第二章_门电路.pdf

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1、1 University of Science and Technology of China 第二章第二章第二章第二章 门电路门电路门电路门电路 本章主要内容：本章主要内容： 1. 1. 1. 1. 二极管和三极管的开关特性二极管和三极管的开关特性二极管和三极管的开关特性二极管和三极管的开关特性 2.2.2.2. TTL TTL TTL TTL门电路和门电路和门电路和门电路和CMOSCMOSCMOSCMOS门电路门电路门电路门电路 2 University of Science and Technology of China 2.1 2.1 2.1 2.1 概述概述概述概述 1. 1. 1.

2、 1. 常用的门电路有常用的门电路有: : : : 与门与门, , , , 或门或门, , , , 非门非门, , , , 与非门与非门, , , , 或或 非门非门, , , , 与或非门与或非门, , , , 异或门异或门, , , , 同或门。同或门。 2. 2. 2. 2. 在电子电路中在电子电路中, , , , 用高、低电平分别表示二值逻辑用高、低电平分别表示二值逻辑 的的1 1 1 1和和0 0 0 0两种逻辑状态。两种逻辑状态。 3.3.3.3.高低电平都有一个允许使用的范围高低电平都有一个允许使用的范围, , , , 如如TTLTTLTTLTTL电路电路 中中: : : : 高

3、电平高电平: 2.73.7v: 2.73.7v: 2.73.7v: 2.73.7v；低电平；低电平: 00.3 v: 00.3 v: 00.3 v: 00.3 v。 4.4.4.4.若以输出的高电平表示逻辑若以输出的高电平表示逻辑1, 1, 1, 1, 以低电平表示逻辑以低电平表示逻辑 0,0,0,0,则称这种表示方法为正逻辑则称这种表示方法为正逻辑. . . . 反之反之, , , ,以以H H H H表表 示示0,L0,L0,L0,L表示表示1, 1, 1, 1, 则称为负逻辑则称为负逻辑. . . . 本书中一律用正逻辑本书中一律用正逻辑. . . . 3 University of S

4、cience and Technology of China 2.2 2.2 2.2 2.2 半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管 的开关特性的开关特性的开关特性的开关特性 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 二极管的开关特性二极管的开关特性 1. 1. 1. 1. 二极管的单向导电性二极管的单向导电性 二极管是由二极管是由PNPNPNPN结构成的结构成的, , , ,其工作原理基于其工作原理基于PNPNPNPN结结 的单向导电性的单向导电性, , , ,可用以下两种电路加以说明可用以下两种电路加以说明. . . . (1) (1) (1

5、) (1) 二极管两端加正向电压时二极管两端加正向电压时, , , ,外电场削弱内电场外电场削弱内电场, , , , 产生产生多数载流子的扩散运动而形成正向电流多数载流子的扩散运动而形成正向电流. . . . 4 University of Science and Technology of China 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 二极管的开关特性二极管的开关特性二极管的开关特性二极管的开关特性 L CC L DCC R V R VV i = iRVV LDCC += )( DCC VV L CC L DCC R V R VV i = i 5 University of S

6、cience and Technology of China 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 二极管的开关特性二极管的开关特性二极管的开关特性二极管的开关特性 (2) (2) (2) (2) 二极管两端加反向电压时二极管两端加反向电压时, , , ,外电场增强了 外电场增强了PNPNPNPN结中的内结中的内 电场电场, , , ,产生产生少数载流子的反向漂移运动而形成了反向电流少数载流子的反向漂移运动而形成了反向电流, , , , 稳定后即为反向饱和电流稳定后即为反向饱和电流i (i (i (i (详见详见P P P P69696969式式3.2.1)3.2.1)3.2.1)3

