门电路
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数字逻辑课件——门电路概述
其中，i为流过二极管的电流；u为加到二极
管两端的电压；UT
kT q
k为玻耳兹曼常数，T为热力学温度，q为电子电荷， 在常温下（即结温为27℃，T = 300K），VT ≈26mV； IS为反相饱和电流。
它和二极管的材料、工艺和尺寸有关，但对每只二 极管而言，它是一个定值。
9
i
二极管的特性也可用图 2-1-4的伏安特性曲线描 述。
5
2.1.2 半导体器件的开关特性
▪ 1. 半导体二极管的开关特性
因为半导体二极管具有单向导
电性，即外加正电压时导通，
+VCC
外加反电压时截止，所以它相
当于一个受外加电压极性控制
D
R
的开关，
uI
uO
S
如果用它取代图2-1-1中的S， 图2-1-3 二极管开关电路 就得到了图2-1-3所示的二极
管开关电路。
•以图2-1-10为例，设图中MOS管为
N沟道增强型，它的开启电压为UTN ， 则当uI = uGS < UTN时，MOS管工作
在截止区，D-S之间没有形成导电 沟道，沟道间电阻为109～1010Ω， 呈高阻状态，因此D-S间的状态就
像开关断开一样。
图2-1-10 MOS管的 开关电路
20
当uI = uGS > UTN时，且uGD > UTN，则
当uI ≤ 0时，uBE ≤ 0，三极管工
作在截止区，其工作特点是基极电
流iB ≈ 0，集电极电流iC = ICE
≈ 0，因此三极管的集-射极之间 相当于一个断开的开关。
输出电压为uo = UOH ≈ VCC 。
图2-1-7 双极型三 极管开关电路
16
第二章门电路
D off， 假设正确 ID 0 11V 1.5V I1 I 2 2 .5 V （4 1）K
7
§2.2 半导体三极管的开关特性 一. 双极型三极管的结构 IC
IB
VBC – + + + VCE VBE – – IE
NPN Si管
8
二. 特性
1.电流：IE =IB +IC 2.工作状态： 工作状态分类 导通 截止
IC1
T2 • IE2 • Y ° T5
R3
•
IR3
IB5
N—表示N个发射极。
41
●T1的状态：
∵VB1=VBC1+VBE2+VBE5=2.1V ∴T1处于倒置状态。 I C1 I B1 N反 I B1
I B1 VCC VB1 R1
0.73mA
● T2、 T5的状态：
T2、 T5饱和VO=0.3V
45
二.TTL与非门 • R1 4K • Vcc =5V
°
R2 1.6K
•
R4 130
T4
A
B
T1
T2
• R3 1K • 倒相级
D3
• T5 Y °
输入级
输出级
46
三.负载能力分析 负载——指门电路输出端所接的其它 电路。 NO——扇出系数，表示能够驱动同类门的数目。 灌电流负载——负载电流从后级门注入前级门 负载
14
5）饱和条件及特点 条件：IB >IBS IB — 进入饱和以后的基流。 IBS—临界饱和基流。 求IB 、 IBS的步骤： Vi VBE a）I B Rb
b）I CS c）I BS VCC VCES VCC RC RC I CS
7
§2.2 半导体三极管的开关特性 一. 双极型三极管的结构 IC
IB
VBC – + + + VCE VBE – – IE
NPN Si管
8
二. 特性
1.电流：IE =IB +IC 2.工作状态： 工作状态分类 导通 截止
IC1
T2 • IE2 • Y ° T5
R3
•
IR3
IB5
N—表示N个发射极。
41
●T1的状态：
∵VB1=VBC1+VBE2+VBE5=2.1V ∴T1处于倒置状态。 I C1 I B1 N反 I B1
I B1 VCC VB1 R1
0.73mA
● T2、 T5的状态：
T2、 T5饱和VO=0.3V
45
二.TTL与非门 • R1 4K • Vcc =5V
°
R2 1.6K
•
R4 130
T4
A
B
T1
T2
• R3 1K • 倒相级
D3
• T5 Y °
输入级
输出级
46
三.负载能力分析 负载——指门电路输出端所接的其它 电路。 NO——扇出系数，表示能够驱动同类门的数目。 灌电流负载——负载电流从后级门注入前级门 负载
14
5）饱和条件及特点 条件：IB >IBS IB — 进入饱和以后的基流。 IBS—临界饱和基流。 求IB 、 IBS的步骤： Vi VBE a）I B Rb
