门电路2
第三章 门电路 - 第二部分
负载 高电平输出等效电路
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电子工程学院
TTL反相器的静态输出特性
1. 高电平输出特性
T4、D2导通，T2、T5截止。电流流出门(拉电流) •空载时：vO= vOH ≈ 5-2×0.7=3.6V •加上负载RL时： 当RL较大，iL< 5mA时，由于是射极跟随器输出， 内阻低，输出电平随输出电流iL的变化不大，基 本保持为VOH 。 随着RL的减小，iL增大，R4上的压降也随之增大， 最终使T4的集电结变为正偏，T4进入饱和状态， 失去射极跟随功能，输出vO随iL绝对值的增加而 几乎线性地降低。 受功耗限制，实际器件高电平输出时iL的最大值 比5mA小得多，74系列手册上规定iL不能超过 0.4mA。
I A + I B = 2 I IH ≤
2. 或非门
或非门的输入端和输出 端电路与反相器相同， 所以输入特性和输出特 性也和反相器一样。
A
A+B
—
A+B
A+B
—
B
输入特性：当输入为高或低电平时，总电流均等于各输入端电流之和。 与输入端个数有关。
动态电流
当输出从低电平转换为高电平的过程中，T4从截止变为导通，T5从深 度饱和变为截止， T5转换所需的时间比T4长，因此在过渡过程中会出 现短时间内T4和T5同时导通的状态，此时有很大的瞬时电流流过T4和 T5 ，使电源电流出现尖峰脉冲。
尖峰电流的影响：使电源电流平均值加大了。 在计算电源容量时应考虑尖峰电流的影响。应 采取措施抑制尖峰电流导致的系统内部噪声。
输入特性：输入电流与输入电压之间的关系，即iI = f(vI)
电流为正
iI
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TTL反相器的静态输入特性
第二章门电路
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
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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
• 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
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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 。
第九讲 CMOS门电路(二)
VDD RL (nIOH mIIH ) VOH
VDD VOH RL (max) nIOH m IIH
内容回顾
CMOS与非门
内容回顾
或非门：
带缓冲级的CMOS门电路
内容回顾
二、漏极开路输出的门电路（OD门） P94 为了满足输出电平的变换，输出大负载电流，以及 实现“线与”功能，将CMOS门电路的输出级做成漏 极开路的形式，称为漏极开路输出的门电路，简称OD （Open－Drain Output）门 1.结构和符号
HC---High-Speed CMOS HCT High-Speed CMOS,TTL Compatible AHC---Advanced High-Speed CMOS AHCT--Advanced High-Speed CMOS,TTL Compatible LVC---Low-Voltage CMOS
3.3.7 CMOS数字集成电路的各种系列
自 20 世 纪 60 年 代 CMOS 电 路 问 世 以 来 ， 随 着 CMOS制造工艺水平的不断改进，CMOS电路的性能 得到了迅速提高。到了20世纪80年代以后，在减小单 元电路的功耗和缩短延迟时间两个主要方面进展尤为 迅速。到目前为止，已经生产出的标准化、系列化的 CMOS 集成电路产品有 4000 系列、 HC/HCT 系列、 AHC/AHCT 系 列 、 VHC/VHCT 系 列 、 LVC 系 列 、 ALVC系列等。 最早投放市场的4000系列传输延迟时间长（可达 100ns 左右）、带负载能力弱，因此，目前它已基本 上被后来出现的HC/HCT系列产品所取代。
数字电路基础第2章门电路
提高了开关速度。
SBD iD
i ib
(a)
(b)
抗饱和三极管
2.4 TTL门电路
三、TTL系列门电路
性能比较好的门电路应该是工作速度既快，功耗又小的 门电路。因此，通常用功耗和传输延迟时间的乘积(简称功 耗—延迟积)来评价门电路性能的优劣。功耗—延迟积越小， 门电路的综合性能就越好。
❖ 低电平UL：
输入低电平UIL 输出低电平UOL
❖ 逻辑“0”和逻辑“1”对应的电压范围宽， 因此在数字电路中，对电子元件、器件 参数精度的要求及其电源的稳定度的要 求比模拟电路要低。
2.2 半导体二极管和三极管的开关特性
2.2.1 半导体二极管的开关特性 一、二极管伏安特性 反向击穿电压