7、.2.1)。 i 注意注意: : : : 由于此时二极管处由于此时二极管处 于截止状态于截止状态, , , ,电阻很大电阻很大, , , ,故故 L DCC R VV i 6 University of Science and Technology of China 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 二极管的开关特性二极管的开关特性二极管的开关特性二极管的开关特性 2. 2. 2. 2. 二极管的三种近似的伏安特性和等效电路二极管的三种近似的伏安特性和等效电路 (1) (1) (1) (1) VccVccVccVcc和和R R R RL L L L都很小时都很小时, , , ,

8、VonVonVonVon和和r r r rD D D D不能忽略不能忽略, , , , 其近似的伏其近似的伏 安特性如图安特性如图(a)(a)(a)(a)(P(P(P(P70707070) ) ) ): : : : VVon0 (a) (a) (a) (a) 较实际的模型较实际的模型 i i 7 University of Science and Technology of China 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 二极管的开关特性二极管的开关特性二极管的开关特性二极管的开关特性 (2) (2) (2) (2) VonVonVonVon和和VccVccVccVcc相比不能忽略

9、相比不能忽略, , , , r r r rD D D DVon), BTJViVon), BTJViVon), BTJViVon), BTJ的基极电流的基极电流ibibibib达到达到 C satCECC BS R VV I )( = 时时, , , ,BJTBJTBJTBJT饱和饱和, , , , VccVccVccVcc几乎降在几乎降在RcRcRcRc上上, , , , Vo 0.3vVo 0.3vVo 0.3vVo 0.3v 即即: : : : 输入高电平时输入高电平时, BJT, BJT, BJT, BJT饱和饱和, , , , 输出为低电平。输出为低电平。 18 University

10、 of Science and Technology of China 2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性 (4) (4) (4) (4) 三极管的开关等效电路三极管的开关等效电路: : : : 实用电路中的三极管开关电路如实用电路中的三极管开关电路如P P P P113113113113图图3.5.53.5.53.5.53.5.5所示所示 等效电路等效电路. . . . 1) Vi=0 1) Vi=0 1) Vi=0 1) Vi=0时时, , , ,三极管截止，开关完全断开，如图三极管截止，开关完全断开，如图(a)

11、;(a);(a);(a); 2) Vi=1 2) Vi=1 2) Vi=1 2) Vi=1时时, , , ,三极管饱和导通，三极管饱和导通，VceVceVceVce 0, 0, 0, 0, 但但 VbeVbeVbeVbe 等效电路如图等效电路如图3.5.5(b)3.5.5(b)3.5.5(b)3.5.5(b)和和(c), (c)(c), (c)(c), (c)(c), (c)中的中的V V V Vcccccccc应去掉。应去掉。 (5) (5) (5) (5) BJTBJTBJTBJT的动态开关特性的动态开关特性 ( ( ( (详见详见P P P P114114114114图图3.5.6)3.

12、5.6)3.5.6)3.5.6) 0 19 University of Science and Technology of China 2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性 2. MOS2. MOS2. MOS2. MOS管的开关特性管的开关特性 (73(73(73(73页页) ) ) ) (1) MOS(1) MOS(1) MOS(1) MOS管的结构管的结构: : : : 有四种类型的有四种类型的MOSMOSMOSMOS管管: : : : 1) 1) 1) 1) N N N N沟道增强型沟道增强型 结构和符号如右图

13、结构和符号如右图: : : : a) a) a) a) 采用采用P P P P型衬底型衬底, , , ,导电沟道是导电沟道是N N N N型型. . . . b) b) b) b) 在在V V V VG G G Gs s s s=0=0=0=0时时, , , ,没有导电沟道没有导电沟道. . . . c) c) c) c) 开启电压开启电压 d) d) d) d) 工作时使用正电源工作时使用正电源, , , ,应将衬底接源极或接到系统应将衬底接源极或接到系统 的最低电位上的最低电位上. . . . 0 )( thGS V G D B S 20 University of Science and

