第2章邏輯門電路本章主要內容介紹基本邏輯門電路的概念TTL邏輯門電路CMOS門電路TTL電路與CMOS電路的接口作業：2-1,2-11第2章邏輯門電路在數字電路中，所謂“門”就是指能實現基本邏輯關系的電路。最基本的邏輯關系是與、或、非，最基本的邏輯門是與門、或門和非門。可以將門電路的所有元器件及連接導線制作在同一塊半導體基片上構成集成邏輯門電路。第2章邏輯門電路集成電路按照單位芯片上所含邏輯門電路或晶體管的個數分為：小規模集成電路（SmallScaleIntegratedCircuit,SSI）:通常指含邏輯門個數小于10門(或含元件數小于100個)的電路。中規模集成電路（MediumScaleIntegratedCircuit,MSI）:通常指含邏輯門數為10門～99門(或含元件數100個～999個)的電路。大規模集成電路（LargeScaleIntegratedCircuit,LSI）:大規模集成電路通常指含邏輯門數為1000門～9999門(或含元件數1000個～99999個)的電路。超大規模集成電路（VeryLargeScaleIntegratedCircuit,VLSI）:超大規模集成電路通常指含邏輯門數大于10000門(或含元件數大于100000個)的電路。第2章邏輯門電路從制造工藝看，數字集成電路可分為雙極型集成電路和單極型集成電路。雙極型集成電路中的基本開關元件是晶體三極管。雙極型集成電路包括:TTL(TransistorTransistorLogic)、ECL(EmitterCoupledLogic)、HTL(HighThresholdLogic)、IIL(IntegratedInjectionLogic)等類型。單極型集成電路中的基本開關元件是MOS(MetalOxideSemiconductor)晶體管。單極型集成電路包括:PMOS、NMOS、CMOS等類型。雙極型集成電路的速度高而集成度低，單極型集成電路的集成度高而速度低。2.1基本邏輯門電路2.1.1二極管的開關特性在理想情況下，在數字電路中二極管表現為一個受外電壓控制的開關。當外加電壓為脈沖信號時，二極管將隨著脈沖電壓的變化在“開”狀態與“關”狀態之間轉換，也就是二極管在正向導通與反向截止兩種狀態之間轉換。2.1.1二極管的開關特性在數字電路中，當外加正向電壓時，二極管導通，二極管正向壓降為0，等效為一個閉合的開關。2.1.1二極管的開關特性當外加反向電壓時，二極管截止，反向電流為0，等效為一個斷開的開關。2.1.2二極管與門實現與邏輯功能的電路，稱為與門。⑴VA=VB=3V。由于R接到電源+12V上，故DA、DB均導通VF=3V2.1.2二極管與門實現與邏輯功能的電路，稱為與門。⑵VA=3V，VB=0V，由于DB導通，VF=0V，因而DA截止VF=0V

稱為箝位。2.1.2二極管與門實現與邏輯功能的電路，稱為與門。⑶VA=0V，VB=3V，由于DA導通VF=0VDB截止VF=0V2.1.2二極管與門實現與邏輯功能的電路，稱為與門。⑷VA=VB=0V，VF=0V，此時DA、DB均導通。VF=0V2.1.2二極管與門實現與邏輯功能的電路，稱為與門。結論：(1)VA=VB=0V，VF=0V(2)VA=0V,VB=3V，VF=0V(3)VA=3V,VB=0V，VF=0V(4)VA=VB=3VVF=3V2.1.2二極管與門實現與邏輯功能的電路，稱為與門。000300033033輸出VF(V)輸入VF(V)

VF(V)

電位關系2.1.2二極管與門實現與邏輯功能的電路，稱為與門。000100011011

F

A

B

電位關系F=AB2.1.2二極管與門實現與邏輯功能的電路，稱為與門。

2.1.3二極管或門實現邏輯或功能的電路，稱為或門。

⑴VA=VB=3V，由于R接到電源-VEE（-12V）上，故DA、DB均導通。VF因此為VA-VD=3V。2.1基本邏輯門電路⒉或門實現邏輯或功能的電路，稱為或門。

⑵VA=0V，VB=3V，此時DB導通，將VF鉗位在3V，DA加反向電壓截止。因此VF=VB-VD=3V。2.1基本邏輯門電路⒉或門實現邏輯或功能的電路，稱為或門。

⑶VA=3V，VB=0V，此時DA導通，DB截止，VF=VA-VD=3V。2.1基本邏輯門電路⒉或門實現邏輯或功能的電路，稱為或門。

⑷VA=VB=0V，DA、DB均導通，VF=0-VD=0V。

2.1基本邏輯門電路⒉或門實現邏輯或功能的電路，稱為或門。

結論(1)VA=VB=0V:VF=0V(2)VA=0V,VB=3V:VF=3V(3)VA=3V,VB=0V:VF=3V(4)VA=VB=3V:VF=3V2.1基本邏輯門電路⒉或門實現邏輯或功能的電路，稱為或門。

