1、BJTBJT 邏輯門電路邏輯門電路為了正確而有效地使用集成邏輯門電路， 還必須對(duì)組件內(nèi)部電路特別是對(duì)它的外部特性 有所了解。本章將揭開(kāi)黑匣的奧秘，講述幾種通 用的集成邏輯門電路，如 BJT-BJTBJT-BJT 邏輯門電路（TTLTTL）、射極耦合邏輯門電路（ECLECL 和金屬- - 氧化物- -半導(dǎo)體互補(bǔ)對(duì)稱邏輯門電路（CMOSCMOS。在學(xué)習(xí)上述各種電路的邏輯功能和特性前 首先必須熟悉開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)特性， 這是門電路 的工作基礎(chǔ)。但在分析門電路時(shí)，將著重它們的 邏輯功能和外特性，對(duì)其內(nèi)部電路，只作一般介 紹。第一節(jié)二極管的開(kāi)關(guān)特性一般而言，開(kāi)關(guān)器件具有兩種工作狀態(tài)： 一種狀態(tài)被稱為接通

2、，此時(shí)器件的阻抗很小，相當(dāng)于短路；第二種狀 態(tài)是斷開(kāi)，此時(shí)器件的阻抗很大，相當(dāng)于開(kāi)路。，晶體管基本上工作于開(kāi)關(guān)狀 導(dǎo)通和截止之間的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。 晶體管的開(kāi)在數(shù)字系統(tǒng)中態(tài)。對(duì)開(kāi)關(guān)特性的研究，就是具體分析晶體管在關(guān)速度 可以很快，可達(dá)每秒百萬(wàn)次數(shù)量級(jí)，即開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換 在微秒甚至納秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)完成。二極管的開(kāi)關(guān)特性表現(xiàn)在正向?qū)ㄅc反向 截止這樣兩種不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程。 二極管 從反向截止到正向?qū)ㄅc從正向?qū)ǖ椒聪蚪?止相比所需的時(shí)間很短，一般可以忽略不計(jì)，因 此下面著重討論二極管從正向?qū)ǖ椒聪蚪刂?的轉(zhuǎn)換過(guò)程。、二極管從正向?qū)ǖ浇刂褂幸粋€(gè)反向恢復(fù)過(guò)程.*-在上圖所示的硅二極管電路中加入一個(gè)如 下

3、圖所示的輸入電壓。在 0 0t時(shí)間內(nèi)，輸入為 +V+VF，二極管導(dǎo)通，電路中有電流流通。h導(dǎo)通_1, ,A A/ /設(shè)VD為二極管正向壓降（硅管為 0.7V0.7V 左 右），當(dāng)乂遠(yuǎn)大于V時(shí)，乂可略去不計(jì)，則在 t ti時(shí)，V Vi突然從+V+VF變?yōu)?VRO在理想情況 下，二極管將立刻轉(zhuǎn)為截止，電路中應(yīng)只有很 小的反向電流。但實(shí)際情況是，二極管并不立刻 截止，而是先由正向的 I IF變到一個(gè)很大的反向電 流 I IR=V=V/R,R,這個(gè)電流維持一段時(shí)間 t ts后才開(kāi)始 逐漸下降，再經(jīng)過(guò) t tt后，下降到一個(gè)很小的數(shù) 值 0.1I0.1IR,這時(shí)二極管才進(jìn)人反向截止?fàn)顟B(tài)，如 下圖所示。卩

4、 1414 截止 丄 rfrff和I I通常把二極管從正向?qū)ㄞD(zhuǎn)為反向截止所 經(jīng)過(guò)的轉(zhuǎn)換過(guò)程稱為反向恢復(fù)過(guò)程。其中 t ts稱為 存儲(chǔ)時(shí)間，t tt稱為渡越時(shí)間，t tre=t=ts+t+tt稱為反向0 04 4恢復(fù)時(shí)間。由于反向恢復(fù)時(shí)間的存在，使二極管的開(kāi)關(guān) 速度受到限制。二、產(chǎn)生反向恢復(fù)過(guò)程的原因一一電荷存儲(chǔ)效應(yīng)產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是由于二極管外加正 向電壓VF時(shí)，載流子不斷擴(kuò)散而存儲(chǔ)的結(jié)果。當(dāng) 外加正向電壓時(shí)P區(qū)空穴向N區(qū)擴(kuò)散，N區(qū)電子 向P區(qū)擴(kuò)散，這樣，不僅使勢(shì)壘區(qū)（耗盡區(qū)）變 窄，而且使載流子有相當(dāng)數(shù)量的存儲(chǔ)， 在P區(qū)內(nèi) 存儲(chǔ)了電子，而在N區(qū)內(nèi)存儲(chǔ)了空穴 ，它們都是非PEPE勢(shì)壘區(qū) 4

5、 44 4 * * ftl 空穴由P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)后， 并不是立即與N區(qū)中的電子復(fù)合而消失，而是在一定的路程（擴(kuò)散長(zhǎng)度）內(nèi)，一方面繼續(xù)擴(kuò)散， 子復(fù)合消失， 這樣就會(huì)在LP范圍內(nèi)存儲(chǔ)一定數(shù)量的空穴，并建立起一定空穴濃度分布，靠近結(jié)邊 緣的濃度最大，離結(jié)越遠(yuǎn)，濃度越小Mz匕亞衡少數(shù)載流于，如下圖所示N N區(qū)feefee Q Q口PoPo D D C.C. O O C C O O民口O OFoFo口 0 注O OE E口0 0 *O*O* *0 0FoFo = = =f f口 0LA口O口D DZOOZOOLP方面與電。正向電流越大，存儲(chǔ)的空穴數(shù)目越多，濃度分布的梯度也越大。電子擴(kuò)散到P區(qū)的情況也類

6、似，下圖為二極管中存儲(chǔ)電荷的分布。我們把正向?qū)〞r(shí)，非平的現(xiàn)象叫做電荷存儲(chǔ)效應(yīng)。當(dāng)輸入電壓突然由+V+VF變?yōu)?VR時(shí)P區(qū)存儲(chǔ)的 電子和N區(qū)存儲(chǔ)的空穴不會(huì)馬上消失，但它們將 通過(guò)下列兩個(gè)途徑逐漸減少：1在反向電場(chǎng)作用下，P區(qū)電子被拉回N區(qū)，N區(qū)空穴被拉回P區(qū)，形成反向漂移電流IR,如下圖所示；2與多數(shù)載流子復(fù)合。在這些存儲(chǔ)電荷消失之前，PN結(jié)仍處于正 向偏置，即勢(shì)壘區(qū)仍然很窄，PN結(jié)的電阻仍很 小，與 R-R-相比可以衡少數(shù)載流子積累細(xì)fe向漂移電潦勢(shì)皐 EHS忽略，所以此時(shí)反向電流 I IR= = (V+V)/RL。W表示PN結(jié)兩端的正向壓降， 一般VRV),即卩 I IR= V V/RL。

7、在這段期間， 本上保持不變，主要由VR和RL所決定。經(jīng)過(guò)時(shí)間 t ts后P區(qū)和N區(qū)所存儲(chǔ)的電荷已 顯著減小，勢(shì)壘區(qū)逐漸變寬，反向電流 I IR逐漸減 小到正常反向飽和電流的數(shù)值，經(jīng)過(guò)時(shí)間 t tt，二極管轉(zhuǎn)為截由上可知，二極管在開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換過(guò)程中出現(xiàn)的 反向恢復(fù)過(guò)程，實(shí)質(zhì)上由于電荷存儲(chǔ)效應(yīng)引起 的，反向恢復(fù)時(shí)間就是存儲(chǔ)電荷消失所需要的時(shí) 間。三、二極管的開(kāi)通時(shí)間二極管從截止轉(zhuǎn)為正向?qū)ㄋ璧臅r(shí)間稱 為開(kāi)通時(shí)間。這個(gè)時(shí)間同反向恢復(fù)時(shí)間相比是很短的。這 是由于PN結(jié)在正向偏壓作用下，勢(shì)壘區(qū)迅速變 窄，有利于少數(shù)載流子的擴(kuò)散，正向電阻很小， 因而它在導(dǎo)通過(guò)程中及導(dǎo)通以后，其正向壓降都 很小，比輸入電壓W