b）I CS c）I BS VCC VCES VCC RC RC I CS
(数字电子技术基础)第2章. 门电路
（2-13）
• 小规模集成电路(SSI-Small Scale 小规模集成电路(SSI(SSI Integration)， 每片组件内包含10~100 10~100个元件 Integration)， 每片组件内包含10~100个元件 10~20个等效门 个等效门) (或10~20个等效门)。 • 中规模集成电路(MSI-Medium Scale 中规模集成电路(MSI (MSIIntegration)，每片组件内含100~1000 100~1000个元件 Integration)，每片组件内含100~1000个元件 20~100个等效门 个等效门) (或20~100个等效门)。 • 大规模集成电路(LSI-Large Scale 大规模集成电路(LSI (LSIIntegration)， 每片组件内含1000~100 000个 Integration)， 每片组件内含1000~100 000个 元件( 100~1000个等效门 个等效门) 元件(或100~1000个等效门)。 • 超大规模集成电路(VLSI-Very Large Scale 超大规模集成电路(VLSI (VLSIIntegration)， 每片组件内含100 000个元件 Integration)， 每片组件内含100 000个元件 1000个以上等效门 个以上等效门) (或1000个以上等效门)。
•
+5V
R1
T1
T5 R3
•
（2-30）
前级
后级
灌电流的计算
饱和
I OL
5 − T5压降 − T1的be结压降 = R1
5 − 0.3 − 0.7 ≈ 1.4mA = 3
（2-31）
关于电流的技术参数
名称及符号 输入低电平电流 IiL 输入高电平电流 IiH IOL 及其极限 IOL（max） IOH 及其极限 IOH (max) 含义 输入为低电平时流入输 入端的电流-1 入端的电流 .4mA。 。 输入为高电平时流入输 入端的电流几十 几十μ 。 入端的电流几十μA。 当 IOL> IOL(max)时，输出 不再是低电平。 不再是低电平。 当 IOH >IOH(max)时， 输出 不再是高电平。 不再是高电平。
• 小规模集成电路(SSI-Small Scale 小规模集成电路(SSI(SSI Integration)， 每片组件内包含10~100 10~100个元件 Integration)， 每片组件内包含10~100个元件 10~20个等效门 个等效门) (或10~20个等效门)。 • 中规模集成电路(MSI-Medium Scale 中规模集成电路(MSI (MSIIntegration)，每片组件内含100~1000 100~1000个元件 Integration)，每片组件内含100~1000个元件 20~100个等效门 个等效门) (或20~100个等效门)。 • 大规模集成电路(LSI-Large Scale 大规模集成电路(LSI (LSIIntegration)， 每片组件内含1000~100 000个 Integration)， 每片组件内含1000~100 000个 元件( 100~1000个等效门 个等效门) 元件(或100~1000个等效门)。 • 超大规模集成电路(VLSI-Very Large Scale 超大规模集成电路(VLSI (VLSIIntegration)， 每片组件内含100 000个元件 Integration)， 每片组件内含100 000个元件 1000个以上等效门 个以上等效门) (或1000个以上等效门)。
•
+5V
R1
T1
T5 R3
•
（2-30）
前级
后级
灌电流的计算
饱和
I OL
5 − T5压降 − T1的be结压降 = R1
5 − 0.3 − 0.7 ≈ 1.4mA = 3
（2-31）
关于电流的技术参数
名称及符号 输入低电平电流 IiL 输入高电平电流 IiH IOL 及其极限 IOL（max） IOH 及其极限 IOH (max) 含义 输入为低电平时流入输 入端的电流-1 入端的电流 .4mA。 。 输入为高电平时流入输 入端的电流几十 几十μ 。 入端的电流几十μA。 当 IOL> IOL(max)时，输出 不再是低电平。 不再是低电平。 当 IOH >IOH(max)时， 输出 不再是高电平。 不再是高电平。
