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。

应用举例“线与”连接方法R LV DD G 1A B Y 2G 2CD Y 1Y A BY C D R L V DD Y 2Y 1G 1G 2“线与”逻辑符号21Y Y Y ⋅=AB Y =1CD Y =2CD AB CD AB Y +=⋅= R L 的选择 m '个V DD V IHV ILV ILR L(max)L IH OH OH DD L R mI nI V V R =+-≤I OHI IHn 个OH L IH OH DD V R mI nI V ≥+-)(V OHV DD V IL V IL V IL R L m 个m 、m'是负载门电路分别为高、低电平时，负载门输入端进或出电流的数目。

负载门为CMOS 门电路情况下，m 和m '相等。

V OLI OL I IL (max)/)(OL IL L OL DD I I m R V V ≤'+-(min)(max)||L IL OL OLDD L R I m I V V R ='--≥ （三）CMOS 传输门和双向模拟开关及CMOS 异或门TG C C u o /u iu i /u oCCu i /u o u o /u iV DD 时，传输门导通。

01==C C ，时，传输门截止。

10==C C ，传输门的一个用途可作模拟开关，用来传输连续变化的模拟电压信号。

TG Cu i /u o u o /u i SW u o /u i u i /u o C SWu o u i C R L C =1时开关接通；C =0时开关截止。

利用CMOS 传输门和CMOS 反相器可以组合成各种复杂的逻辑电路，如：异或门、同或门、触发器等。

用反相器和传输门构成异或门电路TG 1TG 2AB YA BYB A Y ⊕=A =1、B =0时，TG 1截止，TG 2导通，Y = =1;B A =0、B =1时，TG 2截止，TG 1导通，Y =B =1;A =0、B =0时，TG 2截止，TG 1导通，Y =B =0;A =1、B =1时，TG 1截止，TG 2导通，Y = =0;B 01100 00 11 01 1YA B（四）三态输出CMOS 门电路三态输出的CMOS 反相器 控制端低电平有效三态门：Y AEN V DDA Y EN=时，反相器正常工作。

0EN 时，输出呈现高阻态。

1=EN 低电平有效⎩⎨⎧===)()(10EN Z EN A Y 控制端高电平有效三态门：A Y EN高电平有效⎩⎨⎧===)()(01EN Z EN A Y 三态门有三种状态：高电平、低电平、高阻态。

注意：高阻状态不是逻辑状态！三态输出反相器应用举例用三态输出反相器接成总线结构…1EN 1A 1G 2EN 2A 2G nEN nA nG ……总线用三态输出反相器实现数据双向传输ENYOD 1G 2G 总线ID IO D D /（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；允许电源电压范围宽20V)；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• 低内阻信号源时，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~和多数载流子形成电流特性抗深饱和提高速度。

R R R D 3V CCY 28K120KA RB 1.5K T 2T 3T 45120T 5R 44KR C 3K T 6u o u i D 2R 612K D 1SBD b e e cb c电压关系表u I /V u O /V 0.3 3.4(4.3)3.40.3真值表0110A 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T5进行分流，饱和度将变浅。

使其从饱和变截止时更加迅速。

T5变截止的瞬态，由于T6比T5晚截止，使T5有很好的泄放回路而很快脱离饱和，提高了电路工作速度。

（二）LSTTL 门电路的特性曲线和一些规定参数 i iu iR Pu iR L 低入V OH V CC R L 高入V OL u i /V u o /V04.3V/3.4V 1.1V D 3V CC Y R 28K R 120K A R B1.5K T 2T 3T 4R 5120T 5R 44K R C 3K T 6u ou i D 2R 612K D 10.5 1.0 1.5 2.00u i /V i i/mA -0.23 1.1V <40μA ，P /k R Ω1.1101.01.0020u i /V 0.8R OFF ≈1k R ON ≈10k 低电平输入电流|I IL |≤0.23mA高电平输入电流|I IH |≤40μA 低电平输出电流|I OL |≤8mA 高电平输出电流|I OH |≤0.4mA 低电平输出电压|V OL |≤0.4V 高电平输出电压|V OH |≥2.4V 负载开路时电压4.3V ，当有负载时约3.4V 注意：TTL 门电路悬空的输入端相当于接高电平。

为了防止干扰，一般应将定义为高电平的悬空输入引脚，通过一个几千欧的电阻接电源。

也可以根据逻辑情况与其它输入引脚接在一起使用。

（三）TTL 功耗问题 TTL 功耗有静态功耗PD 和动态功耗PT 。

由于静态时TTL 工作CC8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)。