数字电子电路.pptx

《数字电子电路.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电子电路.pptx（72页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 TTL 即 Transistor-Transistor Logic CMOS 即 Complementary Metal-Oxide-Semiconductor 一、门电路的作用和常用类型一、门电路的作用和常用类型 按功能特点不同分 普通门(推拉式输出)CMOS传输门 输出开路门 三态门 门电路(Gate Circuit)指用以实现基本逻辑关系和常用复合逻辑关系的电子电路。是构成数字电路的基本单元之一按逻辑功能不同分 与门 或门 非门 异或门 与非门 或非门 与或非门 按电路结构不同分 TTL 集成门电路 CMOS 集成门电路 输入端和输出端都用三极管的逻辑门电路。用互补对称 MOS 管构成

2、的逻辑门电路。第1页/共72页二、高电平和低电平的含义二、高电平和低电平的含义 高电平和低电平为某规定范围的电位值，而非一固定值。高电平信号是多大的信号？低电平信号又是多大的信号？10高电平低电平01高电平低电平正逻辑体制负逻辑体制由门电路种类等决定 第2页/共72页2.2三极管的开关特性主要要求：主要要求：理解三极管的开关特性。掌握三极管开关工作的条件。第3页/共72页三极管为什么能用作开关？怎样控制它的开和关？当输入 uI 为低电平，使 uBE Uth时，三极管截止。iB 0，iC 0，C、E 间相当于开关断开。三极管关断的条件和等效电路IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNI

3、B(sat)TS负载线临界饱和线 饱和区放大区一、三极管的开关作用及其条件一、三极管的开关作用及其条件 截止区uBE UthBEC三极管截止状态等效电路uI=UILuBE+-Uth为门限电压第4页/共72页IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS临界饱和线 饱和区放大区一、三极管的开关作用及其条件一、三极管的开关作用及其条件 uI 增大使 iB 增大，从而工作点上移，iC 增大，uCE 减小。截止区uBE Uth时，三极管开始导通，iB 0，三极管工作于放大导通状态。第5页/共72页IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS临界饱和线 饱和

4、区放大区一、三极管的开关作用及其条件一、三极管的开关作用及其条件 截止区uBE IB(sat)因为 iB=IHB-0.7 VUR所以求得 RB ton二、三极管的动态开关特性二、三极管的动态开关特性 开关时间主要由于电荷存储效应引起，要提高开关速度，必须降低三极管饱和深度，加速基区存储电荷的消散。第11页/共72页C E B SBD B C E 在普通三极管的基极和集电极之间并接一个肖特基势垒二极管(简称 SBD)。BCSBD抗饱和三极管的开关速度高 没有电荷存储效应 SBD 的导通电压只有 0.4 V 而非 0.7 V，因此 UBC=0.4 V 时，SBD 便导通，使 UBC 钳在 0.4

5、V 上，降低了饱和深度。三、三、抗饱和三极管简介抗饱和三极管简介第12页/共72页2.3TTL 集成逻辑门主要要求：主要要求：了解 TTL 与非门的组成和工作原理。了解 TTL 集成逻辑门的主要参数和使用常识。掌握 TTL 基本门的逻辑功能和主要外特性。了解集电极开路门和三态门的逻辑功能和应用。第13页/共72页ABCV1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3R1R2R4R5RBRCB1C1C2E2YVCC+5V输入级中间倒相级输出级STTL系列与非门电路逻辑符号8.2 k 900 50 3.5 k 500 250 V1V2V3V5V6一、一、TTL 与非门的基本组成与外特性与非门的基本组成与

6、外特性(一)典型 TTL 与非门电路 除V4外，采用了抗饱和三极管，用以提高门电路工作速度。V4不会工作于饱和状态，因此用普通三极管。输入级主要由多发射极管 V1 和基极电阻 R1 组成，用以实现输入变量 A、B、C 的与运算。VD1 VD3 为输入钳位二极管，用以抑制输入端出现的负极性干扰。正常信号输入时，VD1 VD3不工作，当输入的负极性干扰电压大于二极管导通电压时，二极管导通，输入端负电压被钳在-0.7 V上，这不但抑制了输入端的负极性干扰，对 V1 还有保护作用。中间级起倒相放大作用，V2 集电极 C2 和发射极 E2 同时输出两个逻辑电平相反的信号，分别驱动 V3和 V5。RB、R

