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数电第三章 逻辑门电路
第三章 逻辑门电路0 概述 1 二极管逻辑门电路2 TTL逻辑门电路3 CMOS逻辑门电路教学基本要求1、了解半导体器件的开关特性。2、掌握基本逻辑门、三态门、集电极开路门的逻 辑功能。 3、掌握逻辑门的主要参数及在应用中的接口问题。0 概述1.逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。基本和常用门电路有与门、或门、非门（反相器）、与非门、或 非门、与或非门和异或门等。 本章重点介绍逻辑运算的物理实现电路。2.逻辑0和逻辑1：0和1在逻辑代数中代表的两种不同的状态。 在电子电路中用高、低电平来表示。正逻辑：1表示高电平， 0表示低电平 负逻辑：0表示高电平， 1表示低电平 高/低电平都允许有一定的变化范围3.获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导通、 截止（即开、关）两种工作状态。1 二极管逻辑门电路1.1 二极管的开关特性 1.2 二极管与门 1.3 二极管或门1.4 二极管门电路的优、缺点1.1 二极管的开关特性＋ 1.二极管符号：正极iDuDD负极※当电压ui&0.7V2.二极管的伏安特性：限流电阻iD D + uD － + ui R －二极管导通后，uD= 0.7V iD=（ui-0.7）/R※当电压ui&0.7V开关电路二极管截止，处于断开状态 iD=0VD3.二极管的开关电路的等效电路+ ui － 开关电路RL+ uo －ui＝0V时，二极管截止，如 同开关断开，uo＝0V。ui＝5V时，二极管导通，如同0.7V 的电压源，uo＝5-0.7=4.3V。D RL + ui=0V －ui=0V 时的等效电路?D+ uo －+RL + ui=5V －ui=5V 时的等效电路－ 0.7V+ uo －当ui为低电平时 D截止， uo为低电平?当ui为高电平时 D导通， uo为高电平1.2 二极管与门大于3V为高电平 逻辑1表示 小于0.7V为低电平 逻辑0表示思考：Y如何和A、B构成与逻辑 关系？D1 A D2 0V B 0V 0V0.7V D15V+VCC(+5V) R 3kΩYA 0V5VB 0V+ 5V 3kΩY ? 0.7VYA D2 B5V 0VD1 A D2 B+VCC(+5V) R 3kΩA 0V5V 0VB 0V0V 5VY 0.7V？ 0.7V ？ 0.7VY+ 5V 3kΩ 5V 0V D1 A5VYD0.7V 2B5V 0VD1 A D2 B+VCC(+5V) R 3kΩA 0V5VB 0V0VY 0.7V0.7VY0V 5V5V 5V+ 5V 3kΩ0.7V ? 5V5V 5V5VD1 A D2 BYuA uB+VCC(+5V) R 3kΩuY0.7V 0.7V 0.7V 5VD1 D2 导通 导通 导通 截止 截止 导通 截止 截止0V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V5V 0VD1 A D2 BY大于3V为高电平 逻辑1表示 小于0.7V为低电平 逻辑0表示根据真值表，可以 判断该电路为与门A0 0 1 1B0 1 0 1Y0 0 0 1A B&Y Y=AB1.3 二极管或门5V A D1 0V B D2 R YA 0V0VB 0V5VD1截止截止 导通 导通D2截止导通 截止 导通Y0V4.3V 4.3V 4.3V5V 5V3kΩ0V 5VAA BB0 1 0 1Y0 1 1 1≥1Y0 0 1 1Y=A+B1.4 二极管门电路的缺点?电平有偏移，带负载能力差因此，二极管门电路通常只用于集成电路内部电路2 TTL逻辑门电路2.1 三极管的开关特性 2.2 三极管非门由三极管和若干电阻 构成的逻辑门 Transistor-Transistor Logic2.3 TTL反相器、与非门、或非门 2.4 其他类型的TTL逻辑门 （三态门、集电极开路门） 2.5 TTL电路常识2.6 小结2.1三极管的开关特性1.三极管的结构 它有两种类型:NPN型和PNP型。 