教案.第六讲_常用CMOS逻辑门电路与74LS系列TTL逻辑门电路
TTL和CMOS门电路
TTL和CMOS门电路摘要：门电路是构成各种复杂数字电路的基本逻辑单元，TTL和CMOS门电路作为目前应用最广的两种门电路，掌握TTL和CMOS 门电路的逻辑功能和电气特性，对于正确使用数字集成电路是十分必要的。
本文对于TTL和CMOS门电路的初学者有一定的参考作用。
关键词：TTL门电路；CMOS门电路1.引言随着数字集成电路的问世和大规模集成电路工艺水平的不断提高，为数字电路的应用开拓了无限广阔的天地。
从制造工艺上可以将目前使用的数字集成电路分为双极型、单极型和混合型三种。
在数字集成电路发展的历史过程中，首先得到推广应用的是双极型的TTL 电路。
由于其体积小、重量轻、可靠性好，至今仍是最流行的集成电路系列之一。
CMOS集成电路出现于20世纪60年代后期，随着其制造工艺的不断进步，CMOS电路逐渐成为当前集成电路的主流产品。
本文将简要总结TTL和CMOS这两种目前使用最多的数字集成电路。
2.TTL门电路TTL门电路是以双极型三极管作为开关器件的集成电路。
在TTL 门电路的定型产品中有反相器（非门）、与门、或门、与非门、或非门、与或非门和异或门几种常见的类型。
尽管它们逻辑功能各异，但输入端、输出端的电路结构形式基本相同。
2.1 反相器2.1.1 反相器的电路结构与逻辑关系反相器是TTL集成门电路中电路结构最简单的一种。
图1给出了74系列TTL反相器的典型电路。
图1 TTL反相器典型电路图1所示电路由三部分组成：T1、R1和D1组成的输入级，T2、R2和R3组成的倒向级，T4、T5和R4组成的输出级。
反向器输入和输出之间是反向关系，即Y=A'。
2.1.2 反相器的外部特性及参数为了正确地解决门电路与门电路、门电路与其他电路的连接问题，必须了解门电路的输入特性、输出特性、负载特性、传输特性和噪声容限等问题。
2.1.2.1 电压传输特性如果把图1所示反相器电路输出电压随输入电压的变化用曲线描绘出来，就得到了图2所示的电压传输特性。
电子课件电子技术基础第六版第六章门电路及组合逻辑电路可编辑全文
逻辑函数除可以用逻辑函数表达式（逻辑表达式）表示以 外，还可以用相应的真值表以及逻辑电路图来表示。真值表 与前述基本逻辑关系的真值表类似，就是将各个变量取真值 （0 和 1）的各种可能组合列写出来，得到对应逻辑函数的真 值（0 或 1）。逻辑电路图（逻辑图）是指由基本逻辑门或复 合逻辑门等逻辑符号及它们之间的连线构成的图形。
TTL 集成“与非”门的外形和引脚排列 a）外形 bOS 集成门电路以绝缘栅场效应管为基本元件组成， MOS 场效应管有 PMOS 和NMOS 两类。CMOS 集成门电路 是由 PMOS 和 NMOS 组 成的互补对称型逻辑门电路。它具 有集成度更高、功耗更低、抗干扰能力更强、扇出系数更大 等优点。
三、其他类型集成门电路
1. 集电极开路与非门（OC 门） 在这种类型的电路内部，输出三极管的集电极是开路的， 故称集电极开路与非门，也称集电极开路门，简称 OC 门。
OC 门 a）逻辑符号 b）外接上拉电阻
74LS01 是一种常用的 OC 门，其外形和引脚排列如图所 示。
74LS01 的外形和引脚排列 a）外形 b）引脚排列
2. 主要参数 TTL 集成“与非”门的主要参数反映了电路的工作速度、抗 干扰能力和驱动能力等。
TTL 集成“与非”门的主要参数
TTL 集成“与非”门具有广泛的用途，利用它可以组成很多 不同逻辑功能的电路，其外形和引脚排列如图所示。如 TTL“ 异或”门就是在 TTL“与非”门的基础上适当地改动和组合而成 的；此外，后面讨论的编码器、译码器、触发器、计数器等 逻辑电路也都可以由它来组成。
数字电子技术基础课件：逻辑门电路
逻辑门电路
逻辑门电路
3.非门电路 图2.1.5(a)是由三极管构成的反相器,也称为非门电路。 当输入电压uI为低电平(0V)时,此时发射结和集电结均处于反 向偏置,所以三极管 V 截止,输出uO为高电平。当输入电压uI 为高电平(+5V)时,此时发射结和集电结均处于正 向偏置,三 极管 V 饱和,输出uO为低电平。若分别用A 和F 表示该电路 的输入和输出逻辑 变量,把分析结果列入表2.1.5中,可知图 2.1.5(a)电路完成的是非逻辑运算关系,其逻辑表 达式为
逻辑门电路
图2.2.4 TTL与非门电压传输特性的测试电路
逻辑门电路