7、C 和 V6 构成有源泄放电路，用以减小 V5管开关时间，从而提高门电路工作速度。输出级由 V3、V4、R4、R5和V5组成。其中 V3 和 V4 构成复合管，与 V5 构成推拉式输出结构，提高了负载能力。第14页/共72页VD1 VD3 在正常信号输入时不工作，因此下面的分析中不予考虑。RB、RC 和V6 所构成的有源泄放电路的作用是提高开关速度，它们不影响与非门的逻辑功能，因此下面的工作原理分析中也不予考虑。因为抗饱和三极管 V1的集电结导通电压为 0.4 V，而 V2、V5 发射结导通电压为 0.7 V，因此要使 V1 集电结和 V2、V5 发射结导通，必须 uB1 1.8 V。0.3

8、V3.6 V3.6 V 输入端有一个或数个为 低电平时，输出高电平。输入低电平端对应的发射结导通，uB1=0.7 V+0.3 V=1 VV1管其他发射结因反偏而截止。1 V这时 V2、V5 截止。V2 截止使 V1 集电极等效电阻很大，使 IB1 IB1(sat)，V1 深度饱和。V2 截止使 uC2 VCC=5 V，5 V因此，输入有低电平时，输出为高电平。截止截止深度饱和V3 微饱和，V4 放大工作。uY=5V-0.7 V-0.7 V=3.6 V电路输出为高电平。微饱和放大(二)TTL 与非门的工作原理 第15页/共72页综上所述,该电路实现了与非逻辑功能,即3.6 V3.6 V3.6 V

9、因此，V1 发射结反偏而集电极正偏，称处于倒置放大状态。1.8 V这时 V2、V5 饱和。uC2=UCE2(sat)+uBE5 =0.3 V+0.7 V=1 V使 V3 导通，而 V4 截止。1 V uY=UCE5(sat)0.3 V 输出为低电平 因此，输入均为高电平时，输出为低电平。0.3 V V4 截止使 V5 的等效集电极电阻很大，使 IB5 IB5(sat)，因此 V5 深度饱和。倒置放大饱和饱和截止导通TTL 电路输入端悬空时相当于输入高电平。输入均为高电平时，输出低电平 VCC 经 R1 使 V1 集电结和 V2、V5 发射结导通，使uB1=1.8 V。深注意2.TTL与非门的工

10、作原理 第16页/共72页电压传输特性测试电路0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOLSTTL与非门电压传输特性曲线(三)TTL 与非门的外特性及主要参数 1.电压传输特性和噪声容限 输出电压随输入电压变化的特性 uI 较小时工作于AB 段，这时 V2、V5 截止，V3、V4 导通，输出恒为高电平，UOH 3.6V，称与非门工作在截止区或处于关门状态。uI 较大时工作于 BC 段，这时 V2、V5 工作于放大区，uI 的微小增大引起 uO 急剧下降，称与非门工作在转折区。uI 很大时工作于 CD 段，这时 V2、V5 饱和，输出恒为低电平，UOL 0.3

11、V，称与非门工作在饱和区或处于开门状态。电压传输特性测试电路0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOLSTTL与非门电压传输特性曲线饱和区：与非门处于开门状态。截止区：与非门处于关门状态。转折区 第17页/共72页下面介绍与电压传输特性有关的主要参数：有关参数 0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOL电压传输特性曲线标准高电平 USH 当 uO USH 时，则认为输出高电平，通常取 USH=3 V。标准低电平 USL当 uO USL 时，则认为输出低电平，通常取 USL=0.3 V。关门电平 UOFF保证输出不小于标

12、准高电平USH 时,允许的输入低电平的最大值。开门电平 UON保证输出不高于标准低电平USL 时,允许的输入高电平的最小值。阈值电压 UTH转折区中点对应的输入电压，又称门槛电平。USH=3VUSL=0.3VUOFFUONUTH近似分析时认为：uI UTH，则与非门开通，输出低电平UOL；uI UTH，则与非门关闭，输出高电平UOH。第18页/共72页噪声容限越大，抗干扰能力越强。指输入低电平时，允许的最大正向噪声电压。UNL=UOFF UIL 指输入高电平时，允许的最大负向噪声电压。UNH=UIH UON 输入信号上叠加的噪声电压只要不超过允许值，就不会影响电路的正常逻辑功能，这个允许值称为