14、 Technology of China 2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性 2) P2) P2) P2) P沟道增强型沟道增强型 结构和符号如右图所示结构和符号如右图所示: : : : a) a) a) a) 采用采用N N N N型衬底型衬底,P,P,P,P型沟道型沟道 b) b) b) b) V V V VG G G Gs s s s=0=0=0=0时不存在沟道时不存在沟道. . . . c) c) c) c) 开启电压开启电压 d) d) d) d) 负工作电压负工作电压, , , ,且将衬底接源极或接到系统

15、的最高电位。且将衬底接源极或接到系统的最高电位。 0 )( 0000时沟道变宽时沟道变宽, , , , i i i iD D D D增大增大; ; ; ; V V V VG G G Gs s s s0000时沟道变时沟道变窄窄, |, |, |, |i i i iD D D D| | | |减小减小; ; ; ; V V V VG G G Gs s s s大于大于V V V VG G G Gs(offs(offs(offs(off) ) ) )时时, , , ,沟道消失沟道消失,MOS,MOS,MOS,MOS管截止管截止; ; ; ; V V V VG G G Gs(offs(offs(off

16、s(off)0)0)0)0，称为夹断电压称为夹断电压. . . . c) c) c) c) 在正常工作时在正常工作时, , , ,衬底应接到源极或系统的最高电位上衬底应接到源极或系统的最高电位上. . . . 四种类型四种类型MOSMOSMOSMOS管的比较详见管的比较详见P P P P79797979表表3.3.13.3.13.3.13.3.1 G D B S 23 University of Science and Technology of China 2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性 (2) 2) 2) 2

17、) MOSMOSMOSMOS管的输入和输出特性管的输入和输出特性 N N N N沟道增强型沟道增强型MOSMOSMOSMOS管的输出特性曲线如图所示管的输出特性曲线如图所示: : : : 也称也称MOSMOSMOSMOS管漏极特性曲线，分为三个工作区：管漏极特性曲线，分为三个工作区： 5v 4v 3v VG G G Gs(th(th(th(th) ) ) )=2v iD D D D VD D D Ds0 24 University of Science and Technology of China 2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特

18、性三极管的开关特性 1) V V V VG G G Gs s s s V V V VGSGSGSGS(th(th(th(th), ), ), ), i i i iD D D D0, 0, 0, 0, 曲线上曲线上V V V VG G G Gs s s s V V V VG G G Gs(ths(ths(ths(th) ) ) )的部分又可分的部分又可分 成两个区域：成两个区域： a) a) a) a) 下图下图红线红线左边称为可变电阻区左边称为可变电阻区. . . . V V V VG G G Gs s s s一定时一定时, , , , i i i iD D D D随随V V V VD D D

19、 Ds s s s 线性变化线性变化, , , , 具有类似线性电阻的性质具有类似线性电阻的性质. . . . V V V VD D D Ds s s s=0=0=0=0时的导通电阻时的导通电阻RonRonRonRon和和V V V VG G G Gs s s s的关系如下式的关系如下式: : : : )(2 1 | )( 0 thGSGS Von VVK R DS = = 25 University of Science and Technology of China 2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性 b) b)

20、 b) b) 红线红线右边的区域称为恒流区右边的区域称为恒流区, , , , i i i iD D D D基本由基本由V V V VG G G Gs s s s决定决定, , , , 如下式 如下式: : : : 2 )( )1(= thGS GS DSD V V Ii 5v 4v 3v VG G G Gs=2 iD D D D VD D D Ds0 26 University of Science and Technology of China 2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性 由由上式上式画出的曲线称为画出的曲

21、线称为MOSMOSMOSMOS管的转移特性曲线，如下图管的转移特性曲线，如下图: : : : VG G G Gs(th) VG G G Gs iD D D D 0 27 University of Science and Technology of China 2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性 注意注意注意注意: : : : 由于栅极和衬底之间被由于栅极和衬底之间被由于栅极和衬底之间被由于栅极和衬底之间被Si0Si0Si0Si02 2 2 2绝缘层绝缘层绝缘层绝缘层 隔离隔离隔离隔离, , , ,故故故故MOSMO