一侧称为发射区，电极称为发射极， 另一侧称为集电区和集电极， 在半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成 N型半导体 用E或e表示（Emitter）； 用C或c表示（Collector）。在半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成P型半导体c-b间的PN结称为集电结(Jc) e-b间的PN结称为发射结(Je) 中间部分称为基区，连上电极称为基极， 用B或b表示（Base）；NPN型和PNP型三极管2.以NPN三极管为例，说明三极管的的工作原理及特性曲线Rb b+VCC Rc iC c uoβiB不同,输出特性 曲线不同。uiiBe发射结可以 看成二极管①截止状态 Rbb c+VCC Rc截止区条件：ui小于0.7V时； 发射结处于截止状态； iB=0；iC=0。＋－ui=UIL&0.7V e＋ 集电极和发射极相当于断开， uo=+VCC uo=UCE=VCC－Rb b+VCC Rc iC c uoβuiiBe ②放大状态+VCC ＋ Rb b c ＋ ＋ Rc ＋放大区条件：当ui大于0.7V 发射结处于导通状态，iC与iB成β放大关系例 如图中iB=40μA，iC=2mA；iB=80μA， iC=4mA； β=50此时集电极和发射极之间可以看成一个受控 iB uo 电流源大小等于 βiB Ui&0.7V 0.7V βi uo=UCE=VCC- iCRC=Vcc-βiBRC － －B － － e i ? (u ? 0.7) / RB i bRb b+VCC Rc iC c uoβuiiBe ③饱和状态 Rb b c ＋ ＋ iB Ui&0.7V 0.7V － － e+VCC Rc饱和区条件：ui大于0.7V 发射结导通＋0.3V＋ 此时集电极和发射极可以看成短路 uo=0.3V ic=Ics=(V -U )/R u =U =0.2-0.3VCC CES Co CESiB ? (ui ? 0.7) / Rb－－如何判断工作在饱和区还是放大区？ 可以通过UCES计算出临界集电极饱和电流ICS=(VCC-UCES)/RC 则临界基极饱和电流IBS=(VCC-UCES)/βRC 当iB &IBS 工作在饱和区，否则工作在放大区。RcuiRb1kΩ b+VCC=+5V iC uo c β =1003.以典型电路为例来分析开关特性① ui=0.3V时，因为uBE&0.7V，iB=0， 三极管工作在截止状态，ic=0。因为 ic=0，所以输出电压：iB 10kΩ euo=VCC=5V② ui=1V时，三极管导通，基极电流：③ui＝3V时，三极管导通，基极电流：ui ? u BE 1 ? 0.7 iB ? ? mA ? 0.03mA Rb 10三极管临界饱和时的基极电流：3 ? 0.7 iB ? mA ? 0.23mA 10I BS而 VCC ? uCES 5 ? 0.3 ? ? mA ? 0.047mA ?Rc 100?1I BS ? 0.047mA因为0&iB&IBS，三极管工作在放大状态。 iC=βiB=100×0.03=3mA，输出电压：因为iB&IBS，三极管工作在饱和状 态。输出电压：uo=uCE=UCC-iCRc=5-3×1=2Vuo＝UCES＝0.3VNPN 型三极管截止、放大、饱和 3 种工作状态的特点工作状态 基极电流 工 作 特 点 集电极电流 ce 间电压 ce 间等效 截 止 放 大 饱 和 iB＝0 iC＝0 uCE＝VCC 断开 0＜iB＜IBS iC＝β iB uCE＝VCC－ iCRc 受控电流源 iB＞IBS iC＝ICS uCE＝UCES＝ 0.3V 短路通常在数电中，三极管主要工作在截止或饱和两个区内。cb e截止状态c be饱和状态 Vb=0.7v, Vc=0.3v2.2 三极管非门(反相器)+5V1kΩRC c e真值表A10k ΩRB bY 1AYY 1 0uAβ =100 A0 1电路图逻辑符号①uA＝0V时，三极管截止，iB＝0， iC＝0，输出电压uY＝VCC＝5V ②uA＝5V时，三极管饱和导通。 输出电压uY＝UCES＝0.3V。