图2.2.5 TTL与非门的电压传输特性
逻辑门电路
2.TTL与非门的输入特性 图2.2.6(a)为 TTL与非门的输入电路,在图示参考方向下 的输入电流为
根据图2.2.6(a)电路,可以画出 TTL 与 非 门 的 输 入 电 流 与 输 入 电 压 之 间 的 关 系 曲 线———输入特性曲线, 如图2.2.6(b)所示。
逻辑门电路
图2.2.3 有源泄放 TTL与非门电路
逻辑门电路
2.2.2 TTL与非门的外特性 1.TTL与非门的电压传输特性 TTL与非门的电压传输特性是指与非门的输出电压与输
入电压的关系,它表示输入信 号由低电平逐渐上升到高电平 时输出电平的相应变化。图2.2.4为 TTL与非门电压传输特 性的测试电路,图中输入端A 与可调直流电源E 相连接,其余 输入端均接高电平。改变可调 直流电源E 的大小,用电压表 测出输入电压uI和输出电压uO 的大小,就可得到图2.2.5所 示 的电压传输特性。
逻辑门电路
4.TTL与非门的输入端负载特性 图2.2.8(b)为输入信号uI随输入负载电阻R 变化的规律, 也就是输入端负载特性曲线。 由图2.2.8(a)可知
逻辑门电路课件
Rp(min)
VDD VOL(max) I OL(max) I IL(total)
… …
+V DD IOL（max) RP
0
IIL（total)
k
IIL
1
n
m
1
当VO=VOH
为使得高电平不低于规定的VIH的 最小值，则Rp的选择不能过大。 Rp的最大值Rp(max) ：
I0Z（total)
+V DD RP
50%
10%
t
f
90%
50% 10%
tr
4. 功耗
静态功耗：指的是当电路没有状态转换时的功耗，即门电路空 载时电源总电流ID与电源电压VDD的乘积。
动态功耗：指的是电路在输出状态转换时的功耗， 对于TTL门电路来说，静态功是主要的。 CMOS电路的静态功耗非常低，CMOS门电路有动态功耗
5. 延时功耗积 是速度功耗综合性的指标.延时功耗积，用符号DP表示。 几种CMOS系列非门的DP见下页。
D2
CN
TN
(3) vI < vDF D2导通, D1截止 vG = vDF
当输入电压不在正常电压范围时,二极管导通，限制了电容两端电 压的增加,保护了输入电路。
RS和MOS管的栅极电容组成积分网络，使输入信号的过冲电压延 迟且衰减后到栅极。
（2）CMOS逻辑门的缓冲电路
输入、输出端加了反相器作为缓冲电路，所以电路的逻 辑功能也发生了变化。增加了缓冲器后的逻辑功能为与非 功能
6.8 25.84
C、I=2V~3V
TN导通，TP导通
vO vI
2. 传输门的应用
(1) 传输门组成的异或门
B=0
A
第六讲 真值表与基本逻辑运算
1 10
11
灌电流
IOL
IIL …
1
低电平扇出数:
N OL
I OL ( 驱 动 门) I IL (负 载 门)
IIL n个 IOL(max) ≥ IIL(total)
0 拉电流
11
IOH
10
IIH
…
1
IIH n个 IOH(max) ≥IIH(total)
高电平扇出数:
N OH
IOH ( 驱 动 门) IIH (负 载 门)
3 基本逻辑门电路
1 逻辑门:实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。
2 逻辑门电路的分类 分立门电路
逻辑门电路 集成门电路
二极管门电路
三极管门电路 MOS门电路
TTL门电路
NMOS门 PMOS门 CMOS门
1.CMOS门电路和TTL门电路
（1）CMOS集成电路:
广泛应用于超大规模、甚大规模集成电路
00000011 数字输出
保持、量化、 编码
（4）数字信号的描述方法
二值数字逻辑 0、1数码 ---表示数量时称二进制数
表示方式
---表示事物状态时称二值逻辑
逻辑电平与电压值的关系（正逻辑）
电压(V) 二值逻辑 +5（3.3~5） 1 0（0~1.5） 0
电平 H(高电平) L(低电平)
2 二值逻辑变量与基本逻辑运算
最大数目。驱动器件必须对负载器件提供足够大的拉电流和灌 电流。
负载器件所要求的输入电压
1 vO
驱动门
vI 1
负载门
vO
VOH (min)
vI
VIH (min)
VOH(min)
≥ VIH(min)
数电CMOS逻辑门
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稳定性好
