数字电子电路教案第三章.ppt

概　述概　述第第 2 章　逻辑门电路章　逻辑门电路三极管的开关特性三极管的开关特性TTL 集成逻辑门集成逻辑门CMOS 集成逻辑门集成逻辑门集成逻辑门的应用集成逻辑门的应用本章小结本章小结2.1 概概 述述主要要求：主要要求： 了解逻辑门电路的作用和常用类型了解逻辑门电路的作用和常用类型 理解高电平信号和低电平信号的含义理解高电平信号和低电平信号的含义  TTL 即即 Transistor-Transistor Logic  CMOS 即即 Complementary Metal-Oxide-Semiconductor 一、门电路的作用和常用类型一、门电路的作用和常用类型 按功能特点不同分按功能特点不同分 普通门普通门( (推拉式输出推拉式输出) ) CMOS传输门传输门 输出输出开路门开路门 三态门三态门 门电路门电路 (Gate Circuit) 指用以实现基本逻辑关系和指用以实现基本逻辑关系和常用复合逻辑关系的电子电路常用复合逻辑关系的电子电路是构成数字电路的基本单元之一是构成数字电路的基本单元之一按逻辑功能不同分按逻辑功能不同分 与门与门 或门或门 非门非门 异或门异或门 与非门与非门 或非门或非门 与或非门与或非门 按电路结构不同分按电路结构不同分 TTL 集成门电路集成门电路 CMOS 集成门电路集成门电路 　　　　输输入入端端和和输输出出端端都都用用三极管的逻辑门电路。

三极管的逻辑门电路 　　用互补对称　　用互补对称 MOS 管构成的逻辑门电路管构成的逻辑门电路 二、高电平和低电平的含义二、高电平和低电平的含义 高电平和低电平为某高电平和低电平为某规定范围规定范围的电位值，而非一固定值的电位值，而非一固定值 高电平信号是多大的信号？低高电平信号是多大的信号？低电平信号又是多大的信号？电平信号又是多大的信号？10高电平高电平低电平低电平01高电平高电平低电平低电平正逻辑体制正逻辑体制负逻辑体制负逻辑体制由门电路种类等决定由门电路种类等决定 2.2　三极管的开关特性　三极管的开关特性主要要求：主要要求： 理解理解三极管的开关特性三极管的开关特性 掌握三极管开关工作的条件掌握三极管开关工作的条件 三极管为什么能用作开关？三极管为什么能用作开关？怎样控制它的开和关？怎样控制它的开和关？ 当输入当输入 uI 为低电平，使为低电平，使 uBE < Uth时，三极管截止时，三极管截止 iB   0，，iC   0，，C、、E 间相当间相当于开关断开于开关断开 三极管关断的条件和等效电路三极管关断的条件和等效电路IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS负载线负载线临界饱和线临界饱和线 饱饱和和区区放大区放大区一、三极管的开关作用及其条件一、三极管的开关作用及其条件 截止区截止区uBE < UthBEC三极管三极管截止状态截止状态等效电路等效电路uI=UILuBE+ +- -Uth为门限电压为门限电压IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS临界饱和线临界饱和线 饱饱和和区区放大区放大区一、三极管的开关作用及其条件一、三极管的开关作用及其条件 uI 增大增大使使 iB 增大，增大，从而工作点上移，从而工作点上移， iC 增增大，大，uCE 减小。

减小截止区截止区uBE < UthBEC三极管三极管截止状态截止状态等效电路等效电路        S 为放大和饱和的交界点，这时的为放大和饱和的交界点，这时的 iB 称临界饱和基极电流，用称临界饱和基极电流，用 IB(sat) 表示；表示；相应地，相应地，IC(sat) 为临界饱和集电极电流；为临界饱和集电极电流； UBE(sat) 为饱和基极电压；为饱和基极电压； UCE(sat) 为饱和集电极电压对硅管，为饱和集电极电压对硅管， UBE(sat)   0.7V，， UCE(sat)   0.3V在临界饱和点三极管仍然具有放大作用饱和点三极管仍然具有放大作用 uI 增大增大使使 uBE > Uth时，三极管开始导通，时，三极管开始导通，iB  > 0，三极管工作于放大，三极管工作于放大导通状态导通状态IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS临界饱和线临界饱和线 饱饱和和区区放大区放大区一、三极管的开关作用及其条件一、三极管的开关作用及其条件 截止区截止区uBE < UthBEC三极管三极管截止状态截止状态等效电路等效电路uI=UIH三极管开通的条件和等效电路三极管开通的条件和等效电路　　当输入　　当输入 uI 为高电平，使为高电平，使iB ≥ IB(sat)时，三极管饱和。

时，三极管饱和 uBE+ +- -uBE  0.7V   UCE(sat)   0.3 V ，，C、、E 间相当于开关合上间相当于开关合上 iB ≥ IB(sat)BEUBE(sat)CUCE(sat)三极管三极管饱和状态饱和状态等效电路等效电路 iB 愈大于愈大于 IB(Sat) ，， 则饱和愈深则饱和愈深 由于由于UCE(Sat)   0，因此饱和后，因此饱和后 iC 基本上为恒值，基本上为恒值， iC   IC(Sat) =截止条件截止条件 饱和条件饱和条件 uBE ＜＜ UthiB ＞＞ IB(Sat) 可靠截止条件为可靠截止条件为uBE ≤ 0 [ [例例] ]下图电路中下图电路中  = 50, ,UBE(on) = 0.7 V, ,UIH = 3.6 V, ,UIL = 0.3 V, ,为使三为使三极管开关工作极管开关工作, ,试选择试选择 RB 值值, ,并对应输入波形画出输出波形并对应输入波形画出输出波形解解：：( (1) )根据开关工作条件确定根据开关工作条件确定 RB 取值取值uI = UIL = 0.3 V 时时, ,三极管满足截止条件三极管满足截止条件uI = UIH = 3.6 V 时时, ,为使三极管饱和为使三极管饱和, ,应满足应满足 iB > IB(sat)因为因为 iB =IHB- -0.7 VUR所以求得所以求得 RB < 29 k ，，可取标称值可取标称值 27 k 。

OuItUIHUIL+5 V( (2) ) 对应输入波形画出输出波形对应输入波形画出输出波形OuItUIHUIL　　可见，该电路在输入低　　可见，该电路在输入低电平时输出高电平，输入高电平时输出高电平，输入高电平时输出低电平，因此电平时输出低电平，因此构构成三极管非门成三极管非门由于输出信由于输出信号与输入信号反相，故号与输入信号反相，故又称又称三极管反相器三极管反相器三极管截止时，三极管截止时，iC   0，，uO   +5 V三极管三极管饱和时，饱和时，uO   UCE(sat)   0.3 VOuO/Vt50. 3IC(sat)OOOuIiCuOtttUIHUILVCCUCE(sat)　　上例中三极管反相　　上例中三极管反相器的工作波形是理想波器的工作波形是理想波形，实际波形为形，实际波形为 ：：　　　　uI 从从 UIL 正跳到正跳到 UIH 时，时，三极管将由截止转变为饱和，三极管将由截止转变为饱和， iC 从从 0 逐渐增大到逐渐增大到 IC(sat)，，uC 从从 VCC 逐渐减小为逐渐减小为 UCE(sat)　　　　uI 从从 UIH 负跳到时负跳到时 UIL，三极管不能很快由饱和转，三极管不能很快由饱和转变为截止，而需要经过一段变为截止，而需要经过一段时间才能退出饱和区。