Y?A性能分析输入 输出 T状态 饱和 导通 截止 状态 电容 少量电荷 (0.2V) 大量电荷 (5V) TvccRc高电平 低电平 (3.6v) (0.2V) 低电平 高电平 (0.2v) (5V)CL电容 充电 电容 放电2.3 TTL反相器、与非门、或非门2.3.1 TTL反相器采用推拉式输 出级以提高开 关速度和带负 载能力VCC (5V)采用输入 级以提高 工作速度T1 + vI CR b1 4k WRc 2 1.6k WRc 4 130 WT4T2D+ T3 R e2 1K W 负载 vO C输入级中间级输出级2.电路功能分析 （1）当输入为低电平 （?I = 0.2 V）?O≈VCC－VBE4－VD ＝5－0.7－0.7 V (5V) =3.6V CCRc2 1.6kW T4 T2 D + T3 Re2 1KW 负载 vO C Rc4 130W?IT1 T2 T3 T4 ?O低电平 (0.2V)深饱和 截止 截止 放大 高电平 （3.6V）Rb1 4kW VB10.2V+ vI CT10.5V（2）当输入为高电平 （?I = 3.6 V）VCC(5V) Rb1 4kW VB1 Rc2 1.6kW T4 T2 Rc4 130W?I T1 T2全为高电平 (3.6V) 倒置放大 饱和2.1V 4.3V3.6V+ vI CT1D1.4VT3 Re2 1KW 负载0.2V+ vO CT3 T4 ?O饱和 截止 低电平 (0.2V)AB段： ?I很低， T1深 3.电压的传输特性 度饱和，T2、T3截止， BC 段 ： T1 仍 保 持 为 饱 同时T4和D导通。 和 状 态 。 在 BC 段 内 ， ?O=3.6V。 T2 处于放大状态，此时 vO/V 输出电压随输入电压的 R 5 4kW 增加而减小，但处于线 性 关 系 。 ? I(D)=?BE2 －b1VCC(5V) Rc2 1.6kW T4 T2 D + T3 Re2 1KW 负载 vO C Rc4 130W4 33.6V 2.48 V 2 1 0.2VAB?CES1 = (0.7－0.3)V=0.4VCVB1T1 + vI CD 0 0.4VE11.1V1.2V2vI/VDE段：当?I的值从D点再继续增 加时，T1将进入倒置放大状态， T2、 T3饱和导通，保持?O= 0.2VCD段：当?I的值继续增加C点后， 使T3饱和导通， ?O?0.2V ?I(D)=?BE3+?BE2－?CES1 = (0.7+0.7－0.2)V=1.2V4.常用TTL反相器芯片VCC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 14 13 12 11 10 74LS04 1 2 3 4 5 6 7 9 8逻辑函数表达式：Y?A1A 1Y 2 A 2 Y 3 A 3Y GND 6 反相器 74LS04 的引脚排列图2.3.2 TTL与非门 1. TTL与非门电路 多发射极BJTb b cVCC(5V) Rb2 1.6kW Rc2 1.6kW Rc4 130W T4 T1AA T1 c BA BT2DBT3AB& L?A B只要A、B中有一个为低电 平，则显示低电平的特性， 若全部为高电平，则显示 出高电平的特性；于是实 现与的逻辑功能。Re2 1kW2. TTL与非门电路的工作原理V CC (5V) Rb2 1.6k W R c2 1.6k W Rc 4 130 W T4 T1A BT2DT3 Re 2 1k W?I输入全为高 电平 (3.6V) 输入有低电 平 (0.2V)T1放大状态 深饱和T2T3T4?O饱和 饱和 截止 低电平 (0.2V) 截止 截止 放大 高电平 (3.6V)3.常用TTL与非门芯片VCC 3A 3B 3Y 4A 4B 4Y VCC 2A 2B NC 2C 2D 2Y141312 11 10 74LS0098141312 11 10 74LS2098123456712345671A1B 1Y2A 2B 2Y GND1A 1B NC 1C 1D 1Y GND 74LS20 的引脚排列图74LS20内含2个4输入与非门74LS00 的引脚排列图74LS00内含4个2输入与非门2.3.3 TTL或非门V CCR1AR1R1BR4T4A≥1AT1AT2AT 2BB T1BT3DL ? A? BLBR3若二输入端为低电平VCC R1A R1 R1B R4 T40.2 vAT1A0.5 vT2A T2B0.5 v0.2 vT1B BDL T33.6VR3TTL或非门的逻辑电路若A、B两输入端都为高电平L ? A ? B ? A? BVCCR1AR1R1BR4 T42.1 vA T1A2.1 vT2A T2B T1B B D3.6v3.6 vT30.3VLR3问题：若A、B两输入端中有一个为高电平，输出L = ?2.