1、門電路中晶體管均工作在門電路中晶體管均工作在開關狀態開關狀態。先介紹晶體管和場效應管的先介紹晶體管和場效應管的開關特性開關特性。再介紹兩類門電路。再介紹兩類門電路。注意：各種門電路的工作原理，只要求注意：各種門電路的工作原理，只要求一般掌握一般掌握； 而各種門電路的而各種門電路的外部特性外部特性和和應用應用是要求是要求重點重點。當代門電路（所有數字電路）均已集成化。當代門電路（所有數字電路）均已集成化。3.1 3.1 概述概述1.定義：定義：門電路門電路是用以實現基本是用以實現基本邏輯運算邏輯運算和和復合邏輯復合邏輯運算的運算的電子電路電子電路。門電路門電路分立元件門電路分立元件門電路集成門電

2、路集成門電路雙極型集成門雙極型集成門（TTL ）MOS集成門集成門 NMOSPMOSCMOS2.分類分類:集成電路集成電路IC（Integrated Circuits）的分類）的分類. 按集成度分類按集成度分類（1）小規模）小規模ICSSI（含（含1 10門）門）（2）中規模）中規模ICMSI（含（含10 100門）門）（3）大規模）大規模ICLSI（含（含100 1000門）門）（4）超大規模）超大規模ICVLSI（含（含1000門以上）門以上）. 按按制造工藝分類制造工藝分類（1 1）雙極型）雙極型ICIC兩種載流子（空穴和自由電子）參與導電兩種載流子（空穴和自由電子）參與導電（2 2）單

3、極型）單極型ICIC只有一種載流子（空穴或自由電子）導電只有一種載流子（空穴或自由電子）導電 3、邏輯電平、邏輯電平1 10 05V0V0.8V2VUIH下限下限UIL上限上限 門電路的兩種門電路的兩種輸入、輸出輸入、輸出電平：電平：高電平高電平、低電平低電平。它們分別。它們分別對應邏輯電路的對應邏輯電路的1、0狀態。狀態。高電平高電平低電平低電平正邏輯正邏輯：高電平高電平1； 低電平低電平0。 負邏輯：負邏輯：高電平高電平0； 低電平低電平1 。輸入電平輸入電平(TTL)：輸入高電平輸入高電平UIH2V輸入低電平輸入低電平UIL2.7V輸出低電平輸出低電平UOL U Uthth），二極），二

4、極管導通，導通壓降約為管導通，導通壓降約為0.7V0.7V；外加反向電壓，二極管截止。外加反向電壓，二極管截止。uD(V) iD(mA) 0.7V0.7V3.2.1 半導體二極管的開關特性半導體二極管的開關特性 利用二極管的單向導電利用二極管的單向導電性，相當于一個受外加電壓性，相當于一個受外加電壓極性控制的開關。極性控制的開關。當當u uI I=U=UILIL時，時，D D導通，導通，u uO O=0.7=U=0.7=UOLOL 開關閉合開關閉合 uI 二極管開關電路二極管開關電路 Vcc uo D R 二、二極管開關特性二、二極管開關特性假定：假定：U UIHIH=V=VCC CC ，U

5、UILIL=0=0當當u uI I=U=UIHIH時，時，D D截止，截止，u uo o=V=VCCCC=U=UOHOH 開關斷開開關斷開 1. 二極管的穩態開關特性二極管的穩態開關特性（1）理想開關特性）理想開關特性RKUKIK+-+-VIK閉合時：閉合時：RK=0，IK=VI/R，UK=0K斷開時：斷開時：RK= ，IK=0，UK=VIRDUDID+-+-VID正偏時：正偏時：RD=0，ID=VI/R，UD=0相當開關閉合相當開關閉合（2）二極管的理想開關特性）二極管的理想開關特性RDUDID+-+-+VID反偏時：反偏時：RD= ，ID=0，UD=VI相當開關斷開相當開關斷開（3）實際二

6、極管的開關特性（伏安特性）實際二極管的開關特性（伏安特性）ID/mAUD/V0VD鍺鍺 硅硅VZIS特性：特性： U UD D 0 0（反偏和零偏）（反偏和零偏）時時D D截止；截止； U UD D V VD D（開啟電壓）時（開啟電壓）時D D導通，導通，D D導通時導通時U UD D=V=VD D鉗位作用鉗位作用 ；V VD D( (鍺鍺)=0.1)=0.1 0.3V;0.3V;V VD D( (硅硅)=0.5)=0.5 0.7V0.7V（0.7V0.7V）2. 二極管的瞬態開關特性二極管的瞬態開關特性（1）理想特性）理想特性RDUDID+-+-VIVIt0V+V-UDt0IDt0trtf

7、（2）實際特性）實際特性（3）開關時間）開關時間 正向導通時間正向導通時間t tonon= = t tr r 反向截止時間反向截止時間t tOFFOFF= = t tf f因素：因素：PN結電容結電容位壘電容和擴散電容位壘電容和擴散電容 因有電子和空穴兩種載流子參與導電過程，故稱為因有電子和空穴兩種載流子參與導電過程，故稱為雙極型三極管。雙極型三極管。NPNNPN型型PNPPNP型型3.2.2 晶體三極管的開關特性晶體三極管的開關特性1、雙極型三極管輸入特性、雙極型三極管輸入特性 0 0.5 0.7 uBE(V) 輸輸入入特特性性曲曲線線 iB(A) b iC 硅硅料料NPN型型三三極極管管