22、SMOSMOS管的栅极电流很小管的栅极电流很小管的栅极电流很小管的栅极电流很小, , , ,通常通常通常通常 忽略不计忽略不计忽略不计忽略不计. . . . 所以不必画所以不必画所以不必画所以不必画MOSMOSMOSMOS管的输入管的输入管的输入管的输入 特性曲线特性曲线特性曲线特性曲线. . . . 28 University of Science and Technology of China 2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性 (3) (3) (3) (3) MOSMOSMOSMOS管的基本开关电路管的基本开关

23、电路: : : : 由由N N N N沟道增强型沟道增强型MOSMOSMOSMOS管构成的开关电路如下图管构成的开关电路如下图: : : : G D B S + Vi - +Vdd Rd iD D D D + - Vo 29 University of Science and Technology of China 2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性 1) V1) V1) V1) Vi i i i= = = =V V V VGsGsGsGsVGs(thGs(thGs(thGs(th) ) ) )且且V V V VDs

24、DsDsDs较大时较大时, MOS, MOS, MOS, MOS管工作于恒流区管工作于恒流区, , , , ViiD D D DVoV V V Vi i i i继续增大继续增大, MOS , MOS, MOS, MOS管的导管的导 通电阻通电阻R R R Ronononon变得很小变得很小, , , , 只要只要R R R RD D D DRon, Ron, Ron, Ron, 则则 V V V Vo o o o= = = = 0v0v0v0v 这时这时DSDSDSDS之间相当于一个闭合的开关之间相当于一个闭合的开关. . . . (4) MOS(4) MOS(4) MOS(4) MOS管的开

25、关等效电路管的开关等效电路: : : : 详见详见P P P P76767676图图3.3.53.3.53.3.53.3.5 30 University of Science and Technology of China 2.3 2.3 2.3 2.3 最简单的与最简单的与最简单的与最简单的与. . . .或或或或. . . .非门电路非门电路非门电路非门电路 2.3.1 2.3.1 2.3.1 2.3.1 二极管与门二极管与门 (P(P(P(P71717171) ) ) ) 31 University of Science and Technology of China 2.3 2.3 2

26、.3 2.3 最简单的与最简单的与最简单的与最简单的与. . . .或或或或. . . .非门电路非门电路非门电路非门电路 二极管与门工作原理二极管与门工作原理 若二极管的正向导通压降若二极管的正向导通压降V V V VDF DFDFDF=0.7v, =0.7v, =0.7v, =0.7v, 则则 (1) A(1) A(1) A(1) A和和B B B B中有一个为低电平中有一个为低电平0v0v0v0v时时, , , , 对应二极管导对应二极管导 通，输出就为低电平通，输出就为低电平 (0.7v)(0.7v)(0.7v)(0.7v)。 (2) (2) (2) (2) 只有当只有当A A A A

27、和和B B B B同时为高电平同时为高电平3v3v3v3v时时, , , , 两个二极管两个二极管 都导通，输出为高电平（都导通，输出为高电平（3.7v3.7v3.7v3.7v）。）。 32 University of Science and Technology of China 2.3.2 2.3.2 2.3.2 2.3.2 二极管或门二极管或门二极管或门二极管或门 二极管或门二极管或门 33 University of Science and Technology of China 2.3.2 2.3.2 2.3.2 2.3.2 二极管或门二极管或门二极管或门二极管或门 二极管或门工作原

28、理二极管或门工作原理 同样二极管的同样二极管的V V V VDF DFDFDF=0.7v, =0.7v, =0.7v, =0.7v, 则则 (1) A(1) A(1) A(1) A或或B B B B中有一个输入高电平中有一个输入高电平3.7v3.7v3.7v3.7v时时, D, D, D, D1 1 1 1或或D D D D2 2 2 2 导通导通, , , , 输出就是输出就是3v, 3v, 3v, 3v, 为高电平。为高电平。 (2) (2) (2) (2) 仅当仅当A A A A、B B B B都为低电平时都为低电平时, D, D, D, D1 1 1 1、D D D D2 2 2 2