8、小得多，故電路中的正向電流 I IF=V=V/R R，它由外電路的參數(shù)決定，而幾乎 與二極管無(wú)關(guān)。因此，只要電路在 t=0t=0 時(shí)加入+V+VF的電壓，回路的電流幾乎是立即達(dá)到VF/R R。這就是 說(shuō)，二極管的開(kāi)通時(shí)間是很短的，它對(duì)開(kāi)關(guān)速 度的影響很小，可以忽略不計(jì)第二節(jié) BJT 的開(kāi)關(guān)特性NPN型BJBJT T的結(jié)構(gòu)如下圖所示。發(fā) M M 極 1 1e e 1 1發(fā)射結(jié)集電結(jié)基極從圖中可見(jiàn)NPN型 BJTBJT 由兩個(gè)N型區(qū)和 一個(gè)P型區(qū)構(gòu)成了兩個(gè)PN結(jié)，并從三個(gè)區(qū)分別 引出了集電極、基極和發(fā)射極。在電路圖中的符 號(hào)如下圖所示。發(fā)基集射電區(qū)區(qū)區(qū)集電極b bc cb bPNP型 BJTBJT

9、 的結(jié)構(gòu)如下圖中的F邊為電路圖中的符號(hào)。發(fā)基集射電區(qū)區(qū)區(qū)發(fā)射極J J-FT!-1 1集電權(quán)”卩月r 灰射S SIh集電結(jié)基極TransiTransistorstor ,意為“雙極結(jié)晶體管 常所說(shuō)的三極管。、BJT的開(kāi)關(guān)作用BJTBJT 的開(kāi)關(guān)作用對(duì)應(yīng)于有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的“斷 開(kāi)”和“閉合”。半部所示,這里的 BJTBJT 英文原文是：BipolarBipolar JunctionJunction”。也就是通b b * *b b 4 4尸4+4+、J JH 1給A AfCESt t上圖所示電路用來(lái)說(shuō)明BJTBJT 為NPN型硅管。當(dāng)輸入電壓VI=-VB時(shí)，BJTBJT 的發(fā)射結(jié)和集電 結(jié)均為反向偏置(

10、VJEV0 0,VJCV0 0),只有很小的 反向漏電流 I IEBO和 I ICBC分別流過(guò)兩個(gè)結(jié)，故 i iB 0 0, i ic 0 0 , V V；E V Vcc,對(duì)應(yīng)于上圖中的 A A 點(diǎn)。這時(shí) 集電極回路中的 C C、e e 極之間近似于開(kāi)路，相當(dāng) 于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)一樣。BJTBJT 的這種工作狀態(tài)稱為截止BJTBJT 開(kāi)關(guān)作用，圖中iff =-當(dāng)VI=+VB2時(shí)，調(diào)節(jié) R R,使 I IB=V=VCc/ /忠 則 BJTBJT 工作在上圖中的 C C 點(diǎn)，集電極電流 i ic已接近于最大值 V VCc/ / R RC,由于 i ic受到 F FC的限制，它已不可能像放大區(qū)那樣隨著 i

11、iB的增加而成比例地增加了，此時(shí)集電極電流達(dá)到飽和，對(duì)應(yīng)的基極電流稱為基極臨界飽和電 流 I IBS( 7 7 朋 C C)，而集電極電流稱為集電極飽和電流l lcs( WcWc / /F FC)。此后，如果再增加基極電流，則飽和程度 加深，但集電極電流基本上保持在 l les不再增加， 集電極電壓 V V：E=V=V；blblCSR=V；EJ=2.0-0.3V。這個(gè)電 壓稱為 BJTBJT 的飽和壓降，它也基本上不隨 i iB增加 而改變。由于MES很小，集電極回路中的 極之間近似于短路，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合一樣。BJTBJT 的這種工作狀態(tài)稱為飽和。由于 BJTBJT 飽和后管壓降均為 O.3V

12、O.3V，而發(fā)射 結(jié)偏壓為0.7V0.7V，因此飽和后集電結(jié)為正向偏置，即 BJTBJT 飽和時(shí)集電結(jié)和發(fā)射結(jié)均處于正向偏置，這是判斷 BJTBJT 工作在飽和狀態(tài)的重要依據(jù)。下圖 示出了 NPNNPN 型 BJTBJT 飽和時(shí)各電極電壓的典型 數(shù)據(jù)。+ *-0.7V由此可見(jiàn) BJTBJT 相當(dāng)于一個(gè)由基極電流所控 制的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。BJTBJT 截止時(shí)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“斷開(kāi)”，而飽和時(shí) 相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“閉合NPN型 BJTBJT 截止、放大、飽和三種工作狀 態(tài)的特點(diǎn)列于下表中截止放犬飽和劉牛0 00 4仝i也偏SWSW況發(fā)射結(jié)和集電 結(jié)均為反偏垃射結(jié)正偏， 集電結(jié)反偏發(fā)身和髡謎 均為正偏集電L=人,=生

13、r rd氏 不隨別二壇加管壓降0.2-0.3V亡、e e何 等敖內(nèi)阻約數(shù)百千歐 相當(dāng)于關(guān)斷約為數(shù)百眈 相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合二、BJT的開(kāi)關(guān)時(shí)間一 4V0.3Ve-BJTBJT 的開(kāi)關(guān)過(guò)程和二極管一樣，也是內(nèi)部電 荷“建立”和“消散”的過(guò)程。因此 BJTBJT 飽和與 截止兩種狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)換也是需要一定的時(shí)間 才能完成的。如上圖所示電路的輸入端加入一個(gè)幅度在-VBI和+V+VB2之間變化的理想方波，則輸出電流 I Ic的波形如下圖。 I一工叨f 上申 *可見(jiàn) I Ic的波形已不是和輸入波形一樣的理 想方波，上升和下降沿都變得緩慢了。十忌24 45 a玨aiJcso為了對(duì) BJTBJT 開(kāi)關(guān)的瞬態(tài)過(guò)程進(jìn)

14、行定量描述, , 通常引人以下幾個(gè)參數(shù)來(lái)表征：這四個(gè)噬姍為三極管的幵關(guān)時(shí)間參數(shù), 都是M M集電極電流見(jiàn)的變化為斟隹的“oufouf 7 7稱為幵通時(shí)間，它反映了三極 管從到詫和所需的時(shí)可* /F7=/S+A稱為關(guān)閉時(shí)邱它反映了三 極管從飽#r r J J截止所需的時(shí)間*開(kāi)通m m可和關(guān)閉時(shí)W W總稱為三極管的開(kāi) 關(guān)時(shí)間.它隨管子荽型不同而有彳艮大差 別TfiTfi在JL+JL+至化百納秒的范H H*開(kāi)通時(shí)間就是謹(jǐn)立基區(qū)尅荷的時(shí)間；A A閉時(shí)間就是存儲(chǔ)電荷消散的時(shí)間t tr稱為開(kāi)通時(shí)間，它反映了BJTBJT 從截止到飽和所需的時(shí)間；t tf稱為關(guān)閉時(shí)間，它反映了 BJTBJT從飽和到截止所需的