CMOS逻辑门的输出电压范围较小，不易受到温度和工艺变化的影响。
CMOS逻辑门的阈值电压也相对稳定，有利于提高数字电路的稳定性。
输入阻抗高
CMOS逻辑门的输入电路采用反相器结构，具有较高的输入阻抗。
高输入阻抗能够减小信号传输过程中的损耗，提高信号的保真度。
03
CMOS逻辑门的应用
在数字电路中的应用
新型CMOS逻辑门的研究
总结词
随着集成电路技术的发展，新 型CMOS逻辑门不断涌现，以
满足新的应用需求。
详细描述
新型CMOS逻辑门通过创新设 计理念和结构，提高性能、降 低功耗和减小尺寸。
总结词
新型CMOS逻辑门包括可重构 逻辑门、自适应逻辑门和神经 网络逻辑门等。
详细描述
这些新型逻辑门具有更高的灵 活性、自适应性和智能化水平 ，为未来集成电路的发展提供
输入级通常由一个或两个反 相器构成，用于实现逻辑非 的功能。
输出级由一个反相器和两个 串联的二极管构成，用于实 现逻辑与的功能。
CMOS逻辑门的制作工艺
CMOS逻辑门采用成熟的半导体制作工艺， 包括外延、光刻、腐蚀、扩散和蒸镀等工艺 。
外延工艺用于生长单晶硅层，光刻工艺用于 在硅片上形成电路图形，腐蚀工艺用于去除 不需要的硅层，扩散工艺用于掺杂不同元素 形成导电区域，蒸镀工艺用于形成金属导线
数电CMOS逻辑门
目 录
• CMOS逻辑门简介 • CMOS逻辑门的特点 • CMOS逻辑门的应用 • CMOS逻辑门的实现 • CMOS逻辑门的发展趋势
01
CMOS逻辑门简介
什么是CMOS逻辑门
数字电子技术逻辑门电路课件
数字电子技术-逻辑门电路
二极管与门/或门电路的缺点
（1）在多个门串接使用时，会出现低电平偏离标准数值 的情况。 （2）负载能力差。
+VCC（+5V）
R 3kΩ
D1
0V
D2
5V
D1
p
5V
D2
0.7V
+VCC（+5V） R 3kΩ
L
RL
1.4V
数字电子技术-逻辑门电路
解决办法：
将二极管与门（或门）电路和三极管非门电路组 合起来。
1
3
2T 3
Hale Waihona Puke R e21kΩ输入级
中间级
输出级
数字电子技术-逻辑门电路
TTL与非门的逻辑关系分析
1、输入全为高电平3.6V时。
T2、T3饱和导通， 由于T2饱和导通，VC2=1V。
由于T3饱和导通，输出电压为： VO=VCES3≈0.3V
T4和二极管D都截止。
实现了与非门的逻 辑功能之一： 输入全为高电平时， 输出为低电平。 A
管相当于一个闭合的开关。
D
K
V
F
IF
RL
V
F
IF
RL
数字电子技术-逻辑门电路
半导体二极管的理想开关特性
(2)加反向电压VR时，二极管截止，反向电流IS可忽略。二
极管相当于一个断开的开关。
D
K
V
R
IS
RL
V
R
RL
iD
理想二极管 伏安特性
uD
0V
数字电子技术-逻辑门电路
半导体二极管的实际开关特性
实际的硅二极管正向导通时，存在 一个0.7V的门槛电压（锗二极管为 0.3V),其伏安特性曲线为：
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CMOS逻辑门电路CMOS是互补对称MOS电路的简称（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor），其电路结构都采用增强型PMOS管和增强型NMOS管按互补对称形式连接而成，由于CMOS 集成电路具有功耗低、工作电流电压范围宽、抗干扰能力强、输入阻抗高、扇出系数大、集成度高，成本低等一系列优点，其应用领域十分广泛，尤其在大规模集成电路中更显示出它的优越性，是目前得到广泛应用的器件。
一、CMOS反相器CMOS反相器是CMOS集成电路最基本的逻辑元件之一，其电路如图11-36所示，它是由一个增强型NMOS管T N和一个PMOS管T P按互补对称形式连接而成。
两管的栅极相连作为反相器的输入端，漏极相连作为输出端，T P管的衬底和源极相连接电源U DD，T N管的衬底与源极相连后接地，一般地U DD>(U TN+|U TP|)，(U TN和|U TP|是T N和T P的开启电压)。
当输入电压u i=“0”（低电平）时，NMOS管T N截止，而PMOS管T P导通，这时T N 管的阻抗比T P管的阻抗高的多，（两阻抗比值可高达106以上），电源电压主要降在T N上，输出电压为“1”（约为U DD）。