13、噪声容限。输入高电平噪声容限 UNH输入低电平噪声容限 UNL第19页/共72页输入负载特性测试电路 输入负载特性曲线0uI/VR1/k UOFF1.1FNROFFRON2.输入负载特性 ROFF 称关门电阻。RI RON 时，相应输入端相当于输入高电平。对 STTL 系列，RON 2.1 k。RONROFFUOFF第20页/共72页 例 下图中，已知 ROFF 800 ，RON 3 k，试对应 输入波形定性画出TTL与非门的输出波形。(a)(b)tA0.3 V3.6 VO不同 TTL 系列，RON、ROFF 不同。相应输入端相当于输入低电平，也即相当于输入逻辑 0。逻辑0因此 Ya 输出恒为

14、高电平 UOH。相应输入端相当于输入高电平，也即相当于输入逻辑 1。逻辑1因此，可画出波形如图所示。YbtOYatUOHO解：图(a)中，RI=300 RON 3 k 第21页/共72页3.负载能力 负载电流流入与非门的输出端。负载电流从与非门的输出端流向外负载。负载电流流入驱动门IOL负载电流流出驱动门IOH输入均为高电平 输入有低电平 输出为低电平 输出为高电平 灌电流负载拉电流负载 不管是灌电流负载还是拉电流负载，负载电流都不能超过其最大允许电流，否则将导致电路不能正常工作，甚至烧坏门电路。实用中常用扇出系数 NOL 表示电路负载能力。门电路输出低电平时允许带同类门电路的个数。通常按照负

15、载电流的流向将与非门负载分为 灌电流负载 拉电流负载 第22页/共72页 由于三极管存在开关时间，元、器件及连线存在一定的寄生电容，因此输入矩形脉冲时，输出脉冲将延迟一定时间。输入信号UOm0.5 UOm0.5 UImUIm输出信号4.传输延迟时间 输入电压波形下降沿 0.5 UIm 处到输出电压上升沿 0.5 Uom处间隔的时间称截止延迟时间 tPLH。输入电压波形上升沿 0.5 UIm 处到输出电压下降沿 0.5 Uom处间隔的时间称导通延迟时间 tPHL L。平均传输延迟时间 tpd tPHLtPLHtpd 越小，则门电路开关速度越高，工作频率越高。0.5 UIm0.5 UOm第23页/

16、共72页5.功耗-延迟积 常用功耗 P 和平均传输延迟时间 tpd 的乘积(简称功耗 延迟积)来综合评价门电路的性能，即M=P tpd 性能优越的门电路应具有功耗低、工作速度高的特点，然而这两者矛盾。M 又称品质因素，值越小，说明综合性能越好。第24页/共72页 使用时需外接上拉电阻 RL 即 Open collector gate，简称 OC 门。常用的有集电极开路与非门、三态门、或非门、与或非门和异或门等。它们都是在与非门基础上发展出来的，TTL 与非门的上述特性对这些门电路大多适用。VC 可以等于 VCC也可不等于 VCC 二、其他功能的二、其他功能的 TTL 门电路门电路(一)集电极开

17、路与非门 1.电路、逻辑符号和工作原理 输入都为高电平时，V2 和 V5 饱和导通，输出为低电平 UOL 0.3 V。输入有低电平时，V2和 V5 截止，输出为高电平 UOH VC。因此具有与非功能。工作原理 OC门第25页/共72页 相当于与门作用。因为 Y1、Y2 中有低电平时，Y 为低电平；只有 Y1、Y2 均为高电平时，Y才为高电平，故 Y=Y1 Y2。2.应用 (1)实现线与两个或多个 OC 门的输出端直接相连，相当于将这些输出信号相与，称为线与。Y只有 OC 门才能实现线与。普通 TTL 门输出端不能并联，否则可能损坏器件。注意第26页/共72页(2)驱动显示器和继电器等 例 下图

