数字集成电路的特点与分类
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设 UHI=+3V ； UIL=0V。二极管正向导通时的压降近似为0
可编辑版
8
由真值表可知，上面电路是一个与门
电路的输入与输出电位
输入 AB 0V 0V 0V 3V 3V 0V 3V 3V
输出 F 0V 0V 0V 3V
可编辑版
电路的真值表
输入
AB
0
0
0
1
1
0
1
1
输出 F 0 0 0 1
9
2. 三极管非门
=0.8-0.4V=0.4V UOL UIL
可编辑版
25
门电路躁声容限=min{UNH,UNL} 噪声容限是用来说明门电路抗 干扰能力大小的参数。
可编辑版
扇出系数NO： 26 一个与非门能
够驱动同类型
与非门的最大
数目。
N OH
I OH I IH
0.4103 40106
10
可编辑版
27
N OL
I OL I IL
杨德生 编制
亚盛电大分校理工部
退出
可编辑版
1
第四章 门电路
可编辑版
2
3
4.1 数字集成电路的特点与分类
半导体集成电路：采用外延生长、氧化、光刻、 扩散等技术，将多个晶体管、电阻、电容等元件 以及它们之间的连线做在一块半导体基片上所构 成的电路。 按内部有源器件不同分类：
双极型晶体管集成电路 MOS集成电路
开启电压UIH(min)：保证输出为低电位即 UO＜0.4V，输入高电位的下限。 关闭电压UIL(max)：保证输出为高电位即 UO＞2.4V，输入低电位的上限。
可编辑版
特 性非
门 传 输
TTL
如果把传输特性理想化 ，阈值电压就22 是输出高、低电位的分界线
关闭电压 UIL(max)=0.8V
开启电Fra Baidu bibliotek UIH(min)=2.0V
设 UHI=5V ；UIL=0.2V。三极管饱和时UCES = 0.2V
可编辑版
10
由真值表可知，上面电路是一个非门
电路的输入与输出电位
输入A 0.2V 5V
输出F 5V 0.2V
电路的真值表
输入A 0 1
输出F 1 0
可编辑版
3 门晶
体 管 与 非
11
+
可编辑版
12
4.2.1 TTL与非门电路
CPU（Pentium)含有元件310万～330万个 可编辑版
5
逻辑状态与正、负逻辑约定
事物两种互相对立的状态可以抽象地表达为 0 和 1，称为 逻辑 0 状态和逻辑 1 状态。逻辑 0 状态和逻辑 1 状态各 代表什么，是 人为规定的。
在数字电路中，我们可以规 定高电位为逻辑 1 ，低电位 为逻辑 0 ，反之也可以规定 低电位为逻辑 1 ，高电位为 逻辑 0 。前者叫做“正逻辑 ”约定，后者叫做“负逻辑 ”约定。
可编辑版
4
按集成度不同分类：
小规模集成电路（SSI）：10～100元件／片 如各种逻辑门电路、集成触发器。 中规模集成电路（MSI）：100～1000元件／片 ，如译码器、编码器、寄存器、计数器。
大规模集成电路（LSI）：1000 ～105元件／片 ，如中央处理器，存储器。
超大规模集成电路（VLSI）：105元件以上／ 片。
16 10 1.6
扇出系数 N0=min{NOH,NOL}
可编辑版
28
集电极开路门简称OC门
可编辑版
UCC
29
RL
与普通TTL与非门相比，OC门去掉了T3、D，使 T4集电极开路，并作为电路的输出端。OC门正 常工作时，要外接电源并串接一个电阻RL。只要 RL阻值选择的合适即能实现与非功能，还可以将 两个或更多的OC门输出端直接连接在一起。
输 电入 位与
输 出
输入 AB 0.2V 0.2V 0.2V 5V 5V 0.2V 5V 5V
输出
F
电
5V 值 路
5V 表 的
5V
真
可编辑版
0.2V
输入
AB
0
0
0
1
1
0
1
1
输出 F 1 1 1 0
13
输出级： 推拉式电路 或图腾柱输 出电路
可编辑版
14
P104
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15
P N
可编辑版
16
KCL
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6
同一个电路，按两种不同的约定去分析， 会得出不同的结论。
在今后讨论电路时，必须明确采用哪种约定。 一般采用正逻辑约定。
uo
高电位 正 定逻 辑 约
低电位 0
可编辑版
1
0
负
定逻
辑
约 1
7
4.2 晶体管－晶体管逻辑电路(TTL电路) 4.2.1 最简单的与门、非门和与非门电路 1. 二极管与门
UNH=UOH(min)- UIH(min)
=2.4-2.0V=0.4V
UOH
UIH
P106
可编辑版
