般约为1.4V。可以粗略地认为，当vI VTH 时，反相器导通，输出低电平；当vI VTH 时，反相器截止，输出高电平；当在
6、附近时，反相器工作不稳定。一般应尽量避免门电路工作在阀值电压附近,2.重要参数,（1）输出高电平VOH,电压传输特性上截止区（AB段）对应的输出电压为输出高电平，典型值3.4V,VOH,（2）输出低电平VOL,电压传输特性上饱和区（DE段）对应的输出电压为输出低电平，典型值0.2V,标准输出高电平VOHmin：输出高电平的下限，74系列TTL门VOHmin=2.4V,标准输出低电平VOLmax：输出低电平的上限，74系列TTL门VOHmin=0.4V,（3）输入高电平VIH,VOL,输入为逻辑1的电平，典型值为3.4V，标准输入高电平为VIHmin，称为开门电平VON，典型值为2.0V,（4）
7、输入低电平VIL,输入为逻辑0的电平，典型值为0.2V，标准输入低电平为VILmax，称为关门电平VOFF，典型值为0.8V,（5）输入噪声容限,在保证输出高、低电平不变（变化的范围不允许超过规定的允许限度）的条件下，允许输入高、低电平有一个波动范围，这个范围称为输入噪声容限,输入高电平噪声容限VNH,输入低电平噪声容限VNH,3.TTL反相器的静态特性,门电路输出处于高电平或低电平的稳定工作状态时，称为静态。当输出从高电平跳转为低电平或从低电平跳转为高电平时的工作状态称为动态。静态时主要讨论输入和输出端的电流、带负载能力、静态功耗等；动态时主要讨论延时时间、动态功耗、尖峰电流等,（1）输入低
8、电平电流I IL和输入短路电流I IS,输入端等效电路,当输入VI为低电平VIL时，T2、T5截止，T1导通且工作在饱和状态。电源电压通过R1向T1的发射极提供电流，这一电流称为输入低电平电流，用IIL表示。当输入端接地，即VIL=0时，称为输入短路电流，用I IS表示，则,（2）输入高电平电流IIH,当输入端接高电平3.4V时，流入输入端的电流为输入高电平电流，也称为输入漏电流，用IIH表示。此时T1截止，为反向截止漏电流，数值比较小，一般有为几十微安,输入端等效电路,（3）输入端负载特性,输入端接负载时电路,a.在输入端与地之间或者输入端与信号的低电平之间接入电阻RI。其大小影响输入电压的
9、值,相当于输入低电平,相当于输入高电平,反相器工作不稳定,b.输入端悬空,电源VCC通过T1集电结为T2、T5供电，并使之饱和，输出为低电平，故输入端悬空可以看成输入端加高电平,c.两个串联的TTL反相器中间串接电阻,反相器之间接电阻,RP的选择要满足,G1门输出高低电平,G2门输入标准高低电平,当输出电压为低电平时，对应于T2、T5饱和导通，T3、T4截止，输出电流的实际方向是从负载流向T5，也称灌电流负载,（4）输出高电平电流IOH,TTL反相器高电平输出端等效电路,当输出电压为高电平时，对应于T2、T5截止，T3、T4导通，输出电流的实际方向是从T3、T4流出，流向负载，也称拉电流负载,
10、与实际方向相反,T4将进入饱和，失去跟随作用,拉电流不能超过IOHmax，一般为零点几mA,T5的导通电阻,（5）输出低电平电流IOL,TTL反相器低电平输出端等效电路,拉电流不能超过IOLmax，一般为十几mA,反相器输出电阻,（6）扇出系数NO,扇出系数是指集成门电路带同类门的个数,a.输出低电平时，所能带的同类门最大个数为,G1门输出低电平电流的最大值,G2门输入低电平电流的最大值,b.输出高电平时，所能带的同类门最大个数为,G1门输出高电平电流的最大值,G2门输入高电平电流的最大值,扇出系数取NOL和NOH中取小的一个。一般的TTL门约为 810,（7）空载导通电源电流ICCL和空载截