18、为用 OC 门驱动发光二极管 LED 的显示电路。已知 LED 的正向导通压降 UF=2V，正向工作电流 IF=10 mA，为保证电路正常工作，试确定 RC 的值。解：为保证电路正常工作，应满足因此RC=270 分析：该电路只有在 A、B 均为高电平，使输出 uO 为低电平时，LED 才导通发光；否则 LED 中无电流流通，不发光。要使 LED 发光，应满足IRc IF=10 mA。第27页/共72页TTLCMOSRLVDD+5 V(3)实现电平转换 TTL 与非门有时需要驱动其他种类门电路，而不同种类门电路的高低电平标准不一样。应用 OC 门就可以适应负载门对电平的要求。OC 门的 UOL

19、0.3V，UOH VDD，正好符合 CMOS 电路 UIH VDD，UIL 0的要求。VDDRL第28页/共72页 即 Tri-State Logic 门，简称 TSL 门。其输出有高电平态、低电平态和高阻态三种状态。三态输出与非门电路 EN=1 时，P=0，uP=0.3V0110 0.3V1V导通截止截止 另一方面，V1 导通，uB1=0.3V+0.7V=1V,V2、V5 截止。这时，从输出端 Y 看进去，对地和对电源 VCC 都相当于开路，输出端呈现高阻态，相当于输出端开路。Y=AB1V导通截止截止Z这时 VD 导通，使 uC2=0.3 V+0.7 V=1 V，使 V4 截止。(二)三态输

20、出门 1.电路、逻辑符号和工作原理工作原理 EN=0 时，P=1，VD 截止电路等效为一个输入为 A、B 和1 的 TTL 与非门。Y=AB 第29页/共72页综上所述，可见：(二)三态输出门 1.电路、逻辑符号和工作原理只有当使能信号 EN=0 时才允许三态门工作，故称 EN 低电平有效。EN 称使能信号或控制信号，A、B 称数据信号。当 EN=0 时，Y=AB，三态门处于工作态；当 EN=1 时，三态门输出呈现高阻态，又称禁止态。第30页/共72页EN 即 Enable功能表Z0AB1YEN使能端的两种控制方式使能端低电平有效使能端高电平有效功能表Z1AB0YENEN第31页/共72页2.

21、应用 任何时刻 EN1、EN2、EN3 中只能有一个为有效电平，使相应三态门工作，而其他三态输出门处于高阻状态，从而实现了总线的复用。总线 (1)构成单向总线 第32页/共72页DIDO/DIDO00高阻态工作DI EN=0 时，总线上的数据 DI经反相后在 G2 输出端输出。(2)构成双向总线 DIDO/DIDO11工作DO高阻态 EN=1 时，数据 DO 经 G1 反相后传送到总线上。DIDO/DIDO11工作DO高阻态 EN=1 时，数据 DO 经 G1 反相后传送到总线上。DIDO/DIDO第33页/共72页 TTL 集成门的类型很多,那么如何识别它们?各类型之间有何异同?如何选用合适

22、的门?三、三、TTL 集成门应用要点集成门应用要点 1.各系列 TTL 集成门的比较与选用 用于民品 用于军品 具有完全相同的电路结构和电气性能参数，但 CT54 系列更适合在温度条件恶劣、供电电源变化大的环境中工作。按工作温度和电源允许变化范围不同分为 CT74 系列 CT54 系列第34页/共72页向高速发展 向低功耗发展 按平均传输延迟时间和平均功耗不同分 向减小功耗-延迟积发展 措施：增大电阻值 措施：(1)采用 SBD 和抗饱和三极管；(2)采用有源泄放电路；(3)减小电路中的电阻值。其中，LSTTL 系列综合性能优越、品种多、价格便宜；ALSTTL 系列性能优于 LSTTL，但品种

23、少、价格较高，因此实用中多选用 LSTTL。CT74 系列(即标准 TTL)CT74L 系列(即低功耗 TTL简称 LTTL)CT74H 系列(即高速 TTL简称 HTTL)CT74S 系列(即肖特基TTL简称 STTL)CT74AS 系列(即先进肖特基TTL简称 ASTTL)CT74LS 系列(即低功耗肖特基TTL 简称 LSTTL)CT74ALS 系列(即先进低功耗肖特基TTL 简称 LSTTL)第35页/共72页集成门的选用要点(1)实际使用中的最高工作频率实际使用中的最高工作频率 fm 应不大于逻辑门最高工作应不大于逻辑门最高工作 频率频率 fmax 的一半。的一半。实物图片 (2)不