数字逻辑第3章 门电路
逻辑式：Y=A + B
逻辑符号： A 1
B
Y
电压关系表
uA uB uY
0V 0V 0V 0V 3V 2.3V 3V 0V 2.3V 3V 3V 2.3V
真值表
ABY
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
三、三极管非门
5V
利用二极管的压降为0.7V， 保证输入电压在1V以下时，
电路可靠地截止。
A(V) Y(V) <0.8 5 >2 0.2
II H &
II L &
… …
NOH
I OH (max) I IH
N MIN ( NOH , NOL )
NOL
IOL(max) I IL
六、CMOS漏极开路门（OD）门电路（Open Drain）
1 . 问题的提出
普通门电路
在工程实践中，往往需要将两个门的输出端 能否“线与”？
并联以实现“与”逻辑功能，称为“ 线与 。
输入 0 10% tr tf
tPHL
输出
tPLH
tr：上升时间
tf：下降时间 tw：脉冲宽度 tPHL：导通传输时间
tPLH：截止传输时间
平均传输延迟时间 （Propagation delay)
tpd= tpHL+ tpLH 2
5、功耗： 静态功耗：电路的输出没有状态转换时的功耗。 动态功耗：电路在输出发生状态转换时的功耗。
PMOS
NMOS
3、增强型MOSFET的开关特性
iD管可变子类型恒
VGS1 击开/关的条（件1）N沟道增强开型/M关O的S等FE效T电：路
数字电路第2章 门电路
2）输入负载特性 (ui R )
R1 3k b1 A B C T1 R2 750 R4 100
+5V
c1
T3
T2
3k
T4
R5 T5
F
ui
V
R
R3
360
R较小时 设：T2、T5 截止
A B C
R1 3k b1
+5V
R4
R2
c1
T1
T2
R5
T3
T4 F T5
R
ui
R3
R (5 U ) 4.3R ui be1 R1 R 3 R
I BS vcc vCES 5 0.3 mA 0.094mA βRc 50 1
V CC = +5V Rc iC 1kΩ vo c R b 10kΩ b β = 40 iB e
②vi=0.3V时，iB=0，三极管 工作在截止状态，ic=0。因 为ic=0，所以输出电压： vo=VCC=5V
IB 0
IC 0
VCE VCC
7
三极管的开关特性
+UCC 3V 0V RB RC uO T
+UCC
RC 3V
饱和时， VCE ≈ 0，C、 E极间电阻 很小 0V 截止时， IC ≈ 0，C、 E极间电阻 很大
C E
uO 0
相当于 开关闭合
ui
饱和 截止
+UCC RC
C E
uO UCC
避免！
0V 0
VL(max)
低电平
分立元件门电路和集成门电路:
分立元件门电路：用分立的元件和导线连 接起来构成的门电路。简单、经济、功耗低， 负载差。 集成门电路：把构成门电路的元器件和连 线都制作在一块半导体芯片上，再封装起来， 便构成了集成门电路。现在使用最多的是CMOS 和TTL集成门电路。
第二章_门电路
第二章 门电路三、高低电平获取方法开 关5V V H1+5V0V V L 02.1 概述第二章门电路2.3 分立元件门电路一、二极管与门V A V B V Y0V0V0V3V3V0V3V3VA B Y0000101001110.7V0.7V0.7V3.7V2.3 分立元件门电路第二章门电路二、二极管或门V A V B V Y0V0V0V3V3V0V3V3VA B Y0000111011110V2.3V2.3V2.3V2.3 分立元件门电路第二章门电路三、三极管非门V i Vo0V V CCV CC0.2VA Y01102.3 分立元件门电路第二章门电路1）结构TTL反相器由三部分构成：输入级、中间级和输出级。
1、TTL反相器的结构和原理一、TTL逻辑门2.4 TTL集成门电路第二章 门电路A 为高电平时(3.4V)，V B1≈2.1V ，T 1倒置，VB2≈1.4V ，T 2和T 5饱和，T 4和D 2截止，Y 为低电平。
2）原理A 为低电平时(0.2V) ，T 1饱和，V B1≈0.9V ，V B2≈0.2V ，T 2和T 5截止，T4和D2导通，Y 为高电平；2.4 TTL 集成门电路第二章 门电路分为四个区段：AB 段：Vi ＜0.6伏，截止区；BC 段：0.6伏＜Vi ＜1.3伏，线性区；CD 段：Vi ≈1.4伏，转折区；DE 段：Vi ＞1.4伏，饱和区。
