數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)第3章課件

1、第第 三三 章章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器2 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，人們把實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能的元隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，人們把實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能的元器件及其連線都集中制造在同一塊半導(dǎo)體材料小片上，并封器件及其連線都集中制造在同一塊半導(dǎo)體材料小片上，并封裝在一個(gè)殼體中，通過(guò)引線與外界聯(lián)系，即構(gòu)成所謂的裝在一個(gè)殼體中，通過(guò)引線與外界聯(lián)系，即構(gòu)成所謂的集成集成電路塊，電路塊，通常又稱為通常又稱為集成電路芯片。集成電路芯片。 集成門電路和觸發(fā)器等邏輯器件是實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)功能的集成門電路和觸發(fā)器等邏輯器件是實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)功能的物質(zhì)基礎(chǔ)。物質(zhì)基礎(chǔ)。采用集成電路進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的采用集成電路進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)

2、計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 可靠性高、可維性好、功耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以大可靠性高、可維性好、功耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程。大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程。3本章知識(shí)要點(diǎn)本章知識(shí)要點(diǎn) 集成電路的分類集成電路的分類 半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性 邏輯門電路邏輯門電路 邏輯函數(shù)的實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)的實(shí)現(xiàn)4 3.1 3.1 數(shù)字集成電路的分類數(shù)字集成電路的分類 數(shù)字集成電路通常按照所用半導(dǎo)體器件的不同或者根據(jù)數(shù)字集成電路通常按照所用半導(dǎo)體器件的不同或者根據(jù)集成規(guī)模的大小進(jìn)行分類。集成規(guī)模的大小進(jìn)行分類。一一. . 根據(jù)所采用的半導(dǎo)體器件進(jìn)行分類根據(jù)所采用的半導(dǎo)體器件進(jìn)行分類 根據(jù)所采用的半導(dǎo)

3、體器件，分為根據(jù)所采用的半導(dǎo)體器件，分為兩大類兩大類。 雙極型集成電路：雙極型集成電路：采用雙極型半導(dǎo)體器件作為元件。主要采用雙極型半導(dǎo)體器件作為元件。主要特點(diǎn)是速度快、負(fù)載能力強(qiáng)，但功耗較大、集成度較低。特點(diǎn)是速度快、負(fù)載能力強(qiáng)，但功耗較大、集成度較低。 單極型集成電路單極型集成電路(MOS(MOS集成電路集成電路): ): 采用金屬采用金屬- -氧化物半導(dǎo)體氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管(Metel Oxide Semiconductor Field Effect Tra-(Metel Oxide Semiconductor Field Effect Tra-nsister)nsister)

4、作為元件。主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、集成度作為元件。主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、集成度高、功耗低，但速度相對(duì)雙極型較慢。高、功耗低，但速度相對(duì)雙極型較慢。5 雙極型集成電路分為：雙極型集成電路分為： 晶體管晶體管- -晶體管邏輯電路晶體管邏輯電路TTL(Transistor Transistor TTL(Transistor Transistor Logic)Logic) 發(fā)射極耦合邏輯電路發(fā)射極耦合邏輯電路(Emitter Coupled Logic)(Emitter Coupled Logic) 集成注入邏輯電路集成注入邏輯電路I I2 2L(Integrated Injection

5、 Logic)L(Integrated Injection Logic) TTL電路的電路的“性能價(jià)格比性能價(jià)格比”較佳，應(yīng)用最廣泛。較佳，應(yīng)用最廣泛。 MOS集成電路分為：集成電路分為： PMOS( P-channel Metel Oxide Semiconductor) NMOS(N-channel Metel Oxide Semiconductor) CMOS(Complement Metal OxideSemiconductor) CMOS電路應(yīng)用較普遍，因?yàn)樗坏m用于通用邏電電路應(yīng)用較普遍，因?yàn)樗坏m用于通用邏電路的設(shè)計(jì)，而且綜合性能好路的設(shè)計(jì)，而且綜合性能好 。6二根據(jù)集成電路

6、規(guī)模的大小進(jìn)行分類二根據(jù)集成電路規(guī)模的大小進(jìn)行分類 根據(jù)一片集成電路芯片上包含的邏輯門個(gè)數(shù)或元件個(gè)數(shù)根據(jù)一片集成電路芯片上包含的邏輯門個(gè)數(shù)或元件個(gè)數(shù)，分為，分為 SSI 、MSI 、LSI 、VLSI。 1. SSI (Small Scale Integration : 邏輯門數(shù)小于邏輯門數(shù)小于10 門門(或或元件數(shù)小于元件數(shù)小于100個(gè)個(gè))； 2. MSI (Medium Scale Integration ) : 邏輯門數(shù)為邏輯門數(shù)為10 門門99 門門(或元件數(shù)或元件數(shù)100個(gè)個(gè)999個(gè)個(gè))； 3. LSI (Large Scale Integration ) : 邏輯門數(shù)為邏輯門數(shù)為1

7、00 門門9999 門門(或元件數(shù)或元件數(shù)1000個(gè)個(gè)99999個(gè)個(gè))； 4. VLSI (Very Large Scale Integration) : 邏輯門數(shù)大于邏輯門數(shù)大于10000 門門(或元件數(shù)大于或元件數(shù)大于100000個(gè)個(gè))。 7三根據(jù)設(shè)計(jì)方法和功能定義分類三根據(jù)設(shè)計(jì)方法和功能定義分類根據(jù)設(shè)計(jì)方法和功能定義通常可分為如下根據(jù)設(shè)計(jì)方法和功能定義通?？煞譃槿缦?類：類： 1. 非定制電路（又稱為標(biāo)準(zhǔn)集成電路）非定制電路（又稱為標(biāo)準(zhǔn)集成電路） 2. 全定制電路（又稱為專用集成電路）全定制電路（又稱為專用集成電路） 3. 半定制電路半定制電路 83.2 3.2 半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性半導(dǎo)

8、體器件的開關(guān)特性 數(shù)字電路中的晶體二極管、三極管和數(shù)字電路中的晶體二極管、三極管和MOS管等器件一般是管等器件一般是以開關(guān)方式運(yùn)用的，工作狀態(tài)相當(dāng)于相當(dāng)于開關(guān)的以開關(guān)方式運(yùn)用的，工作狀態(tài)相當(dāng)于相當(dāng)于開關(guān)的“接通接通”與與“斷開斷開”。 數(shù)字系統(tǒng)中的半導(dǎo)體器件運(yùn)用在開關(guān)頻率十分高的電路中數(shù)字系統(tǒng)中的半導(dǎo)體器件運(yùn)用在開關(guān)頻率十分高的電路中，研究其開關(guān)特性時(shí)，不僅要研究它們?cè)趯?dǎo)通與截止兩種狀態(tài)，研究其開關(guān)特性時(shí)，不僅要研究它們?cè)趯?dǎo)通與截止兩種狀態(tài)下的下的靜止特性靜止特性，而且還要分析它們?cè)趯?dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)之間的轉(zhuǎn)，而且還要分析它們?cè)趯?dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)之間的轉(zhuǎn)變過(guò)程，即變過(guò)程，即動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性。93.2.