时间才能退出饱和区二、三极管的动态开关特性二、三极管的动态开关特性 IC(sat)OOOuIiCuOtttUIHUILVCCUCE(sat)0.9IC(sat)ton0.1IC(sat)toff　　　　uI 正跳变到正跳变到 iC 上升到上升到  0.9IC(sat) 所需的时间所需的时间 ton 称称为三极管开通时间为三极管开通时间 通常工作频率不高时，通常工作频率不高时，可忽略开关时间，而工作可忽略开关时间，而工作频率高时，必须考虑开关频率高时，必须考虑开关速度是否合适，否则导致速度是否合适，否则导致不能正常工作不能正常工作　　　　uI 负跳变到负跳变到 iC 下降到下降到  0.1IC(sat) 所需的时间所需的时间 toff 称称为三极管关断时间为三极管关断时间 通常通常 toff  >  ton二、三极管的动态开关特性二、三极管的动态开关特性 　　开关时间主要由于　　开关时间主要由于电电荷存储效应荷存储效应引起，要提高引起，要提高开关速度，必须降低三极开关速度，必须降低三极管饱和深度，加速基区存管饱和深度，加速基区存储电荷的消散储电荷的消散C E B SBD B C E          在在普普通通三三极极管管的的基基极极和和集集电电极极之之间间并并接一个肖特基势垒二极管接一个肖特基势垒二极管( (简称简称 SBD) ) 。

BCSBD抗饱和三极管的开关速度高抗饱和三极管的开关速度高  ①①   没有电荷存储效应没有电荷存储效应 ②②   SBD 的导通电压只有的导通电压只有 0.4 V 而非而非 0.7 V，，        因此因此 UBC = 0.4 V 时，时，SBD 便导通，使便导通，使        UBC 钳在钳在 0.4 V 上，降低了饱和深度上，降低了饱和深度三、三、抗饱和三极管简介抗饱和三极管简介2.3　　TTL 集成逻辑门集成逻辑门主要要求：主要要求：      了解了解 TTL 与非门的组成和工作原理与非门的组成和工作原理了解了解 TTL 集成逻辑门的主要参数和使用常识集成逻辑门的主要参数和使用常识掌握掌握 TTL 基本门的逻辑功能和主要外特性基本门的逻辑功能和主要外特性了解了解集电极开路门和三态门的逻辑功能和应用集电极开路门和三态门的逻辑功能和应用ABCV1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3R1R2R4R5RBRCB1C1C2E2YVCC+5V输入级输入级中间倒相级中间倒相级输出级输出级STTL系列与非门电路系列与非门电路逻辑符号逻辑符号8.2 k 900  50  3.5 k 500  250  V1V2V3V5V6一、一、TTL 与非门的基本组成与外特性与非门的基本组成与外特性 ( (一一) )典型典型 TTL 与非门电路与非门电路         除除V4外外，，采采用用了了抗抗饱饱和和三三极极管管，，用用以以提提高高门门电电路路工工作作速速度度。

V4不不会会工工作作于于饱饱和和状状态态，，因因此此用用普通三极管普通三极管         输入级主要由多发射极管输入级主要由多发射极管 V1 和基和基极电阻极电阻 R1 组成，用以实现输入变量组成，用以实现输入变量 A、、B、、C 的与运算的与运算        VD1 ~ VD3 为输入钳位二极管，用以为输入钳位二极管，用以抑制输入端出现的负极性干扰正常信抑制输入端出现的负极性干扰正常信号输入时，号输入时，VD1 ~ VD3不工作，当输入的不工作，当输入的负极性干扰电压大于二极管导通电压时，负极性干扰电压大于二极管导通电压时，二极管导通，输入端负电压被钳在二极管导通，输入端负电压被钳在 - -0.7 V上，这不但抑制了输入端的负极性干上，这不但抑制了输入端的负极性干扰，对扰，对 V1 还有保护作用还有保护作用         中间级起倒相放大作中间级起倒相放大作用，用，V2 集电极集电极 C2 和发射极和发射极 E2 同时输出两个逻辑电平同时输出两个逻辑电平相反的信号，分别驱动相反的信号，分别驱动 V3和和 V5         RB、、RC 和和 V6 构成有构成有源泄放电路，用以减小源泄放电路，用以减小 V5管开关时间，从而提高门管开关时间，从而提高门电路工作速度。

电路工作速度         输出级输出级由由 V3、、V4、、  R4、、R5和和V5组成其中组成其中 V3 和和 V4 构构成复合管，成复合管，与与 V5 构成推构成推拉式输出结拉式输出结构，提高了构，提高了负载能力负载能力 　　　　VD1 ~ VD3 在正常信号输在正常信号输入时不工作，因此下面的分入时不工作，因此下面的分析中不予考虑析中不予考虑RB、、RC 和和V6 所构成的有源泄放电路的所构成的有源泄放电路的作用是提高开关速度，它们作用是提高开关速度，它们不影响与非门的逻辑功能，不影响与非门的逻辑功能，因此下面的工作原理分析中因此下面的工作原理分析中也不予考虑也不予考虑        因为抗饱和三极管因为抗饱和三极管 V1的集电结导通电压为的集电结导通电压为 0.4 V，而，而 V2、、V5 发射结导通电发射结导通电压为压为 0.7 V，因此要使，因此要使 V1 集集电结和电结和 V2、、V5 发射结导通，发射结导通，必须必须 uB1 ≥ 1.8 V 0.3 V3.6 V3.6 V· 输入端有一个或数个为输入端有一个或数个为 低电平时，低电平时，输出高电平。

输出高电平 输入低电平端对应的发射结输入低电平端对应的发射结导通，导通，uB1= 0.7 V + 0.3 V = 1 VV1管其他发射结因反偏而截止管其他发射结因反偏而截止1 V这时这时 V2、、V5 截止                                          V2 截止截止使使 V1 集电极等效电阻很大，使集电极等效电阻很大，使 IB1 >> IB1(sat) ，，V1 深度饱和深度饱和V2 截止使截止使 uC2   VCC = 5 V，，5 V因此，输入有低电平时，输出为高电平因此，输入有低电平时，输出为高电平截止截止截止截止深度深度饱和饱和V3 微饱和，微饱和，V4 放大工作放大工作uY = 5V - - 0.7 V - - 0.7 V = 3.6 V电路输出为高电平电路输出为高电平微饱和微饱和放大放大( (二二) )TTL 与非门的工作原理与非门的工作原理 综上所述综上所述,该电路实现了与非逻辑功能该电路实现了与非逻辑功能,即即3.6 V3.6 V3.6 V因此，因此，V1 发射结反偏而集电极发射结反偏而集电极正偏，称正偏，称处于倒置放大状态。