8、c e iB 雙極型三極管的應用中，通常是通過雙極型三極管的應用中，通常是通過b,eb,e間的電流間的電流i iB B控制控制c,ec,e間的電流間的電流i iC C實現其電路功能的。因此，以實現其電路功能的。因此，以b,eb,e間的回路作為間的回路作為輸入回路，輸入回路，c,ec,e間的回路作為輸出回路間的回路作為輸出回路。 輸入回路實質是一個輸入回路實質是一個PNPN結結，其輸入特性基本等同于，其輸入特性基本等同于二極管的伏安特性。二極管的伏安特性。ICVCE0VCC/RCVCC放大區放大區飽和區飽和區截止區截止區（1）截止區截止區條件：條件：發射結、集電極均反偏發射結、集電極均反偏VBE

9、 0；特點：；特點：IB=IC=IE 0，VO=VCC；。；。+-VIVO+-RBRCICIBIEBCETVCC +12V（2）放大區放大區條件：條件：發射結正偏，集電結反偏；發射結正偏，集電結反偏；VBE VD(0.7V),VBC0；特點：特點：IB IBS=(VCC-VCES)/ RC，VO=VCES=0.3V2、雙極型三極管輸出特性、雙極型三極管輸出特性工作區工作區可靠條件可靠條件工程近似工程近似特點特點等效電路等效電路截止區截止區VBE 0VBC0VBE 0.7VVBC0VBC0VBE 0.7VVBC0IB IBS=(VCC-VCES)/ RCIC=ICSVO=VCES=0.3VBCE

10、BCE+VBE-+VCES-0.7V0.3VBCE+VBE-IC= IB0.7V3、雙極型三極管開關特性、雙極型三極管開關特性 ui iB e Rb b +VCC iC uo 三三極極管管開開關關電電路路 Rc c 利用三極管的飽和與截利用三極管的飽和與截止兩種狀態，合理選擇電路止兩種狀態，合理選擇電路參數，可產生類似于開關的參數，可產生類似于開關的閉合和斷開的效果，用于輸閉合和斷開的效果，用于輸出高、低電平，即開關工作出高、低電平，即開關工作狀態。狀態。當當u uI I=U=UILIL時，三極管截止，時，三極管截止，u uO O= =V Vcccc=U=UOHOH 開關斷開開關斷開假定：假定

11、：U UIHIH=V=VCC CC ，U UILIL=0=0當當u uI I=U=UIHIH時，三極管深度飽和，時，三極管深度飽和，u uo o= =U USEsSEs=U=UOLOL 開關閉合開關閉合 【例例3.1】分析如圖所示的三極管分析如圖所示的三極管開 關 電 路 ， 已 知開 關 電 路 ， 已 知 RC= 1 k ，VCC=12V，=60。在下列條件下。在下列條件下計算計算IB，IC及及VO，并確定三極管，并確定三極管T的工作狀態。的工作狀態。 當當Vi=-3V時；時； 當當Vi=+3V，RB=20k 時；時； 當當Vi=+3V，RB=10k 時。時。+-VIVO+-RBRCICI

12、BIEBCETVCC +12V4. 三極管開關電路的分析方法三極管開關電路的分析方法進行假設；進行假設； 分析估算；分析估算； 比較檢查；比較檢查； 寫出結果寫出結果解：解： 當當Vi=-3V時時T截止截止，IBICIE0，VO=VCC=12V；+-VIVO+-RBRCICIBIEBCETVCC +12V 當當Vi=+3V，RB=20k 時時，假設假設T導通導通，則則VBE=0.7V mA.RVVIB115. 020703BBEimA.RVVIBS195. 01603012CCESCC因為因為IBIBS，所以，所以T工作在放大區工作在放大區 IC= IB=600.115=6.9mA VO=VC

13、CICRC=126.91.0=5.1V 當當Vi=+3V，RB=10k 時時， mA.RVVIB23. 010703BBEiIBS=0.195mA因為因為IBIBS，所以，所以T工作在飽和區工作在飽和區 VO=VCES=0.3V。 mA.RVVIICSC7 .1113012CCESCC【例例3.2】在下圖電路中，試計算當輸入端分別接在下圖電路中，試計算當輸入端分別接0V、5V和懸空時輸出和懸空時輸出電壓電壓VO的數值，已知三極管導通時的數值，已知三極管導通時VBE=0.7V。解（解（1）當）當VI=0V時時T截止，截止，VO=VCC=5VVIVOR1 4.7 K RC 2K ICIBTVCC

14、+5V R2 18K -VBB 8V =50 R3 3K （2）當）當VI=5V時設時設T導通，導通，VBE=0.7VmARVVRVVIIIBBBEBEIRRB43. 01887 . 07 . 47 . 052121mARVVICCESCCBS047. 02503 . 05因為因為IBIBS，所以，所以T飽和，飽和，VO=0.3V（3）當輸入懸空時設）當輸入懸空時設T導通，導通，VBE=0.7VmARVVRRVVIIIBBBEBECCRRB075. 01887 . 037 . 47 . 0523121因為因為IBIBS，所以，所以T飽和，飽和，VO=0.3V5. 晶體三極管的瞬態開關特性晶體三

15、極管的瞬態開關特性（1）三極管）三極管基區少數載流子濃度分布曲線基區少數載流子濃度分布曲線 QBS基區基區（P）集電區集電區（N）發射區發射區（N）（2）理想三極管的開關特性）理想三極管的開關特性tdtrtstfVIt0ICt0VOt0+V-V（3）實際三極管的開關特性）實際三極管的開關特性VCC0.3V正向導通時間正向導通時間ton=td+tr延遲時間延遲時間td，上升時間，上升時間tr反向截止時間反向截止時間toff=ts+tf存儲時間存儲時間ts，下降時間，下降時間tf（4 4）平均傳輸延遲時間）平均傳輸延遲時間 tpd Vm0.5Vm0.5VmtphltplhVIVO2plhphlpd