9、1 3.2.1 晶體二極管的開關(guān)特性晶體二極管的開關(guān)特性一靜態(tài)特性一靜態(tài)特性 靜態(tài)特性是指二極管在導(dǎo)通和截止兩種穩(wěn)定狀態(tài)下的特性。靜態(tài)特性是指二極管在導(dǎo)通和截止兩種穩(wěn)定狀態(tài)下的特性。典型二極典型二極管的靜態(tài)特性曲線為：管的靜態(tài)特性曲線為：常見(jiàn)外形圖常見(jiàn)外形圖10 1. 正向特性正向特性 ： 門檻電壓門檻電壓 ( VTH )：使二極管開始導(dǎo)通的正向電壓，一般鍺管約使二極管開始導(dǎo)通的正向電壓，一般鍺管約0.1V，硅管約，硅管約0.5V。 正向電壓正向電壓 VF VTH：管子截止，電阻很大、正向電流管子截止，電阻很大、正向電流 IF 接近于接近于0，二極管類似于開關(guān)的斷開狀態(tài)，二極管類似于開關(guān)的斷開

10、狀態(tài) ； 正向電壓正向電壓 VF = VTH：管子開始導(dǎo)通，正向電流管子開始導(dǎo)通，正向電流 IF 開始上升；開始上升； 正向電壓正向電壓 VF VTH ：管子充分導(dǎo)通管子充分導(dǎo)通(導(dǎo)通電壓一般鍺管約導(dǎo)通電壓一般鍺管約0.3V，硅管約硅管約 0.7V，通常，通常稱為導(dǎo)通電壓稱為導(dǎo)通電壓) ，電阻很小，正向電流，電阻很小，正向電流IF 急劇增加急劇增加，二，二 極管類似于開關(guān)的接通狀態(tài)。極管類似于開關(guān)的接通狀態(tài)。11 2 2 反向特性反向特性 二極管在反向電壓二極管在反向電壓 VR 作用下，處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電阻作用下，處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電阻很大，反向電流很大，反向電流 IR 很小（將其稱為反向飽

11、和電流，用很?。▽⑵浞Q為反向飽和電流，用 IS 表示表示，通常可忽略不計(jì)），二極管的狀態(tài)類似于開關(guān)斷開。而且反，通常可忽略不計(jì)），二極管的狀態(tài)類似于開關(guān)斷開。而且反向電壓在一定范圍內(nèi)變化基本不引起反向電流的變化。向電壓在一定范圍內(nèi)變化基本不引起反向電流的變化。 正向?qū)〞r(shí)可能因電流過(guò)大而導(dǎo)致二極管燒壞。組成實(shí)正向?qū)〞r(shí)可能因電流過(guò)大而導(dǎo)致二極管燒壞。組成實(shí)際電路時(shí)通常要串接一只電阻際電路時(shí)通常要串接一只電阻 R，以限制二極管的正向電流；，以限制二極管的正向電流； 反向電壓超過(guò)某個(gè)極限值時(shí)，將使反向電流反向電壓超過(guò)某個(gè)極限值時(shí)，將使反向電流IR突然猛增突然猛增，致使二極管被擊穿（通常將該反向電壓

12、極限值稱為反向擊穿，致使二極管被擊穿（通常將該反向電壓極限值稱為反向擊穿電壓電壓VBR），一般不允許反向電壓超過(guò)此值。），一般不允許反向電壓超過(guò)此值。使用注意事項(xiàng)使用注意事項(xiàng)! !12注意：注意： 圖中忽略了二極管的正向壓降。圖中忽略了二極管的正向壓降。 由于二極管的單向?qū)щ娦?，所以在?shù)字電路中經(jīng)常把它當(dāng)由于二極管的單向?qū)щ娦?，所以在?shù)字電路中經(jīng)常把它當(dāng)作開關(guān)使用。作開關(guān)使用。二極管開關(guān)電路及等效電路13二二. . 動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性 二極管的動(dòng)態(tài)特性是指二極管在導(dǎo)通與截止兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)二極管的動(dòng)態(tài)特性是指二極管在導(dǎo)通與截止兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的特性，它表現(xiàn)在完成兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換需要一換過(guò)程中的特性

13、，它表現(xiàn)在完成兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間。為此，引入了定的時(shí)間。為此，引入了反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間和和開通時(shí)間開通時(shí)間的概念。的概念。1. 1. 反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間 反向恢復(fù)時(shí)間：反向恢復(fù)時(shí)間：二極管從正向?qū)ǖ椒聪蚪刂顾枰亩O管從正向?qū)ǖ椒聪蚪刂顾枰?時(shí)間稱為反向恢復(fù)時(shí)間。時(shí)間稱為反向恢復(fù)時(shí)間。 當(dāng)作用在二極管兩端的電壓由正向?qū)妷寒?dāng)作用在二極管兩端的電壓由正向?qū)妷篤 VF F 轉(zhuǎn)為反向轉(zhuǎn)為反向截止電壓截止電壓 V VR R 時(shí)，在理想情況下二極管應(yīng)該立即由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截時(shí)，在理想情況下二極管應(yīng)該立即由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止，電路中只存在極小的反向電流。止，電路中只存在極小的

14、反向電流。實(shí)際情況如何呢？實(shí)際情況如何呢？14 實(shí)際過(guò)程如圖所示：實(shí)際過(guò)程如圖所示： 圖中：圖中： 0t1時(shí)刻：時(shí)刻：輸入正向?qū)妷狠斎胝驅(qū)妷?VF，二極管導(dǎo)通，電阻很小，電路中的，二極管導(dǎo)通，電阻很小，電路中的正向電流正向電流IF VF /R。 t1 時(shí)刻：時(shí)刻：輸入電壓由正向電壓輸入電壓由正向電壓VF 轉(zhuǎn)為反向電壓轉(zhuǎn)為反向電壓 VR，首先正向電流，首先正向電流IF 變變到一個(gè)很大的反向電流到一個(gè)很大的反向電流 IR VR/R，該電流維持一段時(shí)間，該電流維持一段時(shí)間ts后開始逐漸下降，后開始逐漸下降，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間經(jīng)過(guò)一段時(shí)間tt后下降到一個(gè)很小的數(shù)值后下降到一個(gè)很小的數(shù)值0.1IR(

15、接近反向飽和電流接近反向飽和電流 IS)，二極，二極管進(jìn)入反向截止?fàn)顟B(tài)。管進(jìn)入反向截止?fàn)顟B(tài)。 ts 稱為存儲(chǔ)時(shí)間；稱為存儲(chǔ)時(shí)間； tt 稱為渡越時(shí)間；稱為渡越時(shí)間； tre= ts+tt 稱為反稱為反 向恢向恢 復(fù)時(shí)間。復(fù)時(shí)間。15 具體如下：具體如下： 二極管外加正向電壓二極管外加正向電壓 VF 時(shí)，時(shí)，PN結(jié)兩邊的多數(shù)載流子不結(jié)兩邊的多數(shù)載流子不斷向?qū)Ψ絽^(qū)域擴(kuò)散，一方面使斷向?qū)Ψ絽^(qū)域擴(kuò)散，一方面使空間電荷區(qū)變窄空間電荷區(qū)變窄，另一方面使相，另一方面使相當(dāng)數(shù)量的當(dāng)數(shù)量的載流子存儲(chǔ)在載流子存儲(chǔ)在PN結(jié)的兩側(cè)。結(jié)的兩側(cè)。 當(dāng)輸入電壓突然由正向電壓當(dāng)輸入電壓突然由正向電壓 VF 變?yōu)榉聪螂妷鹤優(yōu)榉?/p>

16、向電壓VR時(shí)，時(shí)，PN 結(jié)兩邊存儲(chǔ)的載流子在反向電壓作用下朝各自原來(lái)的方向運(yùn)動(dòng)結(jié)兩邊存儲(chǔ)的載流子在反向電壓作用下朝各自原來(lái)的方向運(yùn)動(dòng)，即，即P 區(qū)中的電子被拉回區(qū)中的電子被拉回 N區(qū)，區(qū)，N區(qū)中的空穴被拉回區(qū)中的空穴被拉回 P區(qū)，形成區(qū)，形成反向漂移電流反向漂移電流IR 。 開始時(shí)空間電荷區(qū)依然很窄，二極管電阻很小，反向電流開始時(shí)空間電荷區(qū)依然很窄，二極管電阻很小，反向電流 IR VR /R。 經(jīng)過(guò)時(shí)間經(jīng)過(guò)時(shí)間ts 后，后，PN 結(jié)兩側(cè)存儲(chǔ)的載流子顯著減少，空間電結(jié)兩側(cè)存儲(chǔ)的載流子顯著減少，空間電荷區(qū)逐漸變寬，反向電流慢慢減小；直至經(jīng)過(guò)時(shí)間荷區(qū)逐漸變寬，反向電流慢慢減小；直至經(jīng)過(guò)時(shí)間tt 后，