15、時(shí)間。開(kāi)通時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間總稱為 BJTBJT 的開(kāi)關(guān)時(shí) 可，它隨管子類型不同而有很大差別，一般在幾 卜至幾百納秒的范圍，可以從器件手冊(cè)中查到BJTBJT 的開(kāi)關(guān)時(shí)間限制了 BJTBJT 開(kāi)關(guān)運(yùn)用的速 度。開(kāi)關(guān)時(shí)間越短，開(kāi)關(guān)速度越高。因此，要設(shè) 法減小開(kāi)關(guān)時(shí)間。延遲時(shí)間fdfd-上升時(shí)間4 4*存儲(chǔ)吋間占窯*下降時(shí)間ffff以上 4 4 個(gè)參數(shù)稱為 BJTBJT 的開(kāi)關(guān)時(shí)間參數(shù)。 通常把 t ton= t td把 t tOff= = t ts開(kāi)通時(shí)間 t ton是建立基區(qū)電荷的時(shí)間，關(guān)閉 時(shí)間 t toff是存儲(chǔ)電荷消散的時(shí)間O第三節(jié)基本邏輯門電路基本邏輯運(yùn)算有與、或、非運(yùn)算，對(duì)應(yīng)的基 本邏輯門

16、有與、或、非門。本節(jié)介紹簡(jiǎn)單的二極 管門電路和 BJBJT T反相器（非門），作為邏輯門電 路的基礎(chǔ)。用電子電路來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算時(shí)，它的輸入、 輸出量均為電壓（以V為單位）或電平（用1或0表示）。通常將門電路的輸入量作為條件，輸出量作 為結(jié)果。、二極管與門及或門電路1.1. 與門電路當(dāng)門電路的輸入與輸出量之間能滿足與邏 輯關(guān)系時(shí)，則稱這樣的門電路為與門電路。下圖表示由半導(dǎo)體二極管組成的與門電路, 右邊為它的代表符號(hào)*1*1%圖中AB B、C C 為輸入端，L L 為輸出端。輸入 信號(hào)為+5+5V V或 0V0V。下面分析當(dāng)電路的輸入信號(hào)不同時(shí)的情況：(1) 若輸入端中有任意一個(gè)為 0 0 時(shí)，例

17、如V VA=OV=OV 而 V VA=V=VB=+5V=+5V 時(shí)，D D 導(dǎo)通，從而導(dǎo)致 L L 點(diǎn)的電壓 V VL被鉗制在 0V0V。 此時(shí)不管 D D2、D D3的狀態(tài)如何都會(huì)有 乂 0V0V (事實(shí) 上 D D2、D D3受反向電壓作用而截止)。由此可見(jiàn)，與門幾個(gè)輸入端中，只有加低電 壓輸入的二極管才導(dǎo)通，并把 L L 鉗制在低電壓 (接近 0V0V)，而加高電壓輸入的二極管都截止。(2) 輸入端AB B、C C 都處于高電壓+5V+5V， 這時(shí)，D D、D D2、D D3都截止，所以輸出端 L L 點(diǎn)電壓 V=+VxV=+Vx，即卩VL=+5乂如果考慮輸入端的各種取值情況，可以得到

18、下表輸入(V)(V)輸出(V)(V)L=A-BCV VAWV VC0 00 00 00 00 0+5+50 0+5+50 00 0+5+5+5+5+5+50 00 0+5+50 0+5+5+5+5+5+50 0+5+5+5+5+5+5V VL0 00 00 00 00 00 00 0+5+5將表中的+5V+5V 用 1 1 代替，則可得到真值表:由表中可見(jiàn)該門電路滿足與邏輯關(guān)系，所以 這是一種與門。輸入變量AB B、C C 與輸出變量 L L 只間的關(guān)系滿足邏輯表達(dá)式 心円。2.2. 或門電路對(duì)上圖所示電路可做如下分析：（1 1）輸入端AB B、C C 都為 0V0V 時(shí)，D D、D D、C

19、C3兩端的電壓值均為 0V0V，因此都處于截止?fàn)顟B(tài)，從而 V VL=0V;=0V;（2 2）若AB B、C C 中有任意一個(gè)為+5V,+5V,則 D D、C C2、D D3中有一個(gè)必定導(dǎo)通。我們注意到電路L L 點(diǎn)與接地點(diǎn)之間有一個(gè)電阻，正是該電阻的分壓作用，使得W處于接近+5V+5V 的高電壓（扣除 掉二極管的導(dǎo)通電壓），C C2、C C3受反向電壓作用而截止，這時(shí)VL沁+5V+5V。 用真值表將所有情況羅列如下：匚=1A AB BC CL L、非門電路一一BJT反相器0 00 00 00 00 00 01 11 10 01 10 01 10 01 11 11 11 10 00 01 11

20、10 01 11 11 11 10 01 11 11 11 11 1由表中可見(jiàn)AB B、C C 與 L L 之間滿足或邏輯關(guān)系，即有:/ 覽*-上圖表示一基本反相器電路及其邏輯符號(hào)。 下圖則是其傳輸特性,圖中標(biāo)出了 BJTBJT 的三個(gè)工作區(qū)域。對(duì)于飽和型 反相器來(lái)說(shuō)， 輸入信號(hào)必須滿足下列條件： 邏 輯 0 0: VVVVV2BJTBJT 將飽和導(dǎo)通，輸出 電壓約為 0.20.20.3V0.3V，即為邏輯0。可見(jiàn)反相器的輸出與輸入量之間的邏輯關(guān) 系是非邏輯關(guān)系。由傳輸特性可見(jiàn)：當(dāng)輸入為邏輯0時(shí), 將接近于 V VCc,即邏輯1當(dāng)輸入為邏輯1時(shí),BJTBJT 將截止，輸出電壓雖然利用以上基本的

21、與、或、非門，可以實(shí) 現(xiàn)與、或、非 出電阻比較大， 帶負(fù)載的能力差，開(kāi)關(guān)性能也不 理想，因此基本的與、或、非門不具有實(shí)用性。解決的辦法之一是采用二極管與三極管門的組，也就是所謂的復(fù)合門電路。與非門和或非門在負(fù)載能力 、 和可靠性方面都大為提高，是邏輯電路中最常用 的基本單元。下圖給出了復(fù)合門電路的一個(gè)例子 及其邏輯符號(hào)和邏輯表達(dá)式。-hWr r L L下面將要介紹的是一些切實(shí)可用的邏輯門 電路。第四節(jié) TTL 邏輯門電路以雙極型半導(dǎo)體管為基本元件，集成在一塊 硅片上，并具有一定的邏輯功能的電路稱為雙極 型邏輯集成電路，簡(jiǎn)稱 TTLTTL 邏輯門電路。種邏輯運(yùn)算。但是由于它們的輸合，組成與非門、

22、或非作速度L=ASCL=ASC下面首先討論基本的 BJTBJT 反相器的開(kāi)關(guān)速 度不高的原因，再討論改進(jìn)的 TTLTTL 反相器和 TTLTTL 邏輯門電路。、基本的BJT反相器的動(dòng)態(tài)性能BJTBJT 開(kāi)關(guān)速度受到限制的原因主要是由于BJTBJT 基區(qū)內(nèi)存儲(chǔ)電荷的影響，電荷的存入和消散 需要一定的時(shí)間。考慮到負(fù)載電容 C CL的影響后基本反相器將 成為如下圖所示的電路CL包含了門電路之間的接線電容以及門電路的輸入電容。當(dāng)反相器輸出電壓 V Vo由低向高過(guò)渡時(shí)，電路由 VxVx 通過(guò) R R 對(duì)CL充電。當(dāng) V V。由高向低過(guò)渡時(shí)，CL又將通過(guò) BJTBJT 放電。這樣，。圖中CL的充、放電過(guò)程