24、同系列不同系列 TTL 中，器件型号后面几位数字相同时，通中，器件型号后面几位数字相同时，通常逻辑功能、外型尺寸、外引线排列都相同。但工作速常逻辑功能、外型尺寸、外引线排列都相同。但工作速度度(平均传输延迟时间平均传输延迟时间 tpd)和平均功耗不同。实际使用和平均功耗不同。实际使用时，时，高速门电路可以替换低速的；反之则不行。高速门电路可以替换低速的；反之则不行。例如 CT7400CT74L00CT74H00CT74S00CT74LS00CT74AS00CT74ALS00 xx74xx00 引脚图 双列直插 14 引脚四 2 输入与非门 第36页/共72页2.TTL 集成逻辑门的使用要点 (

25、1)电源电压用+5 V，74 系列应满足 5 V 5%。(2)输出端的连接 普通 TTL 门输出端不允许直接并联使用。三态输出门的输出端可并联使用，但同一时刻只能有一个门工作，其他门输出处于高阻状态。集电极开路门输出端可并联使用，但公共输出端和电源 VCC 之间应接负载电阻 RL。输出端不允许直接接电源 VCC 或直接接地。输出电流应小于产品手册上规定的最大值。第37页/共72页3.多余输入端的处理 与门和与非门的多余输入端接逻辑 1 或者与有用输入端并接。接 VCC通过 1 10 k 电阻接 VCC与有用输入端并接TTL 电路输入端悬空时相当于输入高电平，做实验时与门和与非门等的多余输入端可

26、悬空，但使用中多余输入端一般不悬空，以防止干扰。第38页/共72页或门和或非门的多余输入端接逻辑 0或者与有用输入端并接第39页/共72页 例 欲用下列电路实现非运算，试改错。(ROFF 700 ，RON 2.1 k)第40页/共72页解：OC 门输出端需外接上拉电阻RC5.1kY=1Y=0 RI RON，相应输入端为高电平。510 RI UGS(th)N+UGS(th)P且 UGS(th)N=UGS(th)P UGS(th)N增强型 NMOS 管开启电压AuIYuOVDDSGDDGSBVPVNB NMOS 管的衬底接电路最低电位，PMOS管的衬底接最高电位，从而保证衬底与漏源间的 PN 结始

27、终反偏。.uGSN+-增强型 PMOS 管开启电压uGSP+-UGS(th)PuGSN UGS(th)N 时，增强型 NMOS 管导通uGSN UGS(th)N 时，增强型 NMOS 管截止OiDuGSUGS(th)N增强型 NMOS 管转移特性 时,增强型 PMOS 管导通 时,增强型 PMOS 管截止OiDuGSUGS(th)P增强型 PMOS 管转移特性AuIYuOVDDSGDDGSBVPVNB(一)电路基本结构 UIL=0 V，UIH=VDD第43页/共72页AuIYuOVDDSGDDGSVP衬底 BVN衬底 B(二)工作原理 ROFFNRONPuO+VDDSDDS导通电阻 RON 截

28、止电阻 ROFFRONNROFFPuO+VDDSDDS可见该电路构成 CMOS 非门，又称 CMOS 反相器。无论输入高低，VN、VP 中总有一管截止，使静态漏极电流 iD 0。因此 CMOS 反相器静态功耗极微小。输入为低电平，UIL=0V 时，uGSN=0V UGS(th)N,VN 导通，VP 截止，输入为低电平 UIL=0 V 时，uGSN=0V UGS(th)N，VN 截止，VP 导通，uO VDD ,为高电平。UIH=VDDuO 0 V，为低电平。第44页/共72页二、其他功能的二、其他功能的 CMOS 门电门电路路(一)CMOS 与非门和或非门 1.CMOS 与非门 ABVDDVP