29、均截止均截止, , , , 输出为低电平输出为低电平（0v0v0v0v）。）。 34 University of Science and Technology of China 2.3.3 2.3.3 2.3.3 2.3.3 三极管非门三极管非门三极管非门三极管非门( ( ( (反相器反相器反相器反相器) ) ) ) 35 University of Science and Technology of China 2.3.3 2.3.3 2.3.3 2.3.3 三极管反相器三极管反相器三极管反相器三极管反相器( ( ( (非门非门非门非门) ) ) ) 工作原理：工作原理： P P P P11

30、1111111111的图的图3.5.33.5.33.5.33.5.3即为三极管非门电路。实用即为三极管非门电路。实用 反相器电路中反相器电路中, , , , 为保证在输入低电平时三极管为保证在输入低电平时三极管 可靠地截止可靠地截止, , , ,常采用图常采用图3.5.73.5.73.5.73.5.7所示电路。输入端所示电路。输入端 和输出端的关系为和输出端的关系为: : : : V V V VA A A A=0=0=0=0时时, , , , 输出为高电平；输出为高电平； V V V VA A A A=1=1=1=1时时, , , , 输出为低电平输出为低电平, , , , 即逻辑非关系。即逻

31、辑非关系。 36 University of Science and Technology of China 2.4 TTL 2.4 TTL 2.4 TTL 2.4 TTL 门电路门电路门电路门电路 1. 1. 1. 1. 即晶体管即晶体管即晶体管即晶体管- - - -晶体管逻辑门电路晶体管逻辑门电路晶体管逻辑门电路晶体管逻辑门电路( ( ( (集成电路集成电路集成电路集成电路) ) ) ) 2. 2. 2. 2. 按集成度的高低按集成度的高低按集成度的高低按集成度的高低, , , , 将将将将ICICICIC分为分为分为分为: : : : SSI, MSI, LSI, VLSI SSI, M

32、SI, LSI, VLSI SSI, MSI, LSI, VLSI SSI, MSI, LSI, VLSI 3. 3. 3. 3. 按制造工艺不同按制造工艺不同按制造工艺不同按制造工艺不同, , , , 将将将将ICICICIC分为两类分为两类分为两类分为两类: : : : 双极型双极型双极型双极型, , , , 单极型单极型单极型单极型 4. TTL4. TTL4. TTL4. TTL是目前双极型是目前双极型是目前双极型是目前双极型ICICICIC中用的最多的一种中用的最多的一种中用的最多的一种中用的最多的一种. . . . ICICICIC 37 University of Science

33、 and Technology of China 2.4.1 TTL2.4.1 TTL2.4.1 TTL2.4.1 TTL反反反反相器的电路结构和工作原理相器的电路结构和工作原理相器的电路结构和工作原理相器的电路结构和工作原理 1. 1. 1. 1. 电路结构电路结构: (116: (116: (116: (116页页) ) ) ) 反相器是反相器是TTLTTLTTLTTL门电路中电路结构最简单的一门电路中电路结构最简单的一 种。种。 图图2.4.1 2.4.1 2.4.1 2.4.1 为为74747474系列反相器的典型电路。系列反相器的典型电路。 设设: V: V: V: VCC CCCC

34、CC=5v =5v=5v=5v， V V V VIH IHIHIH=3.4v =3.4v=3.4v=3.4v， V V V VIL ILILIL=0.2v =0.2v =0.2v =0.2v 开启电压开启电压: V: V: V: V0N 0N0N0N=0.7v =0.7v=0.7v=0.7v 38 University of Science and Technology of China 图图2.4.12.4.12.4.12.4.1 TTL TTL TTL TTL反反反反相器的典型电路相器的典型电路相器的典型电路相器的典型电路 39 University of Science and Tech