常用芯片 74LS02内含4个2输入或非门VCC 3Y 3B 3A 4Y 4B 4A 14 13 12 11 10 74LS02 1 2 3 4 5 6 7 9 8逻辑表达式：1Y 1B 1 A 2 Y 2 B 2A GND 74LS02的引脚排列图Y ? A? B2.3.4 TTL与非门的特征与参数 1、TTL与非门传输特性 各种类型的TTL门电路， 其传输特性大同小异。vO/V实际参数见附录C P4635 42、输入、输出的高、低 电压VOH≈VO(A)＝3.6V VOL＝VCES ＝0.2V VIL ＝VI (B)＝0.4V VIH ＝VI(D)＝1.2V3.6V 3 2.48 V 2 1 0.2VABCD 0 0.4VE11.1V 1.2V2vI/V典型 参数3. TTL与非门噪声容限 噪声容限: 当电路受到干扰时，在保证输出高、低电平基本不变 的条件下，输入电平的允许波动范围。 高电平的噪声容限为驱动门 1 vo vI 噪声 1 负载门VNH=VOH(min)CVIH(min)+V DD低电平的噪声容限为vo1 输出VOH( min ) VNH VIH( min ) VIL( max ) VNL1 输入 vI+V DDVNL=VIL(max)CVOL(max)0 0 输出 VOL( max )0 输入 04. 扇入与扇出系数 1 扇入数: 取决于门的输入端的个数 扇出数: 带同类门的个数。 有带灌电流负载和拉电流负载 两种情况: 灌电流负载：输出低电平时。Rc4 130 W T410&VCC (5V)Rb1 4k WDT1当负载门的个数增加时，总的 灌电流IIL将增加,引起输出低 电压VOL的升高。N OL I OL ( 驱动门 ) ? I IL ( 负载门 )IILT30IOLIIL驱动门负载门4. 扇入与扇出系数 0 扇入数: 取决于门的输入端的个数 扇出数: 带同类门的个数。 有带灌电流负载和拉电流负载 两种情况: 拉电流负载：门输出高电平时Rc4 130 W T411&VCC (5V)IOHDRb1 4k WT1当负载门的个数增多时，必将 引起输出高电压的降低。T31IIL IHINOHI OH (驱动门) ? I IH (负载门)驱动门负载门例题： 扇出数计算举例例 查得基本的TTL与非门7410的参数如下： IOL＝16mA，IIL ＝－1.6mA，IOH＝0.4mA，IIH＝0.04mA.试计算其带同类门时的 扇出数。 解： (1)低电平输出时的扇出数N OL 16mA ? ? 10 1.6mA(2)高电平输出时的扇出数 0.4mA N OH ? ? 10 0.04mA若NOL≠NOH，则取较小的作为电路的扇出数。5. 传输延迟时间―― 表征门电路开关速度的参数电路在输入脉冲波形的作用下，其输出波形相对于 输入波形延迟了多长的时间。V CC 50% 输入 0V t PLH 同相 输出 90 % 50% 10 % t PHL 反相 输出 90 % 50% 10% t f 50% 10% t r V OL t r t PLH t PHL 90 % 50% 10 % t f 90 % V OH 50%V OL V OHtPLH 为门电路输出由低电平转换到高电平所经历的时间; tPHL为由高电平转换到低电平所经历的时间。 平均传输延迟时间 tPd＝(tPLH＋tPHL)/26. 功耗与延时?功耗积 1、功耗分为: 静态功耗： 指的是当电路没有状态转换时的功耗动态功耗： 是在门的状态转换的瞬间的功耗。对于TTL门电路来说，静态功耗是主要的。 2、延时?功耗积 DP = tpdPD 是一综合性的指标，用DP表示，其单位为焦耳。DP的值愈小，表明它的特性愈接于理想情况。2.4 其他类型的TTL逻辑门2.4.1 集电极开路门 (Open Collector ，OC) 1.