处于倒置放大状态1.8 V这时这时 V2、、V5 饱和 uC2 = UCE2(sat) + uBE5       = 0.3 V + 0.7 V = 1 V使使 V3 导通，而导通，而 V4 截止1 V uY = UCE5(sat)   0.3 V        输出为低电平输出为低电平   因此，输入均为高电平时，输出为低电平因此，输入均为高电平时，输出为低电平  0.3 V        V4 截止使截止使 V5 的等效集电极的等效集电极电阻很大，使电阻很大，使 IB5 >> IB5(sat) ，因，因此此 V5 深度饱和深度饱和倒置放大倒置放大饱饱和和饱和饱和截止截止导通导通　　　　TTL 电路输入端悬电路输入端悬空时相当于输入高电平空时相当于输入高电平· 输入均为高电平时，输入均为高电平时，输出低电平输出低电平 VCC 经经 R1 使使 V1 集电结和集电结和 V2、、V5 发射结导通，使发射结导通，使uB1 = 1.8 V深深注意注意2. TTL与非门的工作原理与非门的工作原理 电压传输特性测试电路电压传输特性测试电路0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOLSTTL与非门与非门电压传输特性曲线电压传输特性曲线( (三三) ) TTL 与非门的外特性及主要参数与非门的外特性及主要参数 1. 电压传输特性电压传输特性和噪声容限和噪声容限 输出电压随输入电压变化的特性输出电压随输入电压变化的特性  uI 较小时工作于较小时工作于AB 段，段，这时这时 V2、、V5 截止，截止，V3、、V4 导通，输出恒为高电平，导通，输出恒为高电平，UOH   3.6V，称与非门工，称与非门工作在截止区或处于关门状作在截止区或处于关门状态。

态  uI 较大时工作于较大时工作于 BC 段，这时段，这时 V2、、V5 工作于工作于放大区，放大区， uI 的微小增大的微小增大引起引起 uO 急剧下降，称与急剧下降，称与非门工作在转折区非门工作在转折区  uI 很大时工作于很大时工作于 CD 段，段，这时这时 V2、、V5 饱和，输出恒为饱和，输出恒为低电平，低电平，UOL   0.3V，称与非，称与非门工作在饱和区或处于开门状门工作在饱和区或处于开门状态    电压传输特性测试电路电压传输特性测试电路0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOLSTTL与非门与非门电压传输特性曲线电压传输特性曲线饱饱和和区区：：与与非非门门处于开门状态处于开门状态 截截止止区区：：与与非非门门处于关门状态处于关门状态 转折区转折区 下面介绍与下面介绍与电压传输特电压传输特性有关的主要参数：性有关的主要参数：有关参数有关参数 0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOL电压传输特性曲线电压传输特性曲线标准高电平标准高电平 USH 当当 uO ≥ USH 时，则认为输出高时，则认为输出高电平，通常取电平，通常取 USH = 3 V。

 标准低电平标准低电平 USL当当 uO ≤ USL 时，则认为输出低时，则认为输出低电平，通常取电平，通常取 USL = 0.3 V 关门电平关门电平 UOFF保保证证输输出出不不小小于于标标准准高高电电平平USH 时时,允许的输入低电平的最大值允许的输入低电平的最大值开门电平开门电平 UON保保证证输输出出不不高高于于标标准准低低电电平平USL 时时,允许的输入高电平的最小值允许的输入高电平的最小值阈值电压阈值电压 UTH转转折折区区中中点点对对应应的的输输入入电电压压，，又称门槛电平又称门槛电平USH = 3VUSL = 0.3VUOFFUONUTH近似分析时认为：近似分析时认为：uI > UTH，则与非门开通，，则与非门开通，                  输出低电平输出低电平UOL；；uI < UTH，则与非门关闭，，则与非门关闭，                  输出高电平输出高电平UOH　　噪声容限越大，抗干扰能力越强　　噪声容限越大，抗干扰能力越强 　　指输入低电平时，允许的最大正向噪声电压　　指输入低电平时，允许的最大正向噪声电压UNL = UOFF – UIL 　　指输入高电平时，允许的最大负向噪声电压。

　　指输入高电平时，允许的最大负向噪声电压UNH = UIH – UON 　　输入信号上叠加的噪声电压只要不超过允许　　输入信号上叠加的噪声电压只要不超过允许值，就不会影响电路的正常逻辑功能，这个允许值，就不会影响电路的正常逻辑功能，这个允许值称为值称为噪声容限噪声容限   输入高电平噪声容限输入高电平噪声容限 UNH输入低电平噪声容限输入低电平噪声容限 UNL输入负载特性测试电路输入负载特性测试电路 输入负载特性输入负载特性曲线曲线0uI /VR1/k UOFF1.1FNROFFRON2. 输入负载特性输入负载特性 　　　　ROFF 称关门电阻称关门电阻RI < ROFF 时，相应输入端相时，相应输入端相当于输入低电平对当于输入低电平对 STTL 系列，系列，ROFF   700  　　　　RON 称称开开门门电电阻阻RI > RON 时时，，相相应应输输入入端端相相当当于输入高电平对于输入高电平对 STTL 系列，系列，RON   2.1 k RONROFFUOFF[ [例例] ]  下图中，已知下图中，已知 ROFF   800  ，，RON   3 k ，试对应，试对应           输入波形定性画出输入波形定性画出TTL与非门的输出波形。

与非门的输出波形 (a) )( (b) )tA0.3 V3.6 VO不同不同 TTL 系列，系列， RON、、 ROFF 不同相应输入端相当于输入低电平，相应输入端相当于输入低电平，也即相当于输入逻辑也即相当于输入逻辑 0 逻辑逻辑0因此因此 Ya 输出恒为高电平输出恒为高电平 UOH 相应输入端相当于输入高电平，相应输入端相当于输入高电平，也即相当于输入逻辑也即相当于输入逻辑 1 逻辑逻辑1因此，可画出波形如图所示因此，可画出波形如图所示YbtOYatUOHO解：图解：图( (a) )中，中，RI = 300   < ROFF   800  图图( (b) )中，中，RI = 5.1 k  > RON   3 k 3.  负载能力负载能力 　　负载电流流入与　　负载电流流入与非门的输出端非门的输出端 　　负载电流从与非门　　负载电流从与非门的输出端流向外负载的输出端流向外负载负载电流流入驱动门负载电流流入驱动门IOL负载电流流出驱动门负载电流流出驱动门IOH输入均为输入均为高电平高电平 输入有输入有低电平低电平 输出为低电平输出为低电平 输出为高电平输出为高电平 灌电流负载灌电流负载拉电流负载拉电流负载        不不管管是是灌灌电电流流负负载载还还是是拉拉电电流流负负载载，，负负载载电电流流都都不不能能超超过过其其最最大大允允许许电电流流，，否否则则将将导导致致电路不能正常工作，甚至烧坏门电路。

电路不能正常工作，甚至烧坏门电路实用中常用实用中常用扇出系数扇出系数 NOL 表示电路负载能力表示电路负载能力门电路输出低电平时允许带同类门电路的个数门电路输出低电平时允许带同类门电路的个数 　　通常按照负　　通常按照负载电流的流向将载电流的流向将与非门负载分为与非门负载分为 灌电流负载灌电流负载 拉电流负载拉电流负载         由由于于三三极极管管存存在在开开关关时时间间，，元元、、器器件件及及连连线线存存在在一一定定的的寄寄生生电电容容，，因因此此输输入入矩矩形脉冲时，输出脉冲将延迟一定时间形脉冲时，输出脉冲将延迟一定时间 输入信号输入信号UOm0.5 UOm0.5 UImUIm输出信号输出信号4. 传输延迟时间传输延迟时间 输入电压波形下降沿输入电压波形下降沿 0.5 UIm 处到输出电压上升沿处到输出电压上升沿 0.5 Uom处间隔的时间称处间隔的时间称截止延迟时间截止延迟时间 tPLH 输入电压波形上升沿输入电压波形上升沿 0.5 UIm 处到输出电压下降沿处到输出电压下降沿 0.5 Uom处间隔的时间称处间隔的时间称导通延迟时间导通延迟时间 tPHL L。