11、止电源电流ICCH,ICCL：是指输入端悬空（相当于输入接高电平），T2、T5饱和导通，输出低电平时，电源提供的电流,ICCH：是指输入端接低电平，输出端开路时，电源提供的电流,74H系列的反相器,（8）静态空载功耗PO,门电路不接负载时所消耗的功率为空载功耗 PON,分为空载导通功耗和空载截止功耗POFF，分别为空载导通电源电流ICCL、空载截止电源电流ICCH与电源电压VCC的乘积，即,在输出高、低电平时的功耗为静态功耗；在高低电平转换过程中的功耗为动态功耗,4.TTL反相器的动态参数,传输延时时间,（1）平均传输延迟时间tpd,输出由高电平转换到低电平的延迟时间tPHL与低电平转换到高电
12、平的延迟时间tPLH的平均值称为平均延迟时间时间，即：,tpd越大，门的开关速度越低，故其值越小越好，决定了门电路的开关速度。一般的TTL门的tpd约为几个纳秒，74H系列的门电路为610ns,（2）速度功耗积（积）,在TTL电路中，速度与功耗是一对矛盾，提高速度必然增大功耗，减小功耗也会降低速度。为评价器件的品质，用两者的乘积即速度功耗积来度量,2.2.3 其它类型的TTL门,1.其它逻辑功能的门电路,（1）与非门,T1管的等效电路,与非门逻辑电路,在计算与非门每个输入端的电流时，应根据工作状态区别对待。当输入高电平时，每个输入端具有一个输入高电平电流；当输入低电平时，不管T1有多少个发射极
13、，一个门只有一个输入低电平电流,（2）或非门,计算或非门输入端电流时，不管输入是高电平还是低电平，每个输入端都具有一个输入电流，即在输入高电平时，每个输入端有一个IIH；当输入低电平时，每个输入端有一个输入低电平电流IIL,（3）与或非门,不管是哪种逻辑关系，在计算输入端电流时，输入高电平电流，每个管脚都有一个IIH。输入低电平电流：当输入端为“与”逻辑时，则一个门只有一个IIL；当输入端为“或”逻辑时，一个管脚有一个IIL,2.集电极开路门（OC门）,线与：将两个以上门电路的输出端直接相连，用于实现某种组合逻辑关系的方法,注意：具有推拉式输出级的TTL门（一般的TTL）是不能直接线与的,当一
14、门输出为高电平，一门输出为低电平时，会有很大的电流通过两个门，从而烧坏门电路,推拉式输出结构的门电路中，电源一般是固定的5V，输出的高电平也是固定的，不能满足对不同输出高电平的的需要,推拉式输出与非门,集电极开路与非门,OC门逻辑符号,OC门实现线与,上拉电阻,上拉电阻的计算,（1）输出低电平,当有一个或者多个OC门为低电平时，输出vO为低电平。为确保在最不利的情况下（即全部负载电流都流入一个导通管），流入导通管的电流不大于OC门的最大允许电流值IOL（max），RL不能取得太小，需满足,（2）输出高电平,输出高电平时，所有OC门截止，这时要确保输出高电平不低于高电平的最小值VOHmin，RL
15、不能过大，需满足,RL取值为：,3.三态门（TS门）,三态门除了输出高电平、低电平外，还有输出高阻抗的第三个状态，称为高阻态或禁止态。其除了正常的数据输入端外，还有一个控制端也称使能端,推拉式输出与非门，输出两个状态：高电平和低电平,三态输出与非门，输出三个状态：高电平、低电平和高阻态,TS门逻辑符号,使能端，高电平有效,低电平有效地三态输出与非门,低电平有效地三态门的逻辑符号,小圆圈代表低电平有效,三态门的应用,三态门可以接成总线结构：只要使各个门的控制端EN轮流为1，而且仅有一个为1，就可把各个门的输出轮流送到公共总线上而又互不干扰,三态门可实现数据的双向传递：当EN=1，数据D0经G1门