17、后，IR 減減小至反向飽和電流小至反向飽和電流IS，二極管截止。該過(guò)程如下圖所示。，二極管截止。該過(guò)程如下圖所示。產(chǎn)生反向恢復(fù)時(shí)間tre 的原因？16 2. 2. 開通時(shí)間開通時(shí)間 開通時(shí)間：開通時(shí)間：二極管從反向截止到正向?qū)ǖ臅r(shí)間稱為開二極管從反向截止到正向?qū)ǖ臅r(shí)間稱為開通時(shí)間。通時(shí)間。 由于由于PN結(jié)在正向電壓作用下空間電荷區(qū)迅速變窄，正結(jié)在正向電壓作用下空間電荷區(qū)迅速變窄，正向電阻很小，因而它在導(dǎo)通過(guò)程中及導(dǎo)通以后，正向壓降都向電阻很小，因而它在導(dǎo)通過(guò)程中及導(dǎo)通以后，正向壓降都很小，故電路中的正向電流很小，故電路中的正向電流IF VF/R。而且加入輸入電壓。而且加入輸入電壓VF后，回

18、路電流幾乎是立即達(dá)到后，回路電流幾乎是立即達(dá)到IF的最大值。的最大值。 即：即：二極管的開通時(shí)間很短，對(duì)開關(guān)速度影響很小，相二極管的開通時(shí)間很短，對(duì)開關(guān)速度影響很小，相對(duì)反向恢復(fù)時(shí)間而言幾乎可以忽略不計(jì)。對(duì)反向恢復(fù)時(shí)間而言幾乎可以忽略不計(jì)。17 3.2.2 3.2.2 晶體三極管的開關(guān)特性晶體三極管的開關(guān)特性各種不同三極管的實(shí)物圖18 晶體三極管由集電結(jié)和發(fā)射結(jié)兩個(gè)晶體三極管由集電結(jié)和發(fā)射結(jié)兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成。三極管結(jié)構(gòu)成。三極管有截止、放大、飽和有截止、放大、飽和3種工作狀態(tài)。種工作狀態(tài)。 一個(gè)用一個(gè)用NPN型共發(fā)射極晶體三極管組成的簡(jiǎn)單電路及其型共發(fā)射極晶體三極管組成的簡(jiǎn)單電路及其輸出特性曲線

19、如下圖所示。輸出特性曲線如下圖所示。一靜態(tài)特性一靜態(tài)特性193. 飽和狀態(tài)飽和狀態(tài) vB VTH，并達(dá)到一定值并達(dá)到一定值 ，兩個(gè)，兩個(gè)PN結(jié)均為正偏，結(jié)均為正偏，iB IBS(基極基極臨界飽和電流臨界飽和電流) VCC/Rc ,此時(shí)此時(shí)iC = ICS(集電極飽和電流集電極飽和電流)VCC/Rc。三。三極管呈現(xiàn)低阻抗，極管呈現(xiàn)低阻抗，類似于開關(guān)接通類似于開關(guān)接通。1. 截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài) vI0，兩個(gè)，兩個(gè)PN結(jié)均為反偏，結(jié)均為反偏，iB0,iC 0,vCE VCC。三極管呈。三極管呈現(xiàn)高阻抗，現(xiàn)高阻抗，類似于開關(guān)斷開類似于開關(guān)斷開。 2. 放大狀態(tài)放大狀態(tài) vI VTH ，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)

20、反偏，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，iC =iB 。電路工作特點(diǎn)：電路工作特點(diǎn)：20 晶體三極管在截止與飽和這兩種穩(wěn)態(tài)下的特性稱為三極晶體三極管在截止與飽和這兩種穩(wěn)態(tài)下的特性稱為三極管的管的靜態(tài)開關(guān)特性靜態(tài)開關(guān)特性。 在數(shù)字邏輯電路中，三極管相當(dāng)于一個(gè)由基極信號(hào)控制的在數(shù)字邏輯電路中，三極管相當(dāng)于一個(gè)由基極信號(hào)控制的無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)，其作用對(duì)應(yīng)于觸點(diǎn)開關(guān)的無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)，其作用對(duì)應(yīng)于觸點(diǎn)開關(guān)的“閉合閉合”與與“斷開斷開”。 上述共發(fā)射極晶體三極管電路在三極管上述共發(fā)射極晶體三極管電路在三極管截止與飽和截止與飽和狀態(tài)下?tīng)顟B(tài)下的等效電路如下圖所示。的等效電路如下圖所示。21 晶體三極管在飽和與截止兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程

21、中具有的特性稱為三極管的動(dòng)態(tài)特性。 三極管的內(nèi)部也存在著電荷的建立與消失過(guò)程。兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換也需要一定的時(shí)間才能完成。二動(dòng)態(tài)特性二動(dòng)態(tài)特性如圖所示電路的動(dòng)態(tài)特性為：如圖所示電路的動(dòng)態(tài)特性為：22 當(dāng)輸入電壓當(dāng)輸入電壓vi由由-V1 跳變到跳變到+V2時(shí)，三極管從截止到開始導(dǎo)通所需要的時(shí)時(shí)，三極管從截止到開始導(dǎo)通所需要的時(shí)間間稱為延遲時(shí)間稱為延遲時(shí)間td。 經(jīng)過(guò)延遲時(shí)間經(jīng)過(guò)延遲時(shí)間td后，后，iC不斷增大。不斷增大。iC上升到最大值的上升到最大值的90%所需要的時(shí)間所需要的時(shí)間稱稱為上升時(shí)間為上升時(shí)間tr 。 當(dāng)輸入電壓當(dāng)輸入電壓vi由由+V2跳變到跳變到-V1時(shí)，集電極電流從時(shí)，集電極電流從I

22、CS到下降至到下降至0.9ICS所需要所需要的時(shí)間的時(shí)間稱為存儲(chǔ)時(shí)間稱為存儲(chǔ)時(shí)間ts。 集電極電流由集電極電流由0.9ICS降至降至0.1ICS所需的時(shí)間稱為所需的時(shí)間稱為下降時(shí)間下降時(shí)間tf 。23 1開通時(shí)間（開通時(shí)間（ ton ） 開通時(shí)間：三極管從截止?fàn)顟B(tài)到飽和狀態(tài)所需要的時(shí)間。開通時(shí)間：三極管從截止?fàn)顟B(tài)到飽和狀態(tài)所需要的時(shí)間。開通時(shí)間開通時(shí)間ton = 延遲時(shí)間延遲時(shí)間td +上升時(shí)間上升時(shí)間tr2. 關(guān)閉時(shí)間關(guān)閉時(shí)間 （ toff ） 關(guān)閉時(shí)間關(guān)閉時(shí)間 ：三極管從飽和狀態(tài)到截止?fàn)顟B(tài)所需要的時(shí)間：三極管從飽和狀態(tài)到截止?fàn)顟B(tài)所需要的時(shí)間。 關(guān)閉時(shí)間關(guān)閉時(shí)間toff =存儲(chǔ)時(shí)間存儲(chǔ)時(shí)間t