23、均需經(jīng)歷一定的時(shí)間，這必然會(huì)增加輸出電壓 V V。波形的上升時(shí)間和 下降時(shí)間。特別是 C CL充電回路的時(shí)間常數(shù) R RCC CL較大時(shí)，V Vo基于器件內(nèi)部和負(fù)載電容的影響本 BJTBJT 反相器的開(kāi)關(guān)速度不高。尋求更為實(shí)用的 TTLTTL 電路結(jié)構(gòu)，是下面所要 討論的問(wèn)題。、TTL反相器的基本電路由前面的分析已知，帶電阻負(fù)載的 BJTBJT 反相 器，其動(dòng)態(tài)性能不理想。在保持邏輯功能不變 的前提下，可以另外增加若干元器以改善其動(dòng)態(tài) 性能，如減少由于 BJTBJT 基區(qū)電荷存儲(chǔ)效應(yīng)和負(fù) 載電容所引起的時(shí)延。這需改變反相器輸入電路 和輸出電路的結(jié)構(gòu)， 以形成 TTLTTL 反相器的基本 電路。

24、升較慢，即增加了上升時(shí)間。，導(dǎo)致基F F 圖就是一個(gè) TTLTTL 反相器的基本電路。 * *輸出無(wú)丄丄 I I輸入級(jí)該電路由三部分組成：由三極管 T Ti組成電路的輸入級(jí)；由 T T3、T T4和二極管 D D 組成輸出級(jí)；由 T2T2 組成的中間級(jí)作為輸出級(jí)的驅(qū)動(dòng)電 路，將 T T2的單端輸入信號(hào) V Vl2轉(zhuǎn)換為互補(bǔ)的雙端 輸出信號(hào) V VI3和 V VI4，以驅(qū)動(dòng) T T3和 T T4O1.TTL1.TTL 反相器的工作原理這里主要分析TTTTL L反相器的邏輯關(guān)系, ,并估 算電路中有關(guān)各點(diǎn)的電壓，以得到簡(jiǎn)單的定量概 念。(1) 當(dāng)輸入為高電平此時(shí)VBI=2.1V2.1VT Ti的發(fā)

25、射結(jié)處于反向偏置，而集電結(jié)處于 正向偏置。所以 T Ti處于發(fā)射結(jié)和集電結(jié)倒置使用 的放大狀態(tài)。由于T T2和 T T3飽和，輸出 V VC3司時(shí)可估算出仏的值：V V：2= V VCE2，女口 V VI= 3.6V3.6V 時(shí)，電 源WcWc 通過(guò)民1和 T Ti的集電結(jié)向 T T2、T T3提供基極電 流，使 T T2、T T3飽和，輸出為低電,女口 v vo= 0.2V0.2V。VBE3=(0.70.7 + 0.70.7 + 0.70.7 ) V VVBC1+VBE20.2V0.2V,VB3=(0.20.2 +0.70.7 ) V V= 0.9V0.9V此時(shí)，VB4=仏=0.9V0.9V

26、。作用于T4的發(fā)射結(jié)和二極管 D D 的串聯(lián)支路的電壓為 V VC2-VV=(0.90.9 0.20.2 )V V= 0.7V0.7V，顯然，T T4和 D D 均截止，實(shí)現(xiàn)了反 相器的邏輯關(guān)系：輸入為高電平時(shí)，輸出為低電_ 。(2) 當(dāng)輸入為低電平且電壓為 0.2V0.2V 時(shí)，T T 的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，其基極電壓等于輸入低電壓加上 發(fā)射結(jié)正向壓降，即：仏=(0.20.2此時(shí)V作用于 T Ti的集電結(jié)和 T T2、T T3的發(fā)射 結(jié)上，所以 T T2、T T3都截止，輸出為高電由于T2截止，VX通過(guò) FbFb 向 T T4提供基極電流， 致使T T4和 D D 導(dǎo)通，其電流流入負(fù)載。輸出電壓為

27、v vo= V VCcVBE4 V)V)=( 5 5 0.70.7 0.70.7 )V V= 3.6V3.6V同樣也實(shí)現(xiàn)了反相器的邏輯關(guān)系：輸入為低 電平時(shí)，輸出為高電 2.2.米用輸入級(jí)以提咼工作速度當(dāng) TTLTTL 反相器輸入電壓由高(3.6V)3.6V)變低(0.2V0.2V )的瞬間，V但由于T T2、T T3原來(lái)是飽和的，它們的基區(qū)存儲(chǔ) 電荷還來(lái)不及消散，在此瞬間，T T2、T3T3 的發(fā)射結(jié)仍處于正向偏置，T Ti的集電極電壓為 V Vci+VBE30.70.7 ) V V= 0.9V0.9V(0.2(0.2 + 0.70.7 ) V V= 0.9V0.9V。VBE2(0.7(0.

28、7 + 0.70.7 ) V V= 1.4V1.4V。此時(shí)T Ti的集電結(jié)為反向偏置 集電結(jié)電壓 仏V VCi= (1(1 1.4)V1.4)V = -0.4V-0.4V :，因輸入為低電(0.2V0.2V)時(shí)，T Ti的發(fā)射結(jié)為正向偏置，于是 T Ti工 作在放大區(qū)。這時(shí)產(chǎn)生基極電流 i iBi，其射極電 流仏流入低電平的輸入端。 集電極電流 Z 驅(qū)的 方向是從 T T2的基極流向 T Ti的 集電極，它很快地從 T T2的基區(qū)抽走多余的存儲(chǔ)電 荷，使 T T2迅速地脫離飽和而進(jìn)人截止?fàn)顟B(tài)。T T2的迅速截止導(dǎo)致 T T4立刻導(dǎo)通，相當(dāng)于 T T3的負(fù)載 是個(gè)很小的電阻，使 T T3的集電極

29、電流加大，多余 的存儲(chǔ)電荷迅速?gòu)募姌O消散而達(dá)到截止，從而加速了狀態(tài)轉(zhuǎn)換。3.3.采用推拉式輸出級(jí)以提高開(kāi)關(guān)速度和帶負(fù)載 能力由 T T3、T T4和二極管 D D 組成推拉式輸出級(jí)。其 中 T T4組成電壓跟隨器，而 T T3為共射極電路，作 為 T T4的射極負(fù)載。這種輸出級(jí)的優(yōu)點(diǎn)是，既能提 高開(kāi)關(guān)速度，又能提高帶負(fù)載能力。根據(jù)所接負(fù) 載的不同，輸出級(jí)的工作情況可歸納如下：(1 1)輸出為低電平時(shí)，T T3處于深度飽和狀三、TTL反相器的傳輸特性（2 2）輸出為高電平時(shí)，T T3截 電壓跟隨器的輸出電阻很小，所以輸出高電平穩(wěn) 定，帶負(fù)載能力也較強(qiáng)。（3 3）輸出端接有負(fù)載電容 C CL時(shí)，

30、當(dāng)輸出由 低電平跳變到高電平的瞬間，T T2和 T T3由飽和轉(zhuǎn)為 截止，由于T T3的基極電流是經(jīng) T T2放大的電流， 所以 T T2比 T T3更早脫離飽和，于是 T T2的集電極電 壓 V VC2比 T T3的集電極電壓 V VC3上升更快。同時(shí)由于 電容 C-C-兩端的電壓不能突變，使 C C2和C C3之間的 電位差增加，因而使 T T4在此瞬間基極電流很大，T T4集電極與發(fā)射極之間呈現(xiàn)低電阻 ，故電源VC經(jīng) 甩和T T4的飽和電阻對(duì)電容 C CL迅速充電，其時(shí) 間常數(shù)很小，使輸出波形上升沿陡直。而當(dāng)輸出 電壓由高變低后，輸出管T T3深度飽和，也呈現(xiàn)很 低的電阻，已充電的 C

