【正文】 現(xiàn) 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 將或門電路中的每個輸入端三極管改用多發(fā)射極三極管，得到與或非門電路。 如果 A、 B一個接高電平而另一個接低電平，則低電平輸入電流與反相器基本相同，而高電平輸入電流比反相器的略大一些。 ?? kR P 11RPG1G2vO 1vI 2數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 TTL反相器的動態(tài)特性 )( P L HP H Lpd ttt ?? 21TTL反相器平均傳輸延遲時間 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 為便于實(shí)現(xiàn)各種不同的邏輯函數(shù)，在門電路的定型產(chǎn)品中除了反相器以外還有與門、或門、與非門、或非門、與或非門和異或門等幾種常用的類型。 Iv)( 11BECCPPI vVRRRv ???Iv在 時， 幾乎隨 RP正比變化。每個輸入端高電平輸入電流 。要求 G1輸出的高、低電平滿足 VVOL ?VVOH ?解： 時，電流方向如圖示。 VVCC 5? VV OH ?mAI OH ? 下圖給出了 74系列門電路在輸出高電平時的輸出特性曲線。輸出高電平時應(yīng)用時外接負(fù)載 RL。 0?Iv ISI ISIILIISIILI數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 VC Cb e2b e5D1vIiIT1R1k Ω4 時， T1管 處于 的狀態(tài)，相當(dāng)于把原來的集電極 C1當(dāng)作發(fā)射極 E1使用，而把原來的發(fā)射極當(dāng)做集電極使用了。噪聲容限的大小反應(yīng)了門電路抗干擾能力的大小。 vO/ VvI/ V1 .00 .54 .03 .02 .001 .51 .0 2 .0DCBAEVT H 一般地， TTL反相器工作在 AB段和 DE段，即輸入信號為低電平和高電平。這一段稱為特性曲線的 截止區(qū) 。輸出與輸入之間的關(guān)系是反相關(guān)系，即 AY? 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 設(shè)電源電壓 VCC＝ 5V，輸入信號的高、低電平分別為 ，三極管的開啟電壓為 。由于集成電路體積小、重量輕、可靠性好，因而在大多數(shù)領(lǐng)域里迅速取代分立器件電路。 VC CRD1BA YD2 A、 B中有一個或二個均低電平時，則相應(yīng)有一個或二個二極管導(dǎo)通，輸出 Y為低電平；當(dāng) A、 B全為高電平時，兩個二極管均處于截止?fàn)顟B(tài)， Y輸出為高電平。數(shù)字電路中的 MOS管，經(jīng)常工作在可變電阻區(qū)和截止區(qū)。 Iv CCVEB VV ? CB VV ?OvVVCC 5?數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 單極型三極管工作時參與導(dǎo)電的載流子只有一種，常見為金屬 —氧化物 —半導(dǎo)體場效應(yīng)管（ Metal—Oxide—Semiconductor Field—Effect），簡稱 MOS管。放大區(qū)位于特性曲線的中間地區(qū)。 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 iCvC E0/ m A/ V5 0 μ A4 0 μ A3 0 μ A5= 01 0 μ A2 0 μ AiB1 51 0654321飽 和 區(qū)截 止 區(qū)放區(qū)大BEC+_vC EiBiC+_vB E三極管的輸出特性曲線 測輸出特性曲線時，保持基極電流 iB不變，改變 VCE的值，測量 iC和 VCE的關(guān)系；再改變基極電流 iB值，并保持不變，再測量 iC和 VCE的關(guān)系 。由于工作時參與導(dǎo)電的載流子有兩種，故稱這類三極管為雙極型三極管。若忽略掉反向電流，則此時的二極管相當(dāng)一個斷開的開關(guān)。 邏輯門電路用以實(shí)現(xiàn)基本的邏輯運(yùn)算和復(fù)合邏輯運(yùn)算，常見的邏輯門電路有 TTL電路， CMOS電路等，組成門電路的基本元件有二極管、三極管。 （ 2）反向截止區(qū)： 導(dǎo)通電壓硅管為 ，鍺為 。其三個電極分別稱為基極 B、集電極 C 和發(fā)射極 E。 從而畫出一簇輸出特性曲線。 EBC VVV ??Ci Bi ??VVV EB 70 .??CEvBC VV ?數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 （ 2）飽和導(dǎo)通區(qū)： 三個電極電壓滿足 ， ，實(shí)際應(yīng)用時 ， ，即可認(rèn)為三極管工作在飽和狀態(tài)，為靠近特性曲線 Y軸的地區(qū)。圖中給出N溝道 MOS管的電路符號。 GDS數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 PMOS管當(dāng)源柵電壓大于某數(shù)值稱為導(dǎo)通電壓 V（ th） P時，漏源間導(dǎo)電溝道形成，此時加上 VDS即可有漏極電流，稱 PMOS導(dǎo)通，此時的導(dǎo)通電阻比較小。 同樣規(guī)則可構(gòu)成三輸入與門電路。隨著集成電路制造工藝的日益完善，目前已能將數(shù)以千萬計(jì)的半導(dǎo)體三極管集成在一片而面積只有幾十平方毫米的硅片上。 Vv IH ?Vv IL ?VC CR1T5R3R4R2T2T1T4D1D2AY1 3 0k Ω411 . 6k ΩΩk Ω( vI)( vO)vB 1vC 2vE 2 當(dāng) 時， T1導(dǎo)通，導(dǎo)通后 T1的集電極電壓為 。 Vv I ?VvvvVv DBERCCOH ????? 反相器輸出電壓 隨輸入電壓 的變化，稱為電路的電壓傳輸特性，其曲線為反相器的電壓傳輸特性曲線。此時反相器輸出高電平和低電平。 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 為了正確處理門電路與門電路、門電路與其他電路之間的連接問題，必須了解電路輸入端和輸出端的伏安特性。稱這種工作狀態(tài)為倒置狀態(tài)（反向放大狀態(tài)）。規(guī)定輸出電流 i L流入反相器的方向?yàn)檎较颍鞒鰹樨?fù)方向。曲線上可見，在 的范圍內(nèi) 變化很小。