23、s +下降時(shí)間下降時(shí)間tf 開通時(shí)間ton和關(guān)閉時(shí)間toff是影響電路工作速度的主要因素。24 3.3 3.3 邏邏 輯輯 門門 電電 路路 實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算和常用復(fù)合邏輯運(yùn)算的邏輯器件統(tǒng)稱實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算和常用復(fù)合邏輯運(yùn)算的邏輯器件統(tǒng)稱為邏輯門電路，它們是組成數(shù)字系統(tǒng)的為邏輯門電路，它們是組成數(shù)字系統(tǒng)的基本單元電路。基本單元電路。 以以TTLTTL集成邏輯門和集成邏輯門和CMOSCMOS集成邏輯為例進(jìn)行介紹。集成邏輯為例進(jìn)行介紹。 要求：要求：重點(diǎn)掌握集成邏輯門電路的功能和外部特性，以重點(diǎn)掌握集成邏輯門電路的功能和外部特性，以及器件的使用方法。及器件的使用方法。對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理只要求作

24、一般對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理只要求作一般了解。了解。25一一. . 非門非門 非門又稱非門又稱“反相器反相器”。晶體三極管反相器的電路圖和邏。晶體三極管反相器的電路圖和邏輯符號(hào)如圖輯符號(hào)如圖 (a)和圖和圖(b)所示所示 。 3.3.1 3.3.1 簡(jiǎn)單邏輯門電路簡(jiǎn)單邏輯門電路A/VF/V0+5+50AF011026二二. . 與門與門一個(gè)由二極管構(gòu)成的一個(gè)由二極管構(gòu)成的2 2輸入與門電路如下圖所示。輸入與門電路如下圖所示。A/V B/ VF/V0 00 +5+5 0+5 +5000+5A BF0 00 11 01 1000127三三. . 或門或門一個(gè)由二極管構(gòu)成的一個(gè)由二極管構(gòu)成的2 2輸入

25、或門電路如下圖所示。輸入或門電路如下圖所示。A/V B/ VF/V0 00 +5+5 0+5 +50+5+5+5A BF0 00 11 01 10111283.3.2 TTL 3.3.2 TTL 集成邏輯門電路集成邏輯門電路 TTL(Transistor Transistor Logic)電路是晶體管電路是晶體管- 晶體晶體管邏輯電路的簡(jiǎn)稱。管邏輯電路的簡(jiǎn)稱。60年代問(wèn)世，經(jīng)過(guò)對(duì)電路結(jié)構(gòu)和工藝年代問(wèn)世，經(jīng)過(guò)對(duì)電路結(jié)構(gòu)和工藝的不斷改進(jìn)，性能得到不斷改善，至今仍被廣泛應(yīng)用于各的不斷改進(jìn)，性能得到不斷改善，至今仍被廣泛應(yīng)用于各種邏輯電路和數(shù)字系統(tǒng)中。種邏輯電路和數(shù)字系統(tǒng)中。 TTL電路的功耗大、線路

26、較復(fù)雜，使其集成度受到一電路的功耗大、線路較復(fù)雜，使其集成度受到一定的限制，故廣泛應(yīng)用于中小規(guī)模邏輯電路中。定的限制，故廣泛應(yīng)用于中小規(guī)模邏輯電路中。 下面，對(duì)幾種常見(jiàn)下面，對(duì)幾種常見(jiàn)TTLTTL門電路進(jìn)行介紹，重點(diǎn)討論門電路進(jìn)行介紹，重點(diǎn)討論TTLTTL與與非門。非門。29一一. . 典型典型TTLTTL與非門與非門 該電路可按該電路可按 圖中虛線劃分為圖中虛線劃分為三部分：三部分： 輸入級(jí)輸入級(jí) 由多發(fā)射極晶體管由多發(fā)射極晶體管T1和電阻和電阻R1組成；組成； 中間級(jí)中間級(jí) 由晶體管由晶體管T2和電阻和電阻R2、R3組成；組成； 輸出級(jí)輸出級(jí) 由晶體管由晶體管T3、T4、D4和電阻和電阻R

27、4、R5組成。組成。1. 電路結(jié)構(gòu)及工作原理電路結(jié)構(gòu)及工作原理 (1) 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 典型典型TTL與非門電路與非門電路圖及相應(yīng)邏輯符號(hào)如右圖及相應(yīng)邏輯符號(hào)如右圖所示。圖所示。30(2) 工作原理工作原理 邏輯功能分析如下：邏輯功能分析如下： 輸入端全部接高電平輸入端全部接高電平(3.6V)(3.6V)：電源電源V Vcccc通過(guò)通過(guò)R R1 1和和T T1 1的集電的集電結(jié)向結(jié)向T T2 2提供足夠的基極電流，使提供足夠的基極電流，使T T2 2飽和導(dǎo)通。飽和導(dǎo)通。T T2 2的發(fā)射極電流在的發(fā)射極電流在R R3 3 上產(chǎn)生的壓降又使上產(chǎn)生的壓降又使 T T4 4 飽和導(dǎo)通，輸出為低電平

28、飽和導(dǎo)通，輸出為低電平(0.3V)(0.3V)。 此時(shí)，此時(shí)，T T1 1的基極電壓的基極電壓v vb1b1=v=vbc1bc1+v+vbe2be2+v+vbe4be4 2.1V 2.1V；T T2 2的集電的集電極電壓極電壓v vc2c2 = v = vces2ces2+v+vbe4be40.3V+0.7V1V,0.3V+0.7V1V,該值不足以使該值不足以使T T3 3和和D D4 4導(dǎo)通導(dǎo)通, ,故故D D4 4截止。截止。實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)了“輸入全高輸入全高 ，輸出為低，輸出為低”的邏輯關(guān)系的邏輯關(guān)系。31 當(dāng)有輸入端接低電平當(dāng)有輸入端接低電平(0.3V)(0.3V)時(shí)：時(shí)：輸入端為低的發(fā)射

29、結(jié)輸入端為低的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，使導(dǎo)通，使T T1 1的基極電位的基極電位v vb1b1=0.3V+0.7V=1V=0.3V+0.7V=1V。該電壓作用于。該電壓作用于T T1 1的的集電結(jié)和集電結(jié)和T T2 2、T T4 4的發(fā)射結(jié)上，不可能使的發(fā)射結(jié)上，不可能使T T2 2和和T T4 4導(dǎo)通，即導(dǎo)通，即T T2 2、T T4 4均均截止。截止。 由于由于T T2 2截止，電源截止，電源V VCCCC通過(guò)通過(guò)R R2 2驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)T T3 3和和D D4 4管，使之工作在導(dǎo)管，使之工作在導(dǎo)通狀態(tài)，電路通狀態(tài)，電路輸出為高電平輸出為高電平(3.6V)(3.6V)。通常將電路的這種工。通常將電路的這種

30、工作狀態(tài)稱為截止?fàn)顟B(tài)，它實(shí)現(xiàn)了作狀態(tài)稱為截止?fàn)顟B(tài)，它實(shí)現(xiàn)了“輸入有低，輸出為高輸入有低，輸出為高”的的邏輯功能。邏輯功能。32上述兩種情況的等效電路分別如下：上述兩種情況的等效電路分別如下： 33 綜合上述：綜合上述：當(dāng)輸入當(dāng)輸入A A、B B、C C均為高電平時(shí)，輸出為低電平均為高電平時(shí)，輸出為低電平(0V)(0V)；當(dāng)；當(dāng) A A、B B、C C中至少有一個(gè)為低電平時(shí)，輸出為高電中至少有一個(gè)為低電平時(shí)，輸出為高電平平(3.6V)(3.6V)。 輸出與輸入之間構(gòu)成輸出與輸入之間構(gòu)成“與與非非”邏輯，邏輯， 即即CBAF輸 入A B C輸出FL L LL L HL H LL H HH L LH