033300033033輸出VF(V)輸入

VA(V)

VB(V)

電位關系2.1基本邏輯門電路⒉或門實現邏輯或功能的電路，稱為或門。

011100011011F

A

B

電位關系2.1基本邏輯門電路⒉或門實現邏輯或功能的電路，稱為或門。

2.1.4三極管的開關特性在數字電路中，三極管經常工作在截止狀態（相當于開關斷開）和飽和狀態（相當于開關閉合），并且經常在這兩個狀態之間進行快速轉換。把這種工作情況稱為三極管工作在開關狀態。2.1.4三極管的開關特性1.截止、飽和條件三極管的截止條件:VBE<0V(或VBE<0.5V)三極管的飽和條件:IB>IBS2.1.4三極管的開關特性2.三極管的開關時間三極管由截止到飽和導通所需的時間稱為開啟時間，用ton表示，ton=td+tr。ton是三極管發射結由寬變窄，以及基區建立電荷所需要的時間。三極管由飽和導通到截止所需的時間稱為關閉時間，用toff表示，toff=ts+tf。toff主要是清除三極管內存電荷的時間。2.1.5三極管非門電路實現非邏輯關系的電路稱為非門電路，簡稱非門。AF0110當輸入A為高電平時，三極管飽和導通，輸出F為低電平；當輸入A為低電平時，三極管截止，輸出F為高電平。AF1(c)2.2TTL集成邏輯門電路2.2.1TTL與非門的基本結構和工作原理⑴TTL與非門的典型電路TTL與非門的典型電路如圖所示，它分成輸入級、中間級和輸出級三個部分。輸入級中間級輸出級⑴TTL與非門的典型電路輸入級由多發射極晶體管T1和電阻R1組成，通過T1的各個發射極實現與邏輯功能。多發射極晶體管T1的等效電路⑴TTL與非門的典型電路中間級由T2、R2、R3組成。其主要作用是從T2管的集電極c2和發射極e2同時輸出不同的信號，分別驅動T3和T5管，來保證T4和T5管有一個導通時，另一個就截止。（T2基極分別為高低電平？）⑴TTL與非門的典型電路輸出級由R4、R5、T3、T4、T5組成T5是反相器，T3、T4組成復合管構成一個射隨器，作為T5管的有源負載，并與T5組成推拉式電路使輸出無論是高電平或是低電平，輸出電阻都很小，提高了帶負載能力。⑵工作原理則VB1=VIL+VBE1=0.3+0.7=1VVB2=VC1=VCES1+VIL=0.1+0.3=0.4V0.3V3.6V3.6VDA導通！設A=0B=1C=1(VIL=0.3V)，1V0.4V所以：T2

、T5

截止T3、T4導通VF

5－VBE3－VBE4=5－0.7－0.7=3.6V拉電流F=1VF=0.3V，F=0⑵工作原理設A=B=C=1，即VA=VB=VC=VIH=3.6V，3.6V3.6V3.6V2.1VT1管的基極電位升高，使T1管的集電結、T2和T5的發射結正向偏置而導通，T1管的基極電位VB1被箝位在2.1V。1.4V故T1管處于倒置工作狀態：發射結反向偏置、集電結正向偏置。T2、T5

飽和導通T3導通，T4截止VF=0.3V灌電流1.0V結論：電路只要輸入有一個為低電平時，輸出就為高電平；只有輸入全為高電平時，輸出才為低電平。該門為與非門。即1.輸入有0時，輸出為12.輸入沒有0（全為1）時，輸出為0F=ABC11111110000001010011100101110111FABC真值表2.2.2TTL與非門的電壓傳輸特性及抗干擾能力⑴電壓傳輸特性