31、CL通過(guò)它很快放電，迅速達(dá) 到低電平，因而使輸出電壓波形的上升沿和下降 沿都很好。態(tài)，反相器的輸出電阻就是 T T3的飽和電阻，這 時(shí)可驅(qū)動(dòng)較大的電流負(fù)載。而且由于 T T4截止 ，所以負(fù)載電流就是T T3的集電極電流，也就是說(shuō) T T3的集電極電流可以全部用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載。，T T4組成的現(xiàn)在來(lái)分析 TTTTL L 反相器的傳輸特性。 用折線近似的 TTLTTL 反相器的傳輸特性曲線。 可見(jiàn)，傳輸特性由 所組成。ABAB 段：此時(shí)輸入電壓 V VI很低，T Ti的發(fā)射結(jié) 為正向偏置。在穩(wěn)態(tài)情況下，T Ti飽和致使 T T2和 T T3截止，同時(shí) T T4導(dǎo)通。輸出 V Vo= 3.6V3.6V

32、為高電當(dāng)V VI增加直至B B點(diǎn),T Ti的發(fā)射 結(jié)仍維持正 向偏置并處于飽和狀態(tài) 。但VB2=V Vci增大導(dǎo)致 T T2的發(fā)射結(jié)正向偏置 T Ti仍維持在飽和狀態(tài)時(shí)，VB2的值可表示為 V VB2=VI+MES為求得 B B 點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的 V VI, ,可以考慮VB2剛好使T2的發(fā)射結(jié)正向偏置并開(kāi)始導(dǎo)電。此時(shí)VB2應(yīng)等 于 T T2、發(fā)射結(jié)的正向電壓皆0.6V0.6V。但 i iE20在 忽略 V VRe2。的情況下，于是由上式得：F F 圖為由圖4 4 條線段 ABAB BCBC CDCD 和 DEDEV VoH（）=- = 0.61/ 0.2V 0.A-VBCBC 段：當(dāng)VI的值大于 B

33、 B 點(diǎn)的值時(shí)，由 T Ti的 集電極供給 T T2的基極電流，但 T Ti仍保持為飽和狀態(tài)，這就需要使 T Ti的發(fā) 射結(jié)和集電結(jié)均為正向偏置。在 BCBC 段內(nèi)，T T2對(duì) V VI的增量作線性放大，其 電壓增益可表示為如，通過(guò) T T4的電壓跟隨作用而引 至輸出端形成輸出電壓的增量-ggs，且在 一定范圍內(nèi)，有 阿廠型，所以傳輸特性 BCBC 段的 斜率為如細(xì)=。必須注意到在 BCBC 段內(nèi),電上所產(chǎn)生的電壓降還不足以使 T T3的發(fā)射結(jié)正 向偏置，T T3仍維持截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng) R.R.2上的電壓 V VRe2達(dá)到一定的值，能使 T T3的發(fā)射結(jié)正偏，并有VBE3=VF=0.7V時(shí)，則有_

34、、才上.空 7 沁廠咕尺 J J1 耳1=1=或 尺比。式中 V VF= 0.7V0.7V，表示 T T3已導(dǎo)通。由于Z7Z7 ,C,C 點(diǎn)處的輸出電壓變?yōu)殡妷涸隽縑 VRe2(Q = 7,-忙說(shuō)-2匕=5 V- (0.7mA)(1.61cO)- 2x (07V；) * 2.4SV四、TTL與非門電路根據(jù)線段 BCBC 的斜率為-1.6-1.6，對(duì)應(yīng)于 C C 點(diǎn)的 V VI值可由下述關(guān)系求得：血血 0（匚）-&0尢 如 4 匸）-細(xì)（閔由此得S3呱V-1 62.4Sy-3.6I/八”r ”,=-+ 0.41/婦1.1卩-1.6CDCD 段：當(dāng)VI的值繼續(xù)增加并超越 C C 點(diǎn)，使 T

35、 T3飽和導(dǎo)通, ,輸出電壓迅速下降至 V V00.2V0.2V。D D 點(diǎn)處的 V Vi（D D）值，可以根據(jù) T T2、T T3兩發(fā)射結(jié)電壓皆0.7V來(lái)估算。因此有巧(D)= P用十撿廠丹旳=(0.7 +0.7-0.2)7 =1.2VDEDE 段：當(dāng) v vi的值從 D D 點(diǎn)再繼續(xù)增加時(shí)，T Ti將進(jìn)人倒置放大狀態(tài)，保持 v vo= 0.2V0.2V。至此，得 到了 TTLTTL 反相器的 ABCDABCD 折線型傳輸特性。基本 TTLTTL 反相器不難改變成為多輸入端的 與非門。它的主要特點(diǎn)是在電路的輸入端采用 了多發(fā)射極的 BJTBJT，如下圖所示。器件中的每 一個(gè)發(fā)射極能各自獨(dú)立地

36、形成正向偏置的發(fā)射 結(jié)，并可促使 BJTBJT 進(jìn)人放大或飽和區(qū)。兩個(gè)或 多個(gè)發(fā)射極可以并聯(lián)地構(gòu)成一大面積的組合發(fā)射極。P 型襯底入端為高電平時(shí)，T Ti將轉(zhuǎn)入倒置放大狀態(tài)，T T2和 T T3均飽和，輸出 為低電下圖是采用多發(fā)射極 BJBJT T 用作3輸入端 TTLTTL 門的輸入器件的一個(gè)實(shí)例。當(dāng)任一輸入端為與非低電平時(shí)，T Ti的發(fā)射結(jié)將正向偏置而導(dǎo)通，T T2將 截止。結(jié)果將導(dǎo)致輸出為高電只有當(dāng)全部輸科科即16五、TTL與非門的技術(shù)參數(shù)1.1.傳輸特性各種類型的 TTLTTL 門電路，其傳輸特性大同小 異，正如前面已經(jīng)討論過(guò)的，這里不再討論。輸出高電壓輸出低電壓3.3. 噪聲容限噪聲

37、容限表示門電路的抗干擾能力。 二值數(shù)字邏輯電路的優(yōu)點(diǎn)在于它的輸入信號(hào)允許一定的容差。2.2.輸入和輸出的高、低電壓輸入低電壓PiL=fB) = 0,4V輸入高電壓殲H二K(D) = 1 2V高電平噪聲容限：VNH=VOHVH= 2.42.4 V V 2V2V0.4V低電平噪聲容限：VNL=VL V VOL= 0.8V0.8V 0.4V0.4V0.4V0.4V4.4. 扇入與扇出數(shù)扇出數(shù)-門電路所能帶負(fù)載個(gè)數(shù)，與非門輸 出端最多能接幾個(gè)同類的與非門。扇出數(shù) NoNo 取決于負(fù)載類型灌電流負(fù)載：負(fù)載電流從外電路流 入與非門拉電流負(fù)載：負(fù)載電流從與非門流 向外電路灌電流工作情況下圖表示 TTLTTL