16、ttt動態參數動態參數6.6.改善三極管開關速度的方法改善三極管開關速度的方法（1）晶體管內部）晶體管內部 基區面積小（存儲的電荷少）；基區面積小（存儲的電荷少）； 滲金技術滲金技術使擴散區積累多于載流子迅速被復合使擴散區積累多于載流子迅速被復合（2 2）電路設計）電路設計截止不深；飽和不深截止不深；飽和不深臨界飽和臨界飽和 0)(121RRRVVVBBIICCESCCBBBEBEIRVVSRVVRVV21BSBIIS 飽和系數飽和系數當當S=1時時T處于臨界飽和，當處于臨界飽和，當S1時時T飽和飽和輸出鉗位電路輸出鉗位電路VCL +3VDCLCOVIVOR1RCBCETVCC +12VR2-

17、VBB AFVOt012V3Vtr8. 三極管開關的帶負載能力三極管開關的帶負載能力（1）三極管截止時）三極管截止時以拉電流以拉電流（IOL）為主，帶負載能力以保證鉗）為主，帶負載能力以保證鉗位二極管工作為前提。位二極管工作為前提。VIVOR1RCBCETVCC +12VR2-VBB AVCL +3VDCLIOLIOGIDCLICIRCCCLCCRCOLDCLRCOLRVVIIIIImax（2）三極管導通時）三極管導通時以灌電流（以灌電流（IOG）為主，）為主，帶負載能帶負載能力以保證三極管不退出飽和區為前提。力以保證三極管不退出飽和區為前提。CCESCCBBBEBEIHRCBRCCSOGOG

18、RCCRVVRVVRVVIIIIIIII)(21max輸入與輸出量間能滿足輸入與輸出量間能滿足邏輯關系的電路邏輯關系的電路ABCVcc（5V）R3k 二極管與門電路二極管與門電路&ABCL=ABC邏輯符號邏輯符號ABCVcc（5V）R3k 二極管與門電路二極管與門電路VAVBVcVL00000050050005505000505055005555輸入與輸出電壓的關系輸入與輸出電壓的關系輸入與輸出電壓的關系輸入與輸出電壓的關系真值表真值表輸入與輸出量間能滿足輸入與輸出量間能滿足邏輯關系的電路邏輯關系的電路ABCR3k 二極管或門電路二極管或門電路 1ABCL=A+B+C邏輯符號邏輯符號V

19、AVBVcVL00000055050505555005505555055555輸入與輸出電壓的關系輸入與輸出電壓的關系ABCR3k 二極管或門電路二極管或門電路輸入與輸出電壓的關系輸入與輸出電壓的關系真值表真值表輸入與輸出量間能滿足輸入與輸出量間能滿足邏輯關系的電路邏輯關系的電路1AL=A邏輯符號邏輯符號RcRbT VccALBJT反相器反相器RcRbT VccALBJT反相器反相器VAVL0Vcc5VVcEs（0.20.3V)輸入與輸出電壓的關系輸入與輸出電壓的關系0110LA反相器的真值表反相器的真值表vovI0邏輯邏輯0邏輯邏輯1截止截止放大放大飽和飽和V1V2RcRb VccvICL考

20、慮負載電容的考慮負載電容的BJTBJT反相器反相器vO+ +- -四、四、 復合邏輯門復合邏輯門與非門、或非門與非門、或非門1. 與非門與非門（1）電路結構和邏輯符號）電路結構和邏輯符號（2）功能）功能&ABFVOR1RCBCETVCC +12VR2-VBB FVCL3VDCLRABA BF0 00 11 01 11110真值表真值表 表達式表達式 F=A B 工作波形（時序圖）工作波形（時序圖）ABF2. 或非門或非門（1）電路結構和邏輯符號）電路結構和邏輯符號（2）功能）功能 1ABFA BF0 00 11 01 11000真值表真值表 表達式表達式 F=A+B 工作波形（時序圖）

21、工作波形（時序圖）ABF-VBB VOR1RCBCETVCC +12VR2FVCL3VDCLRABVcc（5V） Rb1 4k RC21.6k RC4130 RLDT1 Re2 1k T2T4 T3+ +- -u uo ou ui i+ +- -輸入級輸入級中間倒中間倒相級相級輸出級輸出級推拉式輸出級作用：推拉式輸出級作用：降低功耗，提高帶降低功耗，提高帶負載能力負載能力Vcc（5V） Rb1 4k RC21.6k RC4130 RLDT1 Re2 1k T2T4 T3+ +- -v vo ov vi i+ +- - 輸入為高電平輸入為高電平3 3.6V.6VVccVccR Rb1b1T T1

22、 1T T2 2T T3 3 電流流向：電流流向：T T2 2飽和飽和T T4 4截止；截止；T T3 3飽和飽和輸出為低電平。輸出為低電平。T T1 1工作在工作在V VB1B1=V=VBC1BC1+V+VBE2BE2+V+VBE3BE3=0.7+0.7+0.7=2.1V=0.7+0.7+0.7=2.1VV VC2C2=V=VCES2CES2+V+VBE3BE3=0.3+0.7=1.0V=0.3+0.7=1.0VVcc（5V） Rb1 4k RC21.6k RC4130 RLDT1 Re2 1k T2T4 T3+ +- -v vo ov vi i+ +- - 輸入為低電平輸入為低電平0 0.