電壓傳輸特性是描述輸出電壓vo與輸入電壓vI之間對應關系的曲線，如圖所示。電壓傳輸特性3.632100.511.522.533.5ABCDEvO(V)vI(V)⑴TTL與非門的電壓傳輸特性AB段（截止區）：vI＜0.6V，輸出電壓vO不隨輸入電壓vI變化，保持在高電平VH。VC1＜0.7V，T2和T5管截止，T3、T4管導通，輸出為高電平，VOH=3.6V。由于這段T2和T5管截止，故稱截止區。電壓傳輸特性3.632100.511.522.533.5ABCDEvO(V)vI(V)⑴TTL與非門的電壓傳輸特性BC段(線性區)：0.6V＜vI＜1.3V，0.7V＜VC1＜1.4V。這時T2管開始導通并處于放大狀態，T2管的集電極電壓VC2和輸出電壓vO隨輸入電壓vI的增大而線性降低，故該段稱為線性區。由于T5管的基極電位還低于0.7V，故T5管仍截止。T3、T4管還是處于導通狀態。3.632100.511.522.533.5ABCDEvO(V)vI(V)⑴TTL與非門的電壓傳輸特性CD段(過渡區)：1.3V＜vI＜1.4V，T5管開始導通，T2、T3、T4管也都處于導通狀態，T4、T5管有一小段時間同時導通，故有很大電流流過R4電阻，T2管提供T5管很大的基極電流;T2、T5管趨于飽和導通，T4管趨于截止，輸出電壓vO急劇下降到低電平vO=0.3V。由于vI的微小變化而引起輸出電壓vO的急劇下降，故此段稱為過渡區或轉折區。3.632100.511.522.533.5ABCDEvO(V)vI(V)⑴TTL與非門的電壓傳輸特性CD段(過渡區)：CD段中點對應的輸入電壓，既是T5管截止和導通的分界線，又是輸出高、低電平的分界線，故此電壓稱閾值電壓VT（門檻電壓），VT=1.4V。VT是決定與非門狀態的重要參數。當vI＜VT時，與非門截止，輸出高電平。當vI＞VT時，與非門飽和導通，輸出低電平。VT3.632100.511.522.533.5ABCDEvO(V)vI(V)⑴TTL與非門的電壓傳輸特性DE段（飽和區）：vI＞1.4V以后，T1管處于倒置工作狀態，VB1被箝位在2.1V，T2、T5管進入飽和導通狀態，T3管微導通，T4管截止。由于T2、T5管飽和導通，故稱該段為飽和區。3.632100.511.522.533.5ABCDEvO(V)vI(V)⑵抗干擾能力(輸入噪聲容限)關門電平VOFF：輸出為標準高電平VSH時所允許的最大輸入低電平值。通常VOFF=0.8V。開門電平VON：輸出為標準低電平VSL時所允許的最小輸入高電平值。通常VON=1.8V。VNL抗干擾能力（輸入噪聲容限）：不破壞與非門輸出邏輯狀態所允許的最大干擾電壓。VNHVOFFVON輸入低電平的抗干擾能力輸入高電平的抗干擾能力⑵抗干擾能力(輸入噪聲容限)⑵抗干擾能力(輸入噪聲容限)⑵抗干擾能力(輸入噪聲容限)VNL=VOFF-VOLmaxVNH=VOHmin-VON⒊TTL與非門的輸入特性、輸出特性和帶負載能力了解輸入輸出特性，可正確處理TTL與非門之間和其它電路之間的連接問題。只要輸入端、輸出端的電路結構形式和參數與TTL與非門相同，輸入、輸出特性對其它TTL電路也適用。⑴TTL與非門的輸入特性輸入特性是描述輸入電流與輸入電壓之間的關系曲線，如圖所示。規定輸入電流流入輸入端為正，而從輸入端流出為負。⑴TTL與非門的輸入特性當vI小于0.6V時T2是截止的，T1基極電流均經其發射極流出，這時電流大小可以近似計算為iI=-(VCC-VBE1-vI)/R1⑴TTL與非門的輸入特性其中當vI=0時，相當于輸入端接地，故將此時的輸入電流稱為輸入短路電流IIS，IIS=(VCC-VBE1)/R1=(5-0.7)/3≈1.4mA。輸入短路電流IIS=1.4mA⑴TTL與非門的輸入特性當vI等于0.6V時T2管開始導通，T2管導通以后IB1一部分就要流入T2管的基極，iI的絕對值隨之略有減小。0.6V⑴TTL與非門的輸入特性當vI增加到1.3V以后，T5管開始導通，VB1被箝位在2.1V左右；此后，iI的絕對值隨vI的增大而迅速減小。

⑴TTL與非門的輸入特性當vI大于1.4V以后，T1就進入倒置工作狀態，iI的方向由負變為正，就是說iI由e1端流入輸入端，此時的輸入電流稱為輸入漏電流IIH，其值約為10μA。IIH⑵TTL與非門的輸入端負載特性在實際應用中，有時與非門的輸入端需要經外接電阻RI接地。此時就有電流II流過RI，并在其上產生電壓降vI。⑵TTL與非門的輸入端負載特性當輸入端所接電阻RI=0時，即輸入端接地時，輸出為高電平；而RI=∞時，輸入電流沒有通路，與輸入端加高電平等效，此時輸出為低電平。⑵TTL與非門的輸入端負載特性即RI比較小時，與非門截止，輸出高電平；RI較大時，與非門飽和，輸出為低電平；RI不大不小時，與非門工作在線性區或轉折區。TTL門輸入端所接電阻的大小會影響輸出狀態。⑵TTL與非門的輸入端負載特性發射結導通時vI和RI之間的關系曲線叫做輸入端負載特性。⑵TTL與非門的輸入端負載特性在RI＜＜R1條件下，vI幾乎和RI成正比，vI隨RI增加而增加。如圖所示。RI