31、 L HH H LH H HHHHHHHHL輸入A B C輸出F0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 111111110342. 主要外部特性參數(shù)主要外部特性參數(shù) TTL與非門的主要外部特性參數(shù)有輸出邏輯電平、開門與非門的主要外部特性參數(shù)有輸出邏輯電平、開門電平、關(guān)門電平、扇入系數(shù)、扇出系數(shù)、平均傳輸時(shí)延和空電平、關(guān)門電平、扇入系數(shù)、扇出系數(shù)、平均傳輸時(shí)延和空載功耗等。載功耗等。 (2) 輸出低電平輸出低電平VOL：輸出低電平輸出低電平VoL是指輸入全為高電平是指輸入全為高電平時(shí)的輸出電平。時(shí)的輸出電平。VOL的典型值是的典型值是0.3V，產(chǎn)品規(guī)范值為，

32、產(chǎn)品規(guī)范值為VOL0.4V。 (1) 輸出高電平輸出高電平VOH ：輸出高電平輸出高電平VOH是指至少有一個(gè)輸入是指至少有一個(gè)輸入端接低電平時(shí)的輸出電平。端接低電平時(shí)的輸出電平。VOH的典型值是的典型值是3.6V。產(chǎn)品規(guī)范值。產(chǎn)品規(guī)范值為為VOH2.4V。35 (3) 開門電平開門電平VO N ：開門電平開門電平VON是指保證與非門輸出為是指保證與非門輸出為低電平時(shí)所允許的最小輸入高電平，它表示使與非門開通的低電平時(shí)所允許的最小輸入高電平，它表示使與非門開通的輸入高電平最小值。輸入高電平最小值。 VON的典型值是的典型值是1.5V，產(chǎn)品規(guī)范值為，產(chǎn)品規(guī)范值為VON1.8V。開門電平。開門電平的

33、大小反映了高電平抗干擾能力，的大小反映了高電平抗干擾能力，VON 愈小，在輸入高電平時(shí)愈小，在輸入高電平時(shí)的抗干擾能力愈強(qiáng)。的抗干擾能力愈強(qiáng)。 (4) 關(guān)門電平關(guān)門電平VOFF ：關(guān)門電平關(guān)門電平VOFF是指保證與非門輸出為是指保證與非門輸出為高電平時(shí)所允許的最大輸入低電平，它表示使與非門關(guān)斷的高電平時(shí)所允許的最大輸入低電平，它表示使與非門關(guān)斷的輸入低電平最大值。輸入低電平最大值。 VOFF 的典型值是的典型值是1.3V，產(chǎn)品規(guī)范值，產(chǎn)品規(guī)范值VOFF0.8V。關(guān)門電平。關(guān)門電平的大小反映了低電平抗干擾能力，的大小反映了低電平抗干擾能力，VOFF越大，在輸入低電平越大，在輸入低電平時(shí)的抗干擾能

34、力越強(qiáng)。時(shí)的抗干擾能力越強(qiáng)。為什么？為什么？為什么？為什么？36 (5) (5) 扇入系數(shù)扇入系數(shù)N Ni i ：指與非門提供的輸入端數(shù)目。指與非門提供的輸入端數(shù)目。 NiNi是由制造廠家安排的，一是由制造廠家安排的，一 般般NiNi為為2 25 5，最多不超過(guò)，最多不超過(guò)8 8。當(dāng)應(yīng)用中要求輸入端數(shù)目超過(guò)。當(dāng)應(yīng)用中要求輸入端數(shù)目超過(guò)N Ni i時(shí)，可通過(guò)分級(jí)實(shí)現(xiàn)的方時(shí)，可通過(guò)分級(jí)實(shí)現(xiàn)的方法減少對(duì)扇入系數(shù)的要求。法減少對(duì)扇入系數(shù)的要求。 (6) 扇出系數(shù)扇出系數(shù)No：指允許與非門輸出端連接同類門的最指允許與非門輸出端連接同類門的最多個(gè)數(shù)。多個(gè)數(shù)。 它反映了與非門的帶負(fù)載能力它反映了與非門的帶負(fù)

35、載能力.典型典型TTL與非門的扇出系與非門的扇出系數(shù)數(shù)No8。37 (7) 平均傳輸延遲時(shí)間平均傳輸延遲時(shí)間tpd: 指一個(gè)矩形波信號(hào)從與非門輸入指一個(gè)矩形波信號(hào)從與非門輸入端傳到與非門輸出端端傳到與非門輸出端(反相輸出反相輸出)所延遲的時(shí)間。所延遲的時(shí)間。 通常將從輸入波上沿中點(diǎn)到輸出波下沿中點(diǎn)的時(shí)間延遲稱通常將從輸入波上沿中點(diǎn)到輸出波下沿中點(diǎn)的時(shí)間延遲稱為為導(dǎo)通延遲時(shí)間導(dǎo)通延遲時(shí)間t tpHLpHL；從輸入波下沿中點(diǎn)到輸出波上沿中點(diǎn)的；從輸入波下沿中點(diǎn)到輸出波上沿中點(diǎn)的時(shí)間延遲稱為時(shí)間延遲稱為截止延遲時(shí)間截止延遲時(shí)間t tpLHpLH。 平均延遲時(shí)間定義為平均延遲時(shí)間定義為 tpd = (

36、 tpHL+ tpLH )/2 平均延遲時(shí)間是反映與非門開關(guān)速度的一個(gè)重要參數(shù)。平均延遲時(shí)間是反映與非門開關(guān)速度的一個(gè)重要參數(shù)。tpd 的典型值約的典型值約10ns ，一般小于，一般小于40ns。38 (8) 空載功耗空載功耗P：平均功耗指在空載條件下工作時(shí)所消耗平均功耗指在空載條件下工作時(shí)所消耗的平均電功率。的平均電功率。 通常將輸出為低電平時(shí)的功耗稱為通常將輸出為低電平時(shí)的功耗稱為空載導(dǎo)通功耗空載導(dǎo)通功耗PON，輸出為高電平時(shí)的功耗稱為輸出為高電平時(shí)的功耗稱為空載截止功耗空載截止功耗POFF ，一般，一般PON大大于于POFF 。 平均功耗平均功耗 P =(PON + POFF)/2 TT

37、L與非門的平均功耗一般為與非門的平均功耗一般為20mW左右。左右。 有關(guān)各種邏輯門的具體參數(shù)可在使用時(shí)查閱有關(guān)集成有關(guān)各種邏輯門的具體參數(shù)可在使用時(shí)查閱有關(guān)集成電路手冊(cè)和產(chǎn)品說(shuō)明書。電路手冊(cè)和產(chǎn)品說(shuō)明書。39二二. . 常用常用TTLTTL集成邏輯門集成邏輯門 常用的TTL集成邏輯門有與門、或門、非門、與非門、或非門、與或非門、異或門等不同功能的產(chǎn)品。各種集成邏輯門屬于小規(guī)模集成電路，下圖所示為幾種常用邏輯門的芯片實(shí)物圖。 40 基本邏輯門是指實(shí)現(xiàn)基本邏輯門是指實(shí)現(xiàn)3種基本邏輯運(yùn)算的與門、或門和非種基本邏輯運(yùn)算的與門、或門和非門。常用的門。常用的TTL與門集成電路芯片有四與門集成電路芯片有四2