16、输送到总线；当EN=0，数据D0由总线经G2门取出；,2.2.4 TTL数字集成电路的各种系列,1.74系列:标准、中速系列,3.74S系列：为肖特基系列，采用了抗饱和三极管（肖特基三极管）和有源泄放电路，提高工作速度,4.74LS系列：为低功耗肖特基系列，除使用抗饱和三极管、二极管和增加有源泄放电路外，还大幅度地提高了各电阻的阻值，降低了功耗，pd积综合指标较小的电路,2.74H系列：为高速系列，相对标准74系列，其电阻值普遍减小，且输出采用复合管结构，减少了输出电阻，提高了对负载电容的充、放电速度，也缩短了三极管的开关时间,5.74AS系列：电路和74LS系列相似，但采用低阻值电阻，故传输
17、延迟时间较短，工作速度提高，但功耗要74LS系列的大些,6.74ALS系列：为了降低延迟功率积（dp积），采用较高阻值电阻，缩小器件的尺寸，在电路也做了局部的改进。其dp积是74系列门电路中最小的一种,注：在不同系列的TTL器件中，只要器件型号的后几位数码相同，则其逻辑功能、外形尺寸、引脚排列就完全相同。,2.2.5 其它双极性集成电路,1.ECL集成电路,ECL电路是发射极耦合逻辑电路的简称，是一种非饱和型的高速数字集成电路。其基本门的平均延时时间小于一纳秒，在各种集成电路中，它的工作速度是最高的，多用于高速数字系统。主要缺点是对制造工艺要求高、功耗大、抗干扰能力较差,2.I2L集成电路,I
18、2L电路是集电极注入逻辑的简称，是一种高集成度的双极性逻辑电路，适应于制作大规模和超大规模数字集成电路。这种电路可以在微电流下工作，功耗低，制作工艺简单，集成度可达500门/mm2。主要缺点是抗干扰能力差，工作速度低,2.3 CMOS集成门电路,2.3.1 MOS管的开关特性,MOS开关电路,截止区,可变电阻区,2.3.2 CMOS反相器的结构及工作原理,1.CMOS反相器的结构,CMOS反相器的电路原理图,增强型PMOS,增强型NMOS,两管参数对称，栅极相连作输入端vI，漏极相连作输出端vO，TN的源极接地，TP的源极接电源VDD，要求电源电压大于两管开启之和，即：,2.CMOS反相器的工
19、作原理,当vI为低电平时，即vI=VIL=0V,0V,TN截止,TP导通,VDD,当vI为高电平时，即vI=VIH=VDD,VDD,TN导通,TP截止,0V,无论是高电平还是低电平，MOS管总是一个导通一个截止，处于互补状态，并且两管参数对称，所以把这种电路称为互补对称电路，简称CMOS电路。,3.实际的CMOS反相器电路,由于MOS管栅极容易被击穿，在目前生产的集成CMOS电路中，一般都采用二极管输入保护电路,CMOS反相器的实际电路,D1、D2、D3:为保护二极管,导通电压VDF=0.5V 0.7V；反向击穿电压30V左右。,C1、C2:为保护二极管,RS:与C1、C2组成积分网络，可衰减
20、干扰电压，提高电路工作的可靠性但积分电路对输入信号也会产生延时作用，影响反相器的工作速度，所以RS不能太大，一般为1.5K 2.5K,保护电路的工作原理：,在正常工作时，输入电压vI在0VDD之间变化,保护二极管均为反向偏置，处于截止状态，不会影响反相器工作,当输入电压vI在0VDD之外变化,当vI VDD+VDF时，D2导通，输入电压被箝制在VDD+VDF；当vI VSS-VDF时，D1导通，输入电压被箝制在VSS-VDF-VRs。即使干扰电压使二极管反向击穿，C1、C2上的电压也限制在30V以内，保证不致产生栅极击穿,2.3.3 CMOS反相器的外特性及主要电气参数,1.电压传输特性和电流