↑，vI↑=1.4V，T5管導通，VB1被箝位在2.1V。RI↑，vI=1.4V。則公式不再適用。

⑵TTL與非門的輸入端負載特性關門電阻ROFF：保證TTL與非門輸出為標準高電平時(VI=0)，所允許的RI最大值。一般ROFF=0.8kΩ。RI＜ROFF時，與非門輸出高電平；

RI＞RON時，與非門輸出低電平。

開門電阻RON：保證TTL與非門輸出為標準低電平時(VI=1)，所允許的RI最小值。一般RON=2kΩ。輸入負載特性是TTL與非門特有的，不能用于CMOS門。⑵TTL與非門的輸入端負載特性TTL門的四種系列的ROFF和RON的值也不全一樣。T1000、T2000、T3000系列相差不多，輸入電阻1kΩ左右。但是T4000系列差別很大，輸入電阻增加到8kΩ左右，與非門才從輸出高電平變成低電平。⑵TTL與非門的輸入端負載特性與非門多余端的處理：輸入信號數目少于與非門輸入端個數，出現多余端。與非門輸入端懸空相當于接高電平(實際使用時，不采用懸空的方法，防止干擾信號引入)。在實際使用時，多余端不采用懸空的方法，以防干擾信號從懸空的輸入端引入。通常把多余輸入端接電源的正端或固定高電平，或者并聯使用。全懸空相當于輸入接高電平“1”。防干擾，將空腳通過電阻接電源將空腳和其它輸入腳接在一起&FR&FABVCC&FAB多余輸入端的處理☆根據已知電路寫出邏輯表達式。RI≤ROffRI≥RonRI≤ROffRI≥Ron或非門輸入端有一個“1”，或非門封鎖。與非門輸入端有一個“0”，與非門封鎖。或非門輸入端有一個“0”，或非門開放。與非門輸入端有一個“1”，與非門開放。&100ΩABF&10KΩABF≥1560ΩABF≥15KΩABF⑵TTL與非門的輸入端負載特性輸入負載特性是TTL與非門特有的，不能用于ECL和CMOS門。⑶TTL與非門的輸出特性TTL與非門實際工作時，輸出端總要接負載，產生負載電流，此電流也會影響輸出電壓的大小。輸出電壓與負載電流之間的關系曲線，稱為輸出特性。輸出電壓有高電平、低電平兩種狀態，所以有兩種輸出特性。⑶TTL與非門的輸出特性當與非門輸入全為高電平時，輸出為低電平。T5管飽和導通，T4管截止。這時輸出級等效電路如圖(a)所示，即為一個三極管，其基極電流很大，負載電流方向是流入三極管T5的集電極，故稱為灌電流負載。①輸出為低電平時的輸出特性

⑶TTL與非門的輸出特性①輸出為低電平時的輸出特性

其輸出特性是一個三極管在基極電流為某一值時共射極接法的輸出特性曲線如圖(b)所示。⑶TTL與非門的輸出特性①輸出為低電平時的輸出特性

T5飽和，其導通電阻rce很小（十幾歐姆），所以iL增加時vO僅稍有增加，輸出低電平VOL。⑶TTL與非門的輸出特性①輸出為低電平時的輸出特性

當iL增加到大于某值后，T5管退出飽和進入放大，vO迅速上升，破壞了輸出為低電平的邏輯關系，因此對灌電流值要有限制。

⑶TTL與非門的輸出特性②輸出為高電平時的輸出特性

當與非門輸入端其中有一端為低電平時，輸出為高電平。T1管處于飽和狀態，T2、T5管截止，T3、T4管導通。這時輸出級等效電路如圖(a)所示，負載電流方向是由輸出端流向負載，故稱為拉電流負載。⑶TTL與非門的輸出特性②輸出為高電平時的輸出特性