23、2V.2VVccVccR Rb1b1T T1 1輸入端輸入端 電流流向：電流流向：T T3 3截止；截止；T T2 2截止截止T T4 4、D D導通導通輸出為高電平。輸出為高電平。V VB1B1=V=VI I+V+VBE1BE1=0.2+0.7=0.9V=0.2+0.7=0.9VV VO O = V= VCCCC-V-VBE4BE4 -V-VD D = 5-0.7 -0.7 = 3.6V= 5-0.7 -0.7 = 3.6VAY0110Vcc（5V） Rb1 4k RC21.6k RC4130 RLDT1 Re2 1k T2T4 T3+ +- -v vo ov vi i+ +- -Vcc（5

24、V） Rb1 4k RC21.6k RC4130 RLDT1 Re2 1k T2T4 T3+ +- -v vo ov vi i+ +- -VI由由3.6V變為變為0.2V瞬間瞬間VB1= 0.9V；VC1= 1.4VT1工作在放大區，電流工作在放大區，電流從從T2的基極流入的基極流入T1基基極，使極，使T2迅速地脫離迅速地脫離飽和進入截止狀態。飽和進入截止狀態。T4也迅速導通，使也迅速導通，使T3的的存儲電荷通過集電極快存儲電荷通過集電極快速消散而截止，加速了速消散而截止，加速了狀態轉換速度。狀態轉換速度。Vcc（5V） Rb1 4k RC21.6k RC4130 RLDT1 Re2 1k T

25、2T4 T3+ +- -v vo ov vi i+ +- -反映輸出電壓反映輸出電壓u uo o與輸入電壓與輸入電壓u uI I之間關系的曲線之間關系的曲線123vI/VvO/V420DCBAVcc（5V）Rb14k RC21.6k RC4130 RLDRe2 1k T2T4 T3+ +- -u uo oA AB BC C區別：區別：T T1 1改為改為多發射極三極管多發射極三極管。T1ABY 四、四、TTLTTL或非門典型電路或非門典型電路區別：區別：有各自的輸入級和倒相級，有各自的輸入級和倒相級，并聯使用共同的輸出級。并聯使用共同的輸出級。BAY 五、五、74S74S系列門電路系列門電路

26、74S74S系列又稱肖特基系列。采用了系列又稱肖特基系列。采用了抗飽和三極管抗飽和三極管，或稱肖特基晶體管，是由普通的雙極型三極管和肖或稱肖特基晶體管，是由普通的雙極型三極管和肖特基勢壘二極管特基勢壘二極管SBDSBD組合而成。組合而成。 采用肖特基勢壘二極管采用肖特基勢壘二極管SBDSBD鉗位達到抗飽和鉗位達到抗飽和的效果，具有較高的傳輸速度。的效果，具有較高的傳輸速度。 具有單向導電性具有單向導電性 導通閥值電壓較低，約為導通閥值電壓較低，約為0.40.4 0.5V0.5V 勢壘二極管的導電機構是多數載流子，勢壘二極管的導電機構是多數載流子，因而存儲效應很小。因而存儲效應很小。bcebce

27、Vcc Rb12.8k RC2760 RC455 DARb6 370 T2T4 T3A AB BRC6 T6DBT5 Rb13.5k T1L L有源下拉電阻有源下拉電阻（泄放電路）（泄放電路）1 1、TTLTTL系列門電路系列門電路74：標準系列；：標準系列；74H：高速系列；：高速系列；74S：肖特基系列；：肖特基系列；74LS74LS：低功耗肖特基系列；：低功耗肖特基系列；74LS74LS系列成為功耗延遲積較系列成為功耗延遲積較小的系列。小的系列。74LS74LS系列產品具有最佳的綜合性能，是系列產品具有最佳的綜合性能，是TTLTTL集成集成電路的主流，是應用最廣的系列。電路的主流，是應用

28、最廣的系列。 性能比較好的門電路應該是工作性能比較好的門電路應該是工作速度既快，功耗又小速度既快，功耗又小的的門電路。因此，通常用功耗和傳輸延遲時間的乘積門電路。因此，通常用功耗和傳輸延遲時間的乘積( (簡稱功簡稱功耗耗延遲積延遲積) )來評價門電路性能的優劣。功耗來評價門電路性能的優劣。功耗延遲積越小，延遲積越小，門電路的綜合性能就越好。門電路的綜合性能就越好。74AS：先進肖特基系列；：先進肖特基系列；74ALS74ALS：先進低功耗肖特基系列。：先進低功耗肖特基系列。1829低功耗低功耗肖特基肖特基74LS30201.5先進的先進的肖特基肖特基74AS460100DP/pJ12010PD

29、/mW4310tpd/ns先進的低功先進的低功耗肖特基耗肖特基74ALS肖特肖特基基74S基本基本74 類型類型參數參數TTLTTL門電路的各種系列的性能比較門電路的各種系列的性能比較 14 13 12 11 10 9 8 74LS00 1 2 3 4 5 6 7 4 與非門與非門 74LS00 的引腳排列圖 VCC 3A 3B 3Y 4A 4B 4Y 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND 14 13 12 11 10 9 8 74LS04 1 2 3 4 5 6 7 6 反相器反相器 74LS04 的引腳排列圖 VCC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 1A 1Y 2A 2Y 3A

30、3Y GND 14 13 12 11 10 9 8 74LS02 1 2 3 4 5 6 7 4 或非門或非門 74LS02 的引腳排列圖 VCC 3Y 3B 3A 4Y 4B 4A 1Y 1B 1A 2Y 2B 2A GND 74LS74LS系列常用芯片系列常用芯片與門與門 A B AB & 1 Y=AB=ABAB&Y A B A+B 1 1 或或門門AB1YY=A+B=A+B異或門異或門 Y A B & 1 1 BABABABABABABABABAY )()(AB=1Y2、門電路構成、門電路構成1.1.電壓傳輸特性電壓傳輸特性：輸出電壓跟隨輸入電壓變化的關系曲線。：

31、輸出電壓跟隨輸入電壓變化的關系曲線。測試電路測試電路電壓傳輸特性電壓傳輸特性六、六、TTLTTL門電路的重要參數門電路的重要參數2、輸出和輸入的高低電平、輸出和輸入的高低電平 實際應用中，由于外界干擾、電源波動等原因，可能實際應用中，由于外界干擾、電源波動等原因，可能使輸入電平使輸入電平U UI I偏離規定值。為了保證電路可靠工作，應對干偏離規定值。為了保證電路可靠工作，應對干擾的幅度有一定限制，稱為噪聲容限。擾的幅度有一定限制，稱為噪聲容限。 高電平噪聲容限高電平噪聲容限是指在保證輸出低電平的前提下，允是指在保證輸出低電平的前提下，允許疊加在輸入高電平上的最大噪聲電壓許疊加在輸入高電平上的最