当输入电压u i=“1”（高电平）时，T N导通，T P截止，电源电压主要降在T P上，输出u o=“0”，可见此电路实现了逻辑“非”功能。
通过CMOS反相器电路原理分析，可发现CMOS门电路相比NMOS、PMOS门电路具有如下优点：①无论输入是高电平还是低电平，T N和T P两管中总是一个管子截止，另一个导通，流过电源的电流仅是截止管的沟道泄漏电流，因此，静态功耗很小。
②两管总是一个管子充分导通，这使得输出端的等效电容C L能通过低阻抗充放电，改善了输出波形，同时提高了工作速度。
③由于输出低电平约为0V，输出高电平为U DD，因此，输出的逻辑幅度大。
CMOS反相器的电压传输特性如图11-37所示。
通信工程设计与监理《TTL和CMOS系列数字集成电路简介教案》
TTL和CMOS系列数字集成电路简介
一、教学目标：
TTL电路的定义及分类、CMOS电路的定义及分类、CMOS集成电路的性能及
二、教学重点、难点：
重点掌握TTL电路分类和CMOS电路分类
三、教学过程设计：
1TTL电路的定义：
TTL电路以双极型晶体管为开关元件，所以又称双极型集成电路。
双极型数字集成电路是利用电子和空穴两种不同极性的载流子进行电传导的器件。
2TTL电路的分类：
1）74-系列
2）74H-系列
3）74S-系列
4）74LS-系列
5）74ALS-系列
6）74AS-系列
3CMOS电路的分类：
1)标准的4000B/4500B系列
2)74HC-系列
3)74AC-系列
讲完之后问个问题：TTL系列和CMOS系列数字集成电路的区别？TTL系列：是电流控制器件，速度快、功耗大，双极型数字集成电路，噪声容限窄。
CMOS系列：是电压控制器件，速度慢、功耗低，单极型数字集成电路，噪声容限宽
四、课后作业：
1填空
1.1TTL电路又称数字集成电路，CMOS电路又
称数字集成电路〔双极型、单极型〕
1.2数字集成电路是国际上通用的标准电路。
〔74
系列〕
五、本节小结：对本节内容进行小结。
数字电路cmos型和ttl型门电路介绍及使用
数字电路cmos型和ttl型门电路介绍及使用一、CMOS门电路CMOS 门电路一般是由MOS管构成，由于MOS管的栅极和其它各极间有绝缘层相隔，在直流状态下，栅极无电流，所以静态时栅极不取电流，输入电平与外接电阻无关。
由于MOS管在电路中是一压控元件，基于这一特点，输入端信号易受外界干扰，所以在使用CMOS门电路时输入端特别注意不能悬空。
在使用时应采用以下方法：1、与门和与非门电路：由于与门电路的逻辑功能是输入信号只要有低电平，输出信号就为低电平，只有全部为高电平时，输出端才为高电平。
而与非门电路的逻辑功能是输入信号只要有低电平，输出信号就是高电平，只有当输入信号全部为高电平时，输出信号才是低电平。
所以某输入端输入电平为高电平时，对电路的逻辑功能并无影响，即其它使用的输入端与输出端之间仍具有与或者与非逻辑功能。
这样对于CMOS与门、与非门电路的多余输入端就应采用高电平，即可通过限流电阻（500Ω）接电源。
2、或门、或非门电路：或门电路的逻辑功能是输入信号只要有高电平输出信号就为高电平，只有输入信号全部为低电平时，输出信号才为低电平。
而或非门电路的逻辑功能是输入信号只要有高电平，输出信号就是低电平，只有当输入信号全部是低电平时输出信号才是高电平。
这样当或门或者或非门电路某输入端的输入信号为低电平时并不影响门电路的逻辑功能。
所以或门和或非门电路多余输入端的处理方法应是将多余输入端接低电平，即通过限流电阻（500Ω）接地。
二、TTL门电路TTL门电路一般由晶体三极管电路构成。
根据TTL电路的输入伏安特性可知，当输入电压小于阐值电压UTH，即输入低电平时输入电流比较大，一般在几百微安左右。
当输入电压大于阈值电压UTH时，输入高电平时输入电流比较小，一般在几十微安左右。
由于输入电流的存在，如果TT L门电路输入端串接有电阻，则会影响输入电压。
其输入阻抗特性为：当输入电阻较低时，输入电压很小，随外接电阻的增加，输入电平增大，当输入电阻大于IKΩ时，输入电平就变为阈值电压UTH即为高电平，这样即使输入端不接高电平，输入电压也为高电平，影响了低电平的输入。
教案.第六讲 常用CMOS逻辑门电路及74LS系列TTL逻辑门电路
上一讲内容回顾：CMOS 反相器结构和工作原理+V DDB 1G 1D 1S 1u Au YT NT PB 2D 2S 2G 2VSS+-uGSNu +-GSPAY 0V+V DD u Au GSN|u GSP |T NT Pu Y 0V<U th(N)>|U th(P)|截止导通V DD V DD >U th(N)<|U th(P)|导通截止0V设U th(N)=2V ，U th(P)=-2V ，V DD =5V 。