在iL較小時，T3、T4組成的復合管有一定的放大作用，輸出電阻很小，TTL與非門的輸出電壓vO

隨iL變化不大，故輸出高電平VOH。輸出特性曲線如圖(b)所示。⑶TTL與非門的輸出特性②輸出為高電平時的輸出特性

當iL增加到大于某值后，R4上壓降增大，VC3下降，使T3進入深飽和，復合管跟隨器處于飽和狀態。⑶TTL與非門的輸出特性②輸出為高電平時的輸出特性

輸出電壓vO隨負載電流的增加而迅速下降，vO≈VCC-VCES3-VBE4-iLR4。

為了保證vO為標準高電平。對拉灌電流值要有限制。

⑷帶負載能力TTL與非門的輸出端接上負載后，負載有拉電流負載和灌電流負載。圖(a)、(b)分別表示拉電流負載和灌電流負載。拉電流負載增加會使與非門的輸出高電平下降；灌電流負載增加會使與非門的輸出低電平上升。⑷帶負載能力電路輸出高、低電平時有輸出電阻，所以輸出的高、低電平隨負載電流改變，變化小，說明門的帶負載能力強。用輸出電平變化不超過某一規定值（高電平不低于高電平下限值VOHmin，低電平不高于低電平的上限值VOLmax）時的最大負載電流，來定量描述門電路的帶負載能力大小。⑷帶負載能力負載電流大，帶負載能力強；反之，帶負載能力弱。一個門的輸出電平有高電平、低電平之分，因此，說這個門的帶負載能力，必須綜合考慮輸出高電平時的帶負載能力和輸出低電平時的帶負載能力。⑷帶負載能力扇出系數：門電路驅動同類門的最大數目。輸出高電平時的扇出系數輸出低電平時的扇出系數一個門的扇出系數只能是一個。若NOH和NOL不一樣大時，應取NOH和NOL中小的一個。例：試計算基本的TTL與非門7410帶同類門時的扇出數。解：1）從TTL數據手冊可查到7410的參數如下： IOL＝16mA，IIL＝-1.6mA

IOH＝16mA，IIH＝-1.6mA數據前的負號表示電流的流向，對于灌電流取負號，計算時只取絕對值。

2）根據式（2.4.14）可計算低電平輸出時的扇出數為103）根據式（2.4.I5）可計算高電平輸出時的扇出數為10可見這時NOL＝NOH。如前所述，若NOL<>NOH。則取較小的作為電路的扇出數。

2.2.4TTL與非門的動態特性⑴平均傳輸延遲時間二極管、三極管存在開關時間，由二極管和三極管構成的TTL電路的狀態轉換需要一定的時間，即輸出不能立即響應輸入信號的變化，而有一定的延遲。如圖所示。由于電阻、二極管、三極管等元器件寄生電容的存在，還會使輸出電壓波形的上升沿和下降沿變得不那么陡。傳輸延遲時間小，表明門的工作速度可以高，反之，門的工作速度必須降低。2.2.4TTL與非門的動態特性⑴平均傳輸延遲時間導通傳輸延遲時間

截止傳輸延遲時間

平均傳輸延遲時間

2.2.5TTL與非門的主要性能參數要正確使用門電路，除掌握其邏輯功能和特點之外，還必須了解它的性能參數，否則即使邏輯上是正確的，也不能工作。例如：TTL與非門的主要性能參數

推薦工作條件參數/單位SN5400SN7400最小值典型值最大值最小值典型值最大值VCC電源電壓/V4.555.54.7555.25VIH高電平輸入電壓/V22VIL低電平輸入電壓/V0.80.8IOH高電平輸出電流/mA?0.4?0.4IOL低電平輸出電流/mA1616TA工作溫度/°C?55125070Cmos對比推薦允許環境溫度范圍內電特性參數/單位測試條件SN5400SN7400最小值典型值最大值最小值典型值最大值VIK/VVCC=4.5V,II=?12mA?1.5?1.5VOH/VVCC=4.5V,VIL=0.8V,IOH=?0.4mA2.43.42.43.4VOL/VVCC=4.5V,VIH=2V,IOL=16mA0.20.40.20.4II/mAVCC=5.5V,VI=5.5V11IIH/μAVCC=5.5V,VI=2.4V4040IIL/mAVCC=5.5V,VI=0.4V?1.6?1.6IOS/mAVCC=5.5V,?20?55?18?55開關特性(VCC=5V,TA=25°C)參數/單位輸入輸出測試條件最小值典型值最大值tPLH/nsA或BYRL=400?CL=15pF915tPHL/ns10152.2.6其他類型的TTL門電路

TTL門電路除了與非門外，還有其它邏輯功能的門電路，如與門、或門、或非門、與或非門、異或門、同或門、集電極開路門和三態門等，還有與擴展器、或擴展器和與或擴展器等。主要介紹集電極開路門和三態門。⒈集電極開路門(OC門)線與：把幾個邏輯門的輸出端直接連在一起實現邏輯與。TTL與非門直接線與出現的問題：F1=1，F2=0就會在電源和地之間形成一個低阻通路，破壞了邏輯關系，而且還會把截止門中的導通管T4燒壞。

⒈集電極開路門(OC門)⑴集電極開路門(OC門)①電路結構：把TTL與非門電路的推拉輸出級改為三極管集電極開路輸出,稱為集電極開路(OpenCollector)門電路。RL上拉電阻⒈集電極開路門(OC門)⑴結構和工作原理邏輯符號如圖(b)所示。

邏輯功能：幾個OC門的輸出端直接并聯后可共用一個集電極負載電阻RL和電源VCC。只要恰當地選擇電源電壓和負載電阻，就可以保證輸出電平的高、低要求，而又有效地防止輸出管電流過大。