问题的提出 工程中常常将两个门电路并 联起来实现与的逻辑功能，称为 线与。A BR1 4kT1R2 1.6k T2+5V R4 130W T4 D Y1 T3R 3 1k +5V R4 130W T4 D T3 R 3 1k这两个逻辑门是否可以直接并联？A BR1 4k T1R2 1.6k T2？Y2V CC (5V)Rb 2 1.6k W R c2 1.6k W Rc 4 130 W T42.问题的解决 去掉低阻通道，将集电极开路， 称为集电极开路门 出现问题：当输出为低电平时 正常，但是如果输出应为高电 平时，此时T3截止，无法输出 高电平，因此在工作时，必须 接入外接电阻和电源。 ABA BOC门的逻辑符号A BT1T2DT3 Re 2 1k W+VCCuB1 R T2 T3 YT1&Y1OC与非门的电路结构OC门实现的线与集电极开路后，并不影响原有的电路功能T3T’3?Y1、Y2 有一个低Y即为低，只有两者同高，Y才为高 ? Y ? Y1Y2 ? AB ? CD ? AB ? CD写出逻辑函数表达式：线与：实现与的 逻辑功能L ? AB ? BC ? DLL ? AB ? BC ? D ? E集电极开路门上拉电阻Rp 的计算在极限情况，上拉电阻Rp具有限 制电流的作用。以保证IOL不超过额 定值IOL(max)，故必须合理选用Rp 的值。 另一方面，Rp的大小影响OC门 的开关速度，Rp的值愈大，因而 开关速度愈慢 ，故在满足要求的前提 下，Rp越小越好。VCC RP TTL 电路 T1 LA BCDTTL 电路T2Rp(min) ?VCC ? VOL(max) I OL(max) ? I IL(total)Rp(max) ?VCC ? VIH(min) I IH(total)例2.4.2 设TTL与非门74LS01(OC)驱动八个74LS04(反相器)， 试确定一合适大小的上拉电阻Rp，设VCC＝5V。Rp(min) ?VCC ? VOL(max) I OL(max) ? I IL(total)Rp(max) ?VCC ? VIH(min) I IH(total)解：从器件手册查出得：VCC=5V，VOL(max)=0.4V，IOL(max)=8mA，IIL= 400?A，VIH(min) =2V，IIH=20?A。 IIL(total)=400?A×8=3.2mA得Rp(min)5V ? 0.4V ? ? 958W 8mA ? 3.2mAVCC=5V，IIH(total) =20?A×8= 0.16mA。 所以5V ? 2V RP (max) ? ? 18.75 KW 0.16 mARp的值可在985W至18.75kW,之间选择,可选1kW的电阻器为宜。2.4.2 三态门（Three state Output Gate ,TS） 三态钳位电路V CC当CS= 1时 三态与非门真值表CS 数据输入端AR1R2R4T4T1 与非门DT3A0 0B0 1输出端L 1 1L =ABBV CCR5R31110110CSR61.4V 3.6VT5T7 T60.7V0当CS= 0时V CC R1 A B0.5V三态与非门真值表 CS 数据输入端 A 0 1 B 0 输出端L 1R2低电平R4 T4T1 与非门 V CC R5 R3DT3开路L01 110 111 0R60.5V0.2VT7T6CS T50×A×&高阻L高电平使能L ? AB L? Z____CS =1与非功能BCS = 0高阻状态CS结论：电路的输出有高阻态、高电平和低电平3种状态。高电平 有效 低电平 有效&A B CSLA&L区别？BCSCS数据输入端 A B输出端LCS数据输入端 A 0 0 1 1 B 0 1 0 1输出端L 1 1 1 001 0 101 011 1 010 ×1×0高阻1××高阻A1 ENG1 YA1 EN 2 ENG1 B G1 G2 EN总线 G2 1 EN 2 GnB2 G2 EN? ENnE1 (a) 多路开关E1 (b) 双向传输E1 A1E2 A2 (c) 单向总线En An①作多路开关： ②信号双向传输： E=0时，门G1导通， E=0时信号向右传 G2禁止，Y=A； 送，B=A；E=1时 E=1时，门G2导通， 信号向左传送， G1禁止，Y=B。 A=B 。