T R ONPu Y +V DD V DD SN T P T R ONNu Y +V DD 0V SN T PAY导通导通截止截止u A =0V 时u A =V DD 时电压传输特性和电流传输特性i D ++V DDB 1G 1D 1S 1u I-u OT NT PB 2D 2S 2G 2V SSA BCDE FU th(N)V DDU THU th(P)U NLU NHu O / Vu I / VD A BC E Fi D /mAu I / VU TH电压传输特性电流传输特性1. 常用逻辑功能的CMOS 门电路 （一）CMOS 逻辑与非和或非门电路 ①与非门A B T N1T P1T N2T P2Y 0 00 11 01 1截通截通通通通截截通截截截截通通1110与非门u A+V DD +10VVSST P1T N1T P2T N2A B Y u Bu Y0101AB Y =AB Y②或非门或非门B A Y +=u A+V DD +10V V SS T P1T N1T N2T P2ABYu B u YA B T N1T P1T N2T P2Y 0 00 11 01 1截通截通通通通截截通截截截截通通1000ABY （二）CMOS 漏极开路输出门电路（OD 门） 为什么需要OD 门能否将普通2个及以上的CMOS 门电路的输出直接连在一起，进而实现“线与”！ 21Y Y Y =A B YC DY 1Y 2是否可以如此连接与应用10产生一个很大的电流 漏极开路输出CMOS 门电路（OD 门）AB Y AB Y =V R L V DD2DD1A BV SS用途：输出缓冲/驱动器；输出电平的变换；满足大功率负载电流的需要；实现线与逻辑。
CMOS门电路和TTL门电路的使用知识及相互连接
2021/8/13
3
1.2 TTL门电路的使用知识
1．多余或暂时不用的输入端不能悬空，可按以 下方法处理：
（1）与其它输入端并联使用。 （2）将不用的输入端按照电路功能要求接 电源或接地。比如将与门、与非门的多余输入端 接电源，将或门、或非门的多余输入端接地。
2021/8/13
4
2． 电路的安装应尽量避免干扰信号的侵入，保证 电路稳定工作。
74LS368
名称 四2输入与非门 四2输入或非门 六反相器 六反相器 四2输入与门 双4输入与非门 8输入与非门 四2输入或门 4-2-3-2输入与或非门 13输入与非门 四异或门 六总线驱动器
六总线驱动器
主要功能
OC门 施密特触发
OC输出 同相、三态、公共控制 反相、三态、两组控制
2021/8/13
2路直接接触的工具、仪 表等必须可靠接地。
（2）存储和运输CMOS电路，最好采用金属 屏蔽层做包装材料。
2．多余的输入端不能悬空。 输入端悬空极易产生感应较高的静电电压，
造成器件的永久损坏。对多余的输入端，可以按 功能要求接电源或接地，或者与其它输入端并联 使用。
数字电子技术
CMOS门电路和TTL门电路的 使用知识及相互连接
1.1 CMOS门电路的使用知识
1．输入电路的静电保护 CMOS电路的输入端设置了保护电路，给使用者
带来很大方便。但是，这种保护还是有限的。由于
CMOS电路的输入阻抗高，极易产生感应较高的静电 电压，从而击穿MOS管栅极极薄的绝缘层，造成器件 的永久损坏。为避免静电损坏，应注意以下几点：
7
表3-8
型号 CC4001
常用集成门电路(CMOS系列）
名称
cmos逻辑门电路PPT课件
0 UT uGS(V) 0 转移特性曲线
2V uDS(V) 输出特性曲线
2.6.1 CMOS反相器
1. MOS管的开关特性
UCC
R
uo
D
ui
S
负载线
ID
ui=“1”
0 uo=“0”
ui=“0”
UDS
uo=“1”
2.6.1 CMOS反相器
MOS管的漏极D和源极S当作一个受栅源电压控制的开关。 VGS＞ VT时，D，S间形成导电沟道，开关闭合。 VGS＜VT时，D，S间没有导电沟道，开关断开。
④CMOS电路具有制造工艺简单、功耗小、输入阻 抗高、集成度高、电源电压范围宽等优点，其主要 缺点是工作速度稍低，但随着集成工艺的不断改进， CMOS电路的工作速度已有了大幅度的提高。
{End}
3. CMOS “异或” 门电路