输出高电平：V OH =3.4V 输出低电平：V OL =0.2V 阈值电压：V TH =1.4VV THVi (V)2.4 TTL 集成门电路2.4 TTL 集成门电路（略）一、TTL 与非门的基本结构及工作原理1．TTL 与非门的基本结构B A C+V RP CC （+5V ）P PP N N NN+V 13（+5V ）CC A B CT b1R 12.4 TTL 集成门电路第二章 门电路 2.4 TTL 集成门电路第二章 门电路CB A L ⋅⋅=该发射结导通，V B 1=0.9V 。
电路-门电路和组合逻辑电路
03
门电路的特性
门电路具有输入和输出两个端子，输入信号通过内部逻辑运算得到输出
信号。门电路的特性包括逻辑功能、输入电阻、输出电阻和扇入扇出能
力等。
组合逻辑电路设计
组合逻辑电路
组合逻辑电路由门电路组成，用于实现一组特定的逻辑功能。常见 的组合逻辑电路有编码器、译码器、多路选择器等。
组合逻辑电路设计步骤
波形图分析法
总结词
通过观察信号波形的变化，分析电路的 输入输出关系和信号处理过程。
VS
详细描述
波形图分析法主要用于模拟电路的分析。 通过观察信号波形的形状、幅度、频率等 参数，分析电路对信号的处理过程，如放 大、滤波、调制等。同时，通过比较输入 输出信号的波形，可以理解电路的输入输 出关系和工作原理。
态图等描述电路功能的工具。
04
电路设计方法
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
门电路设计
01
门电路
门电路是数字电路的基本单元，用于实现逻辑运算。常见的门电路有与
门、或门、非门等。
02
门电路设计步骤
根据逻辑需求，选择合适的门电路类型，确定输入和输出信号，然后根
据逻辑关系连接门电路。
逻辑关系
每种类型的门电路都有特定的逻辑关系，例如与门在所有输入为 高电平时输出为高电平，否则输出为低电平。
门电路的应用
01
基本逻辑运算
门电路是实现基本逻辑运算的电 子元件，广泛应用于数字电路和 计算机中。
控制电路
02
03
信号转换
门电路可以用于控制其他电路的 工作状态，实现复杂的控制逻辑。
门电路可以将模拟信号转换为数 字信号，或者将数字信号转换为 模拟信号。
数电第三章门电路
15
§3.4 TTL门电路
数字集成电路：在一块半导体基片上制作出一个 完整的逻辑电路所需要的全部元件和连线。 使用时接：电源、输入和输出。数字集成电 路具有体积小、可靠性高、速度快、而且价 格便宜的特点。
TTL型电路：输入和输出端结构都采用了半导体晶 体管，称之为: Transistor— Transistor Logic。
输出高电平
UOH (3.4V)
u0(V)
UOH
“1”
输出低电平
u0(V)
UOL
UOL (0.3V)
1
(0.3V)
2 3 ui(V)
1 2 3 ui(V)
阈值UT=1.4V
传输特性曲线
理想的传输特性 28
1、输出高电平UOH、输出低电平UOL UOH2.4V UOL 0.4V 便认为合格。 典型值UOH=3.4V UOL 0.3V 。
uA t
uF
截止区： UBE< 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 ——C、 E间相当于开关断开。
+ucc
t
4
0.3V
3.2.3MOS管的开关特 恒流区：UGS>>Uth ， UDS
性： +VDD
0V ——D、S间相当于 开关闭合。
R
uI
Uo
Ui
NMO S
uO
夹断区： UGS< Uth， ID=0 ——D、S间相当于开关断开。
3.3.4 其它门电路
一、 其它门电路
其它门电路有与非门、或非门、同或门、异或门等等,比如：
二、 门电路的“封锁”和“打开”问题
A B
&
Y
C
当C=1时，Y=AB.1=AB
§3.4 TTL门电路
数字集成电路：在一块半导体基片上制作出一个 完整的逻辑电路所需要的全部元件和连线。 使用时接：电源、输入和输出。数字集成电 路具有体积小、可靠性高、速度快、而且价 格便宜的特点。
TTL型电路：输入和输出端结构都采用了半导体晶 体管，称之为: Transistor— Transistor Logic。