38、 與非門的灌電流負(fù)載的情況。 圖中左邊為驅(qū)動(dòng)門，右邊為負(fù)載門，當(dāng)驅(qū)動(dòng)門的 輸出端為邏輯 0 0（低電壓VOL）時(shí)，負(fù)載門由電源V通過(guò)Ri、T Ti的發(fā)射結(jié)和輸入端有電流 I IIL灌人 驅(qū)動(dòng)門 T T3的集電極，這就是灌電流負(fù)載的由來(lái)。 不難理解，當(dāng)負(fù)載門的個(gè)數(shù)增加時(shí)，總的灌電流 l liL將增加，同時(shí)也將引起輸出低電壓VOL的升高。 前已述及 TTLTTL 門電路的標(biāo)準(zhǔn)輸出低電壓VOL=0.4V0.4V，這 就限制了負(fù)載門的個(gè)數(shù)在輸出為低電平的情況下，所能驅(qū)動(dòng)的同類門 的個(gè)數(shù)由下式?jīng)Q定：敗（驅(qū)動(dòng)門）厶丄（負(fù)載門）拉電流工作情況當(dāng)驅(qū)動(dòng)門的輸出為高電平時(shí)， 將有電流 I I 從驅(qū)動(dòng)門拉出而流至負(fù)

39、載門。當(dāng)負(fù)載門的個(gè)數(shù)增IHo多時(shí)，必將引起輸出高電壓的降低，但不得低于 標(biāo)準(zhǔn)高電壓的低限值VH=2V。這樣，輸出為高電 平時(shí)的扇出數(shù)可表示如下：通常基本的 TTLTTL 門電路，其扇出數(shù)約為 1010 , 而性能更好的門電路的扇出數(shù)最高可達(dá) 30305050。，并不給出出 數(shù)，而須用計(jì)算或用實(shí)驗(yàn)的方法求得，并注意 在設(shè)計(jì)時(shí)留有余地，以保證數(shù)字電路或系統(tǒng)能正 常地運(yùn)行通常，輸出低電平電流 l loL大于輸出高電平 電流 I I0H,ML不等于 N)N) ，因而在實(shí)際工程設(shè)計(jì)解：(1 1)從 TTLTTL 數(shù)據(jù)手冊(cè)可查到 74107410 的參數(shù)如下：般 TTLTTL 器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)中H中，常取二

40、者中的最小值例：試計(jì)算基本的 TTLTTL 與非 的扇出數(shù)。門 74107410 帶同類門時(shí)I IOL= 16mA16mA I IIL= -1.6mA-1.6mA1 10H= 16mA16mA I IiH= -1.6mA-1.6mA數(shù)據(jù)前的負(fù)號(hào)表示電流的流向，對(duì)于灌電流 計(jì)算時(shí)只取絕對(duì)值。( (2.4.142.4.14 )可計(jì)算低電平輸出毋1.6niA可見(jiàn)這時(shí)N0L=N0HO如前所述，若N0L=N0HO則取較小的作為電路的扇出數(shù)。扇入數(shù) N N 取決于 TTLTTL 門電路的輸入端個(gè)數(shù)。5.5. 傳輸延遲時(shí)間取負(fù)號(hào)，(2 2)根據(jù)式時(shí)的扇出數(shù)(3 3)根據(jù)式時(shí)的扇出數(shù)(2415(2415 )可

41、計(jì)算高電平輸出這是一個(gè)表征門電路開(kāi)關(guān)速度的參數(shù)， 意味 著門電路在輸入脈沖波形的作用下，其輸出波形 目對(duì)于輸入波形延遲了多長(zhǎng)時(shí)間。假設(shè)在門電路的輸入端加入一脈沖波形、 其相、幅度為 0 0Vce（單位為 V V）。相應(yīng)的的輸出波形如 下圖所示。通常門電路輸出由低電平轉(zhuǎn)換高電平 或者由高電平轉(zhuǎn)換到低電平所經(jīng)歷的時(shí)間分別 用 t tpLH和 t tpHL表示，有時(shí)也采用平均傳輸延遲時(shí) 間這一參數(shù)，即 t tPd= （t tPLH6.6.功耗功耗是門電路重要參數(shù)之功耗有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)之分。所謂靜態(tài)功耗指的是當(dāng)電路沒(méi)有狀態(tài)轉(zhuǎn)換 時(shí)的功耗，即與非門空載時(shí)電源總電流I Ice與電源電壓 V Vcc的乘積。當(dāng)輸

42、出為低電平時(shí)的功耗稱為空載導(dǎo)通功 耗PON；當(dāng)輸出為高電平時(shí)的功耗稱為截止功耗POFF；PON總比POFF大。t tPHL) )/2 2。VttVttlAjr1 1I I紅一 g- !j ji i j,j, rairai ! !I I5S晉；! - j-0V 1r-鞭苛- %5綣屮餾一也一泗 L 怙 soirf!-廠亠至于動(dòng)態(tài)功耗，只發(fā)生在狀態(tài)轉(zhuǎn)換的瞬間， 或者電路中有電容性負(fù)載時(shí)，例如 TTLTTL 門電路約 有 5PF5PF 的輸入電容，由于電容的充、放電過(guò)程， 將增加電路的損耗。對(duì)于 TTLTTL 門電路來(lái)說(shuō)，靜態(tài)功耗是主要的。7.7.延時(shí)一功耗積理想的數(shù)字電路或系統(tǒng)，要求它既具有高速

43、度，同時(shí)功耗又低。在工程實(shí)踐中，要實(shí)現(xiàn)這種 理想情況是較難的。高速數(shù)字電路往往需要付出 較大的功耗為代價(jià)。一種綜合性的指標(biāo)叫做延時(shí) 一功耗積，用符號(hào) DPDP 表示，單位為焦耳，即DP=t tPdRo式中 t tpd= (t(tPLH耗，一個(gè)邏輯門器件的DPDP 的值愈小，表明它的 特性愈接于理想情況。8.8. TTLTTL 集成門電路的封裝t tHL) ) / 2 2,PD為門電路的功網(wǎng)回冋冋A A曰國(guó)(b)(b)圖(a)為 14 腳 TTL 集成門電路的封裝圖，圖(b)為其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。六、TTL或非門、集電極開(kāi)路門和三態(tài)門電路1.TTL1.TTL 或非門口. 號(hào)。F F 圖為 TTLTTL

44、 或非門的邏輯電路及其代表符6 站(a)(a)0.30.31J1J13一由圖可見(jiàn)，或非邏輯功能是對(duì) TTLTTL 與非門 的結(jié)構(gòu)改進(jìn)而來(lái)，即用兩個(gè)三極管 T T2A和 T T2B代 替 T T2。若兩輸入端為低電平止，i iB3,貝JT T2A和 T T2B均將截0 0,輸出為高電若 A A、B B 兩輸入端中有一個(gè)為高電平T T2A或 T T2B將飽和,導(dǎo)致 i iB3 0 0, i iB3便使丁3飽和,這就實(shí)現(xiàn)了或非功能。即，則輸出為低電L=A-B = A-B。2.2.集電極開(kāi)路門在工程實(shí)踐中將兩個(gè)門的輸出端并聯(lián)以實(shí) 現(xiàn)與邏輯的功能稱為線與。考察下圖所示的情況。當(dāng)將圖中所示的兩個(gè) 邏輯門的

45、輸出連接在一起，并且當(dāng)?shù)谝粋€(gè)門的輸 出為高電（第一個(gè)門的 T T4導(dǎo)通）,第二個(gè)門的輸出為低電平中紅線所示將出現(xiàn)一個(gè)大電流通道，很可能導(dǎo)致 晶體管的損壞。為了避免線與時(shí)的產(chǎn)生大電流，可以采用集 電極開(kāi)路門（簡(jiǎn)稱 0C0C 門）來(lái)解決。所謂集電極 開(kāi)路是指從 TTTTL L與非門電路的推挽式輸出級(jí)中 刪去電壓跟隨器，如下圖所示：甌！4 4二 *性打i i A A翼霽 :e.誼=.=. E E = = - -；1 n舟遂址乂n:（第二個(gè)門的 T T3導(dǎo)通）時(shí)，正如圖i對(duì)于一個(gè)兩輸入端的符號(hào)可用下圖來(lái)表示：0C0C 門，其在電路中的OCOC 門的輸岀級(jí)為了實(shí)現(xiàn)線與的邏輯功能，可將多個(gè)門電路 輸出管T