⒈集電極開路門(OC門)(2)集電極負載電阻RL的選擇利用OC門可以實現線與功能。當有m個OC門直接并聯，并帶有n個與非門作負載時，只要公共外接負載電阻RL選擇適當，就可以保證輸出高電平不低于規定的VOHmin值；又可以保證輸出低電平不高于規定的VOLmax。而且也不會在電源和地之間形成低阻通路。⒈集電極開路門(OC門)②集電極負載電阻RL的選擇若m個OC與非門的輸出都為高電平直接并聯，則線與結果為高電平，如圖2-17所示。為保證并聯輸出高電平不低于規定的VOHmin值，則要求RL取值不能太大，才能保證VCC-IRLRL≥VOHmin。OC門個數TTL與非門輸入端的個數OC門輸出管截止時的漏電流負載門每個輸入端為高電平時的輸入漏電流IRL=mIOH+pIIHVCC-(mIOH+pIIH)RL≥VOHmin

RL最大值RLmax為：VCC-IRLRL≥VOHmin⒈集電極開路門(OC門)當OC門線與輸出為低電平時，從最不利情況考慮，設只有一個OC門處于導通狀態，而其它的OC門均截止，如圖2-18所示。RL不能太小，應保證在所有的負載電流全部流入唯一導通的OC門時，線與輸出低電平仍能低于規定的VOLmax值，即VCC-IRLRL≤VOLmax。OC門導通時的最大負載電流TTL與非門輸入短路電流注：無論一個門有幾個輸入端接在VOL上，IIS都是同樣大。IRL=IOL-nIIS

VCC-IRLRL≤VOLmaxVCC-(IOL-nIIS)RL≤VOLmaxRL最小值RLmin為：RLmin＜RL＜RLmax

⒈集電極開路門(OC門)⑵OC門的應用：①實現與或非邏輯(線與)將幾個OC門的輸出直接并聯在一起，然后通過一個公共上拉電阻RL接到電源VCC上，如圖2-19所示。，，……，

實現了與或非的功能⒈集電極開路門(OC門)⑵OC門的應用：②實現電平轉移

在數字系統的接口（與外部設備相聯系的電路）需要有電平轉換的時候，常用OC門實現，如圖2-20所示電路。，，……，

⒈集電極開路門(OC門)⑵OC門的應用：③用作驅動器

用OC門驅動指示燈、繼電器和脈沖變壓器等。當用于驅動指示燈時，上拉電阻由指示燈代替，指示燈的一端于OC門的輸出相連，另一端接上電源。如果電流過大，可串入一個適當的限流電阻。，，……，

⒈集電極開路門(OC門)③用作驅動器

例試用74LS系列邏輯門，驅動一只VD=1.5V，ID=6mA的發光二極管。解：與非門74LS00的IOL為4mA，不能驅動ID=6mA的發光二極管。集電極開路與非門74LS01的IOL為6mA，故可選用74LS01來驅動發光二極管，其電路如圖所示。，，……，

限流電阻⒉三態輸出門三態邏輯（ThreeStateLogic）輸出門，簡稱TSL門。它是在一般門電路的基礎上增加控制電路和控制端構成的。三態輸出是指三態門處于工作狀態的高電平、低電平和非工作狀態的高阻態（禁止態、開路態）。⒉三態輸出門（TSL門）三態與非門的邏輯符號如圖