38、輸入與門輸入與門7408，三，三3輸入與門輸入與門7411等。例如：等。例如：1. 1. 基本邏輯門基本邏輯門412 2、 復(fù)合邏輯門復(fù)合邏輯門 復(fù)合邏輯門是指實(shí)現(xiàn)復(fù)合邏輯運(yùn)算的與非門、復(fù)合邏輯門是指實(shí)現(xiàn)復(fù)合邏輯運(yùn)算的與非門、或非門、與或非門、異或門等?；蚍情T、與或非門、異或門等。與非門與非門 常用的常用的TTL與非門集成電路芯片有四與非門集成電路芯片有四2輸入與非門輸入與非門7400，三三3輸入與非門輸入與非門7410，二，二4輸入與非門輸入與非門7420等。等。 422 2、 復(fù)合邏輯門復(fù)合邏輯門(2) (2) 或非門或非門 常用的常用的TTLTTL或非門集成電路芯片有四或非門集成電路芯片

39、有四2 2輸入或非門輸入或非門74027402，三三3 3輸入或非門輸入或非門74277427等。例如：等。例如：74027402432 2、 復(fù)合邏輯門復(fù)合邏輯門(3) (3) 與或非門與或非門 常用的常用的TTLTTL與或非門集成電路芯片有雙與或非門集成電路芯片有雙2-22-2與或非門與或非門74517451、3-2-2-33-2-2-3與或非門與或非門74547454等。例如：等。例如：74517451442 2、 復(fù)合邏輯門復(fù)合邏輯門(4) (4) 異或門異或門 異或門只有兩個(gè)輸入端，常用的TTL異或門集成電路芯片有7486等。下圖所示為異或門的邏輯符號(hào)和7486 的引腳排列圖。 注意

40、：一般注意：一般TTL邏輯門的輸出是不能并聯(lián)使用的，即兩邏輯門的輸出是不能并聯(lián)使用的，即兩個(gè)邏輯門的輸出不能直接對(duì)接！個(gè)邏輯門的輸出不能直接對(duì)接！453 3、 兩種特殊邏輯門兩種特殊邏輯門集電極開路門（集電極開路門（OCOC門）門） 一種輸出端可以相互連接的特殊邏輯門，稱為集電極開路門（Open Collector Gate，OC門）。 常用的TTL集電極開路門芯片有六反相器7405，四2輸入與門7409，四2輸入與非門7403，三3輸入與非門7412，雙4輸入與非門7422，三3輸入與門7415等。例如740346 使用集電極開路與非門可以很方便地實(shí)現(xiàn)使用集電極開路與非門可以很方便地實(shí)現(xiàn)“線

41、與線與” 邏邏輯、電平轉(zhuǎn)換以及直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管等。輯、電平轉(zhuǎn)換以及直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管等。 例如例如所示電路中，只要有一個(gè)門輸出所示電路中，只要有一個(gè)門輸出為低電平，輸出為低電平，輸出F F便為低電平；僅當(dāng)兩便為低電平；僅當(dāng)兩個(gè)門的輸出均為高電平時(shí)，輸出個(gè)門的輸出均為高電平時(shí)，輸出F F才為才為高電平。即高電平。即 該電路實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)與非門輸出相該電路實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)與非門輸出相“與與”的邏輯功能。的邏輯功能。由于該由于該“與與” 邏輯功能是由輸出端引線連接實(shí)現(xiàn)的，故邏輯功能是由輸出端引線連接實(shí)現(xiàn)的，故稱為稱為 線與線與 邏輯。邏輯。請(qǐng)問(wèn)該電路功能與哪請(qǐng)問(wèn)該電路功能與哪種邏輯門等效？種邏輯門等效？22

42、211121CBACBAFFF47 (2) 三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門(TS門門) 三態(tài)輸出門有三種輸出狀態(tài)：輸出高電平、輸出低電三態(tài)輸出門有三種輸出狀態(tài)：輸出高電平、輸出低電平和高阻狀態(tài)，前兩種狀態(tài)為平和高阻狀態(tài)，前兩種狀態(tài)為工作狀態(tài)工作狀態(tài)（輸出為（輸出為0或或1），），后一種狀態(tài)為后一種狀態(tài)為禁止?fàn)顟B(tài)禁止?fàn)顟B(tài)（呈高阻狀態(tài)，相當(dāng)于斷開）。簡(jiǎn)（呈高阻狀態(tài)，相當(dāng)于斷開）。簡(jiǎn)稱三態(tài)門稱三態(tài)門(Three state Gate)、TS門等。門等。 注意注意 ! 三態(tài)門不是指具有三種邏輯值。三態(tài)門不是指具有三種邏輯值。 如何使電路處在工作狀態(tài)和禁止?fàn)顟B(tài)？如何使電路處在工作狀態(tài)和禁止?fàn)顟B(tài)？ 通過(guò)外加控制信號(hào)

43、！控制信號(hào)可分為高電平有效（通過(guò)外加控制信號(hào)！控制信號(hào)可分為高電平有效（EN）或低電平有效（或低電平有效（ ）EN48 常用的常用的TTL三態(tài)門芯片有四總線緩沖門三態(tài)門芯片有四總線緩沖門74125（使能控（使能控制端為低電平有效）、制端為低電平有效）、74126（使能控制端為高電平有效）（使能控制端為高電平有效），12輸入與非門輸入與非門74134（使能控制端為低電平有效）等。例（使能控制端為低電平有效）等。例如，如，74134的邏輯符號(hào)和引腳排列圖如下：的邏輯符號(hào)和引腳排列圖如下： 利用三態(tài)門不僅可以實(shí)現(xiàn)線與，而且被廣泛應(yīng)用于總利用三態(tài)門不僅可以實(shí)現(xiàn)線與，而且被廣泛應(yīng)用于總線傳送，它既可用于

44、單向數(shù)據(jù)傳送，也可用于雙向數(shù)據(jù)傳線傳送，它既可用于單向數(shù)據(jù)傳送，也可用于雙向數(shù)據(jù)傳送。送。49 右圖所示為用三態(tài)門構(gòu)成右圖所示為用三態(tài)門構(gòu)成的的單向數(shù)據(jù)總線單向數(shù)據(jù)總線。 當(dāng)某個(gè)三態(tài)門的控制端為當(dāng)某個(gè)三態(tài)門的控制端為1時(shí)，該邏輯門的輸入數(shù)據(jù)經(jīng)反時(shí)，該邏輯門的輸入數(shù)據(jù)經(jīng)反相后送至總線。相后送至總線。 為了保證數(shù)據(jù)傳送的正確為了保證數(shù)據(jù)傳送的正確性，性，任意時(shí)刻，任意時(shí)刻，n個(gè)三態(tài)門的控個(gè)三態(tài)門的控制端只能有一個(gè)為制端只能有一個(gè)為1，其余均為，其余均為0，即只允許一個(gè)數(shù)據(jù)端與總線即只允許一個(gè)數(shù)據(jù)端與總線接通，其余均斷開，以便實(shí)現(xiàn)接通，其余均斷開，以便實(shí)現(xiàn) n 個(gè)數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送。個(gè)數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送。

45、三態(tài)與非門應(yīng)用于總線傳送時(shí)，它既可用于單向數(shù)據(jù)傳三態(tài)與非門應(yīng)用于總線傳送時(shí)，它既可用于單向數(shù)據(jù)傳送，也可用于雙向數(shù)據(jù)傳送。送，也可用于雙向數(shù)據(jù)傳送。50 用兩種不同控制輸入的三態(tài)門可構(gòu)成的雙向總線。用兩種不同控制輸入的三態(tài)門可構(gòu)成的雙向總線。 EN=1：G1工作，工作，G2處于處于高阻狀態(tài)，數(shù)據(jù)高阻狀態(tài)，數(shù)據(jù)D1被取反后送被取反后送至總線；至總線； EN=0：G2工作，工作，G1處于處于高阻狀態(tài)，總線上的數(shù)據(jù)被取高阻狀態(tài)，總線上的數(shù)據(jù)被取反后送到數(shù)據(jù)端反后送到數(shù)據(jù)端D2。 實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的分時(shí)雙向傳實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的分時(shí)雙向傳送。送。51 4TTL邏輯門的使用注意事項(xiàng)邏輯門的使用注意事項(xiàng) TTL TTL

