第3章 集成逻辑门.ppt

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1、第3章 集成逻辑门,3.1 晶体管的开关特性,3.2 TTL集成门电路,3.3 MOS逻辑门,3.4 CMOS集成门电路,退出,3.1 半导体器件的开关特性,分立元件门电路,1、二极管与门,Y=AB,2、二极管或门,Y=A+B,3、三极管非门,uA0V时，三极管截止，iB0，iC0，输出电压uYVCC5V,uA5V时，三极管导通。,三极管工作在饱和状态。输出电压uYUCES0.3V。,当uA0V时，由于uGSuA0V，小于开启电压UT，所以MOS管截止。输出电压为uYVDD10V。,当uA10V时，由于uGSuA10V，大于开启电压UT，所以MOS管导通，且工作在可变电阻区，导通电阻很小，只有

2、几百欧姆。输出电压为uY0V。,3.2 TTL集成逻辑门,3.2.1 TTL与非门,3.2.2 TTL与非门的特性与参数,3.2.3 TTL非门、或非门等,3.2.4 OC门及TSL门,3.2.5 TTL系列门及主要参数,退出,3.2 TTL集成逻辑门,3.2.1 TTL与非门,功能表,真值表,逻辑表达式,输入有低，输出为高；输入全高，输出为低。,74LS00内含4个2输入与非门，74LS20内含2个4输入与非门。,3.2.2 TTL与非门的特性与参数,1.电压传输特性,电压传输特性是指输出电压跟随输入电压变化的关系曲线，即UO=f(uI)函数关系，它可以用图3-3所示的曲线表示。由图可见，曲

3、线大致分为四段：AB段(截止区)：当UI0.6V时，T1工作在深饱和状态，故T2、T5截止，T3、T4均导通，输出高电平UOH=3.6V。,图 3-3 TTL与非门的电压传输特性,BC段(线性区)：当0.6VUI1.3V时，输出电压Uo随输入电压UI 的增大而线性降低。CD段(过渡区)：1.3VUI1.4V，输出电压Uo急剧下降到低电平，UOL=0.3V，由于UI的微小变化，而引起Uo的急剧下降。DE段(饱和区)：当UI1.4V时，T3导通，T4截止，T2、T5饱和，因而输出低电平UOL=0.3V。,从电压传输特性可以得出以下几个重要参数：输出高电平UOH和输出低电平UOL。电压传输特性的截止

4、区的输出电压UOH=3.6V，饱和区的输出电压UOL=0.3V。一般产品规定UOH2.4V、UOL0.4V时即为合格。阈值电压UT。阈值电压也称门槛电压。电压传输特性上转折区中点所对应的输入电压UT1.3或1.4 V，可以将UT看成与非门导通(输出低电平)和截止(输出高电平)的分界线。,开门电平UON和关门电平UOFF。开门电平UON是保证输出电平达到额定低电平(0.3V)时，所允许输入高电平的最低值，即只有当UIUON时，输出才为低电平。通常UON=1.4V，一般产品规定UON1.8V。关门电平UOFF是保证输出电平为额定高电平(2.7V左右)时，允许输入低电平的最大值，即只有当UIUOFF

5、时，输出才是高电平。通常UOFF1V，一般产品要求UOFF0.8V。,3.2.4 OC门及TSL门,问题的提出：,为解决一般TTL与非门不能线与而设计的。,A、B不全为1时，uB1=1V，T2、T3截止，Y=1。,接入外接电阻R后：,A、B全为1时，uB1=2.1V，T2、T3饱和导通，Y=0。,OC门,TSL门,三态逻辑门（Three State Logic），简称TSL门，该门输出不仅有高电平和低电平两种状态，还有第三个状态叫做高阻态。,TSL门的应用：,构成数据总线：让各门的控制端轮流处于低电平，即任何时刻只让一个TSL门处于工作状态，而其余TSL门均处于高阻状态，这样总线就会轮流接受各

6、TSL门的输出。,3.3 MOS逻辑门,3.3.1 MOS晶体管,3.3.2 MOS反相器和门电路,退出,CMOS集成门电路,1、CMOS反相器,（1）uA0V时，TN截止，TP导通。输出电压uYVDD10V。（2）uA10V时，TN导通，TP截止。输出电压uY0V。,2、CMOS与非门、或非门、与门、或门、与或非门和异或门,CMOS与非门,A、B当中有一个或全为低电平时，TN1、TN2中有一个或全部截止，TP1、TP2中有一个或全部导通，输出Y为高电平。,只有当输入A、B全为高电平时，TN1和TN2才会都导通，TP1和TP2才会都截止，输出Y才会为低电平。,CMOS或非门,只要输入A、B当中

7、有一个或全为高电平，TP1、TP2中有一个或全部截止，TN1、TN2中有一个或全部导通，输出Y为低电平。,只有当A、B全为低电平时，TP1和TP2才会都导通，TN1和TN2才会都截止，输出Y才会为高电平。,CMOS 传输门,C0、，即C端为低电平（0V）、端为高电平（VDD）时，TN和TP都不具备开启条件而截止，输入和输出之间相当于开关断开一样。C1、，即C端为高电平（VDD）、端为低电平（0V）时，TN和TP都具备了导通条件，输入和输出之间相当于开关接通一样，uoui。,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

8、）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。,本节小结,