32、大噪聲電壓( (負向干擾負向干擾) )，用，用U UNHNH表示：表示： 低電平噪聲容限低電平噪聲容限是指在保證輸出高電平的前提下，允是指在保證輸出高電平的前提下，允許疊加在輸入低電平上的最大噪聲電壓許疊加在輸入低電平上的最大噪聲電壓( (正向干擾正向干擾) )，用，用U UNLNL表示：表示： U UNL NL = = U UIL,maxIL,maxU UILILU UNH NH = U= UIHIHU UIH,minIH,min3、噪聲容限、噪聲容限電路的抗干擾能力電路的抗干擾能力1 1輸出輸出0 0輸出輸出1 1輸入輸入0 0輸入輸入U UOH,minOH,minU UIH,minIH,

33、minU UNHNHU UIL,maxIL,maxU UOL,maxOL,maxU UNLNL11u uI Iu uO O輸入低電平噪聲容限：輸入低電平噪聲容限：UNL=UIL,maxUOL,max輸入高電平噪聲容限：輸入高電平噪聲容限：UNH=UOH,minUIH,min74LS74LS系列門電路前后級系列門電路前后級聯時的輸入噪聲容限為：聯時的輸入噪聲容限為：UNL=0.8V0.5V=0.3VUNH=2.7V2.0V=0.7V5V2.7V0.5V0V5V2V0.8V0V扇入數：輸入端的個數扇入數：輸入端的個數扇出數：表示門電路輸出端的驅動能扇出數：表示門電路輸出端的驅動能 力，與負載的類型

34、有關。力，與負載的類型有關。要求：前級門在輸出高、低電平時，要滿足其輸出電流要求：前級門在輸出高、低電平時，要滿足其輸出電流I IOHOH和和I IOLOL均大于或等于均大于或等于N N個后級門的輸入電流的總和。個后級門的輸入電流的總和。 計算：計算：輸出為高電平時，可以驅動同類門的數目輸出為高電平時，可以驅動同類門的數目N N1 1； 輸出為低電平時，可以驅動同類門的數目輸出為低電平時，可以驅動同類門的數目N N2 2； 扇出系數扇出系數minmin（N N1 1，N N2 2）。 4、扇入與扇出數、扇入與扇出數例：如圖，試計算例：如圖，試計算74LS74LS系列非門電路系列非門電路G G1

35、 1最多可驅動多少個同類門電路。最多可驅動多少個同類門電路。解：解： G G1 1輸出為輸出為低電平低電平時，可以驅動時，可以驅動N N1 1個同類門；個同類門；應滿足應滿足 I IOLOL N N1 1 |I|IILIL| | G G1 1輸出為輸出為高電平高電平時，可以驅動時，可以驅動N N2 2個同類門；個同類門； N Nminmin（N N1 1,N,N2 2） 2020N N1 1 I IOLOL / |I|IILIL| | 8mA/0.4mA 8mA/0.4mA 2020應滿足應滿足 |I|IOHOH| | N N2 2 I IIHIHN N2 2 | |I IOHOH| | /

36、I IIHIH 0.4mA/20A 0.4mA/20A 2020低電平輸入電流低電平輸入電流I IILIL，maxmax-0.4mA-0.4mA高電平輸入電流高電平輸入電流I IIHIH，maxmax20A20A低電平輸出電流低電平輸出電流I IOLOL，maxmax8mA8mA高電平輸出電流高電平輸出電流I IOHOH，maxmax-0.4mA-0.4mA74LS74LS系列門電路標準規定：系列門電路標準規定：PLHtPHLtPLHtPHLt輸入輸入同相同相輸出輸出反相反相輸出輸出PHLPLHPdttt 平均傳輸延遲時間：平均傳輸延遲時間：5、傳輸延遲時間、傳輸延遲時間表征門電路的開關速度表

37、征門電路的開關速度功耗功耗靜態功耗靜態功耗動態功耗動態功耗截止功耗截止功耗POFF空載導通功耗空載導通功耗PON7、延時、延時功耗積（越小越好）功耗積（越小越好）DPdPtDP 6、功耗、功耗Y&AB&CD& 七、集電極開路的門電路（七、集電極開路的門電路（OCOC門）門）CDABY 推拉式輸出級并聯推拉式輸出級并聯1.“1.“線與線與”的概念的概念“線與線與” 普通的普通的TTLTTL門電路不能將輸出端直接并聯，進行線與。門電路不能將輸出端直接并聯，進行線與。解決這個問題的方法就是把輸出極改為解決這個問題的方法就是把輸出極改為集電極開路集電極開路的三的三極管結構。極管

38、結構。 OC OC門電路在工作時需外接上拉電阻和電源門電路在工作時需外接上拉電阻和電源。只要電阻。只要電阻的阻值和電源電壓的數值選擇得當，就可保證輸出的高、的阻值和電源電壓的數值選擇得當，就可保證輸出的高、低電平符合要求，輸出三極管的負載電流又不至于過大。低電平符合要求，輸出三極管的負載電流又不至于過大。2.OC2.OC門的電路結構和邏輯符號門的電路結構和邏輯符號3.OC3.OC門的門的“線與線與”功能功能CDABYYY 21當當n個前級門輸出均為個前級門輸出均為高電平，即所有高電平，即所有OC門同門同時截止時，為保證輸出時截止時，為保證輸出的高電平不低于規定的的高電平不低于規定的UOH，mi