46、 T3的集電極至電源 V VCc之間，加一公共的 上拉電阻 F FP,如下圖所示。為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，圖中 以兩個(gè) 0C0C 門并聯(lián)為例，其 極開(kāi)路之意。上拉電阻 R R 的值可以這樣來(lái)計(jì)算，主要考慮 0C0C 門必須驅(qū)動(dòng)一定的拉電流或灌電流負(fù)載。有 關(guān)這兩類負(fù)載的概念前已討論，這里仍然適用， 所不同的是驅(qū)動(dòng)門是由多個(gè) TTLTTL 門的輸出端直 接并聯(lián)而成。當(dāng) 0C0C 門中的一個(gè)TTLTTL 門的輸出為低電平出 BJTBJTA-B中圖標(biāo)“業(yè)”表示集電ABCS線與邏輯原理圖邏輯符號(hào),其他為高電平時(shí)，灌電流將由一個(gè)輸7 7(如 T Ti或 T T2)承擔(dān)，這是一種極限情況， 此時(shí)上拉電阻RP具有限制

47、電流的作用。為保證 I IOL不超過(guò)額定值 l loL(max)，必須合理選用 F FP的值 例如 V VCC= 5V,5V, R=R= 1k1kQ，貝yl loL= 5mA5mA另一方面，由于門電路的輸出、輸入電容和 接線電容的存在，R R 的大小必將影響 OCOC 門的開(kāi) 關(guān)速度。F FP的值愈大，負(fù)載電容的充電時(shí)間常數(shù) 亦愈大，因而開(kāi)關(guān)速度愈慢。F FP的最小值 F FP(min)可按下式來(lái)確定1Q2 恤詢 JL帖血其中：Fg -直流電源電壓！卩。如驅(qū)動(dòng)器件0 扇大值扌_驅(qū)動(dòng)器件厶上最大値宓啊一接到上拉電阻下端的全部灌電流負(fù)載的心總值RP的最大值 R RP(max)可按下式來(lái)確定:竹冋=

48、7 7其中：比一 S 流電源電壓；樂(lè)血)負(fù)載器件 N 最小值！畑 1 則一接到上拉電阻下端的全部拉電流賃載的珂總值實(shí)際上，R R 的值選在 RRmin）和 RRmax）之間，并 且選用靠近 RRmin）的標(biāo)準(zhǔn)值。例：設(shè) TTLTTL 與非門 74LS0174LS01（OCOC 驅(qū)動(dòng) 8 8 個(gè)74LS074LS0 4 4（反相器），試確定一合適大小的上拉電 阻 R,R,設(shè) VCc=5VVCc=5V解 fco 查手冊(cè)可得-0-4 乂爲(wèi) rg 廠刼扎 g - 400M.N 沖)-2V,/ - 20/4 匚 I 訕 i=4(CI/L4噸=3.加 A丹5V - 0.4V CTE 叫 3niA - 3.

49、3inA由以上計(jì)算可知18.75k18.75kQ之間選擇度，可選用一標(biāo)準(zhǔn)值為1k kQ的電阻器為宜。 集電極開(kāi)路門除了可以實(shí)現(xiàn)多門的線與邏 輯關(guān)系外，還可用于直接驅(qū)動(dòng)較大電流的負(fù)載。3.3.三態(tài)與非門（TSLTSL）利用 0C0C、1 1 雖然可以實(shí)現(xiàn)線與的功能，但外 接電阻Rp的選擇要受到一定的限制而不能取得 太小，因此影響根珮岫曲=分有（對(duì)麟尺如）=3 有屮忸別S - 0-1 SmAR R 的值可在 985985Q至 為使電路有較快的開(kāi)關(guān)速了工作速度。同時(shí)它省去了有源 負(fù)載，使得帶負(fù)載能力下降。為保持推拉式輸出 級(jí)的優(yōu)點(diǎn)，還能作線與聯(lián)接，人們又開(kāi)發(fā)了一種 三態(tài)與非門，它的輸出除了具有一般與

50、非門的兩 種狀態(tài)，即輸出電阻較小的高、低電平狀態(tài)外， 還具有高輸出電阻的第三狀態(tài)，稱為高阻態(tài)，又 稱為禁止態(tài)。一個(gè)簡(jiǎn)單的 TSLTSL 門的電路如上圖所示。其中 CSCS 為片選信號(hào)輸入端，A A、B B 為數(shù)據(jù)輸入端。當(dāng) CS=1CS=1 時(shí)，TSLTSL 門電路中的 T T5處于倒置放 大狀態(tài)，T T6飽和，T T7截止，即其集電極相當(dāng)于 開(kāi)路。此時(shí)輸出狀態(tài)將完全取決于數(shù)據(jù)輸入端 A A、 B B 的狀態(tài)，電路輸出與輸入的邏輯關(guān)系與一般與 非門相同。這種狀態(tài)稱為 TSLTSL 的工作狀態(tài)。A-占-CSCS當(dāng) CS=0CS=0 時(shí) T T7導(dǎo)通，使 T T4的基極鉗制于低電 同時(shí)由于低電平的

51、信號(hào)送到 T Ti的輸入端，迫 使 T T2和 T T3截止。這樣 T T3和 T T4均截止，門的輸出 端 L L 出現(xiàn)開(kāi)路，既不是低電平，又不是高電平， 這就是第三工作狀態(tài)。這樣，當(dāng) C CS S為高電平時(shí)， TSLTSL 門的輸出信號(hào)送到總線，而當(dāng) CSCS 為低電 時(shí)，門的輸出與數(shù)據(jù)總線斷開(kāi)，此時(shí)數(shù)據(jù)總線的 狀態(tài)由其他門電路的輸出所決定。TSLTSL 門的真值表CS數(shù)據(jù)榆入輸出轍B1 100 0101 111 10 011 110 00XX高阻七、改進(jìn)型TTL門電路一一抗飽和TTL電路抗飽和 TTLTTL 電路是目前傳輸速度較高的一 類 TTLTTL 電路。這種電路由于采用肖特基勢(shì)壘二

52、極 管 SBDSBD 甘位方法來(lái)達(dá)到抗飽和的效果，一般稱 為 SBDTTSBDTT 電路（簡(jiǎn)稱 STTSTTL L電路），其傳輸速度 遠(yuǎn)比基本 TTLTTL 電路為高。名肖特基勢(shì)壘二極管的工作特點(diǎn)如下：(1) 它和 PNPN 結(jié)一樣，同樣具有單向?qū)щ娦裕?這種鋁- -硅勢(shì)壘二極管導(dǎo)通電流的方向是從鋁到 硅。(2) ALAL SiSBDSiSBD 的導(dǎo)通閾值電壓較低，約 為 0.40.40.5V0.5V，比普通硅 PNPN 結(jié)約低 0.2V0.2V。(3)勢(shì)壘二極管的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)是多數(shù)載流子，因而電荷存儲(chǔ)效應(yīng)很小。根據(jù)前面的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)知道，BJTBJT 工作 在飽和時(shí)，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處在正向偏