29、BVPAVNAVNBY 每个输入端对应一对 NMOS 管和PMOS 管。NMOS 管为驱动管，PMOS 管为负载管。输入端与它们的栅极相连。与非门结构特点：驱动管相串联，负载管相并联。第45页/共72页ABVDDVPBVPAVNAVNBY CMOS 与非门工作原理11导通导通截止截止0 驱动管均导通，负载管均截止，输出为低电平。当输入均为 高电平时：低电平输入端相对应的驱动管截止，负载管导通，输出为高电平。当输入中有 低电平时：ABVDDVPBVPAVNAVNBY0截止导通1因此 Y=AB第46页/共72页2.CMOS 或非门 ABVDDVPBVPAVNAVNBY或非门结构特点：驱动管相并联，

30、负载管相串联。第47页/共72页YABuOuIVDD1漏极开路的CMOS与非门电路(二)漏极开路的 CMOS 门简称 OD 门 与 OC 门相似，常用作驱动器、电平转换器和实现线与等。Y=AB构成与门 构成输出端开路的非门需外接上拉电阻 RD第48页/共72页C、C 为互补控制信号 由一对参数对称一致的增强型 NMOS 管和 PMOS 管并联构成。PMOSCuI/uOVDDCMOS传输门电路结构uO/uIVPCNMOSVN(三)CMOS 传输门 工作原理 MOS 管的漏极和源极结构对称，可互换使用，因此 CMOS 传输门的输出端和输入端也可互换。uOuIuIuO 当 C=0V，uI=0 VDD

31、 时，VN、VP 均截止，输出与输入之间呈现高电阻，相当于开关断开。uI 不能传输到输出端，称传输门关闭。CC 当 C=VDD，uI=0 VDD 时，VN、VP 中至少有一管导通，输出与输入之间呈现低电阻，相当于开关闭合。uO=uI，称传输门开通。C=1，C=0 时，传输门开通，uO=uI；C=0，C=1 时，传输门关闭，信号不能传输。第49页/共72页PMOSCuI/uOVDDCMOS传输门电路结构uO/uIVPCNMOSVN 传输门是一个理想的双向开关，可传输模拟信号，也可传输数字信号。TGuI/uOuO/uICC传输门逻辑符号 TG 即 Transmission Gate 的缩写(三)C

32、MOS 传输门 第50页/共72页 在反相器基础上串接了 PMOS 管 VP2 和 NMOS 管 VN2，它们的栅极分别受 EN 和 EN 控制。(四)CMOS 三态输出门 AENVDDYVP2VP1VN1VN2低电平使能的 CMOS 三态输出门工作原理001导通导通Y=A110截止截止Z EN=1 时，VP2、VN2 均截止，输出端 Y 呈现高阻态。因此构成使能端低电平有效的三态门。EN=0 时，VP2 和 VN2 导通，呈现低电阻，不影响 CMOS 反相器工作。Y=AEN第51页/共72页三、三、CMOS 数字集成电路应用要点数字集成电路应用要点(一)CMOS 数字集成电路系列 CMOS4

33、000 系列 功耗极低、抗干扰能力强；电源电压范围宽 VDD=3 15 V；工作频率低，fmax=5 MHz；驱动能力差。高速CMOS 系列(又称 HCMOS 系列)功耗极低、抗干扰能力强；电源电压范围 VDD=2 6 V；工作频率高，fmax=50 MHz；驱动能力强。提高速度措施：减小MOS 管的极间电容。由于CMOS电路 UTH VDD/2，噪声容限UNL UNH VDD/2，因此抗干扰能力很强。电源电压越高，抗干扰能力越强。第52页/共72页民品 军品 VDD=2 6 V T 表示与 TTL 兼容VDD=4.5 5.5 V CC54HC/74HC 系列CC54HC /74HC 系列 T

34、T按电源电压不同分为 按工作温度不同分为 CC74 系列 CC54 系列 高速 CMOS 系列第53页/共72页1.注意不同系列 CMOS 电路允许的电源电压范围不同，一般多用 +5 V。电源电压越高，抗干扰能力也越强。(二)CMOS 集成逻辑门使用要点 2.闲置输入端的处理 不允许悬空。可与使用输入端并联使用。但这样会增大输入电容，使速度下降，因此工作频率高时不宜这样用。与门和与非门的闲置输入端可接正电源或高电平；或门和或非门的闲置输入端可接地或低电平。第54页/共72页2.5 集成逻辑门电路的应用主要要求：主要要求：了解 TTL 和 CMOS 电路的主要差异。了解集成门电路的选用和应用。第