35、nology of China 2.4.1 TTL2.4.1 TTL2.4.1 TTL2.4.1 TTL反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理 其工作原理简述如下：其工作原理简述如下： 当当V V V VI I I I=0.2v=0.2v=0.2v=0.2v，T T T T1 1 1 1必导通，必导通，V V V VB1B1B1B1=0.9v=0.9v=0.9v=0.9v，T T T T2 2 2 2截止，截止， V V V Vc2c2c2c2为高电平，为高电平，V V V VE2E2E2E2为低电平，从而使为低电平，从而使T

36、T T T4 4 4 4导通、导通、T T T T5 5 5 5 截止，输出为高电平截止，输出为高电平, , , , 即即V V V VI I I I=V=V=V=VILILILIL，V V V VO O O O= = = =V V V VoHoHoHoH 。 40 University of Science and Technology of China 2.4.1 TTL2.4.1 TTL2.4.1 TTL2.4.1 TTL反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理 V V V VI I I I=V=V=V=VIHIHIHIH=

37、3.4v=3.4v=3.4v=3.4v时，时，T T T T1 1 1 1处于倒置工作状态处于倒置工作状态，V V V VCCCCCCCC通通 过过R R R R1 1 1 1和和T T T T1 1 1 1的集电结为的集电结为T T T T2 2 2 2提供基极电流，使提供基极电流，使T T T T2 2 2 2、 T T T T5 5 5 5均导通，均导通，V V V VB1B1B1B1被钳位于被钳位于2.1v2.1v2.1v2.1v，T T T T2 2 2 2导通后导通后V V V Vc2c2c2c2下降下降 而而V V V VE2E2E2E2上升，必然使上升，必然使T T T T4

38、4 4 4截止而截止而T T T T5 5 5 5导通，输出导通，输出V V V VO O O O变变 为低电平为低电平V V V VOLOLOLOL 。 即即 V V V VI I I I= V= V= V= VIHIHIHIH时，时，V V V VO O O O=V=V=V=VOLOLOLOL , , , , 故电路实现了非逻辑故电路实现了非逻辑 运算，即运算，即 V V V VO O O O = = = = V V V VI I I I 。 41 University of Science and Technology of China 2.4.1 TTL2.4.1 TTL2.4.1 T

39、TL2.4.1 TTL反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理 该电路的特点：该电路的特点： 1 1 1 1）T T T T2 2 2 2的集电极和发射极输出极性相反的电压的集电极和发射极输出极性相反的电压, , , , 故称这一级为倒相级；故称这一级为倒相级； 2 2 2 2）T T T T4 4 4 4和和T T T T5 5 5 5的工作状态总相反的工作状态总相反, , , , 有效降低了输出有效降低了输出 级静态功耗并提高了驱动负载的能力。通常级静态功耗并提高了驱动负载的能力。通常 把这种形式的电路称为把这种形式的电路称为

40、推拉式电路或图腾柱推拉式电路或图腾柱 输出电路；输出电路； 42 University of Science and Technology of China 2.4.1 TTL2.4.1 TTL2.4.1 TTL2.4.1 TTL反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理 3 3 3 3）为确保）为确保T T T T5 5 5 5饱和导通时饱和导通时T T T T4 4 4 4可靠地截止可靠地截止, , , , 又在又在T T T T4 4 4 4 的发射极串入一个二极管的发射极串入一个二极管D D D D2 2 2 2； 4 4

41、4 4）输入端的钳位二极管输入端的钳位二极管D D D D1 1 1 1, , , , 既可以抑制输入既可以抑制输入 端可能出现的负干扰脉冲，又可以防止输端可能出现的负干扰脉冲，又可以防止输 入电压为负时入电压为负时T T T T1 1 1 1的发射极电流过大，起到的发射极电流过大，起到 保护保护T T T T1 1 1 1的作用。的作用。 43 University of Science and Technology of China 2.4.1 TTL2.4.1 TTL2.4.1 TTL2.4.1 TTL反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理反相器的