21、转移特性,电压传输特性：输出电压vO随输入电压vI变化的关系曲线,电流转移特性：输出电流（漏极电流）iD与输入电压vI的关系曲线,（1）A段：vI VGS(th)N,TN截止，内阻很大；TP导通，工作在可变电阻区，电阻很小。输出电压vO=VOH=VDD、管子的电流iD=0，功耗极小,（2）B段：vI 稍大于VGS(th)N,TN开始导通，但内阻很大；TP导通，工作在可变电阻区，电阻很小。输出电压随vI 增加略有下降，但仍为vO=VOH=VDD、管子的电流iD0，略有增加，功耗也有所增加,（3）C段：vI 在开启电压VTH左右,TN、TP 均导通，且导通电阻很小。输出电压随vI 急剧下降，管子的
22、电流iD出现峰值，动态功耗最大。VTH 称为阈值电压或转折电压，为VDD/2,（4）D段：vI 增加但小于VDD-VGS(th)P,TN导通加深，内阻减小；TP仍导通，电阻变大。输出电压转为低电平，vO=VOL=0，iD0，也大大减小，功耗较低。,（5）E段：vI VDD-VGS(th)P,TN导通，内阻很小；TP截止，电阻很大。输出电压为低电平，vO=VOL=0，iD=0，功耗极小。,总结：CMOS反相器在高电平、低电平的稳定状态时，漏极电流为零，故静态功耗也为零；只有在高、低电平的动态转换期间，漏极电流较大，动态功耗不为零。相比于TTL反相器，功耗大为减小,2.输入噪声容限,相比于TTL门
23、电路，CMOS门电路的阀值电压较高，近似为电源电压的一半。其输入低电平和输入高电平的噪声容限几乎相等。从工程上，考虑到一定的余量，一般取为电源电压的。所以，相比于TTL电路，其抗干扰能力较强,3.输入特性,输入电流iI随输入电压vI变化的关系曲线,输入电压在正常工作范围0VDD之间变化时，保护二极管均为反向偏置，输入电流近似为零；当时vI VDD+VDF时，D2导通，iI 急剧增加；当vI VSS-VDF时，D1经RS导通，iI的绝对值随输入电压的绝对值的增大而增大，近似为线性关系,输入特性,4.输出特性,（1）低电平输出特性,低电平输出特性,当输出vO为低电平时，输入电压vO与输出电流iO的
24、关系曲线,当输入为高电平vI=VIH=VDD、输出为低电平vO=VOL=0时，TN导通，TP截止，负载电流从负载电路注入TN，输出电平VOL=IOLRON，随IOL的增加而升高,（2）高电平输出特性,当输出vO为高电平时，输入电压vO与输出电流iO的关系曲线,高电平输出特性,当输入为低电平vI=VIL=0、输出为高电平vO=VOH=VDD时，TP导通，TN截止，负载电流从电源VDD通过TP注入负载，VOH=VDD IOHRON，随IOH的增加而略有下降。在同样的负载电流情况下，电源电压VDD越大，TP管的栅源电压越负，导通内阻越小，VOH下降越小,5.传输延时时间,MOS管是单极性三极管，开关
25、过程中没有电荷的积累和消散现象。但由于管子的导通电阻较大，集成电路中管子的极间电容及负载电容的影响，使输出电压的变化滞后于输入电压的变化，相比于TTL门电路，其延时时间更大，约为十几个纳秒，故其开关速度较低,6.CMOS集成电路的特点,（1）静态功耗低。在电源电压VDD5V时，中规模集成电路的静态功耗小于100mW。有利于提高集成度和封装密度，比较适合于大规模集成；,（2）电源电压范围较宽。CC4000系列的CMOS电路的电源电压范围从318V，选择电源的余地大，电源设计要求低；,（3）输入阻抗高。正常工作的CMOS集成电路，其输入端的保护二极管处于反偏状态，直流输入阻抗大于100M；,（4）