35、55页/共72页一、一、CMOS 门门电路比之电路比之 TTL 的主要特的主要特点点 注意：CMOS 电路的扇出系数大是由于其负载门的输入阻抗很高，所需驱动功率极小，并非 CMOS 电路的驱动能力比 TTL 强。实际上 CMOS4000 系列驱动能力远小于 TTL，HCMOS 驱动能力与 TTL 相近。功耗极低 抗干扰能力强 电源电压范围宽 输出信号摆幅大(UOH VDD，UOL 0 V)输入阻抗高 扇出系数大 第56页/共72页二、集成逻辑门电路的选用二、集成逻辑门电路的选用 根据电路工作要求和市场因素等综合决定 若对功耗和抗干扰能力要求一般，可选用 TTL 电路。目前多用 74LS 系列，

36、它的功耗较小，工作频率一般可用至 20 MHz；如工作频率较高，可选用 CT74ALS 系列，其工作频率一般可至 50 MHz。若要求功耗低、抗干扰能力强，则应选用 CMOS 电路。其中 CMOS4000 系列一般用于工作频率 1 MHz 以下、驱动能力要求不高的场合；HCMOS 常用于工作频率 20 MHz 以下、要求较强驱动能力的场合。第57页/共72页解：三、集成逻辑门电路应用举例三、集成逻辑门电路应用举例 例 试改正下图电路的错误，使其正常工作。CMOS 门TTL 门OD 门(a)(b)(c)(d)VDDCMOS 门Ya=ABVDDYb=A+BTTL 门OD 门Yc=AVDDENYd=

37、ABEN=1 时EN=0 时OD 门&TTL 门悬空CMOS 门悬空第58页/共72页可用两级电路 2 个与非门实现之 例 试分别采用与非门和或非门实现与门和或门。解：(1)用与非门实现与门设法将 Y=AB 用与非式表示因为 Y=AB=AB因此，用与非门实现的与门电路为Y=AB将与非门多余输入端与有用端并联使用构成非门第59页/共72页可用两级电路 3 个与非门实现(2)用与非门实现或门因此，用与非门实现的或门电路为Y=A+B因为 Y=A+B=A+B=A B设法将 Y=A+B 用与非式表示实现 A实现 B第60页/共72页可用两级电路 3 个或非门实现之。(3)用或非门实现与门设法将 Y=AB

38、 用或非式表示因此，用或非门实现的与门电路为因为 Y=AB=A B=A+B将或非门多余输入端与有用端并联使用构成非门Y=AB第61页/共72页可用两级电路 2 个或非门实现之(4)用或非门实现或门设法将 Y=A+B 用或非式表示因为 Y=A+B=A+B因此，用或非门实现的或门电路为Y=A+B第62页/共72页 例 有一个火灾报警系统，设有烟感、温感和紫外光感三种不同类型的火灾探测器。为了防止误报警，只有当其中两种或三种探测器发出探测信号时，报警系统才产生报警信号，试用与非门设计产生报警信号的电路。输输 入入输输 出出A B CY0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1

39、 01 1 1解：(1)分析设计要求，建立真值表感三种不同类型的火灾探测器有烟感、温感和紫外光产生报警信号两种或三种探测器发出探测信号时，报警系统才与非门设计 报警电路的输入信号为烟感、温感和紫外光感三种探测器的输出信号，设用 A、B、C 表示，且规定有火灾探测信号时用 1 表示，否则用 0 表示。报警电路的输出用 Y 表示，且规定需报警时Y 为 1，否则 Y 为 0。由此可列出真值表如右图所示11110000(2)根据真值表画函数卡诺图第63页/共72页 1 1ABC0100 0111 10 1 1(3)用卡诺图化简法求出输出逻辑函数的最简与或表达式，再变换为与非表达式。Y=AB+AC+BC