42、电路结构和工作原理 2 2 2 2电压传输特性电压传输特性 即输出电压随输入电压变化的关系曲线。即输出电压随输入电压变化的关系曲线。 如如P P P P117 117 117 117 图图3.5.103.5.103.5.103.5.10所示，分为四个区域：所示，分为四个区域： （1 1 1 1）截止区：）截止区：ABABABAB段，段，V V V VI I I I0.6v0.6v0.6v0.6v，T T T T2 2 2 2、T T T T5 5 5 5截止，截止，T T T T4 4 4 4 导通，故导通，故V V V VO O O O=V=V=V=VOH OH OH OH 3.4v 3.4

43、v 3.4v 3.4v （2 2 2 2）线性区：线性区：BCBCBCBC段，段，0.7v0.7v0.7v0.7vV V V VI I I I1.3v1.3v1.3v1.3v，T T T T2 2 2 2导通，导通， T T T T5 5 5 5截止，且截止，且T T T T2 2 2 2工作于放大区，工作于放大区，V V V VO O O O随随V V V VI I I I的升的升 高而线性下降。高而线性下降。 44 University of Science and Technology of China 2.4.1 TTL2.4.1 TTL2.4.1 TTL2.4.1 TTL反相器的电路

44、结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理 （3 3 3 3）转折区：）转折区：CDCDCDCD段，段，V V V VI I I I1.4v1.4v1.4v1.4v，V V V VB1B1B1B1 2.1v 2.1v 2.1v 2.1v，T T T T2 2 2 2 和和T T T T5 5 5 5同时导通同时导通, T, T, T, T4 4 4 4截止，截止，V V V VO O O O急剧下降为低电急剧下降为低电 平，平，CDCDCDCD段中点对应电压为阈值段中点对应电压为阈值V V V VTHTHTHTH。 （4 4 4 4）饱和区：饱

45、和区：DEDEDEDE段，段，V V V VO O O O降为低电平后，不再随降为低电平后，不再随V V V VI I I I 的升高而变化，保持低电平。的升高而变化，保持低电平。 45 University of Science and Technology of China 2.4.1 TTL2.4.1 TTL2.4.1 TTL2.4.1 TTL反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理 图图图图3.5.10 TTL3.5.10 TTL3.5.10 TTL3.5.10 TTL3.5.10 TTL3.5.10 TTL3.5.10

46、TTL3.5.10 TTL反相器的电压传输特性反相器的电压传输特性反相器的电压传输特性反相器的电压传输特性 46 University of Science and Technology of China 2.4.1 TTL2.4.1 TTL2.4.1 TTL2.4.1 TTL反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理 3 3 3 3输入端噪声容限输入端噪声容限 在保证输出高、低电平基本不变或变化的大在保证输出高、低电平基本不变或变化的大 小不超过允许限度的条件下，输入电平允许波动小不超过允许限度的条件下，输入电平允许波动 的范围称

47、为输入端噪声容限。的范围称为输入端噪声容限。下图给出了输入端下图给出了输入端 噪声容限的示意图。（详见噪声容限的示意图。（详见P P P P82828282图图3.3.143.3.143.3.143.3.14） 47 University of Science and Technology of China 2.4.1 TTL2.4.1 TTL2.4.1 TTL2.4.1 TTL反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理 输入端噪声容限示意图输入端噪声容限示意图输入端噪声容限示意图输入端噪声容限示意图 48 University o

48、f Science and Technology of China 2.4.1 TTL2.4.1 TTL2.4.1 TTL2.4.1 TTL反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理 在多级门电路互相连接时在多级门电路互相连接时, , , , 前一级的输出即前一级的输出即 为后一级的输入。这就要求：为后一级的输入。这就要求： 前一级输出高电平的最小值不能小于后一级输前一级输出高电平的最小值不能小于后一级输 入高电平的最小值入高电平的最小值( ( ( (实际上实际上V V V VOH(min) OH(min) OH(min) OH(min) VVVVIH(min)IH(min)IH(min)IH(min) ) ) ) )。二二 者之差被定义为者之差被定义为输