26、扇出能力强。在低频工作时，一个输出端可驱动50个以上CMOS集成电路的输入端，这主要是由于CMOS集成电路输入阻抗高、输入端取用电流小的原因,（5）抗干扰能力强。CMOS集成电路的电压噪声容限可达电源电压的45%，而且高、低电平的噪声容限基本相等；,（6）逻辑摆幅大。空载时输出高电平VOH=（VDD-0.05）VDD，输出低电平（VSS+0.05）VSS,（7）温度稳定性好，且有较强的抗辐射能力,CMOS集成器件的国外产品主要有4000、74C、74HC等系列，后两种是高速CMOS电路，其传输延时时间已接近标准的TTL器件，其引脚排列和逻辑功能也和同型号的74系列TTL电路一致。74HCT系列
27、更是在电平上和74系列的TTL电路相容，从而使两者互换使用更为方便。在4000系列基础上发展起来的有4000B系列、4500系列和5000系列等。国产的CMOS器件以4000系列为主,2.3.3 其它类型的CMOS集成门电路,1.其它逻辑功能的CMOS门电路,（1）与非门,电路,当A、B全为高电平时，TN1、TN2都导通，而TP1、TP2都截止，输出低电平,TN1、TN2串联,TP1、TP2并联,工作原理：,只要A、B中有一个是低电平，则TN1、TN2中必有一个管子是截止的，而TP1、TP2中必有一个是导通的，输出高电平；,TP1、TP2串联,（2）或非门,TN1、TN2并联,电路,工作原理：
28、,当A、B全为低电平时，TN1、TN2都截止的，而TP1、TP2都导通，输出高电平,只要A、B中有一个是高电平，则TN1、TN2中必有一个管子是导通的，而TP1、TP2中必有一个是截止的，输出低电平；,2.带缓冲级的CMOS门电路,普通门的缺点：它的输出电阻RO受输入端逻辑状态的影响,当AB1时，两个串联的NMOS管都导通，输出低电平，RO2RON,MOS管的导通电阻,当AB0时，两个并联的PMOS管都导通，输出高电平，RO（1/2）RON,当A、B中一个为1、一个为0时，两个串联的NMOS管都截止，两个并联的PMOS管只有一个导通，输出高电平，RORON,总结：输出状态的不同使输出电阻相差四
29、倍之多；输出端的高、低电平大小受输入端数目的影响；输入端工作状态不同对电压传输特性也有影响。,带缓冲级的门电路,或非门电路,逻辑电路,逻辑表达式,3.CMOS传输门和双向模拟开关,（1）CMOS传输门,电路,逻辑符号,控制端高、低电平分别为VDD和0V,输入输出可以互换，信号可双向传输,工作原理：,当C0，时，只要输入信号的变化范围不超过VDD和0V，则TN管和TP管同时截止，输出与输入之间是高阻态（电阻大于109），传输门截止；,当C1，时，若0vIVDD-VGS（th）N，TN管导通，TP管截止，导通电阻很小，vOvI；若VGS（th）PvI，TP管导通，TN管截止，vOvI。,输出电压,
30、（2）CMOS双向模拟开关,利用非门将CMOS传输门的两个控制端连接在一起，作为控制端，就构成了CMOS双向模拟开关,电路,逻辑符号,C=0时，开关不通，输出高阻态；C=1时，开关接通，vO=vI；,利用CMOS传输门和CMOS反相器的各种组合可以构成多种复杂的逻辑电路，如数据选择器、触发器、计数器等,【例1】试判断下面由CMOS传输门构成电路的输出和输入逻辑关系。,解：,0,0,0,1,则输出逻辑式为,则实现与逻辑关系,避免传输门关闭时出现高阻态，在输出端通过大电阻接地，也可以输出端通过电阻接电源。,4.三态输出的CMOS门,从逻辑功能上看，三态输出的CMOS门与TTL的三态门没有区别，但在
31、电路结构上，CMOS的三态门要简单得多,三态非门电路,逻辑符号,所有NMOS管和PMOS管均截止，输出Y为高阻状态,A0时，所有NMOS管截止而所有PMOS管导通，输出Y1；A1时，所有NMOS管导通而PMOS管截止，输出Y0，输出逻辑式为,【例2】电路如图所示，试分析其逻辑功能,解：,传输门截止，输出为YZ（高阻态）,传输门开启，CMOS反相器的输出通过传输门到达输出，使得,此电路逻辑功能为三态输出非门，使能控制端低电平有效,2.4 TTL和CMOS集成电路的使用及接口,2.4.1 两类数字集成门电路的使用,1.输入端的扩展,外接一个扩展器,与扩展器74H61逻辑符号,利用二极管与门和或门实