输出高电平
UOH (3.4V)
u0(V)
UOH
“1”
输出低电平
u0(V)
UOL
UOL (0.3V)
1
(0.3V)
2 3 ui(V)
1 2 3 ui(V)
阈值UT=1.4V
传输特性曲线
理想的传输特性 28
1、输出高电平UOH、输出低电平UOL UOH2.4V UOL 0.4V 便认为合格。 典型值UOH=3.4V UOL 0.3V 。
uA t
uF
截止区： UBE< 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 ——C、 E间相当于开关断开。
+ucc
t
4
0.3V
3.2.3MOS管的开关特 恒流区：UGS>>Uth ， UDS
性： +VDD
0V ——D、S间相当于 开关闭合。
R
uI
Uo
Ui
NMO S
uO
夹断区： UGS< Uth， ID=0 ——D、S间相当于开关断开。
3.3.4 其它门电路
一、 其它门电路
其它门电路有与非门、或非门、同或门、异或门等等,比如：
二、 门电路的“封锁”和“打开”问题
A B
&
Y
C
当C=1时，Y=AB.1=AB
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• 原理电路
去掉上部Tp管，使漏极D开路 使用条件： 外接上拉电阻和电源 主要应用： 输出线与 实现逻辑电平移位
3. CMOS传输门
•CMOS TG原理电路和逻辑符号
C=1 时， VI : C=0 时，
0 ~ (VDD -VTN ) TN 通 VO =VI (模拟量传送) VO =Z
VTP ~ VDD TP 通 TN ,TP管断
三、DTL门电路
电路静态工作分析：
不同输入电平 下, 值确定 VP
比较
大小
I0 ~I1
DTL门电路的改进电路
图（a）电路：
D3、D4 R1
VPH被箝位 电平移动，
VPH 2.1V
D1、D2 被反向
偏置
图（a）
DTL门电路的改进电路
图（b）电路：
T1 D3
T 1 处于放大状态，属 具有放大环节的DTL门。
二、电气特性讨论
1.电压传输特性 VO =f(VI ) T2 ， a b段：截止区， T5截止 T5 截止 b c段：线形区， T2 通， c d段：转折区， T5 通 T2 ， d e段：饱和区， T2 ， T5 深饱和 门阈值电压 VT － 转折区中间电压
2.输入特性 I I =f(VI )
V CC V OH min R max m I OH N i N I IH
V P为低电平时,
V CC V OL max N I IL I LL max R
V CC V OL max R min I LL max N I IL
R min R R max
=1.1+4.33-0.2-2=3.23(mA)
3. 74LS系列(低功耗抗饱和系列)
电路结构特点:
* 入级,DTL结构 (提高速度)
* D3、 D 4电流泄放通路(提高速度) * R 4下端接V O端 (降低功耗) (V O= V OH时, T3管电流I C3 ) * 电阻阻值 (降低功耗)
B 衬底 D 漏极, S 源极, G 栅极
电源偏置: VGS，VDS 正偏置
VGS >VT 沟道形成， NMOS管导通
2.NMOS增强型管转移特性
I D =f(VGS )| VDS =C
3.NMOS增强型管符号
NMOS管
PMOS管
4.其他MOS管转移特性
NMOS耗尽型管
PMOS增强型
PMOS耗尽型管
3. 箝位电路作 用
4. 带负载能力
电路形式：
T起开关作用： VI=VIL T截止； T饱和 VI=VIH - VBB和 R 2 作用： 抑制正向干扰
静态工作情况：
VI =VIL 时,T基极 VB <0 , VO =VOH T可靠截止 , VI =VIH时，求证 IB >IBS ,T饱和, VO =V0L
0.51
0.51
1.3
1.3
3.4
3.4
平均传输时间t pd
V DD(V) tpd(ns)
5 110
10 60
15 50
V DD t pd(ns)
3.具有入端保护电路的CMOS反相器
正向干扰时， VI 被箝位在(VDD +VD ) 负向干扰时， VI 被箝位在 －VD
四 CMOS 门电路
SBD导通压降低VSBD 0.4V
V B5 V CES6 0.8 0.3 2mA Ic6 0.25 R6
T5管基极电流I.B5计算.