53、置， 集電結(jié)正向偏置電壓越大，則表明飽和程度越 深。為了限制 BJTBJT 的飽和深度，在 BJTBJT 的基極和 集電極并聯(lián) 二極管，如下圖所示。個(gè)導(dǎo)通閾值電壓較低的肖特基當(dāng)沒(méi)有 SBDSBD 時(shí)，隨著基級(jí)電壓的升高，電流 沿著藍(lán)線方向流動(dòng)。由于 SBDSBD 的作用，當(dāng)基級(jí)電 壓大于 0.4V0.4V 時(shí)，SBDSBD 首先電導(dǎo)通，電流沿著紅 線方向流動(dòng)（如下圖所示），從而使 T T 的基極電 流不會(huì)過(guò)大（而且使 T T 的集電結(jié)正向偏壓將被鉗 制在 0.4V0.4V 左右），因此 SBDSBD 起到抵抗過(guò)飽和的 作用，因而又將這種電路稱為抗飽和電路， 使電 路的開(kāi)關(guān)時(shí)間大為縮短。QftQ

54、ft在基本的 TTLTTL 電路中飽和區(qū)，管內(nèi)電荷存儲(chǔ)效應(yīng)對(duì)電路的開(kāi)關(guān)速度影 響很大。現(xiàn)在除 T T4外，其余的 BJTBJT 均采用 SBDSBD 鉗位，以達(dá)到明顯的抗飽和效果。其次，基本電 路中的所有電阻值這里幾乎都減導(dǎo)致門電路的開(kāi)關(guān)時(shí)間大為縮短。由于電阻值的 減小也下圖為肖特基 TTLTTL （STTLSTTL 與非門的典型電 路。 與基本 TTTTL L與非門電路相比，作了若干改進(jìn)。，T Ti、T T2和 T T3工作在深度半。這兩項(xiàng)改進(jìn)必然會(huì)引起門電路功耗的增加。STTLSTTL 門電路還有以下三點(diǎn)對(duì)基本 TTLTTL 電路的性 能作了改進(jìn)：（1 1）二極管 D D 被由 T T4和

55、 T T5所組成的復(fù)合管 所代替，當(dāng)輸出由低電平向高電平過(guò)渡時(shí)，由于 復(fù)合管電路的電流增益很大，輸出電阻很小，從而減小了電路對(duì)負(fù)載電容的充電時(shí)間。（2 2）電路輸入端所加的 SBDSBDDA和 D DB，用來(lái) 減小由門電路之間的連線而引起的雜散信號(hào)。（3 3）基本電路中的 艮2（1k1kQ）改為由 T T6與只6、R6的組合電路所代替。 這個(gè)組合電路是 有源非線性電阻。當(dāng)其兩端的電壓（發(fā)射極 e2e2 對(duì)地）較低時(shí)，呈現(xiàn)很大的電阻，而當(dāng)其兩端的電壓達(dá)到 0.7V0.7V 左右時(shí)，則呈現(xiàn)很小的電阻。這 樣，當(dāng)與非時(shí)， 有源電阻開(kāi)始不導(dǎo)通使 T T3很快達(dá)到飽和；反 之，當(dāng)電路的全部輸入端（或其中

56、之一）由高電 平轉(zhuǎn)向低電平時(shí)，T T2和 T T3將截止，由于 T T3飽和時(shí)，ME=0.7V，在轉(zhuǎn)換開(kāi)始的瞬間，有源電阻的阻值 很小T T3基區(qū)存儲(chǔ)的電荷通過(guò)此低阻回路很快消散。 于這個(gè)緣故，有源非線性電路稱為有源下拉電 路，它與有源上拉電路是對(duì)應(yīng)的 。意即將 V V 從 0.70.7 V V 很快拉到0V,V,從而使輸出電壓很快升 高，即提高了開(kāi)關(guān)速度。基于上述特點(diǎn)，STTLSTTL 與非門具有較為理想的 傳輸特性。 與基本 TTLTTL 反相器的傳輸特性相比，C點(diǎn)不再存在了，由B點(diǎn)直接下降到D點(diǎn)，即傳 輸特性變化非常陡峭，見(jiàn)下圖。門的全部輸入端由低電平轉(zhuǎn)向高電平BE除典型的肖特基型（ST

57、TLSTTL 外，尚有低功耗 肖特基型（LSTTLLSTTL、先進(jìn)的肖特基型（ASTTLASTTL， 先進(jìn)的低功耗型（ALSTTLALSTTL 等，它們的技術(shù)參數(shù) 各有特點(diǎn)，是在 TTLTTL 工藝的發(fā)展過(guò)程中逐步形成 的。TTLTTL 門電路的各種系列的性能比較類 型參 數(shù)基本的TTLTTL（7 74 4 系列）肖特 基TTLTTL（7 74S4S 系列）低功 耗肖 特基TTLTTL（7 74S4S 系列）先進(jìn)的肖特基TTLTTL（7474ASAS 系 列）先進(jìn)的低功耗肖特基TTLTTL（74AL74ALS S 系列）t tpd/ /nsns10103 39 91.51.54 4P/mP/m

58、101020202 220201 1一4盤B B基本TTL電路的傳輸特性曲錢3- -: :V Vr WTL電路的傳輸特性曲線21_ _ 1 1 申.-卑0.2V2.4SV.0.4V 1.1V 1.2VW WDP/DP/PJPJ1001006060181830304 4第五節(jié) CMO 邏輯門電路CMOCMO 邏輯門電路是在 TTLTTL 電路問(wèn)世之后， 所開(kāi)發(fā)出的第二種廣泛應(yīng)用的數(shù)字集成器件， 從 發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，由于制造工藝的改進(jìn)，CMOCMO 電 路的性能有可能超越 TTTTL L而成為占主導(dǎo)地位的 邏輯器件 較，而它的功耗和抗干擾能力則遠(yuǎn)優(yōu)于外，幾乎所有的超大規(guī)模存儲(chǔ)器件，器件都采用 CMO

59、CMO 藝制造，且費(fèi)用較低。早期生產(chǎn)的 CMOSCMOS電路為 40004000 系列，隨 后發(fā)展為4000B4000B 系列。當(dāng)前與 TTLTTL 兼容的 CMCM（器 件如 74HCT74HCT 系列等可與 TTLTTL 器件交換使用。下面 首先討論 CMOCMO 反相器，然后介紹其他 CMOCMO 邏輯 門電路。TTLTTL 相比TTLoTTLo 此 以及 PLDPLD牛。CMOCMO 電路的工作速度可與5 5 r r；1)3.3.MOSMOS 管結(jié)構(gòu)圖MOSMOS 管主要參數(shù): 1.1.開(kāi)啟電壓VT開(kāi)啟電壓（又稱閾值電壓）：使得源極 S S 和漏極D D 之間開(kāi)始形成導(dǎo)電溝道所需的柵極

60、電 壓；標(biāo)準(zhǔn)的 N N 溝道 MOSMOS 管，VT約為 3 36V6V;通過(guò)工藝上的改進(jìn)，可以使 MOSMOS 管的VT值降到 2 23V3V。直流輸入電阻 RRs即在柵源極之間加的電壓與柵極電流之 -這一特性有時(shí)以流過(guò)柵極的柵流表示- -MOSMOS 管的 F FGs可以很容易地超過(guò) 10101010Q。漏源擊穿電壓 BVBVDs在VGS=0（增強(qiáng)型）的條件下，在增加漏O O S S源極電謝苻號(hào)2.2.q q D D漏S）結(jié)構(gòu)示總甜源電壓過(guò)程中使ID開(kāi)始劇增時(shí)的 V VDs稱為漏源擊 穿電壓BVBVDsID劇增的原因有下列兩個(gè)方面：(1 1 )漏極附近耗盡層的雪崩擊穿(2 2)漏源極間的穿通擊穿有