32、现输入端的扩展,与非扩展,或非扩展,适合CMOS门,2.多余输入端的处理,对于与门和与非门，多余的输入端应接高电平或和已经使用的端相连；对于或门和或非门，多余的输入端应接低电平或和已经使用的端相连。接高电平，可以直接通过电阻和电源相连或者接到高电平处；接低电平可直接接地，但也有其它的连接方式,注意：,TTL门：根据门输入级的特性，悬空、通过一个大电阻（大于）接地相当于在输入端加了一个高电平；通过一个小电阻（小于）接地相当于在输入端加了一个低电平；,CMOS门：为防止干扰破坏逻辑关系和损坏器件，CMOS门输入端不能悬空。另外，由于CMOS门输入端不取用电流，所以输入端不管是通过大电阻还是通过小电
33、阻接地，都相当于在输入端加了一个低电平,3.提高TTL门的带负载能力,当门电路所能提供的拉电流满足不了负载的需要时，可以改变电路连接，将拉电流负载变成灌电流负载。,如：,一般的TTL在输出高电平的时候，最大输出电流约为0.4mA，而发光二极管正常工作时的电流约十多个毫安,拉电流iO,灌电流iO,TTL与非门输出低电平时，发光二极管发光，发光二极管的工作电流由电源VCC提供，且TTL门电路的低电平最大输出电流约为16mA左右，完全可以满足正常工作要求。,使门电路只承担灌电流负载，而让变换电路承担所需的拉电流负载,如：,对TTL与非门而言，是一个拉电流负载，明显负载过大，不能正常工作,100mA,
34、=25,4mA,当TTL与非门输出高电平时，D1截止，VCC经R1、D2向三极管基极提供拉电流，TTL与非门提供的拉电流几乎为零,4.TTL电路使用中的注意事项,（1）TTL电路的电源电压不能高于+5.5V，使用时不能将电源与“地”引线端颠倒错接，否则将因电流过大而将器件损坏;,（2）电路的各输入端不能直接与高于+5.5V、低于-0.5V的低内阻电源连接，因为低内阻电源能提供较大电流而使器件过热烧坏;,（3）除了三态门和OC门外，不能将门电路的输出端并联使用，OC门线与时要合理选择好上拉电阻;,（4）输出端不能与电源或“地”短路，否则会造成器件损坏，但可以通过电阻和电源相连，以提高输出高电平。
35、,5.CMOS电路使用中的注意事项,（1）存放时要屏蔽，一般放在金属容器中，也可将引脚用金属箔短路。,（2）焊接时电烙铁功率不能大于20W，烙铁要有良好的接地线，最好利用烙铁断电后的余热快速焊接。禁止在通电的情况下焊接,（3）测试时，如果信号源和电路板用两组电源，则应先接通电路板电源，断电时应先断开信号源电源。即禁止在CMOS电路本身没有接通电源的情况下输入信号,（4）多余输入端绝对不能悬空，否则会因干扰破坏逻辑关系,（5）输入端连接长线时，由于分布电容和分布电感的影响，容易构成LC振荡，使输入保护二极管损坏。为此，必须在输入端串接一个1020K的电阻RS,分布电感和电容,（6）CMOS电路安
36、装在印刷电路板上时，各输入端要接保护电阻，这样可以避免线路板从机器中拨出时器件输入端悬空。在装接线路板时，应先将其它元件安装好后再插入CMOS器件，也是为防止CMOS器件输入端悬空,（7）为防止脉冲信号串入电源引起的低频和高频干扰，可在印刷电路板的电源和地之间并接10F和0.1F的两个电容,2.4.2 两类数字集成门电路的接口,由于CMOS电路具有功耗低、单电源工作、电源电压范围宽、噪声容限高等特点，作为逻辑集成电路使用可以说是最合适的。但是在大电流和超高速领域中，只使用CMOS电路是不行的，还要使用分立元件、晶体管电路及TTL电路等。所以在设计一个电路时，需要考虑不同器件之间的连接。,1.不