所示。當控制端E有效時，電路為與非門工作狀態，E無效時輸出高阻⒉三態輸出門（TSL門）⑵三態門的用途：①在總線傳輸中的應用利用三態門向同一個總線MN上輪流傳輸信號不會互相干擾。工作條件是：在任何時間里只能有一個三態門處于工作狀態，其余的門處于高阻態。⒉三態輸出門（TSL門）⑵三態門的用途：②實現數據雙向傳輸EN=0，G1高阻，N經G2向M送數據。EN=1，G2高阻，M經G1向N送數據。2.2.7TTL集成邏輯門電路系列簡介1964年美國TI公司生產了第一個TTL集成電路系列即54/74系列，簡稱74系列。54系列與74系列的區別主要是54系列器件可以在較高溫度范圍和電源電壓下工作。有許多半導體制造廠都在生產TTL集成電路，它們都用相同的編號體系，但每個廠家用的前最不同，例如TI公司用前綴SN，美國國家半導體公司用DM等，因此，由于制造廠家不同，四或非門芯片有SN7402、DM7402等。可以通過網絡尋找特定TTL集成電路的數據手冊，查閱它的參數表。2.2.7TTL集成邏輯門電路系列簡介繼54/74系列之后相繼生產了74H、74L、74S、74LS、74AS、74ALS、74F等改進系列。74H（High-speedTTL）系列通過減小電路中各個電阻的阻值縮短了傳輸延遲時間，但同時也增加了功耗。74L(Low-powerTTL)系列則通過加大電路中各個電阻的阻值降低了功耗，但同時又增加了傳輸延遲時間。2.2.7TTL集成邏輯門電路系列簡介74S(SchottkyTTL)系列又稱肖特基系列，74S系列通過禁止三極管進入深度飽和減少了存儲時間延遲。抗飽和三極管(又稱肖特基鉗位三極管，Schottky–clampedTransistor)是由普通的雙極型三極管和肖特基勢壘二極管（又稱SchottkyBarrierDiode，簡稱SBD）組合而成。各種系列TTL電路（74XX00）特性參數比較特性參數7474S74LS74AS74ALS74F傳輸延遲(ns)939.51.743功耗(mW)1020281.26延遲功耗積90601913.64.818最大時鐘頻率(MHz)351254520070100扇出系數102020402033輸出高電平最小值VOH(min)2.42.72.72.52.52.5輸出低電平最大值VOL(max)0.40.50.50.50.50.5輸入高電平最小值VIH(min)2.02.02.02.02.02.0輸入低電平最大值VIl(max)0.80.80.80.80.80.8CMOS對比常用TTL門型號：與非門：7400,7410,7420,7430,74133,74134,7403(OC)反向器：7404,7405-07(OC)或非門：7402,7427,7433(OC)與門：7408,7411,7421,7409(OC)或門：7432與或非門：7451,7454異或門：7486同或門：74266(OC)2.3CMOS門電路單極型MOS(MetalOxideSemiconductor)集成電路分PMOS、NMOS和CMOS三種。NMOS電氣性能較好，工藝較簡單，適合制作高性能的存儲器、微處理器等大規模集成電路。而由NMOS和PMOS構成的互補型CMOS電路以其性能好、功耗低等顯著特點，得到愈來愈廣泛的應用。主要介紹CMOS門電路。⒉CMOS門電路CMOS:CMOS反相器CMOS與非門CMOS或非門CMOS三態門CMOS傳輸門CMOS集成電路的各種系列低電壓CMOS系列⑴CMOS反相器CMOS反相器是構成CMOS集成電路的基本單元。CMOS電路的結構特點是：一個N溝道管和一個P溝道管配對使用，即N、P互補（Complementary）。如圖2-32為CMOS反相器電路，是由互補的增強型NMOS管T1和PMOS管T2串聯組成的。⑴CMOS反相器電源電壓條件：CMOS反相器要求電源電壓大于兩個管子開啟電壓的絕對值之和，即VDD＞|VT1|+|VT2|。⑴CMOS反相器工作原理：vI輸入低電平時：vI=VIL<VT1，T1管截止。VG2較低，使|VGS|>|VT2|，因此T2充分導通。反相器輸出高電平VOH≈VDD。⑴CMOS反相器工作原理：vI=VIH>VT1，T1管導通。VG2較高，使|VGS|<|VT2|，因此T2管截止。反相器輸出低電平且很低，VOL≈0V。特點（1）⒈CMOS反相器的靜態功耗非常小(TTL靜態功耗單位mW)。①靜態：總是一管導通和一管截止，漏電流很小(nA)，靜態功耗非常小(μW)。②動態：轉換時電流大(若工作頻率高，功耗mW左右）特點（2）⒉CMOS反相器輸出電壓的上升時間和下降時間都比較小，電路的工作速度大為提高。原因：由于CMOS反相器的工作管和負載管不同時導通，因此其輸出電壓不取決于兩管的導通電阻之比。這樣，通常可使PMOS負載管和NMOS工作管的導通電阻都較小。所以，CMOS反相器輸出電壓的上升時間和下降時間都比較小，電路的工作速度大為提高。⑵CMOS與非門工作原理：圖2-33所示電路為兩個輸入端的CMOS與非門。當輸入A、B都為高電平時，串聯的NMOS管T1、T2管都導通，并聯的PMOS管T3、T4都截止，因此輸出為低電平；工作管負載管⑵CMOS與非門工作原理：圖2-33所示電路為兩個輸入端的CMOS與非門。當輸入A、B中有一個為低電平時，兩個串聯的NMOS管中必有一個截止，于是電路輸出為高電平。⑶CMOS或非門圖2-34所示電路為兩個輸入端的CMOS或非門。當輸入A、B至少有一個高電平時，并聯的NMOS管T1和T2中至少有一個導通，串聯的PMOS管T3、T4至少有一個截止，因此輸出為低電平；⑶CMOS或非門圖2-34所示電路為兩個輸入端的CMOS或非門。當輸入A、B都為低電平時，并聯NMOS管T1和T2都截止，串聯PMOS管T3和T4都導通，于是電路輸出為高電平。電路的輸入和輸出之間是或非邏輯關系。⑷CMOS三態門圖2-35所示為三態輸出門電路。輸出端控制端輸入端當控制端E為高電平時，NMOS管T1和PMOS管T4均截止，電路輸出端F呈現高阻態；⑷CMOS三態門圖2-35所示為三態輸出門電路。當控制端E為低電平時，T1和T4管同時導通，T2和T3管構成的CMOS反相器正常工作。⑷CMOS三態門如圖所示為在反相器基礎上增加控制管和或非門或與非門構成的三態輸出門電路。⑸CMOS傳輸門CMOS傳輸門是邏輯電路的一種基本單元電路，其功能是一種傳輸信號可控開關電路。CMOS傳輸門電路如圖2-36所示。CMOS傳輸門的導通和截止取決于控制端所加的電平。C=1，=0時，傳輸門導通；C=0，=1時，傳輸門截止。模擬開關利用CMOS傳輸門和非門可構成模擬開關，如圖2-37所示。當C=1時，模擬開關導通，vO=vI；當C=0時，模擬開關截止，輸入和輸出之間斷開。