AB L 00 0 01 1
1
0 1
0
1
00
0
2.6.2 CMOS门电路
3. CMOS “异或” 门电路
AB L 00 0 01 1 10 1
0
1
0
1
1 00
0
0
2.6.2 CMOS门电路
3. CMOS “异或” 门电路
AB L 00 0 01 1 10 1 11 0
①利用半导体器件的开关特性，可以构成与门、 或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门 等各种逻辑门电路，也可以构成在电路结构和特性 两方面都别具特色的三态门、OC门、OD门和传输门。
②随着集成电路技术的飞速发展，分立元件的数 字电路已被集成电路所取代。
③TTL电路的优点是开关速度较高，抗干扰能力 较强，带负载的能力也比较强，缺点是功耗较大。
第六讲动态CMOS组合电路
to other PUN’s
实验2
实验目的 练习和优化大扇入组合逻辑电路的设计 实验内容 设计8输入与非门 重组逻辑结构后得到另外一种形式的8输入与非门 比较和分析两电路的延时信息等特性,要求有必要的运 算和仿真结果
TJU. ASIC Center---Arnold Shi
差分型(双轨) 多米诺逻辑
off
Clk Out = AB 1 0
Mp Mkp
on
Mkp Mp
Clk 1 0 !B Out = AB
A
B
!A
Clk
Me
解决了多米诺逻辑的非反相问题
TJU. ASIC Center---Arnold Shi
多米诺骨牌世界记录
TJU. ASIC Center---Arnold Shi
无求值管多米诺（Footless Domino）
VDD Clk VDD VDD Mp Out1 Clk Mp Mr Out2
In1 In2 In3
Clk
PDN
In4
PDN
Me
Clk
Me
预充电期间若Inputs=0 则可以取消求值管(直 接与地短路)!
Clk In1 In2 In3 Clk
Mp
11 10
Out1
Clk
Mp Mkp
Out2
PDN
00 01 In4 PDN In5 Clk
Me
Me
一个多米诺（Domino）逻辑块由一个n型动态逻辑块 后面接一个静态反相器构成；由于多米诺模块输出由 一个低阻抗的静态反相器驱动，提高了抗噪声能力
TJU. ASIC Center---Arnold Shi
数字实验教案
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实验内容
数字电子部分
实验1 实验1 基本逻辑门逻辑功能测试及使用
五、实验报告要求 1. 画出实验用逻辑门的逻辑符号，并写出逻辑表达式。 2. 整理实验表格和结果。 3. 总结三态门功能及正确的使用方法。 4. 通过本次实验总结TTL及CMOS器件的特点及使用的收获和体会。 5. 回答思考题。 六、思考题 1. 欲使1只异或门实现非逻辑，电路将如何连接，为什么说异或门是可控 反相器? 2. 对于TTL电路为什么说悬空相当于高电平?而CMOS集成门电路多余端为什 么不能悬空？ 返回
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实验内容
数字电子部分
实验3 实验3 中小规模集成电路组合逻辑设计
4） 题目D：2位二进制乘法器设计及验证（综合实验） 输入A1A0和B1B0两路二进制信号，输出为A1A0×B1B0的乘积，通过数码管 显示出来。例如A1A0和B1B0两路二进制信号假若为11和10时，则显示“6”， 具体电路形式不限。 设计实验要求 写出真值表、逻辑表达式（如何化简自己决定）。①试 用与非门设计该逻辑电路，选择尽可能少的器件。②可利用实验系统上 已连接好的BCD/七段译码显示电路和数码管，并在实验台上进行调试及 验证。 5） 题目E：2位二进制平方电路设计及验证（综合实验） 输 入 A2A1A0 三 位 二 进 制 数 ， 用 两 位 数 码 管 显 示 其 平 方 数 。 例 如 A2A1A0==111时，则应显示“49”。(具体电路形式不限) 返回
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实验内容
数字电子部分
实验1 实验1 基本逻辑门逻辑功能测试及使用