40、(4)画逻辑图根据 Y 的与非表达式画逻辑图=AB AC BCABCY=AB AC BC第64页/共72页门电路是组成数字电路的基本单元之一，最基本的逻辑门电路有与门、或门和非门。实用中通常采用集成门电路，常用的有与非门、或非门、与或非门、异或门、输出开路门、三态门和 CMOS 传输门等。门电路的学习重点是常用集成门的逻辑功能、外特性和应用方法。本章小结本章小结第65页/共72页在数字电路中，三极管作为开关使用。硅 NPN 管的截止条件为 UBE 0.5 V，可靠截止条件为 UBE 0 V，这时 iB 0，iC 0，集电极和发射极之间相当于开关断开；饱和条件为 iB IB(sat)，这时，硅管

41、的 UBE(sat)0.7 V，UCE(sat)0.3 V，集电极和发射极之间相当于开关闭合。三极管的开关时间限制了开关速度。开关时间主要由电荷存储效应引起，要提高开关速度，必须降低三极管饱和深度，加速基区存储电荷的消散。第66页/共72页TTL 数字集成电路主要有 CT74 标准系列、CT74L 低功耗系列、CT74H 高速系列、CT74S 肖特基系列、CT74LS 低功耗肖特基系列、CT74AS 先进肖特基系列和 CT74ALS先进低功耗肖特基系列。其中，CT74L 系列功耗最小，CT74AS 系列工作频率最高。通常用功耗-延迟积来综合评价门电路性能。CT74LS 系列功耗-延迟积很小、性

42、能优越、品种多、价格便宜，实用中多选用之。ALSTTL 系列性能更优于 LSTTL，但品种少、价格较高。第67页/共72页CMOS 数字集成电路主要有 CMOS4000 系列和HCMOS 系列。CMOS4000 系列工作速度低，负载能力差，但功耗极低、抗干扰能力强，电源电压范围宽，因此，在工作频率不高的情况下应用很多。CC74HC 和 CC74HCT 两个系列的工作频率和负载能力都已达到 TTL 集成电路 CT74LS的水平，但功耗、抗干扰能力和对电源电压变化的适应性等比 CT74LS 更优越。因此，CMOS 电路在数字集成电路中，特别是大规模集成电路应用更广泛，已成为数字集成电路的发展方向。

43、第68页/共72页应用集成门电路时，应注意：TTL电路只能用5 V(74系列允许误差5%)；CMOS4000 系列可用 3 15 V；HCMOS系列可用 2 6 V；CTMOS 系列用 4.5 5.5 V。一般情况下，CMOS 门多用 5 V，以便与 TTL 电路兼容。(1)电源电压的正确使用(2)输出端的连接 开路门的输出端可并联使用实现线与，还可用来驱动需要一定功率的负载。三态输出门的输出端也可并联，用来实现总线结构，但三态输出门必须分时使能。使用三态门时，需注意使能端的有效电平。普通门(具有推拉式输出结构)的输出端不允许直接并联实现线与。第69页/共72页(3)闲置输入端的处理(4)信号

44、的正确使用 TTL 电路输入端悬空时相当于输入高电平，CMOS 电路多余输入端不允许悬空。CMOS电路多余输入端与有用输入端的并接仅适用于工作频率很低的场合。数字电路中的信号有高电平和低电平两种取值，高电平和低电平为某规定范围的电位值，而非一固定值。门电路种类不同，高电平和低电平的允许范围也不同。或门和或非门与门和与非门多余输入端接地或与有用输入端并接多余输入端接正电源或与有用输入端并接第70页/共72页UILUOFFUIHUONUILUSLUIHUSH通常以保证有较大的噪声容限噪声容限越大，则电路抗干扰能力越强。UIL UOL 0 VUIH UOH VDD UNL UNH VDD/2，噪声容限很大，因此电路抗干扰能力很强。CMOS 传输门既可传输数字信号，也可传输模拟信号。当输入端外接电阻 RI 时RI ROFF 相当于输入逻辑 0RI RON 相当于输入逻辑 1TTL 电 路CMOS 电路CMOS 门电路由于输入电流为零，因此不存在开门电阻和关门电阻。第71页/共72页感谢您的观看！第72页/共72页