平均传输延迟时间平均传输延迟时间 tpd tPHLtPLH　　　　tpd  越小，则门电越小，则门电路开关速度越高，工路开关速度越高，工作频率越高作频率越高 0.5 UIm0.5 UOm5. 功耗功耗- -延迟积延迟积 　　常用功耗　　常用功耗 P 和平均传输延迟时间和平均传输延迟时间 tpd 的乘积的乘积( (简称简称功耗功耗 – 延迟积延迟积) )来来综合评价门电路的性能，即综合评价门电路的性能，即M = P tpd 　　性能优越的门电路应具有功耗低、工作速度高的　　性能优越的门电路应具有功耗低、工作速度高的特点，然而这两者矛盾特点，然而这两者矛盾 M 又称品质因素，值越小，说明综合性能越好又称品质因素，值越小，说明综合性能越好     使用时需使用时需外接外接上拉电阻上拉电阻 RL  即即 Open collector gate，，简称简称 OC 门         常常用用的的有有集集电电极极开开路路与与非非门门、、三三态态门门、、或或非非门门、、与与或或非非门门和和异异或或门门等等它它们们都都是是在在与与非非门门基基础础上上发发展展出出来来的，的，TTL 与非门的上述特性对这些门电路大多适用。

与非门的上述特性对这些门电路大多适用 VC 可以等于可以等于 VCC也可不等于也可不等于 VCC  二、其他功能的二、其他功能的 TTL 门电路门电路 ( (一一) )集电极开路与非门集电极开路与非门 1. 电路、逻辑符号和工作原理电路、逻辑符号和工作原理 　　输入都为高电平时，　　输入都为高电平时， V2 和和 V5 饱和导通，输出饱和导通，输出为低电平为低电平  UOL   0.3 V 　　输入有低电平时，　　输入有低电平时，V2和和 V5 截止，输出为高电平截止，输出为高电平 UOH   VC         因此具有与非功能因此具有与非功能 工作原理工作原理 OC门门        相当于与门作用相当于与门作用        因为因为 Y1、、Y2 中有低电中有低电平时，平时，Y 为低电平；只有为低电平；只有  Y1、、Y2 均为高电平时，均为高电平时，Y才为高电平，故才为高电平，故 Y = Y1 · Y22. 应用应用 ( (1) ) 实现线与实现线与　　两个或多个　　两个或多个 OC 门的输出端直接相连，门的输出端直接相连，相当于将这些输出信号相与，称为线与。

相当于将这些输出信号相与，称为线与 Y　　只有　　只有 OC 门才能实现线与普通门才能实现线与普通 TTL 门输出端不能并联，否则可能损坏器件门输出端不能并联，否则可能损坏器件注意注意( (2) )驱动显示器和继电器等驱动显示器和继电器等 [ [例例] ] 下图为用下图为用 OC 门驱动发光二极管门驱动发光二极管 LED 的显示电路的显示电路          已知已知 LED 的正向导通压降的正向导通压降 UF = 2V，正向工作电流，正向工作电流          IF = 10 mA，为保证电路正常工作，试确定，为保证电路正常工作，试确定 RC 的值解解：：为保证电路正常工作，应满足为保证电路正常工作，应满足因此　　　　　　因此　　　　　　RC = 270   分析：分析：　　该电路只有在　　该电路只有在 A、、B 均为高均为高电平，使输出电平，使输出 uO 为低电平时，为低电平时，LED 才导通发光；否则才导通发光；否则 LED 中中无电流流通，不发光无电流流通，不发光        要使要使 LED 发光，应满足发光，应满足IRc   IF = 10 mATTLCMOSRLVDD+5 V( (3) )实现电平转换实现电平转换 　　　　TTL 与非门有时需要驱动其他种类门电路，而不与非门有时需要驱动其他种类门电路，而不同种类门电路的高低电平标准不一样。

应用同种类门电路的高低电平标准不一样应用 OC 门就门就可以适应负载门对电平的要求可以适应负载门对电平的要求　　　　OC 门的门的 UOL   0.3V，，UOH   VDD，正好符合，正好符合 CMOS 电路电路 UIH   VDD，，UIL   0的要求 VDDRL         即即 Tri- -State Logic 门，门，简称简称 TSL 门其输出有高门其输出有高电平态、低电平态和高阻电平态、低电平态和高阻态三种状态态三种状态三态输出与非门电路三态输出与非门电路 EN = 1 时，时，P = 0，，uP = 0.3V0110 0.3V1V导通导通截止截止截止截止        另一方面，另一方面，V1 导通，导通， uB1 = 0.3V + 0.7V = 1V, V2、、V5 截止　　这时，从输出端　　这时，从输出端 Y 看进去，看进去，对地和对电源对地和对电源 VCC 都相当于开都相当于开路，路，输出端呈现高阻态输出端呈现高阻态，相当于，相当于输出端开路输出端开路Y=AB1V导通导通截止截止截止截止Z这时这时 VD 导通，使导通，使 uC2 = 0.3 V + 0.7 V = 1 V，使，使 V4 截止。

截止 (二二) )三态输出门三态输出门 1. 电路、逻辑符号和工作原理电路、逻辑符号和工作原理工作原理工作原理 EN = 0 时，时，P = 1，，VD 截止截止电路等效为一个输入为电路等效为一个输入为 A、、B 和和1 的的 TTL 与非门  Y = AB            综上所述，可见：综上所述，可见：( (二二) )三态输出门三态输出门 1. 电路、逻辑符号和工作原理电路、逻辑符号和工作原理　　只有当使能信号　　只有当使能信号 EN = 0 时才允许三态时才允许三态门工作，故称门工作，故称 EN 低电平有效低电平有效EN 称使能信号或控制信号，称使能信号或控制信号，A、、B 称数据信号称数据信号当当 EN = 0 时，时，Y = AB，，三态门处于工作态；三态门处于工作态；当当 EN = 1 时，三态门输出呈时，三态门输出呈现高阻态，又现高阻态，又称称禁止态EN 即即 Enable功能表功能表Z0AB1YEN使能端低电平有效使能端低电平有效使能端高电平有效使能端高电平有效功能表功能表Z1AB0YENEN2. 应用应用 　　任何时刻　　任何时刻 EN1、、EN2、、 EN3 中只能有一个为有效电平，中只能有一个为有效电平，使相应三态门工作，而其他三使相应三态门工作，而其他三态输出门处于高阻状态，从而态输出门处于高阻状态，从而实现了总线的复用。