例：試分析圖2-38所示電路的邏輯功能。解：由模擬開關的功能知：當A=1時，開關接通。傳輸門導通時，其導通電阻小于1kΩ，1kΩ與200kΩ電阻分壓，輸出電平近似為0V。A=0時，開關斷開，呈高阻態。109Ω以上的電阻與200kΩ電阻分壓，輸出電平近似為VDD。故電路實現了非邏輯功能。2.3.6CMOS集成電路的各種系列在小規模和中規模集成電路中，CMOS系列集成電路性能越來越好，并逐漸取代TTL集成電路。CMOS集成電路不但能提供所有TTL中用到的邏輯功能，而且還提供TTL不具備的一些特殊邏輯功能。各種CMOS系列在不斷發展，并且在不斷改善器件性能。2.3.6CMOS集成電路的各種系列最早投放到市場的CMOS集成電路是4000系列，4000系列中的器件有非常低的功耗，并有較寬的工作電壓范圍(3~15V)，但傳輸延遲時間很長，帶負載能力較弱。不具有與TTL系列的管腳兼容性（當兩種IC管腳結構相同時，則這兩個IC管腳兼容）和電氣兼容性（當兩種IC能相互連接而不需要采取任何特殊措施來保證正常工作時，這兩種IC是電氣兼容的）。2.3.6CMOS集成電路的各種系列74C系列與相同編號的TTL器件是管腳兼容和邏輯功能等效的。例如，7430和74C30都是8輸入與非門，且管腳排列完全相同。74C系列的性能與4000系列的性能基本上相同。74HC/HCT(High-speedCMOS/High-speedCMOS,TTLcompatible)系列是高速CMOS，與74LS器件相比，它的開關速度提高了10倍，比74C系列具有更高的輸出電流。74HC/HCT與相同編號的TTL器件是管腳兼容和邏輯功能等效的，74HCT器件與TTL器件具有電氣兼容性，但74HC器件沒有。

2.3.6CMOS集成電路的各種系列74AC/ACT(AdvancedCMOSLogic,亦稱ACL)系列是先進CMOS邏輯系列,它與各種TTL系列是邏輯功能等效的。由于74AC和74ACT芯片管腳布局的選擇是為了改善抗噪性能，使器件的輸入對芯片其他管腳上信號變化不敏感。因此74AC器件與TTL不具有電氣兼容性，74ACT能直接與TTL相連接。該系列器件的編號采用5位數字編號，開頭是11，例如：74AC11004與74HC04邏輯功能等效，74ACT11293與74HC293邏輯功能等效。2.3.6CMOS集成電路的各種系列74AHC/AHCT系列是改進的高速CMOS系列，它的器件速度比HC系列的快3倍，同時帶負載能力也提高了近一倍，可以直接用來替換HC系列器件。因此，74AHC/AHCT系列是目前比較受歡迎的、應用最廣的CMOS器件。

2.3.6CMOS集成電路的各種系列BiCMOS邏輯電路是具有雙極型和CMOS邏輯優點的邏輯系列，把CMOS的低功耗性能和雙極型電路的快速性能結合起來產生一種功耗更低、速度更快的邏輯系列。BiCMOS集成電路還沒有SSI和MSI集成電路，只局限在微處理器和總線接口功能應用，如鎖存器、緩沖器、驅動器和收發器。74BCT(BiCMOS總線接口技術)系列功耗比74F系列減少了75%，同時又保持相同的速度和驅動性能。CMOS系列電路的輸入輸出電壓電平特性參數4000B74HC74HCT74AC74ACT74AHC74AHCT輸入高電平最小值VIH(min)3.53.52.03.52.03.852.0輸入低電平最大值VIl(max)1.51.00.81.50.81.650.8輸出高電平最小值VOH(min)4.954.94.94.94.94.43.15輸出低電平最大值VOL(max)0.050.10.10.10.10.440.1TTL對比2.3.7低電壓CMOS系列集成電路制造廠家一直尋找把芯片上半導體器件在一起的方法，即增加芯片的密度。這種高密度芯片的優點是：允許更多的電路集成在芯片上，由于電路靠近在一起信號從一個電路傳輸到另一個電路的時間會減少。高密度芯片的缺點是：當電路靠近在一起時，用來隔離各電路之間的絕緣材料很窄，這樣就會減小電介質破損前器件所承受的電壓；增加芯片密度將會增加整個芯片的功耗，使芯片的溫度上升超過可靠工作所允許的最大值。讓芯片工作在較低電壓就能克服上