IB5 IB2 IC2 IB6 IC6 IC1 IC2 IB6 IC6
5-1.9 5 (0.8 0.3) 0.8 0.7 0.8 0.3 = 2.8 0.9 0.5 0.25
电平考虑: I LHmax 功耗考虑: I LHmax
达到 6~7 mA ~1 mA
4.输出特性
I LLmax:
10~20 mA
5.平均传输时间 t pd
t pd
t pHL t pLH
2 74标准系列 t pd 10ns
(ns量级）
三、应用注意
多余输入端接法 输出端接法 带负载能力:
2典型电路
逻辑表达式:
Y=A+B
Y=A+B
逻辑符号:
3、线或结构应用
Y1=A+B+C+D Y2=A+B+C+D Y3=A+B+C+D Y4=A+B+C+D
三、集成注入逻辑电路（IIL IC）
1. IIL IC特点
•
• • • •
集成度高，功耗低，单元工作电流仅为 1nA 多集电极输出结构，可以“ 线与 ” 输出摆幅低，约为 0.6 v 速度慢，t pd 约为 20～30 ns No 3 扇出小，
1、或非门（CC4001）和与非门（4011）电路
Y1=A+B
Y2=A B
其核心电路
上并下串结构
' VO1 =M N ' Y1=VO1 ,M=A,N=B
上串下并结构
' VO2 =M+N ' Y1=VO2 ,M=A,N=B
Y1=A B=A+B
Y2 =A+B=A B
2、CMOS开漏极电路(OD)
VCC I BS = β RC
输出箝位电路作用：
DQ和 E Q 作用时刻：
VO =VOH 作用：a. VOH为一个恒
定值（一定负 载范围内） b.带载能力 c.开关速度
带负载能力分析：
VO =VOH时,
外拉电流
I LH VCC -VOH RC
VO =VOL
时,
灌入电流
I LL VCC <β•I B RC
*
TN ,TP 管对称，数据可双向传送。
* 传送模拟量的范围 0~VDD之间。
模拟开关原理电路和逻辑符号
TG + 反相器 → 模拟开关 Sw
4. CMOS三态门 ( TS )
1.74H系列(高速系列)
CT1000 CT2000
二极管图腾柱 达林顿图腾柱 (两级射随结构)
输出结构:两级射极跟随器 电阻 由130
RO 动态响应加快 58
2. 74S系列(抗饱和系列)
电路结构特点:
* 肖特基三极管SBT * 有源泄放电路T 6,R 3,R 6
SBT
SBD
SBT T SBD
中间级－分相 输出级－驱动
※静态工作情况：
T4和 D3截止 VO=VOL ※电位电流关系：
T2 , T5 截止 VI=VIL, T1 深饱和， T4和 D3 正偏置 VO =VOH T2 ,T5 饱和 VI=VIH , T 1 倒置放大，
VI =VIL =0.3V, IB1 =1mA, IB2 =IB5 =0, VB1 =1.0V, VC2 =5V, VO =VOH =3.6V VI VIH 3.6V, VB1 2.1V, VC2 0.8V, IB1 IB2 0.7mA, IC2＝IB5 2.7mA.
I I T 管 输入， E 输出， B 1 使 管T2 IB2
图（b）
DTL门电路的改进电路
图（c）电路：
T2 D4，分相级
T3、D RC ,有源负载
•图（C）
输出级为推拉结构
※ 静态功耗下降； ※ 输出阻抗对称性；
※ 动态响应加快；
2.2 TTL标准系列门电路
一、原理电路
※电路结构： 输入级－逻辑与
一、CMOS IC主要特点
• • • • • • •
10 10 输入高阻抗， R i高达 以上
功耗低 ,静态功耗 Pm 2.5 ~ 5W / 门 电源电压范围宽 VDD 在3～18V 逻辑摆幅大，达 VDD 扇出大，No>50 抗干扰，抗辐射能力强 速度慢
二、MOS管特性
1. NMOS绝缘栅场效应管结构
R 1 20K, R 5 120
CT1000—4000系列重要参数
电路参数
阈值电压VT (V)
CT1000
2000
3000
4000
1.4
10 10 100
1.4
6 22 132
1.1
3 19 57
1.0
9.5 2 19
t pd (ns)