实现了总线的复用总线总线 ( (1) )构成单向总线构成单向总线 DIDO/DIDO00高阻态高阻态工作工作DI EN = 0 时，时，总线上的数据总线上的数据 DI经反相后在经反相后在 G2 输输出端输出出端输出 (2) )构成双向总线构成双向总线 DIDO/DIDO11工作工作DO高阻态高阻态 EN = 1 时，时，数据数据 DO 经经 G1 反相后传送到反相后传送到总线上 DIDO/DIDO11工作工作DO高阻态高阻态 EN = 1 时，时，数据数据 DO 经经 G1 反相后传送到反相后传送到总线上 DIDO/DIDO        TTL 集成门的类型很多集成门的类型很多, ,那么那么如何识别它们如何识别它们? ?各类型之间有何异各类型之间有何异同同? ?如何选用合适的门如何选用合适的门? ?三、三、TTL 集成门应用要点集成门应用要点 1. . 各系列各系列 TTL 集成门的比较与选用集成门的比较与选用 用于民品用于民品 用于军品用于军品 　　具有完全相同的电路结构和电气性能　　具有完全相同的电路结构和电气性能参数，但参数，但 CT54 系列更适合在温度条件恶系列更适合在温度条件恶劣、供电电源变化大的环境中工作。

劣、供电电源变化大的环境中工作 按工作温度和电源允许变化范围不同分为按工作温度和电源允许变化范围不同分为 CT74 系列系列 CT54 系列系列向高速向高速发展发展 向低功向低功耗发展耗发展 按平均传输延迟时间和平均功耗不同分按平均传输延迟时间和平均功耗不同分 向减小向减小功耗功耗 - -延迟积延迟积发展发展  措施：增大电阻值措施：增大电阻值 措施：措施：( (1) ) 采用采用 SBD 和抗饱和三极管；和抗饱和三极管；( (2) ) 采用有源泄放电路；采用有源泄放电路；( (3) ) 减小电路中的电阻值减小电路中的电阻值　　其中，　　其中，LSTTL 系列综合性能优越、品种多、系列综合性能优越、品种多、价格便宜；价格便宜； ALSTTL 系列性能优于系列性能优于 LSTTL，但品，但品种少、价格较高，因此种少、价格较高，因此实用中多选用实用中多选用 LSTTL  CT74 系系列列( (即即标标准准 TTL ) )CT74L 系列系列( (即低功耗即低功耗 TTL简称简称 LTTL) ) CT74H 系列系列( (即高速即高速 TTL简称简称 HTTL) )CT74S 系列系列( (即肖特基即肖特基TTL简称简称 STTL) ) CT74AS 系列系列( (即先进肖特基即先进肖特基TTL简称简称 ASTTL) ) CT74LS 系列系列( (即低功耗肖特基即低功耗肖特基TTL  简称简称 LSTTL) )CT74ALS 系列系列( (即先进低功耗肖特基即先进低功耗肖特基TTL  简称简称 LSTTL) ) 集成门的选用要点集成门的选用要点( (1) )实际使用中的最高工作频率实际使用中的最高工作频率 fm 应不大于逻辑门最高工作应不大于逻辑门最高工作      频率频率 fmax 的一半。

的一半 实实物物图图片片  ( (2) )不同系列不同系列 TTL 中，器件型号后面几位数字相同时，通中，器件型号后面几位数字相同时，通常逻辑功能、外型尺寸、外引线排列都相同但工作速常逻辑功能、外型尺寸、外引线排列都相同但工作速度度( (平均传输延迟时间平均传输延迟时间 tpd ) )和平均功耗不同实际使用和平均功耗不同实际使用时，时， 高速门电路可以替换低速的；反之则不行高速门电路可以替换低速的；反之则不行 例如例如 CT7400CT74L00CT74H00CT74S00CT74LS00CT74AS00CT74ALS00 xx74xx00 引脚图引脚图  双列直插双列直插 14 引脚引脚四四 2 输入与非门输入与非门 2. TTL 集成逻辑门的使用要点集成逻辑门的使用要点 ( (1) )电源电压用电源电压用 + 5 V，， 74 系列应满足系列应满足 5 V   5%  (2) )输出端的连接输出端的连接 普通普通 TTL 门输出端不允许直接并联使用门输出端不允许直接并联使用 三态输出门的输出端可并联使用，但同一时刻只能有三态输出门的输出端可并联使用，但同一时刻只能有一个门工作，其他门输出处于高阻状态。

一个门工作，其他门输出处于高阻状态 集电极开路门输出端可并联使用，但公共输出端和集电极开路门输出端可并联使用，但公共输出端和电源电源 VCC 之间应接负载电阻之间应接负载电阻 RL 输出端不允许直接接电源输出端不允许直接接电源 VCC 或直接接地或直接接地输出电流应小于产品手册上规定的最大值输出电流应小于产品手册上规定的最大值 3. 多余输入端的处理多余输入端的处理 与门和与非门的多余输入端接逻辑与门和与非门的多余输入端接逻辑 1 或者与有用输入端并接或者与有用输入端并接接接 VCC通过通过 1 ~ 10 k  电阻接电阻接 VCC与有用输入端并接与有用输入端并接　　　　TTL 电电路路输输入入端端悬悬空空时时相相当当于于输输入入高高电电平平，，做做实实验验时时与与门门和和与与非非门门等等的的多多余余输输入入端端可可悬悬空空，，但使用中多余输入端一般不悬空，以防止干扰但使用中多余输入端一般不悬空，以防止干扰或门和或非门的多余输入端接逻辑或门和或非门的多余输入端接逻辑 0或者与有用输入端并接或者与有用输入端并接[ [例例] ] 欲用下列电路实现非运算，试改错欲用下列电路实现非运算，试改错。

　　　　( (ROFF   700  ，，RON   2.1 k )解：解：OC 门输出门输出端需外接端需外接上拉电阻上拉电阻RC5.1kΩY = 1Y = 0 RI > RON ，相应输入，相应输入端为高电平端为高电平510Ω RI < ROFF ，相应，相应输入端为低电平输入端为低电平        是由增强型是由增强型 PMOS 管和增强型管和增强型 NMOS 管组成管组成的互补对称的互补对称 MOS 门电路比之门电路比之 TTL，其突出优点，其突出优点为：微功耗、抗干扰能力强为：微功耗、抗干扰能力强 2.4　　CMOS 集成逻辑门集成逻辑门主要要求：主要要求： 掌握掌握 CMOS 反相器的电路、工作原理反相器的电路、工作原理和主要外特性和主要外特性 了解了解 CMOS 数字集成电路的应用要点数字集成电路的应用要点 了解了解 CMOS 与非门、或非门、开路门、与非门、或非门、开路门、三态门和传输门的电路和逻辑功能三态门和传输门的电路和逻辑功能 AuIYuOVDDSGDDGSBVPVNBAuIYuOVDDSGDDGSBVPVNB增强型增强型 NMOS 管管(驱动管驱动管)增强型增强型 PMOS 管管(负载管负载管)构成互补构成互补对称结构对称结构一、一、CMOS 反相器反相器 ( (一一) )电路基本结构电路基本结构 要求要求VDD > UGS(th)N +｜｜UGS(th)P｜且｜且 UGS(th)N =｜｜UGS(th)P｜｜ UGS(th)N增强型增强型 NMOS 管开启电压管开启电压AuIYuOVDDSGDDGSBVPVNB        NMOS 管的衬底接管的衬底接电路最低电位，电路最低电位，PMOS管的衬底接最高电位，管的衬底接最高电位，从而从而保证衬底与漏源间保证衬底与漏源间的的 PN 结始终反偏。