設(shè)可以驅(qū)動的門電路數(shù)目 N1， 這時 G1的負(fù)載電流是所有負(fù)載門輸入電流之和。 mAIIH ?mAiL ?VV OH ?111……1＆G1G4G3G2vON數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 從這個例子中還得到，門電路無論輸出高電平還是低電平均有一定的輸出電阻，所以輸出的高、低電平都要隨負(fù)載電流的改變而發(fā)生變化。 1RRP ??數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 當(dāng) 上升到 ， T2和 T5的發(fā)射結(jié)同時導(dǎo)通， 被鉗在了 ，此后即使 RP再增大， 也不會再升高。盡管它們的邏輯功能各異，但輸入端、輸出端的電路結(jié)構(gòu)與反相器基本相同，因此前面所講的反相器輸入特性和輸出特性對這些門電路同樣適用。 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 圖中 T’1和 T’2和 R’1所組成的電路和 T T2和 R1組成的電路完全相同。 VC CR1T5R3R4R2T2T1T4AYT239。 當(dāng) A、 B一個是高電平而另一個是低電平時， T1正向飽和導(dǎo)通、 T6截止。 集電極開路的門電路 OC門。 Y1和 Y2并接使用時，只要 Y1和 Y2中有一個為低電平，則 Y為低電平，只有當(dāng) Y1和 Y2同為高電平時， Y 才為高電平， Y與 Y1和Y2的關(guān)系稱為 “ 線與 ” 。 當(dāng)每個 OC門輸出高電平，則 Y為高電平，為保證高電平值不低于規(guī)定的高電平值 ，可列出的 RL最大值的計(jì)算式。 為負(fù)載門輸入端的個數(shù)。ABamp。 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 當(dāng) EN為高電平時，經(jīng)兩個反相器運(yùn)算后 P點(diǎn)為高電平，二極管 D截止，電路的工作狀態(tài)和普通的與非門沒有區(qū)別，輸出 。 工作時控制各個門的 EN端輪流等于 1，而且任何時候僅有一個等于 1，就可以把各個門的輸出信號輪流送到公共的傳輸線 ——總線上而互不干擾。 P為門電路的功耗（ mW）， tpd為平均傳輸時間（ ns）， M單位是皮焦（ PJ）。 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 設(shè) CMOS反相器中 T1和 T2截止電阻 R OFF和導(dǎo)通電阻 RON均相同。為了降低功耗，使用 CMOS器件時不應(yīng)使之長時間工作在 BC段，以防止器件因功耗過大而損壞。NHVNLVNHV D D = 1 5 V/ V/ V數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 CMOS反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性 MOS管的柵極和襯底之間存著以 SiO2為介質(zhì)的輸入電容，而絕緣介質(zhì)又非常薄，極易被擊穿（耐壓約 100V），所以必須采用保護(hù)措施。 低電平輸出特性 當(dāng)輸出為低電平，反相器的 P溝道管截止、 N溝道導(dǎo)通，導(dǎo)通電阻 RON很小。 VDD越高，則 T1導(dǎo)通電阻越小，其上的壓降也越小，在同樣 IOH值下VOH下降得越少 GS? CC4000系列門電路的性能參數(shù)規(guī)定，當(dāng) VDD5V ，而且輸出電流不超出允許范圍時， VOH≥、VOL≤。 A= B=0時， T3導(dǎo)通， T4截止， Y為 1。 BAY ?? 利用與非門、或非門和反相器又可以組成與門、或門、與或非門、異或門等。該反相器具有標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，稱其為緩沖器。 ABABP ?? ABPY ?? OD門經(jīng)常用在輸出級緩沖 /驅(qū)動器當(dāng)中，以滿足大負(fù)載電流的需要。傳輸門是構(gòu)成各種邏輯電路的一種基本單元電路。其電路如圖示： 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 模擬開關(guān) 在輸出端接上負(fù)載電阻 RL，若模擬開關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻 RTG。而當(dāng) 時，傳輸門導(dǎo)通， AY ?0?EN1?EN數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 本章小結(jié) 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 本章重點(diǎn)介紹了目前應(yīng)用最廣的 TTL和 CMOS兩類集成門電路。雖然也介紹了關(guān)于集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理的內(nèi)容，但其目的在于加深對器件外特性的理解，以便更好地運(yùn)用這些外特性。 CC4066四雙向模擬開關(guān)在 VDD=15V時其 RTG不大于 240Ω。則當(dāng) C=0時， 。 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 若輸入信號為高電平 VIH=VDD1，而輸出高電平為 VDD2。而且，電壓傳輸特性在轉(zhuǎn)折區(qū)變得更徒了。若設(shè)每個 MOS管導(dǎo)通內(nèi)阻均為 RON，截止內(nèi)阻 ROFF≈∞。只有 A、 B同為高電平， T T3均截止， TT4均導(dǎo)通， Y為 0。 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 CMOS電路的動態(tài)特性 傳輸延遲時間 MOS管開關(guān)過程中不發(fā)生載流子的聚集和消散，但由于集成電路內(nèi)部電阻、電容的存在以及負(fù)載電容的影響，輸出電壓的變化仍在滯后于輸入電壓的變化，產(chǎn)生傳輸延遲。這時負(fù)載 IOL注入T2，輸出電平隨 IOL增加而提高 ， 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 由于 T2的導(dǎo)通內(nèi)阻與 的大小有關(guān)，