37、同门之间的连接,按逻辑要求，无论是TTL门驱动CMOS门，还是CMOS门驱动TTL门，驱动门和负载门的电压和电流关系应满足,驱动门,负载门,n,负载输入低电平电流IILmax的个数,m,负载输入高电平电流IIHmax的个数,2.用TTL电路驱动CMOS电路,（1）用TTL电路驱动4000系列和74HC系列的CMOS电路,解决方法,当VCC=VDD时，采用接上拉电阻的方法,上拉电阻,当TTL输出高电平时，输出级的推动管T5截止，由于上拉电路VDD和RU的作用。输出级的负载管T4也截止，故输出高电平为,当VCC VDD时，CMOS的输入高电平远大于3.5V,为了防止TTL输出级过载，可以将TTL电
38、路改为OC门或者增加一级OC门接口。,四低-高压电平转换器（三态输出）,当VCC VDD时，可以采用带有电平转换作用的CMOS接口门(CC40109)，或采用TTL接口门（74LS06等）。,六反相缓冲器，15V高压输出,（2）用TTL驱动74HCT系列的CMOS电路,全部满足要求，无需外加接口，可直接连接使用,3.用CMOS电路驱动TTL电路,（1）用4000系列CMOS电路驱动74系列和74H系列TTL电路,输出低电平电流不满足，需要外接扩展电路,解决方法,将同一封装内的CMOS门电路并联使用；虽然同一封装内的门电路参数比较一致，但不可能完全相同，所以并联后的最大负载电流略低于每个门最大负
39、载电流之和；,在输出端增加一级CMOS驱动器，如CC4010、CC40107等。同相输出的驱动器CC4010在电源电压5V时，负载电流IOL3.2mA，可以同时驱动两个74系列的TTL门；OD门CC40107在电源电压5V时，负载电流IOL16mA，能同时驱动十个74系列TTL门电路,CMOS门电路并联使用,增加CMOS驱动器,在找不到合适的驱动器时，可采用分立元件的三极管电流放大器.,参数的选择要满足在CMOS输出高电平时，三极管饱和导通（输出低电平），此时要求,其中：VOH、IOH为CMOS门输出高电平和输出高电平时的输出漏电流；IIL为TTL输入低电平电流,（2）用4000系列COS门驱
40、动74LS系列TTL电路,满足所有条件，可将4000系列CMOS门的输出端直接和74LS系列的TTL电路连接。但当后面连接的74LS系列的TTL门电路不止一个时，需扩展低电平输出电流。,（3）用74HC/74HCT系列CMOS电路驱动TTL电路,无论负载门是74系列、74H系列还是74LS系列TTL门电路，均满足条件，可以直接用74HC/74HCT驱动TTL门电路,2.5 门电路应用实例,智力竞赛抢答器,自行分析：A、B、C三个抢答者，D为裁判，每人控制一个开关（正常为低电平、按下为高电平）。当裁判允许抢答时给出抢答指令，将SD打向高电平，抢答开始。A、B、C谁先按下开关，对应的指示灯亮，其余两人按下开关抢答无效，指示灯不会亮。,本章小结,本章主要讲述了目前应用最广的TTL和CMOS两类集成门电路的电路结构、工作原理、主要静态特性参数及实际使用。重点熟悉TTL反相器、TTL与非门、OC门、三态门、CMOS反相器、传输门的结构特点、工作原理、电压传输特性；掌握TTL门的扇出系数计算、输入端电阻效应影响、OC门上拉电阻计算、多余输入端处理等实际使用问题；熟悉TTL门和CMOS的接口问题。,作 业,2-3 2-5 2-8 2-9 2-10 2-11 2-13 2-19 2-20,