平均功耗 Pm (mW) 功率延迟积
2.4其他类型的TTL IC
一.开集电极电路(OC)
电路结构 : 去除T5管上部
符号 :
T4 ,D3 ,R4
使用条件: 加上拉电阻R 和电源VCC2
应用: 输出"线与"
接口电路, 实现不同电平衔接
上拉电阻R计算 :
VP为高电平时
V CC I R R V OH min I R m IOH N iN I IH
2.典型电路
Y=A B
Y=A B
3典型参数
阈值 电压 无源 结构
有源 结构
VOH VOL ILH I LL I IH IIL (ns) ( V ) (V ) (mA) (mA) (A ) (mA)
t pd
185 15V 0.2 V
7V
1.0 0.1 12 15 6 A mA mA mA
7V
二.三态门电路(TSL)
电路原理 :
EN 0时, VP 1 D截止,不起作用 EN 1时, VP 0 VB 2 "0" VC2 "0"
输出阻断呈高阻
符号 :
应用
数据双向传送
C=0 C=1
去掉上部Tp管，使漏极D开路 使用条件： 外接上拉电阻和电源 主要应用： 输出线与 实现逻辑电平移位
3. CMOS传输门
•CMOS TG原理电路和逻辑符号
C=1 时， VI : C=0 时，
0 ~ (VDD -VTN ) TN 通 VO =VI (模拟量传送) VO =Z
VTP ~ VDD TP 通 TN ,TP管断
三、DTL门电路
电路静态工作分析：
不同输入电平 下, 值确定 VP
比较
大小
I0 ~I1
DTL门电路的改进电路
图（a）电路：
D3、D4 R1
VPH被箝位 电平移动，
VPH 2.1V
D1、D2 被反向
偏置
图（a）
DTL门电路的改进电路
图（b）电路：
T1 D3
T 1 处于放大状态，属 具有放大环节的DTL门。
二、电气特性讨论
1.电压传输特性 VO =f(VI ) T2 ， a b段：截止区， T5截止 T5 截止 b c段：线形区， T2 通， c d段：转折区， T5 通 T2 ， d e段：饱和区， T2 ， T5 深饱和 门阈值电压 VT － 转折区中间电压
2.输入特性 I I =f(VI )
V CC V OH min R max m I OH N i N I IH
V P为低电平时,
V CC V OL max N I IL I LL max R
V CC V OL max R min I LL max N I IL
R min R R max
=1.1+4.33-0.2-2=3.23(mA)
3. 74LS系列(低功耗抗饱和系列)
电路结构特点:
* 入级,DTL结构 (提高速度)
* D3、 D 4电流泄放通路(提高速度) * R 4下端接V O端 (降低功耗) (V O= V OH时, T3管电流I C3 ) * 电阻阻值 (降低功耗)
B 衬底 D 漏极, S 源极, G 栅极
电源偏置: VGS，VDS 正偏置
VGS >VT 沟道形成， NMOS管导通
2.NMOS增强型管转移特性
I D =f(VGS )| VDS =C
3.NMOS增强型管符号
NMOS管
PMOS管
4.其他MOS管转移特性
NMOS耗尽型管
PMOS增强型
PMOS耗尽型管
3. 箝位电路作 用
4. 带负载能力
电路形式：
T起开关作用： VI=VIL T截止； T饱和 VI=VIH - VBB和 R 2 作用： 抑制正向干扰
静态工作情况：
VI =VIL 时,T基极 VB <0 , VO =VOH T可靠截止 , VI =VIH时，求证 IB >IBS ,T饱和, VO =V0L
0.51
0.51
1.3
1.3
3.4
3.4
平均传输时间t pd
V DD(V) tpd(ns)
5 110
10 60
15 50
V DD t pd(ns)
3.具有入端保护电路的CMOS反相器
正向干扰时， VI 被箝位在(VDD +VD ) 负向干扰时， VI 被箝位在 －VD
四 CMOS 门电路
SBD导通压降低VSBD 0.4V
V B5 V CES6 0.8 0.3 2mA Ic6 0.25 R6
T5管基极电流I.B5计算.