结始终反偏uGSN+- -增强型增强型 PMOS 管开启电压管开启电压uGSP+- -UGS(th)PuGSN > UGS(th)N 时，增强型时，增强型 NMOS 管导通管导通uGSN < UGS(th)N 时，增强型时，增强型 NMOS 管截止管截止OiDuGSUGS(th)N增强型增强型 NMOS 管管转移特性转移特性                          时时, 增强型增强型 PMOS 管导通管导通                          时时, 增强型增强型 PMOS 管截止管截止OiDuGSUGS(th)P增强型增强型 PMOS 管管转移特性转移特性AuIYuOVDDSGDDGSBVPVNB( (一一) )电路基本结构电路基本结构 UIL = 0 V，，UIH = VDDAuIYuOVDDSGDDGSVP衬底衬底 BVN衬底衬底 B( (二二) )工作原理工作原理 ROFFNRONPuO+VDDSDDS导通电阻导通电阻 RON << 截止电阻截止电阻 ROFFRONNROFFPuO+VDDSDDS可见该电路构成可见该电路构成 CMOS 非门，又称非门，又称 CMOS 反相器。

反相器　　无论输入高低，　　无论输入高低，VN、、VP 中总有一管截止，使静态漏中总有一管截止，使静态漏极电流极电流 iD   0因此 CMOS 反相器静态功耗极微小反相器静态功耗极微小 ◎◎    输入为低电平，输入为低电平，UIL = 0V 时，时，uGSN = 0V < UGS(th)N ，，UIL = 0V截止截止uGSN+- -VN 截止，截止，VP 导通，导通，导通导通uGSP+- -uO   VDD 为高电平为高电平AuIYuOVDDSGDDGSVP衬底衬底 BVN衬底衬底 B截止截止uGSP+- -导通导通uGSN+- -◎◎  输入为高电平输入为高电平 UIH = VDD 时，时，uGSN = VDD > UGS(th)N ,  VN 导通，导通，VP 截止，截止，◎◎    输入为低电平输入为低电平 UIL = 0 V 时，时，uGSN = 0V < UGS(th)N ，， VN 截止，截止，VP 导通，导通， uO VDD  , 为高电平为高电平UIH = VDDuO   0 V ，为低电平为低电平二、其他功能的二、其他功能的 CMOS 门电路门电路 ( (一一) )CMOS 与非门和或非门与非门和或非门 1. . CMOS 与非门与非门 ABVDDVPBVPAVNAVNBY        每个输入端对应一每个输入端对应一对对 NMOS 管和管和PMOS 管。

管NMOS 管为驱动管，管为驱动管，PMOS 管为负载管输管为负载管输入端与它们的栅极相连入端与它们的栅极相连与非门结构特点：与非门结构特点：驱动管相串联驱动管相串联，，负载管相并联负载管相并联ABVDDVPBVPAVNAVNBY       CMOS 与非门工作原理与非门工作原理11导通导通导通导通截止截止截止截止0        驱动管均导通，驱动管均导通，        负载管均截止，负载管均截止，        输出为低电平输出为低电平 ◆◆　　　　当输入均为当输入均为        高电平时：高电平时：        低电平输入端低电平输入端相对应的驱动管截相对应的驱动管截止，负载管导通，止，负载管导通，输出为高电平输出为高电平 ◆◆ 　当输入中有　当输入中有        低电平时：低电平时：ABVDDVPBVPAVNAVNBY0截止截止导通导通1因此因此 Y = AB2. . CMOS 或非门或非门 ABVDDVPBVPAVNAVNBY或非门结构特点：或非门结构特点：驱动管相并联驱动管相并联，，负载管相串联负载管相串联YABuOuIVDD1漏极开路的漏极开路的CMOS与非与非门电路门电路( (二二) )漏极开路的漏极开路的 CMOS 门门简称简称 OD 门门 与与 OC 门相似，常用作驱动器、电平转换器和实现线与等。

门相似，常用作驱动器、电平转换器和实现线与等Y = AB构成与门构成与门 构成输构成输出端开出端开路的非路的非门门需外接上需外接上拉电阻拉电阻 RDC、、C 为为互互补补控制信号控制信号         由一对参数对称一致的增由一对参数对称一致的增强型强型 NMOS 管和管和 PMOS 管并联管并联构成 PMOSCuI/uOVDDCMOS传输传输门电路结构门电路结构uO/uIVPCNMOSVN( (三三) )CMOS 传输门传输门 工作原理工作原理        MOS 管的漏极和源极结构对称，管的漏极和源极结构对称，可互换使用，因此可互换使用，因此 CMOS 传输门的传输门的输出端和输入端也可互换输出端和输入端也可互换 uOuIuIuO        当当 C = 0V，，uI = 0 ~ VDD 时，时，VN、、VP 均截止，输出与输入之间呈现高均截止，输出与输入之间呈现高电阻，相当于开关断开电阻，相当于开关断开 uI 不能传输到输出端，称传输门不能传输到输出端，称传输门关闭CC       当当 C = VDD，，uI = 0 ~ VDD 时，时，VN、、VP 中至少有一管导通，输出与输入中至少有一管导通，输出与输入之间呈现低电阻，相当于开关闭合。

之间呈现低电阻，相当于开关闭合 uO = uI，称传输门开通称传输门开通 C = 1，，C = 0 时，传输门开通，时，传输门开通，uO = uI；； C = 0，，C = 1 时，传输门关闭，信号不能传输时，传输门关闭，信号不能传输PMOSCuI/uOVDDCMOS传输传输门电路结构门电路结构uO/uIVPCNMOSVN 传输门是一个理想的传输门是一个理想的双向开关，双向开关，可传输模拟信号可传输模拟信号，也可传输，也可传输数字信号数字信号TGuI/uOuO/uICC传输门逻辑符号传输门逻辑符号 TG 即即 Transmission Gate 的缩写的缩写 ( (三三) )CMOS 传输门传输门         在反相器基础上串接在反相器基础上串接了了 PMOS 管管 VP2 和和 NMOS 管管 VN2，它们的栅极分别，它们的栅极分别受受 EN 和和 EN 控制 (四四) )CMOS 三态输出门三态输出门 AENVDDYVP2VP1VN1VN2低电平使能的低电平使能的 CMOS 三态输出门三态输出门工作原理工作原理001导通导通导通导通Y=A110截止截止截止截止Z EN = 1 时，时，VP2、、VN2 均截止，输出端均截止，输出端 Y 呈现高呈现高阻态。

阻态      因此构成使能端低因此构成使能端低电平有效的三态门电平有效的三态门 EN = 0 时，时，VP2 和和 VN2 导通，呈现低电阻，不影导通，呈现低电阻，不影响响 CMOS 反相器工作反相器工作      Y = AEN三、三、CMOS 数字集成电路应用要点数字集成电路应用要点 ( (一一) )CMOS 数字集成电路系列数字集成电路系列 CMOS4000 系列系列 功耗极低、抗干扰能力强；功耗极低、抗干扰能力强；电源电压范围宽电源电压范围宽  VDD = 3 ~ 15 V；；工作频率低，工作频率低，fmax = 5 MHz；；驱动能力差驱动能力差高速高速CMOS 系列系列( (又称又称 HCMOS 系列系列) ) 功耗极低、抗干扰能力强；电功耗极低、抗干扰能力强；电源电压范围源电压范围   VDD = 2 ~ 6 V；；工作频率高，工作频率高，fmax = 50 MHz；；驱动能力强驱动能力强 提高速度措施：减小提高速度措施：减小MOS 管的极间电容管的极间电容           由于由于CMOS电路电路 UTH   VDD / 2，噪声容限，噪声容限UNL   UNH   VDD / 2，因，因此抗此抗干扰能力很强。