46、邏輯門的電源電壓應(yīng)滿足邏輯門的電源電壓應(yīng)滿足5V5V5%5%的要求，電源不能反的要求，電源不能反 接。接。 一般邏輯門的輸出不能并聯(lián)使用（一般邏輯門的輸出不能并聯(lián)使用（OCOC門和三態(tài)門除外），門和三態(tài)門除外）， 也不允許直接與電源或也不允許直接與電源或“地地”相連接。相連接。 對(duì)邏輯門的多余輸入端，應(yīng)根據(jù)不同邏輯門的邏輯要求接對(duì)邏輯門的多余輸入端，應(yīng)根據(jù)不同邏輯門的邏輯要求接 電源、地，或者與其他使用的輸入引腳并接。例如，將與電源、地，或者與其他使用的輸入引腳并接。例如，將與 門和與非門的多余輸入端接電源，或門和或非門的多余輸門和與非門的多余輸入端接電源，或門和或非門的多余輸 入端接地?？傊?/p>

47、，既要避免多余輸入端懸空造成信號(hào)干擾入端接地。總之，既要避免多余輸入端懸空造成信號(hào)干擾 ，又要保證對(duì)多余輸入端的處置不影響正常的邏輯功能。，又要保證對(duì)多余輸入端的處置不影響正常的邏輯功能。523.3.3 3.3.3 CMOSCMOS集成邏輯門電路集成邏輯門電路 MOSMOS集成電路的基本元件是集成電路的基本元件是MOSMOS晶體管。晶體管。MOSMOS晶體管是一種晶體管是一種電壓控制器件，它的三個(gè)電極分別稱為電壓控制器件，它的三個(gè)電極分別稱為柵極柵極(G)(G)、漏極、漏極(D)(D)和和源極源極(S)(S)，由柵極電壓控制漏源電流。由柵極電壓控制漏源電流。 MOSMOS型集成門電路的主要型集

48、成門電路的主要優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：制造工藝簡(jiǎn)單、集成度高制造工藝簡(jiǎn)單、集成度高、功耗小、抗干擾能力強(qiáng)等；、功耗小、抗干擾能力強(qiáng)等； 主要主要缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：速度相對(duì)速度相對(duì)TTLTTL電路較低。電路較低。 53一、一、 CMOSCMOS主要系列主要系列 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)CMOS 4000系列。高速系列。高速CMOS 74HC系列。與系列。與TTL兼兼容的高速容的高速CMOS 74HCT系列。先進(jìn)系列。先進(jìn)CMOS 74AC系列。與系列。與TTL兼容的先進(jìn)兼容的先進(jìn)CMOS 74ACT系列。系列。 CMOS電路工作電壓范圍寬，電路工作電壓范圍寬，4000系列為系列為3V15V，74HC系列為系列為2V6V。 MOS

49、門電路有三種類型：門電路有三種類型： 使用使用P溝道管的溝道管的PMOS電路；電路； 使用使用N溝道管的溝道管的NMOS電路；電路； 同時(shí)使用同時(shí)使用PMOS管和管和NMOS管的管的CMOS電路。電路。 其中，其中，CMOS電路以其優(yōu)越的性能而得到廣泛應(yīng)用。以電路以其優(yōu)越的性能而得到廣泛應(yīng)用。以CMOS集成邏輯門為例討論。集成邏輯門為例討論。54 隨著制造工藝的不斷改進(jìn)，隨著制造工藝的不斷改進(jìn)，CMOSCMOS電路的工作速度已接近電路的工作速度已接近TTLTTL電路，而在集成度、功耗、抗干擾能力等方面則遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于電路，而在集成度、功耗、抗干擾能力等方面則遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于TTLTTL電路。目前，幾乎所有的

50、超大規(guī)模集成器件，如超大規(guī)模存儲(chǔ)電路。目前，幾乎所有的超大規(guī)模集成器件，如超大規(guī)模存儲(chǔ)器件、可編程邏輯器件等都采用器件、可編程邏輯器件等都采用CMOSCMOS工藝制造。工藝制造。 常用的常用的CMOSCMOS邏輯門有邏輯門有CMOS 4000CMOS 4000系列。高速系列。高速CMOS 74HCCMOS 74HC系列。系列。國(guó)產(chǎn)國(guó)產(chǎn)CMOSCMOS集成電路主要有集成電路主要有CC4000CC4000系列，其中第系列，其中第1 1個(gè)字母?jìng)€(gè)字母C C代表中代表中國(guó)，第國(guó)，第2 2個(gè)字母?jìng)€(gè)字母C C代表代表CMOSCMOS。二、二、 常用邏輯門常用邏輯門 下面以下面以40004000系列為例，給出

51、幾種常用邏輯門的型系列為例，給出幾種常用邏輯門的型號(hào)。號(hào)。55二、二、 常用邏輯門常用邏輯門 下面以下面以40004000系列為例，給出幾種常用邏輯門的型系列為例，給出幾種常用邏輯門的型號(hào)。號(hào)。1 1、 基本邏輯門基本邏輯門 常用的常用的CMOS非門集成電路芯片有：非門集成電路芯片有：六反相器六反相器4069 常用的常用的CMOS與門集成電路芯片有：與門集成電路芯片有：四四2輸入與門輸入與門4081， 雙雙4輸入與門輸入與門4082，三，三3輸入與門輸入與門4073等等 常用的常用的CMOS或門集成電路芯片有：或門集成電路芯片有：四四2輸入或門輸入或門4071，雙雙4輸入或門輸入或門4072，

52、三，三3輸入或門輸入或門4075等等562 2、 復(fù)合邏輯門復(fù)合邏輯門 4000系列常用的復(fù)合邏輯門有：系列常用的復(fù)合邏輯門有： 四四2輸入或非門輸入或非門4001 雙雙4輸入或非門輸入或非門4002 三三3輸入或非門輸入或非門4025 四四2輸入與非門輸入與非門4011 雙雙4輸入與非門輸入與非門4012 三三3輸入與非門輸入與非門4023 四異或門四異或門4030 573 3、 CMOS邏輯門的使用注意事項(xiàng)邏輯門的使用注意事項(xiàng) 注意所有規(guī)定的極限參數(shù)指標(biāo)注意所有規(guī)定的極限參數(shù)指標(biāo) 如電源電壓、輸入電壓范圍、允許功耗、工作環(huán)境和儲(chǔ)如電源電壓、輸入電壓范圍、允許功耗、工作環(huán)境和儲(chǔ)存環(huán)境溫度范圍

53、等。存環(huán)境溫度范圍等。 保證正常的電源電壓值保證正常的電源電壓值 CMOS邏輯門的電壓工作范圍較寬，大多在邏輯門的電壓工作范圍較寬，大多在3V18V范范圍內(nèi)均可以工作。一般令電源電壓圍內(nèi)均可以工作。一般令電源電壓VDD=(VDDmax+VDDmin)/2，其中其中VDDmax和和VDDmin分別表示工作電壓的上限和下限。分別表示工作電壓的上限和下限。58 輸入端不允許懸空輸入端不允許懸空 否則會(huì)導(dǎo)致門電路被擊穿，一般可視具體情況接電源或否則會(huì)導(dǎo)致門電路被擊穿，一般可視具體情況接電源或地。一般地。一般CMOS邏輯門的輸出端不能并聯(lián)使用。邏輯門的輸出端不能并聯(lián)使用。 采取一些常規(guī)的靜電擊穿防止措施

