1、第二章 门电路,2-1 导论,2-2 分立元件门电路,2-3 TTL门电路,2-4 其它类型TTL门电路,2-5 CMOS逻辑门,门电路的分类,两大类工艺技术的特点：,目前最常用的工艺: CMOS,按封装（外形）分：双列直插、扁平封装、表面封 装、针式,2.1 导论,复习二极管开关特性,复习三极管开关特性,一、PN（二极管）的开关特性,P,N,PN,结,外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。于是，内电场对多数载流子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。,P,N,IF,正向导通,内电场对多子扩散
2、运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时PN结区的少子在内电场作用下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流，PN结呈现高阻性。,P,N,PN,结,IS,在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流 IS 。,P,N,反向截至,二、NPN三极管开关特性,饱和,截止,2.2 分立元件门电路,F=AB,F=A+B,晶体管非门电路(反相器),+12V,Rc,T,RA,A,F,2.3 TTL门电路,一、结构与原理,TTL非门,TTL与非门电路,二、特性,IIH 输入高电平电流(输入漏电流40A),IIS
3、输入短路电流(1.6mA),IIL 输入低电平电流,1、 输入伏安特性,2、 输入端负载特性,1,F,+5V,Ri,ui,Ri较小时，uiUT，ui=“1”,临界时,Ron开门电阻，Ri Ron(2.5K)，ui为高电平。,Roff 关门电阻，Ri Roff(0.85K)，ui为低电平。,TTL门电路输入端悬空时为“1”。,3、输出特性,拉电流负载(输出高电平有效),IOH 输出高电平电流(拉电流400A),灌电流负载(输出低电平有效),IOL输出低电平电流(灌电流16mA),4、电压传输特性,UOH,Uon开门电平 (输出低电平的最大值 0.8V ),Uff关门电平 (输出高电平的最小值 2
4、.4V),理想化,UT,UT 阈值电压(门槛电平),UT=1.4V,三、门电路级联：,前一个器件的输出就是后一个器件的输入，后一个是前一个的负载，两者要相互影响。,“0”,“1”,“0”,“1”,负载能力的计算,“1”,IOH=NIIH,N=IOH/IIH=400/40=10,“0”,IOL=NIIL,N=IOL/IIL=16/1.6=10,N 扇出系数,直流参数,低电平输入电流 IIL1.6 mA高电平输入电流 IIH 40 A 低电平输出电流 IOL16 mA高电平输出电流 IOH 0.4 mA低电平输出电压 VOL0.4V (10个负载)高电平输出电压 VOH 2.4V (10个负载),
5、传输延迟时间,理想波形,实际波形,tPd1,tpd1前沿传输延迟时间,tpd2后沿传输延迟时间,平均传输延迟时间,一、集电极开路（OC）与非门,为什么需要OC门？,普通与非门输出不能直接连在一起实现“线与”！,F=F1F2,T5饱和程度降低，输出低电平抬高,输出“不高不低”。,T5电流过大被烧毁。,OC门电路,逻辑符号：,OC门可以实现“线与”,F=F1F2,RC的计算方法,OC门输出全为“1”时：,IOH,IOH T5集电极漏电流,UOH=VCC IRCRC,=VCC(nIOH+mIIH)RC,RC UOH,当UOH=UOHmin 时：,RC的计算方法,OC门输出中有一个为“0”时：,UOL
6、=VCC-(IRC-mIIL)RC,RC IOL UOL ,当UOL=UOLmax 时：,二、输出三态门,1、工作原理,T2、T5截止,D导通,T3、T4截止,输出呈现高阻状态。,2、三态门符号,3、三态门应用,多路开关,三态门应用,双向总线驱动器，又称收发器,六、 TTL系列,实际的与非门器件,74LS002输入4与非门,74LS308输入与非门,2-5 CMOS逻辑门电路,1CMOS非门,设VDD（VTN+|VTP|），且VTN=|VTP|,（1）当Vi =0V时，TN截止， TP导通。输出VOVDD。,（2）当Vi =VDD时，TN导通， TP截止，输出VO0V。,增强型场效应管,2.C
7、MOS与非门和或非门电路,与非门,或非门,设MOS管的开启电压：TN管 2VTP管 -2V,当EN=H时，传输门按下表工作,当EN=L时，两个MOS管都截止，传输门不通，呈高阻。,2. CMOS传输门,CMOS逻辑门电路的系列,（1）基本的CMOS 4000系列。（2）高速的CMOSHC系列。（3）与TTL兼容的高速CMOSHCT系列。,CMOS逻辑门电路主要参数的特点,（1）VOH（min）=VDD； VOL（max）=0。 所以CMOS门电路的逻辑摆幅（即高低电平之差）较大。,CMOS门电路功耗低，扇出数大，噪声容限大，开关速度与TTL接近，易大规模集成，已成为数字集成电路的发展方向。,（2）阈值电压Vth约为VDD/2。 ViH（min）=VDD / 2,（3）其高、低电平噪声容限约 VDD / 2 。,（4）CMOS电路的功耗很小，一般小于1 mW/门；,（5）因CMOS电路有极高的输入阻抗，故其扇出系数很大，达50,