39、n值，上拉電阻不值，上拉電阻不能過大，其最大值計算能過大，其最大值計算公式：公式：4.4.外接上拉電阻外接上拉電阻R RU U的計算方法的計算方法HIOHminOHCCUmInIUVR ，(max)當當n個前級門中有一個個前級門中有一個輸出為低電平，即所有輸出為低電平，即所有OC門中只有一個導通時，門中只有一個導通時，全部負載電流都流入導通全部負載電流都流入導通的那個的那個 OC門，為確保流門，為確保流入導通入導通OC門的電流不至門的電流不至于超過最大允許的于超過最大允許的IOL，max值，值，RU值不可太小，其最值不可太小，其最小值計算公式：小值計算公式：ILmaxOLmaxOLCCUImI

40、UVR ，(min)(min)maxUUURRR 實現線與。實現線與。可以簡化電路，節省器件。可以簡化電路，節省器件。實現電平轉換。實現電平轉換。如圖所示，可使輸出高電平變為如圖所示，可使輸出高電平變為10V10V。用做驅動器。用做驅動器。如圖是用來驅動發光二極管的電路。如圖是用來驅動發光二極管的電路。+10V&OV+5V&2705.OC5.OC門的應用門的應用 國標符號 T4 A R1 3k T3 T2 T1 Y R4 100 +VCC(+5V) T5 R2 750 R3 360 R5 3k A EN 1 EN Y EN D 三三態態輸輸出出非非門門（高高電電平平有有效效）電

41、電路路結結構構 1.1.三態門的電路結構和邏輯符號三態門的電路結構和邏輯符號功能表功能表EN=0EN=0EN=1EN=1AY Y高阻態輸出有三種狀態：輸出有三種狀態： 高電平、低電平、高阻態。高電平、低電平、高阻態。控制端或控制端或使能端使能端八、三態輸出門電路（八、三態輸出門電路（TSTS門）門）三態與非門的工作原理：三態與非門的工作原理：VccR1R2R4DR3 T2T4 T3VccR6R5T5T6T7CSCS=1=1，T T5 5倒置，倒置，T T6 6飽和，飽和，T T7 7截止，截止，輸出取決于輸出取決于A A、B BCS=0CS=0，T T6 6截止，截止，T T7 7導通，導通，

42、 T T4 4截止，截止，同時由于同時由于T T2 2截止，截止，T T3 3也截止，輸出也截止，輸出端相當于開路，端相當于開路，呈現高電阻狀態。呈現高電阻狀態。三態與非門的真值表：三態與非門的真值表：高阻高阻011101110100BA01CS數據輸入端數據輸入端輸出端輸出端L高電平有效高電平有效低電平有效低電平有效兩種控制模式：兩種控制模式：數據總線結構數據總線結構 只要控制各個門的只要控制各個門的ENEN端輪端輪流為流為1 1，且任何時刻僅有一個，且任何時刻僅有一個為為1 1，就可以實現各個門，就可以實現各個門分時分時地向總線傳輸。地向總線傳輸。實現數據雙向傳輸實現數據雙向傳輸 EN=1

43、EN=1，G1G1工作，工作，G2G2高阻，高阻，A A經經G1G1反相送至總線；反相送至總線； EN=0EN=0，G1G1高阻，高阻，G2G2工作，總工作，總線數據經線數據經G2G2反相從反相從Y Y端送出。端送出。2.2.三態門的應用三態門的應用1.1.與非門的處理與非門的處理“1”“1”懸空懸空2.2.或非門、與或非門的處理或非門、與或非門的處理“0”“0”BAY ABY 九、九、TTLTTL門電路多余輸入端的處理門電路多余輸入端的處理（1 1）CMOSCMOS電路的電路的工作速度工作速度比比TTLTTL電路的電路的低低。（2 2）CMOSCMOS帶負載的能力帶負載的能力比比TTLTTL

44、電路電路強強。（3 3）CMOSCMOS電路的電路的電源電壓允許范圍較大電源電壓允許范圍較大，約在，約在3 318V18V，抗抗 干擾能力干擾能力比比TTLTTL電路電路強強。（4）CMOS電路的電路的功耗功耗比比TTL電路電路小小得多。得多。 門電路的功耗只有幾個門電路的功耗只有幾個W，中規模集成電路的功耗，中規模集成電路的功耗 也不會超過也不會超過100W。（5）CMOS集成電路的集成電路的集成度集成度比比TTL電路電路高高。（6）CMOS電路電路容易受靜電感應而擊穿容易受靜電感應而擊穿。 在使用和存放時應注意靜電屏蔽，焊接時電烙鐵應接在使用和存放時應注意靜電屏蔽，焊接時電烙鐵應接 地良好

45、，尤其是地良好，尤其是CMOS電路電路多余不用的輸入端不能懸多余不用的輸入端不能懸 空，應根據需要接地或接高電平空，應根據需要接地或接高電平。CMOSCMOS電路的特點：電路的特點：3.5 CMOS3.5 CMOS門電路門電路常用常用CMOS邏輯門器件系列：邏輯門器件系列： 4000系列；系列； 74HC系列高速系列高速CMOS系列。系列。輸入低電平，輸入低電平，NMOSNMOS管截止；管截止；輸入高電平，輸入高電平，NMOSNMOS管導通。管導通。輸入低電平，輸入低電平，PMOSPMOS管導通；管導通；輸入高電平，輸入高電平，PMOSPMOS管截止。管截止。一、一、MOSMOS管的開關特性管