IB5 IB2 IC2 IB6 IC6 IC1 IC2 IB6 IC6
5-1.9 5 (0.8 0.3) 0.8 0.7 0.8 0.3 = 2.8 0.9 0.5 0.25
电平考虑: I LHmax 功耗考虑: I LHmax
达到 6~7 mA ~1 mA
4.输出特性
I LLmax:
10~20 mA
5.平均传输时间 t pd
t pd
t pHL t pLH
2 74标准系列 t pd 10ns
(ns量级）
三、应用注意
多余输入端接法 输出端接法 带负载能力:
2典型电路
逻辑表达式:
Y=A+B
Y=A+B
逻辑符号:
3、线或结构应用
Y1=A+B+C+D Y2=A+B+C+D Y3=A+B+C+D Y4=A+B+C+D
三、集成注入逻辑电路（IIL IC）
1. IIL IC特点
•
• • • •
集成度高，功耗低，单元工作电流仅为 1nA 多集电极输出结构，可以“ 线与 ” 输出摆幅低，约为 0.6 v 速度慢，t pd 约为 20～30 ns No 3 扇出小，
1、或非门（CC4001）和与非门（4011）电路
Y1=A+B
Y2=A B
其核心电路
上并下串结构
' VO1 =M N ' Y1=VO1 ,M=A,N=B
上串下并结构
' VO2 =M+N ' Y1=VO2 ,M=A,N=B
Y1=A B=A+B
Y2 =A+B=A B
2、CMOS开漏极电路(OD)
VCC I BS = β RC
输出箝位电路作用：
DQ和 E Q 作用时刻：
VO =VOH 作用：a. VOH为一个恒
定值（一定负 载范围内） b.带载能力 c.开关速度
带负载能力分析：
VO =VOH时,
外拉电流
I LH VCC -VOH RC
VO =VOL
时,
灌入电流
I LL VCC <β•I B RC
*
TN ,TP 管对称，数据可双向传送。
* 传送模拟量的范围 0~VDD之间。
模拟开关原理电路和逻辑符号
TG + 反相器 → 模拟开关 Sw
4. CMOS三态门 ( TS )
1.74H系列(高速系列)
CT1000 CT2000
二极管图腾柱 达林顿图腾柱 (两级射随结构)
输出结构:两级射极跟随器 电阻 由130
RO 动态响应加快 58
2. 74S系列(抗饱和系列)
电路结构特点:
* 肖特基三极管SBT * 有源泄放电路T 6,R 3,R 6
SBT
SBD
SBT T SBD
中间级－分相 输出级－驱动
※静态工作情况：
T4和 D3截止 VO=VOL ※电位电流关系：
T2 , T5 截止 VI=VIL, T1 深饱和， T4和 D3 正偏置 VO =VOH T2 ,T5 饱和 VI=VIH , T 1 倒置放大，
VI =VIL =0.3V, IB1 =1mA, IB2 =IB5 =0, VB1 =1.0V, VC2 =5V, VO =VOH =3.6V VI VIH 3.6V, VB1 2.1V, VC2 0.8V, IB1 IB2 0.7mA, IC2＝IB5 2.7mA.
I I T 管 输入， E 输出， B 1 使 管T2 IB2
图（b）
DTL门电路的改进电路
图（c）电路：
T2 D4，分相级
T3、D RC ,有源负载
•图（C）
输出级为推拉结构
※ 静态功耗下降； ※ 输出阻抗对称性；
※ 动态响应加快；
2.2 TTL标准系列门电路
一、原理电路
※电路结构： 输入级－逻辑与
一、CMOS IC主要特点
• • • • • • •
10 10 输入高阻抗， R i高达 以上
功耗低 ,静态功耗 Pm 2.5 ~ 5W / 门 电源电压范围宽 VDD 在3～18V 逻辑摆幅大，达 VDD 扇出大，No>50 抗干扰，抗辐射能力强 速度慢
二、MOS管特性
1. NMOS绝缘栅场效应管结构
R 1 20K, R 5 120
CT1000—4000系列重要参数
电路参数
阈值电压VT (V)
CT1000
2000
3000
4000
1.4
10 10 100
1.4
6 22 132
1.1
3 19 57
1.0
9.5 2 19
t pd (ns)
平均功耗 Pm (mW) 功率延迟积
2.4其他类型的TTL IC
一.开集电极电路(OC)
电路结构 : 去除T5管上部
符号 :
T4 ,D3 ,R4
使用条件: 加上拉电阻R 和电源VCC2
应用: 输出"线与"
接口电路, 实现不同电平衔接
上拉电阻R计算 :
VP为高电平时
V CC I R R V OH min I R m IOH N iN I IH
2.典型电路
Y=A B
Y=A B
3典型参数
阈值 电压 无源 结构
有源 结构
VOH VOL ILH I LL I IH IIL (ns) ( V ) (V ) (mA) (mA) (A ) (mA)
t pd
185 15V 0.2 V
7V
1.0 0.1 12 15 6 A mA mA mA
7V
二.三态门电路(TSL)
电路原理 :
EN 0时, VP 1 D截止,不起作用 EN 1时, VP 0 VB 2 "0" VC2 "0"
输出阻断呈高阻
符号 :
应用
数据双向传送
C=0 C=1