电干扰能力很强电源电压越高，抗干扰能源电压越高，抗干扰能力越强民品民品 军品军品  VDD = 2 ~ 6 V T 表示与表示与 TTL 兼容兼容VDD = 4.5 ~ 5.5 V CC54HC / 74HC 系列系列CC54HC   / 74HC   系列系列  TT按按电源电压电源电压不同分为不同分为 按工作温度不同分为按工作温度不同分为 CC74 系列系列 CC54 系列系列 高高速速 CMOS 系系列列1.   注意不同系列注意不同系列 CMOS 电路允许的电源电压范围不同，电路允许的电源电压范围不同， 一般多用一般多用 + + 5 V电源电压越高，抗干扰能力也越强电源电压越高，抗干扰能力也越强 ( (二二) )CMOS 集成逻辑门使用要点集成逻辑门使用要点 2.  闲置输入端的处理闲置输入端的处理 不允许悬空不允许悬空 可与使用输入端并联使用但这样会增大输入电容，可与使用输入端并联使用但这样会增大输入电容，使速度下降，因此工作频率高时不宜这样用使速度下降，因此工作频率高时不宜这样用 与门和与非门的闲置输入端可接正电源或高电平；与门和与非门的闲置输入端可接正电源或高电平；或门和或非门的闲置输入端可接地或低电平。

或门和或非门的闲置输入端可接地或低电平 2.5 集成逻辑门电路的应用集成逻辑门电路的应用主要要求：主要要求： 了解了解 TTL 和和 CMOS 电路的主要差异电路的主要差异 了解了解集成门电路的选用和应用集成门电路的选用和应用 一、一、CMOS 门门电路比之电路比之 TTL 的主要特点的主要特点          注意：注意：CMOS 电路的扇出系数大是由于其负载门的电路的扇出系数大是由于其负载门的输入阻抗很高，所需驱动功率极小，输入阻抗很高，所需驱动功率极小，并非并非 CMOS 电路的电路的驱动能力比驱动能力比 TTL 强实际上实际上 CMOS4000 系列驱动能力系列驱动能力远小于远小于 TTL，，HCMOS 驱动能力与驱动能力与 TTL 相近  功耗极低功耗极低 抗干扰能力强抗干扰能力强 电源电压范围宽电源电压范围宽 输出信号摆幅大输出信号摆幅大( (UOH   VDD，，UOL   0 V) ) 输入阻抗高输入阻抗高 扇出系数大扇出系数大 二、集成逻辑门电路的选用二、集成逻辑门电路的选用 根据电路工作要求和市场因素等综合决定根据电路工作要求和市场因素等综合决定  若对功耗和抗干扰能力要求一般，可选用若对功耗和抗干扰能力要求一般，可选用 TTL 电路。

电路目前多用目前多用 74LS 系列，它的功系列，它的功耗较小，工作频率一般可用至耗较小，工作频率一般可用至 20 MHz；；如工作频率较高，可选用如工作频率较高，可选用 CT74ALS 系列，系列，其工作频率一般可至其工作频率一般可至 50 MHz 若要求功耗低、抗干扰能力强，则应选用若要求功耗低、抗干扰能力强，则应选用 CMOS 电路其中其中 CMOS4000 系列一般用于系列一般用于工作频率工作频率 1 MHz 以下、驱动能力要求不高的以下、驱动能力要求不高的场合；场合；HCMOS 常用于工作频率常用于工作频率 20 MHz 以下、以下、要求较强驱动能力的场合要求较强驱动能力的场合 解：解：三、集成逻辑门电路应用举例三、集成逻辑门电路应用举例 [ [例例] ] 试改正下图电路的错误，使其正常工作试改正下图电路的错误，使其正常工作CMOS 门门TTL 门门OD 门门(a)(b)(c)(d)VDDCMOS 门门Ya = ABVDDYb = A + BTTL 门门OD 门门Yc = AVDDENYd=ABEN = 1 时时EN = 0 时时OD 门门&TTL 门门悬空悬空≥CMOS 门门悬空悬空可用两级电路可用两级电路 2 个与非门实现之个与非门实现之[ [例例] ] 试分别采用与非门和或非门实现与门和或门。

试分别采用与非门和或非门实现与门和或门解：解：( (1) )  用与非门实现与门用与非门实现与门设法将设法将 Y = AB 用与非式表示用与非式表示因为因为 Y = AB = AB因此，用与非门实现的与门电路为因此，用与非门实现的与门电路为Y = AB将与非门多余输入端与有用端并联使用构成非门将与非门多余输入端与有用端并联使用构成非门可用两级电路可用两级电路 3 个与非门实现个与非门实现( (2) )  用与非门实现或门用与非门实现或门因此，用与非门实现的或门电路为因此，用与非门实现的或门电路为Y = A + B因为因为 Y = A + B = A + B = A · B设法将设法将 Y = A + B 用与非式表示用与非式表示实现实现 A实现实现 B可用两级电路可用两级电路 3 个或非门实现之个或非门实现之 (3) ) 用或非门实现与门用或非门实现与门设法将设法将 Y = AB 用或非式表示用或非式表示因此，用或非门实现的与门电路为因此，用或非门实现的与门电路为因为因为 Y = AB = A · B = A + B　　将或非门多余输入端与　　将或非门多余输入端与有用端并联使用构成非门有用端并联使用构成非门Y = AB可用两级电路可用两级电路 2 个或非门实现之个或非门实现之( (4) )  用或非门实现或门用或非门实现或门设法将设法将 Y = A + B 用或非式表示用或非式表示因为因为 Y = A + B = A + B因此，用或非门实现的或门电路为因此，用或非门实现的或门电路为Y = A + B[ [例例] ] 有一个火灾报警系统，设有烟感、温感和紫外光有一个火灾报警系统，设有烟感、温感和紫外光感三种不同类型的火灾探测器。

为了防止误报警，只有感三种不同类型的火灾探测器为了防止误报警，只有当其中两种或三种探测器发出探测信号时，报警系统才当其中两种或三种探测器发出探测信号时，报警系统才产生报警信号，试用与非门设计产生报警信号的电路产生报警信号，试用与非门设计产生报警信号的电路输输 入入输输 出出A B CY0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1解：解：( (1) )  分析设计要求，建立真值表分析设计要求，建立真值表感三种不同类型的火灾探测器感三种不同类型的火灾探测器有烟感、温感和紫外光有烟感、温感和紫外光产生报警信号产生报警信号两种或三种探测器发出探测信号时，报警系统才两种或三种探测器发出探测信号时，报警系统才与非门设计与非门设计 报警电路的输入信号为烟感、温感报警电路的输入信号为烟感、温感和紫外光感三种探测器的输出信号，设和紫外光感三种探测器的输出信号，设用用 A、、B、、C 表示，且规定有火灾探测信表示，且规定有火灾探测信号时用号时用 1 表示，否则用表示，否则用 0 表示。