46、的開關特性 幾何尺寸小，適合于制造大規模集成電路。幾何尺寸小，適合于制造大規模集成電路。 結構簡單，易于使用結構簡單，易于使用CADCAD技術進行設計。技術進行設計。 工作管通常用增強型器件，而負載管可用工作管通常用增強型器件，而負載管可用 增強型或耗盡型。增強型或耗盡型。VDDIvOvT2T1VDDIvOvT1T2簡化電路簡化電路VDDIvOvT2T1輸入為高電壓時，輸入為高電壓時，T1T1導通，輸導通，輸出出VoVo為低電壓。通常為低電壓。通常T1T1跨導遠跨導遠大于大于T2T2的跨導，以保證輸出低的跨導，以保證輸出低電壓值在電壓值在1V1V左右。左右。輸入為低電壓時，輸入為低電壓時，T1

47、T1截止，輸截止，輸出出VoVo為高電壓。輸出電壓約為為高電壓。輸出電壓約為V VDDDD-V-VT T。VDDT1T2ABL=A+B或非門的工作管都是或非門的工作管都是并聯的，增加管子數并聯的，增加管子數目，輸出低電平基本目，輸出低電平基本穩定，在整體電路設穩定，在整體電路設計中很方便，所以計中很方便，所以NMOSNMOS門電路是以或非門電路是以或非門電路為基礎的，主門電路為基礎的，主要用于大規模集成電要用于大規模集成電路。路。VDDIvOvP溝道溝道N溝道溝道VDDIvOvTNTP簡化電路簡化電路要求：要求：|)|(TPTNDDVVV AY0110假設：假設：處于邏輯處于邏輯0 0時，相應

48、的電壓近似為時，相應的電壓近似為0 0；處于邏；處于邏輯輯1 1時，相應的電壓近似為時，相應的電壓近似為V VDDDDVDDIvOvTNTPvSGPvGSNiDvoVoL 00VGSN=VDDVSGP=0輸入為高電平，輸出為低電平輸入為高電平，輸出為低電平VDDIvOvTNTPvSGPvGSNiDvoVoH VDD0VSGP=VDDVGSN=0輸入為低電平，輸出為高電平輸入為低電平，輸出為高電平DCBA246vI/VvO/V4206810810T TN N截止截止T TN N在飽和區；在飽和區；T TP P在可變電阻區在可變電阻區T TN N、 T TP P均在飽和區均在飽和區T TP P在飽

49、和區，在飽和區，T TN N在可變電阻區在可變電阻區T TP P截止截止CMOSCMOS反相器在電容負載情況下，其開通時反相器在電容負載情況下，其開通時間和關閉時間是相等的，平均傳輸延遲時間和關閉時間是相等的，平均傳輸延遲時間約為間約為10ns10ns。VDDIvOvTNTPCLVDDIvOvTPCLiDP（0）CMOSCMOS反相器在電容負載下的工作情況反相器在電容負載下的工作情況VDDTN1TP2TN2TP1ABLVDDTN1TP2TN2TP1ABL總結總結：對于對于MOS門，若使用正電源（門，若使用正電源（NMOS、CMOS）驅）驅動管串與并或再非；若使用負電源（動管串與并或再非；若使用

50、負電源（PMOS）驅動管串或并）驅動管串或并與再非。與再非。LVDDTP5TP4TP3TN1TP2TN2TP1ABTN3TN4TN5XABX=A+BX=AB+XX=AB+A+BX=A B=1ABL=A B邏輯符號邏輯符號oIvv /Iovv /CCTPTN+5V-5VTGoIvv/Iovv /CC傳輸門由兩管柵極的互補信號傳輸門由兩管柵極的互補信號 C C 和和 C C 控制，控制，當當C=1C=1時，開關開通；時，開關開通；C=0C=0時，開關斷開。開時，開關斷開。開關的導通電阻近似為一個常數，阻值約為數關的導通電阻近似為一個常數，阻值約為數百歐。百歐。CMOSCMOS傳輸門工作原理：傳輸門

51、工作原理：oIvv /Iovv /CCTPTN+5V-5VC C接低電平接低電平-5V-5V，T TN N柵壓柵壓為為-5V-5V，T TP P柵壓為柵壓為+5V +5V ，當當V VI I在（在（-5-5 +5+5）V V范圍范圍時，時，T TN N、 T TP P均不導通均不導通開關是斷開的。開關是斷開的。C C接高電平接高電平+5V+5V，T TN N柵壓為柵壓為+5V+5V，當，當V VI I在（在（-5-5 +3+3）V V范圍時范圍時T TN N導通；導通； T TP P柵壓為柵壓為-5V-5V，當，當V VI I在（在（-3-3 +5+5）V V范圍時范圍時T TP P導通；當導

52、通；當V VI I在（在（-3-3 +3+3）V V范圍時范圍時T TN N、 T TP P均導通均導通開關是閉合的。開關是閉合的。94CMOSCMOS傳輸門和雙向模擬開關傳輸門和雙向模擬開關 uI/uo uo/uI VDD C TN TP C TG uI/uo uo/uI C C C0、 ，TN和和TP截止，相當于截止，相當于開關斷開開關斷開。C1、 ，TN和和TP導通，相當于導通，相當于開關接通開關接通，uoui。1 C0 C 由于由于T T1 1、T T2 2管的結構形式是對稱的，即漏極和源極管的結構形式是對稱的，即漏極和源極可互易使用，因而可互易使用，因而CMOSCMOS傳輸門屬于雙向

53、器件，它的輸入傳輸門屬于雙向器件，它的輸入端和輸出端也可互易使用端和輸出端也可互易使用。95特點：需外接上拉電阻。特點：需外接上拉電阻。應用：與應用：與OC門類似，門類似， 輸出端可以并接，實現輸出端可以并接，實現“線與線與”功能；功能； 實現電平轉換。實現電平轉換。ABY 六、漏極開路的六、漏極開路的CMOSCMOS門電路（門電路（ODOD）96 A EN TP2 TP1 Y TN1 TN2 A EN 1 1 EN Y +VDD (a) CMOS三態門電路 (b) 邏輯符號 電路的輸出有電路的輸出有高阻態、高電平和低電平高阻態、高電平和低電平3 3種狀態，是一種三態門。種狀態，是一種三態門。