一、实验目的 1. 熟悉数字电路实验系统的正确使用。 2. 掌握各种常用门电路的逻辑符号及逻辑功能。 3. 了解TTL、CMOS集成电路外引线排列。 4. 了解TTL、CMOS集成电路的标示识别。 5. 了解 TTL、CMOS集成电路正确的使用方法。 6. 通过验证掌握常用的TTL、CMOS集成门电路的逻辑功能。 7. 熟悉并掌握OC门、三态门的典型应用。
TTL逻辑门电路
TTL逻辑门电路以双极型半导体管为基本元件，集成在一块硅片上，并具有一定的逻辑功能的电路称为双极型逻辑集成电路，简称TTL逻辑门电路。
称Transistor-Transistor Logic,即BJT-BJT逻辑门电路，是数字电子技术中常用的一种逻辑门电路，应用较早，技术已比较成熟。
TTL主要有BJT （Bipolar Junction Transistor 即双极结型晶体管，晶体三极管）和电阻构成，具有速度快的特点。
最早的TTL门电路是74系列，后来出现了74H系列，74L系列，74LS,74AS,74ALS等系列。
但是由于TTL功耗大等缺点，正逐渐被CMOS电路取代。
12．1 CMOS逻辑门电路CMOS逻辑门电路是在TTL电路问世之后，所开发出的第二种广泛应用的数字集成器件，从发展趋势来看，由于制造工艺的改进，CMOS电路的性能有可能超越TTL而成为占主导地位的逻辑器件。
CMOS电路的工作速度可与TTL相比较，而它的功耗和抗干扰能力则远优于TTL。
此外，几乎所有的超大规模存储器件，以及PLD器件都采用CMOS艺制造，且费用较低。
早期生产的CMOS门电路为4000系列，随后发展为4000B系列。
当前与TTL兼容的CMO器件如74HCT系列等可与TTL器件交换使用。
下面首先讨论CMOS反相器，然后介绍其他CMO逻辑门电路。
MOS管结构图MOS管主要参数：1.开启电压V T·开启电压（又称阈值电压）：使得源极S和漏极D之间开始形成导电沟道所需的栅极电压；·标准的N沟道MOS管，V T约为3～6V；·通过工艺上的改进，可以使MOS管的V T值降到2～3V。
2. 直流输入电阻R GS·即在栅源极之间加的电压与栅极电流之比·这一特性有时以流过栅极的栅流表示·MOS管的R GS可以很容易地超过1010Ω。
3. 漏源击穿电压BV DS·在V GS=0（增强型）的条件下，在增加漏源电压过程中使I D开始剧增时的V DS称为漏源击穿电压BV DS·I D剧增的原因有下列两个方面：（1）漏极附近耗尽层的雪崩击穿（2）漏源极间的穿通击穿·有些MOS管中，其沟道长度较短，不断增加V DS会使漏区的耗尽层一直扩展到源区，使沟道长度为零，即产生漏源间的穿通，穿通后，源区中的多数载流子，将直接受耗尽层电场的吸引，到达漏区，产生大的I D4. 栅源击穿电压BV GS·在增加栅源电压过程中，使栅极电流I G由零开始剧增时的V GS，称为栅源击穿电压BV GS。
TTL和CMOS集成门电路的逻辑功能分析方法
TTL和CMOS集成门电路的逻辑功能分析方法TTL集成门电路的逻辑功能分析方法：TTL电路常见的集成门电路有与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）、异或门（XOR）等。
逻辑功能分析的目的是确定输入和输出之间的关系，并确定电路的真值表。
以下是TTL集成门电路的逻辑功能分析步骤：1.确定电路的输入和输出端口：根据电路图或芯片手册，确定电路的输入和输出端口。
2.绘制真值表：根据电路的输入和输出端口，绘制真值表。
真值表列出了所有可能的输入组合以及对应的输出结果。
3.逐个输入组合进行分析：对每个输入组合，根据电路图和逻辑门的真值表，分析输出的结果。
可以使用布尔代数或卡诺图等方法进行分析。
4.验证和检查：通过验证输出结果是否与真值表中的结果一致来检查逻辑分析的正确性。
CMOS集成门电路的逻辑功能分析方法：CMOS电路由nMOS和pMOS晶体管组成，具有低功耗、高噪声免疫度和高集成度等优点。
类似于TTL电路，CMOS电路也可以实现与门、或门、非门和异或门等逻辑功能。
逻辑功能分析的步骤如下：1.确定电路的输入和输出端口：根据电路图或芯片手册，确定电路的输入和输出端口。
2.绘制真值表：根据电路的输入和输出端口，绘制真值表。
真值表列出了所有可能的输入组合以及对应的输出结果。
3.根据CMOS电路特性进行逻辑分析：CMOS电路具有与非门和与非门的组合，通过nMOS和pMOS晶体管的开关状态来实现逻辑运算。
根据这些特性，分析电路的逻辑功能。
4.验证和检查：通过验证输出结果是否与真值表中的结果一致来检查逻辑分析的正确性。
