门电路
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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
*
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 )
=1.1+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)
电平匹配 电流能力 速度响应
四、例题分析
例1.
门驱动分立元件反相器电路 高电平 I B > I BS I B < I LHmax 低电平可不考虑
例2.
带同类门数量
VOH时 小于 ILHmax
NO
VOL时 小于 ILLmax
例3.
门入端电压测定
R I > R ON <R OFF
2.3 TTL其他系列IC(CT2000—4000)
三、CMOS反相器
1、原理电路
TP TN CMOS反相器 输入高、低电平 VIH VDD VIL 0V
当VI =VDD时，TN 通， TP断 当VI =0V 时，TN断， TP 通 VO VI
VO 0V VO VDD
2. 电气特性
• 电压传输特性
VO=f(VI )
• 输入特性
• 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
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，
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
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
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，பைடு நூலகம்
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。
2.典型电路
• T1 管共基接法：为本级恒流源，向 T 2 管提供 电流; 又作为前级的集电极负载。 •
T2 管为多集电极管：实现入、出信号的反相； 输出可线与。
3. 典型应用
Y1 A B
Y2 A B
Y3 A B
HTL、ECL、IIL IC比较
HTL 逻辑摆幅 ～13V ECL IIL
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
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
I I =f(VI )
• 电压传输特性
1 VT = VDD 2 VDD 曲线向右移动
VI :0~VDD范围内 II 0
• 输出特性
VOH =f(I LH ) VOL =f(I LL )
VDD I LH ,I LL
输出特性
V DD(V) ILH(mA) ILL(mA)
5 10 15
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
A B B A
多路分时传送
三、其他逻辑功能门电路
1.2输入或非门 74S02
Y=A+B
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:
165
6 1.0 1.0 12 15 14.3V 1.0V A mA mA mA
二、发射极耦合电路
1. ECL IC 特点
• • • • • • 速度快: t pd 为0.75 ~ 2.0 ns 扇出系数大, N o 25 输出可实现线或 逻辑摆幅小，约为0.8v 静态功耗大，每门约为 25～40 mW 电源电压：VEE 5.2 v
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 )
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
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
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.
第二章 门电路
※ TTL IC 结构、原理和电气特性 ※ CMOS IC 原理和电气特性
2.1 分立元件门电路
一、 二极管门电路
二、 三极管反相器 三、 DTL门电路
一、二极管门电路
二极管与门 二极管或门
Vo = A · B
Vo = A + B
二、三极管反相器
1 .电路形式
2. 静态工作情 况
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
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
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
2、2－2输入与或非门 74S51
Y=A B+C D
3.异或门74S86
Y=A B
C=0 A B
2.5 其他类型的 BJT 门电路
一.高阈值逻辑电路 ( HTL IC ) 1. HTLIC特点
电源电压+15V 阈值电压 VT高达7V 输出逻辑摆幅大约达13V 静态功耗大约为30~55mW/每门 平均传输时间长, t pd 约为160~200ns
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)
I IH: 输入高电平漏电流 μA量级 1mA I IL: 输入低电平电流 I IS: 输入端接地电流 1mA
3.输入负载特性VRI =f(RI )
重要参数:R OFF 关门电阻 R<R OFF 逻辑低电平 R ON 开门电阻 R>R ON 逻辑高电平
RI VR I VT
4. 输出特性
0.8V 0.6V (-0.9V~-1.75V) (0.7V~0.1V)
NO
t pd (nS )
8~10 160~200
25 0.7~2.0 线或
3 20~30 线与
2.6 CMOS集成门电路
CMOS－Complementary Symmetry Metal Oxide Semiconductor
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
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
*
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 )
=1.1+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)
电平匹配 电流能力 速度响应
四、例题分析
例1.
门驱动分立元件反相器电路 高电平 I B > I BS I B < I LHmax 低电平可不考虑
例2.
带同类门数量
VOH时 小于 ILHmax
NO
VOL时 小于 ILLmax
例3.
门入端电压测定
R I > R ON <R OFF
2.3 TTL其他系列IC(CT2000—4000)
三、CMOS反相器
1、原理电路
TP TN CMOS反相器 输入高、低电平 VIH VDD VIL 0V
当VI =VDD时，TN 通， TP断 当VI =0V 时，TN断， TP 通 VO VI
VO 0V VO VDD
2. 电气特性
• 电压传输特性
VO=f(VI )
• 输入特性
• 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
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，
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
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
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，பைடு நூலகம்
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。
2.典型电路
• T1 管共基接法：为本级恒流源，向 T 2 管提供 电流; 又作为前级的集电极负载。 •
T2 管为多集电极管：实现入、出信号的反相； 输出可线与。
3. 典型应用
Y1 A B
Y2 A B
Y3 A B
HTL、ECL、IIL IC比较
HTL 逻辑摆幅 ～13V ECL IIL
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
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
I I =f(VI )
• 电压传输特性
1 VT = VDD 2 VDD 曲线向右移动
VI :0~VDD范围内 II 0
• 输出特性
VOH =f(I LH ) VOL =f(I LL )
VDD I LH ,I LL
输出特性
V DD(V) ILH(mA) ILL(mA)
5 10 15
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
A B B A
多路分时传送
三、其他逻辑功能门电路
1.2输入或非门 74S02
Y=A+B
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:
165
6 1.0 1.0 12 15 14.3V 1.0V A mA mA mA
二、发射极耦合电路
1. ECL IC 特点
• • • • • • 速度快: t pd 为0.75 ~ 2.0 ns 扇出系数大, N o 25 输出可实现线或 逻辑摆幅小，约为0.8v 静态功耗大，每门约为 25～40 mW 电源电压：VEE 5.2 v
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 )
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
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
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.
第二章 门电路
※ TTL IC 结构、原理和电气特性 ※ CMOS IC 原理和电气特性
2.1 分立元件门电路
一、 二极管门电路
二、 三极管反相器 三、 DTL门电路
一、二极管门电路
二极管与门 二极管或门
Vo = A · B
Vo = A + B
二、三极管反相器
1 .电路形式
2. 静态工作情 况
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
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
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
2、2－2输入与或非门 74S51
Y=A B+C D
3.异或门74S86
Y=A B
C=0 A B
2.5 其他类型的 BJT 门电路
一.高阈值逻辑电路 ( HTL IC ) 1. HTLIC特点
电源电压+15V 阈值电压 VT高达7V 输出逻辑摆幅大约达13V 静态功耗大约为30~55mW/每门 平均传输时间长, t pd 约为160~200ns
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)
I IH: 输入高电平漏电流 μA量级 1mA I IL: 输入低电平电流 I IS: 输入端接地电流 1mA
3.输入负载特性VRI =f(RI )
重要参数:R OFF 关门电阻 R<R OFF 逻辑低电平 R ON 开门电阻 R>R ON 逻辑高电平
RI VR I VT
4. 输出特性
0.8V 0.6V (-0.9V~-1.75V) (0.7V~0.1V)
NO
t pd (nS )
8~10 160~200
25 0.7~2.0 线或
3 20~30 线与
2.6 CMOS集成门电路
CMOS－Complementary Symmetry Metal Oxide Semiconductor
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