54、 時，時，TP2、TN2均均截止，截止，Y與地和電源都斷開與地和電源都斷開了，輸出端呈現為高阻態。了，輸出端呈現為高阻態。 時，時，TP2、TN2均導均導通，通，TP1、TN1構成反相器。構成反相器。1 EN0 ENAY 1.CMOS1.CMOS三態門之一三態門之一七、七、CMOSCMOS三態輸出門三態輸出門97 時，時，TG截止，輸出端呈現高阻態。截止，輸出端呈現高阻態。 時，時，TG導通，導通， 。1 EN0 ENAY 2. CMOS2. CMOS三態門之二三態門之二CMOSCMOS門電路的各系列的性能比較門電路的各系列的性能比較13 .0261.0021374HCT系列系列0.0037

55、.52.974BCT系列系列15.50.15DP/pJ1.550.002PD/mW1075tpd/ns74HC系列系列4000/4000B系列系列 類型類型參數參數0.008722各種門電路的延遲時間與功耗的關系圖各種門電路的延遲時間與功耗的關系圖BiCMOSECLCMOS NMOSTTLPDtpd 驅動器件應能對負載器件提供灌電流最驅動器件應能對負載器件提供灌電流最大值。大值。 驅動器件必須對負載器件提供足夠大的驅動器件必須對負載器件提供足夠大的拉電流。拉電流。 驅動器件的輸出的電壓必須處在負載器驅動器件的輸出的電壓必須處在負載器件所要求的輸入電壓范圍內，包括高、件所要求的輸入電壓范圍內，包

56、括高、低電壓值。低電壓值。采用接口電路時需要考慮的幾個條件：采用接口電路時需要考慮的幾個條件：因兩者的電壓參數兼容，不需外加接口因兩者的電壓參數兼容，不需外加接口電路，只需按電流大小計算出扇出數。電路，只需按電流大小計算出扇出數。VDDT1T2VCCR1R2T3T4R3驅動門驅動門負載門負載門VDDT1T2VccR1R2DR3T1T2 T3RP用用TTLTTL驅動驅動CMOS-HCTCMOS-HCT時，由于電壓參數兼容，不需外加時，由于電壓參數兼容，不需外加接口電路，在數字電路設計中，常被用作接口器件。接口電路，在數字電路設計中，常被用作接口器件。上拉電阻上拉電阻RP接接VDD，將，將TTL電

57、路的輸電路的輸出高電平提高出高電平提高到能與到能與CMOS電路兼容的水電路兼容的水平。平。（1/6）74HC04LEDR1輸入輸入LEDR1輸入輸入VccDFOHIVVR DFCCIVVR OLV （1/6）74HC041輸入輸入1輸入輸入50 50 繼電器繼電器將兩個反相器作為驅動電路將兩個反相器作為驅動電路為防止干擾，一般不讓多余輸入端懸空，對多余輸入端的處為防止干擾，一般不讓多余輸入端懸空，對多余輸入端的處理以不改變電路工作狀態及穩定可靠為原則。理以不改變電路工作狀態及穩定可靠為原則。與類門的多余輸與類門的多余輸入端接電源正端入端接電源正端或類門的多余輸或類門的多余輸入端接地入端接地CM

58、OSCMOS門門多余輸入端接地多余輸入端接地TTLTTL“或或”類門類門利用反相器將輸利用反相器將輸入端接地，輸出入端接地，輸出的高電位接多余的高電位接多余輸入端輸入端通過上拉電阻接通過上拉電阻接電源正端電源正端TTLTTL“與與”類門類門處理方法處理方法門的類型門的類型與工作與工作端并接端并接用用1010 100100 F F的大電容與直流電源并聯以濾除的大電容與直流電源并聯以濾除不必要的頻率成分，并且對每一集成芯片加不必要的頻率成分，并且對每一集成芯片加接接0.10.1 F F的電容器以濾除開關噪聲。的電容器以濾除開關噪聲。將電源地與信號地分開，先將信號地匯集在將電源地與信號地分開，先將信

59、號地匯集在一點，然后將二者用最短的導線連在一起，一點，然后將二者用最短的導線連在一起，以避免含有多種脈沖波形的大電流引到某數以避免含有多種脈沖波形的大電流引到某數字器件的輸入端而導致系統正常的邏輯功能字器件的輸入端而導致系統正常的邏輯功能失常。失常。當系統兼有模擬和數字兩種器件時，需將兩當系統兼有模擬和數字兩種器件時，需將兩者的地分開，然后選用一個合適的共同點接者的地分開，然后選用一個合適的共同點接地，以免除兩者的相互影響。地，以免除兩者的相互影響。要注意連線盡可能短，以減少接線電容而導要注意連線盡可能短，以減少接線電容而導致寄生反饋有可能引起寄生振蕩。致寄生反饋有可能引起寄生振蕩。CMOSC

60、MOS器件在使用和儲存過程中要注意靜電感器件在使用和儲存過程中要注意靜電感應導致損傷的問題，可以采用靜電屏蔽加以應導致損傷的問題，可以采用靜電屏蔽加以 防護。防護。一、二極管和一、二極管和BJTBJT的開關特性的開關特性 影響它們的開關速度的主要因素是器件內影響它們的開關速度的主要因素是器件內 部的電荷存儲和消散的時間。部的電荷存儲和消散的時間。二、利用二極管和二、利用二極管和BJTBJT可以構成簡單的二極可以構成簡單的二極 管與門、或門電路和管與門、或門電路和BJTBJT反相器。反相器。三、三、TTLTTL反相器的輸入級由反相器的輸入級由BJTBJT構成，具有飽和、構成，具有飽和、 截止、放大和倒置放大等截止、放大和倒置放大等4 4種模式。采用推種模