需要注意的是，在实际分析中，可以使用计算机辅助设计（CAD）工具来进行逻辑功能分析。
这些工具可以自动绘制真值表、生成逻辑图、模拟电路和验证结果。
总结：TTL和CMOS集成门电路的逻辑功能分析方法包括确定电路的输入和输出端口，绘制真值表，逻辑分析和验证结果。
逻辑功能分析是设计和实现数字逻辑电路的重要步骤，可以帮助工程师理解电路的逻辑关系，并确保设计的正确性。
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u ONN
导通导通
截止
时
电压传输特性和电流传输特性
（五）CMOS 电路的特点与使用注意问题 ①CMOS 电路的优点
• 静态功耗小；允许电源电压围宽(1.520V)；扇出系数大，噪声容限大。
②CMOS 电路的正确使用 ☞ 输入电路的静电保护
• 所有与CMOS 电路直接接触的工具、仪表等必须可靠接地。
• 存储和运输CMOS 电路，最好采用金属屏蔽层做包装材料。
☞ 多余的输入端不能悬空
• 可以按功能要求接电源或接地，或与其它输入端并联使用。
☞ 输入电路需过流保护
• 低阻信号源时，输入端与信号源之间串进保护电阻； • 输入端接有大电容时，应在输入端和电容之间串联接入保护电阻；
• 输入端接长线时，应在门电路的输入端串联接入保护电阻。
2. 74LS 系列TTL 门电路
（一）LSTTL 非门结构与工作原理
TTL 集成门电路发展主要经历了四个系列，74系列、74H 系列、74S 系列、74LS 系列。
前三个系列已经被淘汰，74LS 系列虽面临淘汰，但是目前仍有使用，故课程仅简单介绍74LS 系列原理。
利用肖特基管的低导通电压(0.3V~0.4V)和多数载流子形成电流特性抗深饱和提高速度。
R R R
R R R D 3
V CC
Y
28K
120K
A
B 1.5K
T 2T 3
T 4
5
120T 5
R 4
4K C 3K T 6
u o u i D 26
12K D 1
SBD
b e
e c
b
c
电压关系表u I /V u O /V 0.3 3.4(4.3)3.4
0.3
真值表01
10
A Y
☞ D2、D3的作用
D2在T5导通的瞬间起作用，可抽取T4的基区电荷，加速其截止过程。
D3在T5导通的过程中起作用，此时T2的集电极电位比T5的集电极电位低，可以通过D3给负载电容放电，而这个放电电流又去驱动T5，减小了电路的导通延迟。
☞ T6电路的作用
T2由截止变导通，先驱动T5饱和导通，然后T6才导通，对
（四）LSTTL 与非门74LS00
逻辑与
V CC
Y R 2
R 1
B
R B
T 2
T 3
T 4
R 5
T 5
R 4
R C T 6
D 5D 6
A R 6
D 4
D 2
D 1
D 3V 7CC 1
14
8
GND
D 3和D 4为输入保护二极管
（五）CMOS 门电路与TTL 门电路两者特点比较
• CMOS 工作速度一般比TTL 低，HCMOS 与TTL 相当。
• CMOS 扇出系数比TTL 电路大。
• CMOS 电路的电源电压允许围较大，约在1.5～20V ，抗干扰能力比TTL 电路强。
• CMOS 电路的功耗比TTL 电路小得多。
TTL 功耗几mW 、 CMOS 的功耗只有几个μW 。
• CMOS 集成电路的集成度比TTL 电路高。
• CMOS 电路容易受静电感应而击穿，在使用和存放时应注意静电屏蔽，焊接时电烙铁应接地良好，尤其是CMOS 电路多余不用输入端不能悬空，应根据需要接地或接高电平。
速度
TTL(LS)大小(µ30%功耗噪声容限扇出系数集成度快(mW)(0.4V 左右)小(20≤)低CMOS 较快(74HC)小W)大(≥V DD )大(≥50)高
多余输入端的处理措施
处理原则：不能影响输入与输出之间的逻辑关系。
①可并联起来使用；
②可根据逻辑关系的要求接地或接高电平。
• TTL 电路多余的输入端悬空表示输入为高电平。
一般可根据门电路逻辑功能将多余的输入端通过上拉电阻(1~3K )接电源正端(逻辑1的处理)；直接把多余端接地(逻辑0的处理)。
尽量把多余的输入端并联使用；虽然可以通过大电阻接地(逻辑1的处理)，但最好不要采用。
• CMOS 电路，多余的输入端不允许悬空，否则电路将不能正常工作。
对于CMOS 电路对多余输入端，尽量根据门电路逻辑功能并联使用，或者根据需要直接接地(逻辑0的处理)；或直接接V DD (逻辑1的处理)。