躁声容限 门电路之间相互连接时，前一级24 门的输出就是后一级门的输入，在前一级输 出为最坏的情况下（输出低电位为UOL(max)）， 后一级门的输入电压允许的变化幅度叫做噪 声容限。
UNL=UIL(max)- UOL (max)
门 传 输
当 uI 从 0 V电位逐渐上升到高电位时，输出电 压 uO的变化情况。 可编辑版
为了区别 1 和 0 两种逻辑状态，规定了21 输出高电位的下限UOH(min)＝2.4V，和 输出低电位的上限UOL(max)＝0.4V。
UO＞2.4V，为逻辑 1 状态 UO＜0.4V，为逻辑 0 状态
可编辑版
30
Y1 AB
Y Y2 CD
Y1
YY1Y2ABCD
实现了与功能，称为线与。
Y2
YABCD
实现了可编或辑版功能，称为线或。
三态TTL门
31
三态TTL门与普通TTL门不同， 它的输出端除了可以出现高、 低电平（正常工作状态，低阻 输出），还可以出现第三种状 态——高阻状态（或称阻塞状 态、禁止状态） A、B输入端 F输出端 G阻塞信号输入端 EN使能信号输入端
uTH = 1.4V
当 uI 增大到 1.4 V左右时，输出电压 uO急剧下 降，此时对应的输入可电编辑压版 值称为阈值电压 uTH
躁声容限 门电路之间相互连接时，前一级23 门的输出就是后一级门的输入，在前一级输 出为最坏的情况下（输出高电位为UOH(min)）， 后一级门的输入电压允许的变化幅度叫做噪 声容限。
18
UOH=3.6V
2.给出结论： IIL=1.6mA(器件手册); IOH=0.4mA (UOH=3.6可编V辑)版
工作参数 P119 TTL
19
IIH=40µA; IOL=16mA
IIL=－1.6mA; IOH=－0.4mA
以上电流参数规定流入为正， 流出为负。
可编辑版
P106
20
TTL
特 性非
T1处于“反向运用”放大状态—发射极和集电极 颠倒使用，反向运用时β可编很辑版小，小于0.05。
结论：1.计算得出 UIH=3.6V
17
→T4饱和,UOL=0.2V
0.3V
KCL
2.给出结论：IIH=40µA; IOL=16mA (UOL=0.2V可)编辑版
饱和
结论：1.计算得出UIL=0 .2V →
可编辑版
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由真值表可知，上面电路是一个与门
电路的输入与输出电位
输入 AB 0V 0V 0V 3V 3V 0V 3V 3V
输出 F 0V 0V 0V 3V
可编辑版
电路的真值表
输入
AB
0
0
0
1
1
0
1
1
输出 F 0 0 0 1
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2. 三极管非门
=0.8-0.4V=0.4V UOL UIL
可编辑版
25
门电路躁声容限=min{UNH,UNL} 噪声容限是用来说明门电路抗 干扰能力大小的参数。
可编辑版
扇出系数NO： 26 一个与非门能
够驱动同类型
与非门的最大
数目。
N OH
I OH I IH
0.4103 40106
10
可编辑版
27
N OL
I OL I IL
杨德生 编制
亚盛电大分校理工部
退出
可编辑版
1
第四章 门电路
可编辑版
2
3
4.1 数字集成电路的特点与分类
半导体集成电路：采用外延生长、氧化、光刻、 扩散等技术，将多个晶体管、电阻、电容等元件 以及它们之间的连线做在一块半导体基片上所构 成的电路。 按内部有源器件不同分类：
双极型晶体管集成电路 MOS集成电路
开启电压UIH(min)：保证输出为低电位即 UO＜0.4V，输入高电位的下限。 关闭电压UIL(max)：保证输出为高电位即 UO＞2.4V，输入低电位的上限。
可编辑版
特 性非
门 传 输
TTL
如果把传输特性理想化 ，阈值电压就22 是输出高、低电位的分界线
关闭电压 UIL(max)=0.8V
开启电Fra Baidu bibliotek UIH(min)=2.0V
设 UHI=5V ；UIL=0.2V。三极管饱和时UCES = 0.2V
可编辑版
10
由真值表可知，上面电路是一个非门
电路的输入与输出电位
输入A 0.2V 5V
输出F 5V 0.2V
电路的真值表
输入A 0 1
输出F 1 0
可编辑版
3 门晶
体 管 与 非
11
+
可编辑版
12
4.2.1 TTL与非门电路
CPU（Pentium)含有元件310万～330万个 可编辑版
5
逻辑状态与正、负逻辑约定
事物两种互相对立的状态可以抽象地表达为 0 和 1，称为 逻辑 0 状态和逻辑 1 状态。逻辑 0 状态和逻辑 1 状态各 代表什么，是 人为规定的。