iD(mA)
①74：标准系列； ②74H：高速系列； ③74S：肖特基系列；
④74LS：低功耗肖特基系列；74LS系列成为功耗延迟积较 小的系列。74LS系列产品具有最佳的综合性能，是TTL集成 电路的主流，是应用最广的系列。 ⑤74AS：先进肖特基系列；
④74ALS：先进低功耗肖特基系列。
2.4 TTL门电路
－ 开关闭合 － 开关断开
2.3 分立元件门电路
一、二极管与门
VD1 A
VD2 B
+VCC(+5V) R
Y
uA uB
uY
VD1 VD2
0V 0V 0.7V 导通 导通
0V 5V 0.7V 导通 截止
5V 0V 0.7V 截止 导通
5V 5V 5V 截止 截止
AB
Y
Байду номын сангаас00
0
第2章 门电路学习指导
第二章门电路一、内容提要本章系统地讲述了数字电路的基本逻辑单元——门电路。
由于门电路中的二极管和三极管经常工作在开关状态，所以首先介绍了它们在开关状态下的工作特性。
然后，重点讨论了目前广泛使用的TTL门电路和CMOS门电路。
对于每一种门电路，除了讲解它们的工作原理和逻辑功能以外，还着重介绍了它们作为电子器件的电气特性，特别是输入特性和输出特性，以便为实际使用这些器件打下必要的基础。
二、重点难点虽然这一章讨论的只是门电路的外特性，但无论集成电路内部电路多么复杂，只要它们和这一章所讲的门电路具有相同的输入、输出电路结构，则这里对输入、输出特性的分析对它们也同样适用。
因此，这一章是全书对电路进行分析的基础。
本章的重点内容包括以下三个方面:1、半导体二极管和三极管(包括双极型和MOS型)开关状态下的等效电路和外特性;2、TTL电路的外特性及其应用;3、CMOS电路的外特性及应用。
为了正确理解和运用这些外特性，需要了解TTL电路和CMOS电路的输入电路和输出电路结构及它们的工作原理。
内部的电路结构不是重点内容。
鉴于CMOS电路在数字集成电路中所占的比重已远远超过了TTL电路，建议在讲授时适当加大CMOS电路的比重，并相应压缩TTL电路的内容。
TTL电路的外特性是本章的一个难点，同时也是一个重点。
尤其是输入端采用多发射极三极管结构时，对输入特性的全面分析比较复杂。
从实用的角度出发，只要弄清输入为高/低电平时输入电流的实际方向和数值的近似计算就可以了。
三、习题精解知识点:三极管饱和、截止的分析判断。
例2．1 电路如图2.1所示。
求使三极管截止的v imax ；保证三极管饱和的v imin ，已知三极管β＝30，V BE ＝0．7V ，V CES ＝0．3V 。
解 三极管的开关条件分别为：V BE ≤0，三极管截止，I B ≥I BS 三极管饱和导通。
当三极管截止时，其等效电路如图2.2（a ）所示。
I B＝0，则01010221≤-++=R R R v V i BE图2.1图2.2 即010*******≤-ΩΩ+Ω+V k k k Vv i解得 v i ≤2V 即 v imax ≤2V当三极管饱和导通时，其等效电路如图2.2(b)所示。
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逻辑门电路
一、选择题
1. 对三态门，是正确的说法。
A.输出有高阻态、0态、1态
B.输出高阻态时相当于输出悬空
C.输出电压不高不低
D.用于总线传输
2. 以下电路中可以实现“线与”功能的有。
A.与非门
B.三态输出门
C.集电极开路门
D.漏极开路门
3．以下电路中常用于总线应用的有。
A.T S L门
B.O C门
C.漏极开路门
D.C M O S与非门
4．对于T T L与非门闲置输入端的处理，可以。
A.接电源
B.悬空
C.接地
D.与有用输入端并联
5.C M O S数字集成电路与T T L数字集成电路相比突出的优点是。
A.微功耗
B.高速度
C.高抗干扰能力
D.电源范围宽
二、判断题（正确打√，错误的打×）
1．TTL与非门的多余输入端可以接固定高电平。
（√）
2．当TTL与非门的输入端悬空时相当于输入为逻辑1。
（√）
3．普通的逻辑门电路的输出端不可以并联在一起，否则可能会损坏器件。
（√）
4．CMOS或非门与TTL或非门的逻辑功能完全相同。
（√）
6．三态门的三种状态分别为：高电平、低电平、不高不低的电压。
（×）
7．TTL集电极开路门输出为１时由外接电源和电阻提供输出电流。
（√）
8．一般TTL门电路的输出端可以直接相连，实现线与。
（×）
9．CMOS OD门（漏极开路门）的输出端可以直接相连，实现线与。
（√）
10．TTL OC门（集电极开路门）的输出端可以直接相连，实现线与。
（√）
三、填空题
1.集电极开路门的英文缩写为门，工作时必须外加和。
2．O C门称为门，多个O C门输出端并联到一起可实现功能。
第三章答案
一、选择题
1．ABD
2．CD
3．A
4．ABD
5．ACD
二、判断题
１.√２.√３.√４.√
６.×7.√ 8.×9.√ 10.√
三、填空题
１．OC 电源负载
２．集电极开路门线与。