表示 报警电路的输出用报警电路的输出用 Y 表示，且规表示，且规定需报警时定需报警时Y 为为 1 ，否则，否则 Y 为为 0由此可列出真值表如右图所示由此可列出真值表如右图所示11110000( (2) )  根据根据真值表画函数卡诺图真值表画函数卡诺图 1 1ABC0100     0111    10     1  1( (3) )  用卡诺图化简法求用卡诺图化简法求出输出逻辑函数的最出输出逻辑函数的最简与或表达式，再变简与或表达式，再变换为与非表达式换为与非表达式Y = AB + AC + BC( (4) )  画逻辑图画逻辑图根据根据 Y 的与非表达式画逻辑图的与非表达式画逻辑图=AB · AC · BCABCY=AB · AC · BC门电路是组成数字电路的基本单元之一，最基门电路是组成数字电路的基本单元之一，最基本的逻辑门电路有与门、或门和非门实用中本的逻辑门电路有与门、或门和非门实用中通常采用集成门电路，常用的有与非门、或非通常采用集成门电路，常用的有与非门、或非门、与或非门、异或门、输出开路门、三态门门、与或非门、异或门、输出开路门、三态门和和 CMOS 传输门等。

门电路的传输门等门电路的学习重点是常学习重点是常用集成门的逻辑功能、外特性和应用方法用集成门的逻辑功能、外特性和应用方法 本章小结本章小结在数字电路中，三极管作为开关使用在数字电路中，三极管作为开关使用　　　　硅硅 NPN 管管的的截截止止条条件件为为 UBE ＜＜ 0.5 V ，，可可靠靠截截止止条条件件为为 UBE ≤ 0 V，，这这时时 iB   0，，iC   0，，集集电电极极和和发发射射极极之之间间相相当当于于开开关关断断开开；；饱饱和和条条件件为为 iB ≥ IB(sat)  ，，这这时时，，硅硅管管的的  UBE(sat)    0.7  V，，UCE(sat)   0.3 V，，集集电电极极和和发发射射极极之之间间相相当当于于开开关关闭合 　　　　三三极极管管的的开开关关时时间间限限制制了了开开关关速速度度开开关关时时间间主主要要由由电电荷荷存存储储效效应应引引起起，，要要提提高高开开关关速速度度，，必必须须降降低低三三极极管管饱饱和和深深度度，，加加速速基基区区存存储储电荷的消散电荷的消散  TTL 数字集成电路主要有数字集成电路主要有 CT74 标准系列、标准系列、CT74L 低功耗系列、低功耗系列、CT74H 高速系列、高速系列、CT74S 肖特基系列、肖特基系列、CT74LS 低功耗肖特基低功耗肖特基系列、系列、CT74AS 先进肖特基系列和先进肖特基系列和 CT74ALS先进低功耗肖特基系列。

其中，先进低功耗肖特基系列其中，CT74L 系列系列功耗最小，功耗最小，CT74AS 系列工作频率最高系列工作频率最高   通常用功耗通常用功耗 - - 延迟积来综合评价门电路性能延迟积来综合评价门电路性能         CT74LS 系列功耗系列功耗- -延迟积很小、性能优越、延迟积很小、性能优越、品种多、价格便宜，实用中多选用之品种多、价格便宜，实用中多选用之ALSTTL 系列性能更优于系列性能更优于 LSTTL，，但品种少、价格较高但品种少、价格较高CMOS 数数字字集集成成电电路路主主要要有有 CMOS4000 系系列列和和HCMOS 系系列列CMOS4000 系系列列工工作作速速度度低低，，负负载载能能力力差差，，但但功功耗耗极极低低、、抗抗干干扰扰能能力力强强，，电电源源电电压压范范围围宽宽，，因因此此，，在在工工作作频频率率不不高高的的情情况况下下应应用用很很多多CC74HC 和和 CC74HCT 两两个个系系列列的的工工作作频频率率和和负负载载能能力力都都已已达达到到 TTL 集集成成电电路路 CT74LS的的水水平平，，但但功功耗耗、、抗抗干干扰扰能能力力和和对对电电源源电电压压变变化化的的适适应应性性等等比比 CT74LS 更更优优越越。

因因此此，，CMOS 电电路路在在数数字字集集成成电电路路中中，，特特别别是是大大规规模模集集成成电电路路应应用用更更广广泛泛，，已已成成为为数数字字集集成成电路的发展方向电路的发展方向 应用集成门电路时，应注意：应用集成门电路时，应注意： TTL电路只能用＋电路只能用＋5 V( (74系列允许误差系列允许误差±5%) )；；CMOS4000 系系列列可可用用 3 ~ 15 V；；HCMOS系系列列可可用用 2 ~ 6 V；；CTMOS 系系列列用用 4.5 ~ 5.5 V一一般般情情况况下下，，CMOS 门门多多用用 5 V，，以便与以便与 TTL 电路兼容电路兼容 ( (1) )电源电压的正确使用电源电压的正确使用 ( (2) )输出端的连接输出端的连接 开路门的输出端可并联使用实现线与开路门的输出端可并联使用实现线与，还可用来驱动需，还可用来驱动需要一定功率的负载要一定功率的负载 三态输出门的输出端也可并联，用来实现总线结构，三态输出门的输出端也可并联，用来实现总线结构，但三态输出门必须分时使能但三态输出门必须分时使能使用三态门时，需注使用三态门时，需注意使能端的有效电平意使能端的有效电平。

普通门普通门( (具有推拉式输出结构具有推拉式输出结构) )的输出端不的输出端不允许直接并联实现线与允许直接并联实现线与( (3) )  闲置输入端的处理闲置输入端的处理 ( (4) )信号信号的正确使用的正确使用 TTL 电路输入端悬空时相当于输入高电平，电路输入端悬空时相当于输入高电平，CMOS 电路多余输入端不允许悬空电路多余输入端不允许悬空         CMOS电路多余输电路多余输入端与有用入端与有用输入端的并输入端的并接仅适用于接仅适用于工作频率很工作频率很低的场合低的场合　　　　数数字字电电路路中中的的信信号号有有高高电电平平和和低低电电平平两两种种取取值值，，高高电电平平和和低低电电平平为为某某规规定定范范围围的的电电位位值值，，而而非非一一固固定定值值门门电电路路种种类类不不同同，，高高电平和低电平的允许范围也不同电平和低电平的允许范围也不同 或门和或非门或门和或非门与门和与非门与门和与非门多余输入端接地或多余输入端接地或与有用输入端并接与有用输入端并接多余输入端接正电源多余输入端接正电源或与有用输入端并接或与有用输入端并接UIL≤UOFFUIH≥UONUIL≤USLUIH≥USH通通常常以以保保证证有有较较大大的的噪声容限噪声容限噪声容限越大，则电路抗干扰能力越强。

噪声容限越大，则电路抗干扰能力越强UIL   UOL   0 VUIH   UOH   VDD UNL   UNH   VDD / 2 ，噪声容限很大，，噪声容限很大， 因此电路抗干扰能力很强因此电路抗干扰能力很强 CMOS 传输门既可传输数字信号，传输门既可传输数字信号，也可传输模拟信号也可传输模拟信号  当当输输入入端端外外接电阻接电阻 RI 时时RI ＜＜ ROFF    相当于输入逻辑相当于输入逻辑 0RI ＞＞ RON      相当于输入逻辑相当于输入逻辑 1TTL   电电  路路CMOS 电电路路CMOS 门电路由于输入电流为门电路由于输入电流为零零，，因此不存在开门电阻和关门电阻因此不存在开门电阻和关门电阻。