在数字电路中，我们可以规 定高电位为逻辑 1 ，低电位 为逻辑 0 ，反之也可以规定 低电位为逻辑 1 ，高电位为 逻辑 0 。前者叫做“正逻辑 ”约定，后者叫做“负逻辑 ”约定。
可编辑版
4
按集成度不同分类：
小规模集成电路（SSI）：10～100元件／片 如各种逻辑门电路、集成触发器。 中规模集成电路（MSI）：100～1000元件／片 ，如译码器、编码器、寄存器、计数器。
大规模集成电路（LSI）：1000 ～105元件／片 ，如中央处理器，存储器。
超大规模集成电路（VLSI）：105元件以上／ 片。
16 10 1.6
扇出系数 N0=min{NOH,NOL}
可编辑版
28
集电极开路门简称OC门
可编辑版
UCC
29
RL
与普通TTL与非门相比，OC门去掉了T3、D，使 T4集电极开路，并作为电路的输出端。OC门正 常工作时，要外接电源并串接一个电阻RL。只要 RL阻值选择的合适即能实现与非功能，还可以将 两个或更多的OC门输出端直接连接在一起。
输 电入 位与
输 出
输入 AB 0.2V 0.2V 0.2V 5V 5V 0.2V 5V 5V
输出
F
电
5V 值 路
5V 表 的
5V
真
可编辑版
0.2V
输入
AB
0
0
0
1
1
0
1
1
输出 F 1 1 1 0
13
输出级： 推拉式电路 或图腾柱输 出电路
可编辑版
14
P104
可编辑版
15
P N
可编辑版
16
KCL
可编辑版
6
同一个电路，按两种不同的约定去分析， 会得出不同的结论。
在今后讨论电路时，必须明确采用哪种约定。 一般采用正逻辑约定。
uo
高电位 正 定逻 辑 约
低电位 0
可编辑版
1
0
负
定逻
辑
约 1
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4.2 晶体管－晶体管逻辑电路(TTL电路) 4.2.1 最简单的与门、非门和与非门电路 1. 二极管与门
UNH=UOH(min)- UIH(min)
=2.4-2.0V=0.4V
UOH
UIH
P106
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躁声容限 门电路之间相互连接时，前一级24 门的输出就是后一级门的输入，在前一级输 出为最坏的情况下（输出低电位为UOL(max)）， 后一级门的输入电压允许的变化幅度叫做噪 声容限。
UNL=UIL(max)- UOL (max)
门 传 输
当 uI 从 0 V电位逐渐上升到高电位时，输出电 压 uO的变化情况。 可编辑版
为了区别 1 和 0 两种逻辑状态，规定了21 输出高电位的下限UOH(min)＝2.4V，和 输出低电位的上限UOL(max)＝0.4V。
UO＞2.4V，为逻辑 1 状态 UO＜0.4V，为逻辑 0 状态
可编辑版
30
Y1 AB
Y Y2 CD
Y1
YY1Y2ABCD
实现了与功能，称为线与。
Y2
YABCD
实现了可编或辑版功能，称为线或。
三态TTL门
31
三态TTL门与普通TTL门不同， 它的输出端除了可以出现高、 低电平（正常工作状态，低阻 输出），还可以出现第三种状 态——高阻状态（或称阻塞状 态、禁止状态） A、B输入端 F输出端 G阻塞信号输入端 EN使能信号输入端
uTH = 1.4V
当 uI 增大到 1.4 V左右时，输出电压 uO急剧下 降，此时对应的输入可电编辑压版 值称为阈值电压 uTH
躁声容限 门电路之间相互连接时，前一级23 门的输出就是后一级门的输入，在前一级输 出为最坏的情况下（输出高电位为UOH(min)）， 后一级门的输入电压允许的变化幅度叫做噪 声容限。
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UOH=3.6V
2.给出结论： IIL=1.6mA(器件手册); IOH=0.4mA (UOH=3.6可编V辑)版
工作参数 P119 TTL
19
IIH=40µA; IOL=16mA
IIL=－1.6mA; IOH=－0.4mA
以上电流参数规定流入为正， 流出为负。
可编辑版
P106
20
TTL
特 性非
T1处于“反向运用”放大状态—发射极和集电极 颠倒使用，反向运用时β可编很辑版小，小于0.05。
结论：1.计算得出 UIH=3.6V
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→T4饱和,UOL=0.2V
0.3V
KCL
2.给出结论：IIH=40µA; IOL=16mA (UOL=0.2V可)编辑版
饱和
结论：1.计算得出UIL=0 .2V →