54、采取一些常規(guī)的靜電擊穿防止措施 由于由于CMOS邏輯門電路中邏輯門電路中MOS管柵極的氧化層很薄，容管柵極的氧化層很薄，容易被擊穿。通常在開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、測(cè)量、調(diào)試時(shí)，應(yīng)先接通易被擊穿。通常在開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、測(cè)量、調(diào)試時(shí)，應(yīng)先接通電源后加信號(hào)，結(jié)束時(shí)應(yīng)先斷開信號(hào)再關(guān)電源；拔插芯片時(shí)電源后加信號(hào)，結(jié)束時(shí)應(yīng)先斷開信號(hào)再關(guān)電源；拔插芯片時(shí)應(yīng)先斷開電源；儲(chǔ)藏、運(yùn)輸時(shí)應(yīng)用導(dǎo)電材料屏蔽等。應(yīng)先斷開電源；儲(chǔ)藏、運(yùn)輸時(shí)應(yīng)用導(dǎo)電材料屏蔽等。593.3.4 3.3.4 正邏輯和負(fù)邏輯正邏輯和負(fù)邏輯 前面討論各種邏輯門電路的邏輯功能時(shí)，約定用高電平前面討論各種邏輯門電路的邏輯功能時(shí)，約定用高電平表示邏輯表示邏輯1、低電

55、平表示邏輯、低電平表示邏輯0。事實(shí)上，既可以規(guī)定用高電。事實(shí)上，既可以規(guī)定用高電平表示邏輯平表示邏輯1、低電平表示邏輯、低電平表示邏輯0，也可以規(guī)定用高電平表示，也可以規(guī)定用高電平表示邏輯邏輯0，低電平表示邏輯，低電平表示邏輯1。這就引出了正邏輯和負(fù)邏輯的概。這就引出了正邏輯和負(fù)邏輯的概念。念。 正邏輯：正邏輯：用高電平表示邏輯用高電平表示邏輯1，低電平表示邏輯，低電平表示邏輯0。 負(fù)邏輯：負(fù)邏輯：用高電平表示邏輯用高電平表示邏輯0，低電平表示邏輯，低電平表示邏輯1。一一. . 正邏輯與負(fù)邏輯的概念正邏輯與負(fù)邏輯的概念60二二. 正邏輯與負(fù)邏輯的關(guān)系正邏輯與負(fù)邏輯的關(guān)系 對(duì)于同一電路，可以采用

56、正邏輯，也可以采用負(fù)邏輯。對(duì)于同一電路，可以采用正邏輯，也可以采用負(fù)邏輯。正邏輯與負(fù)邏輯的規(guī)定不涉及邏輯電路本身的結(jié)構(gòu)與性能好正邏輯與負(fù)邏輯的規(guī)定不涉及邏輯電路本身的結(jié)構(gòu)與性能好壞，但不同的規(guī)定可使同一電路具有不同的邏輯功能。壞，但不同的規(guī)定可使同一電路具有不同的邏輯功能。 例如，假定某邏輯門電路的輸入、輸出電平關(guān)系如下表例如，假定某邏輯門電路的輸入、輸出電平關(guān)系如下表所示。所示。 按正邏輯與按正邏輯與負(fù)邏輯的規(guī)定，負(fù)邏輯的規(guī)定，電路的邏輯功能電路的邏輯功能分別如何？分別如何？輸入、輸出電平關(guān)系輸入、輸出電平關(guān)系A(chǔ) B FL LL HH LH H L L L H61 按正邏輯規(guī)定按正邏輯規(guī)定:

57、“與與”門門 按負(fù)邏輯規(guī)定按負(fù)邏輯規(guī)定: “或或”門門 即正邏輯與門等價(jià)于負(fù)邏輯或門。即正邏輯與門等價(jià)于負(fù)邏輯或門。輸入、輸出電平關(guān)系輸入、輸出電平關(guān)系A(chǔ) B FL LL HH LH HLLLH正邏輯真值表正邏輯真值表A B F0 00 11 01 1 0001負(fù)邏輯真值表負(fù)邏輯真值表A B F1 11 00 10 0111062 上述邏輯關(guān)系可以用反演律證明。假定一個(gè)正邏輯與門的上述邏輯關(guān)系可以用反演律證明。假定一個(gè)正邏輯與門的輸出為輸出為F F，輸入為，輸入為A A、B B，則有，則有 F = AF = AB B 若將一個(gè)邏輯門的輸出和所有輸入都反相，則正邏輯變?yōu)槿魧⒁粋€(gè)邏輯門的輸出和所有

58、輸入都反相，則正邏輯變?yōu)樨?fù)邏輯。負(fù)邏輯。據(jù)此，據(jù)此，可將正邏輯門轉(zhuǎn)換為負(fù)邏輯門。可將正邏輯門轉(zhuǎn)換為負(fù)邏輯門。 在本課程中，若無(wú)特殊說(shuō)明，約定按正邏輯討論問(wèn)題，所在本課程中，若無(wú)特殊說(shuō)明，約定按正邏輯討論問(wèn)題，所有門電路的符號(hào)均按正邏輯表示。有門電路的符號(hào)均按正邏輯表示。根據(jù)反演律，可得根據(jù)反演律，可得BABAF63 3.4 3.4 邏輯函數(shù)的實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)的實(shí)現(xiàn) 用邏輯函數(shù)表達(dá)式描述的各種邏輯問(wèn)題均可用邏輯門用邏輯函數(shù)表達(dá)式描述的各種邏輯問(wèn)題均可用邏輯門實(shí)現(xiàn)，而且實(shí)現(xiàn)某一邏輯功能的邏輯電路并不是唯一的。它實(shí)現(xiàn)，而且實(shí)現(xiàn)某一邏輯功能的邏輯電路并不是唯一的。它不僅與表征該邏輯功能的函數(shù)表達(dá)式形式及繁

59、簡(jiǎn)有關(guān)，而且不僅與表征該邏輯功能的函數(shù)表達(dá)式形式及繁簡(jiǎn)有關(guān)，而且與采用的邏輯門類型有關(guān)。與采用的邏輯門類型有關(guān)。 由于用邏輯代數(shù)中的與、或、非由于用邏輯代數(shù)中的與、或、非3 3種基本運(yùn)算可以描述種基本運(yùn)算可以描述各種不同的邏輯問(wèn)題，所以使用相應(yīng)的與門、或門、非門即各種不同的邏輯問(wèn)題，所以使用相應(yīng)的與門、或門、非門即可構(gòu)成實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能的電路?？蓸?gòu)成實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能的電路。 64例如例如 用用3 3種基本邏輯門實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)種基本邏輯門實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù) DBCB)(AF 采用采用3 3種基本邏輯門實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)的必然結(jié)果是在一個(gè)種基本邏輯門實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)的必然結(jié)果是在一個(gè)電路中要同時(shí)使用不同類型的邏輯門。實(shí)際應(yīng)用中，人們電路中要同時(shí)使用不同類型的邏輯門。實(shí)際應(yīng)用中，人們從電路中邏輯門性能以及類型的一致性考慮，廣泛使用各從電路中邏輯門性能以及類型的一致性考慮，廣泛使用各種復(fù)合邏輯門實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)功能。種復(fù)合邏輯門實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)功能。653.4.1 3.4.1 用與非門實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)用與非門實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)用與非門實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)一般步驟：用與非門實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)一般步驟： 第一步：求出函數(shù)的最簡(jiǎn)與第一步：求出函數(shù)的最簡(jiǎn)與或表達(dá)式。或表達(dá)式。 第二步：將最簡(jiǎn)與第二步：將最簡(jiǎn)與或表達(dá)式變換成與非或表達(dá)式變換成與非與非表達(dá)式。與非表達(dá)式。 第三步：畫出邏輯電路圖。第三步：