③构成数据总线：让各门的控制 端轮流处于低电平，即任何时刻 只让一个TS门处于工作状态，而 其余TS门均处于高阻状态，这样 总线就会轮流接受各TS门的输出。2.5 TTL电路常识①74：标准系列，其典型电路与非门的平均传输时间tpd＝10ns， 平均功耗P＝10mW。②74H：高速系列，是在74系列基础上改进得到的，其典型电 路与非门的平均传输时间tpd＝6ns，平均功耗P＝22mW。③74S：肖特基系列，是在74H系列基础上改进得到的，其典 型电路与非门的平均传输时间tpd＝3ns，平均功耗P＝19mW。 ④74LS：低功耗肖特基系列，是在74S系列基础上改进得到的， 其典型电路与非门的平均传输时间tpd＝9ns，平均功耗P＝ 2mW。74LS系列产品具有最佳的综合性能，是TTL集成电路 的主流，是应用最广的系列。 ⑤74AS,74ALS （Advanced Low-Power Schottky TTL）: 性能进一步提高。2.6 小结2.1 三极管非门：分析了最简单的三极管非门，并分析了其优缺点。2.2 TTL反相器、与非门、或非门2.2.1 TTL反相器：电路结构、传输特性及常用芯片74042.2.2 TTL与非门：电路结构及常用芯片2.2.3 TTL或非门：电路结构及常用芯片.4 TTL逻辑门的参数及特性：传输特性；输入输出高低电压及噪声容限；输入输出高低电流及扇入扇出数；平均延迟时间；功耗2.3 其他类型的TTL逻辑门2.3.1 集电极开路门：线与的概念；外接电阻的计算 2.3.2 三态门：三态门的功能分析；三态门的用途2.4 TTL电路常识大规模集成芯片集成度高，所以要求体积小，而 TTL系列不可能做得很小，但MOS管的结构和制造 工艺对高密度制作较之TTL相对容易，下面我们介绍 MOS器件。 与TTL逻辑电路比较，MOS管的优点是功耗低， 可达0.01mw，缺点是开关速度稍低。在大规模的 集成电路中，主要采用的CMOS电路。3 CMOS逻辑门电路3.1 场效应管的开关特性 3.2 CMOS反相器及其他逻辑门3.3 CMOS逻辑门的特点3.1 场效应管的开关特性1.概述 场效应管是一种用输入电压控制输出电流的的半导体器件。 从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的N沟道场 效应管和空穴作为载流子的P沟道场效应管。栅极N沟道场效应管P沟道场效应管源极2. N沟道场效应管的开关特性RD Gui+VDD DS uo当ui ? VIL ? VGS (th) ?T截止 ? uO ? VOH ? VDD ? ?RD G ui=VIL+VDD D uo=VDD S截止状态等效电路VGS(th)通常 +2V左右当ui ? VIH ? VGS (th) ?T导通 ? uO ? VOL ? 0 ? ?RD G ui=VIH+VDD D S uo=0MOS管的D-S极可以看成是受ui控制的开关。导通状态等效电路3. P沟道场效应管的开关特性 RS G ui +VDD S D uo RS +VDD S uo=VDD D当ui ? VIH U GS ? 0V U GS ? VGS (th) ?T截止 ? uO ? VOH ? VDD ? ?G ui=VIH截止状态等效电路VGS(th)通常 -2V左右当ui ? VIL U GS ? ?VDD U GS ? VGS (th) ?T导通 ? uO ? VOL ? 0V ? ?RS G ui=VIL+VDD S D uo=0导通状态等效电路3.2 CMOS反相器及其他逻辑门3.2.1 CMOS反相器VDD当vI = 0 V时VGSN =0 ＜ VTNvOTPvI TNTN管截止； TP管导通。|VGSP|=VDD＞VTPVO≈VDDVDD当vI = VDD 时VGSN =VDD & VTNvOTP vI TNTN管导通； TP管截止。|VGSP|= 0 & VTPVO ≈0L? ACMOS反相器的特点VDD+ vSGP vI C + iD TN C TP vO因而CMOS反相器的静态功 耗极小（微瓦数量级）。3.2.2 CMOS与非门两个并联的 PMOS管T3、T4 二输入“与非”门电路结构如图 ?当A和B为高电平时: 输出低电平 ?当A和B有一个或一个以上 为低电平时: 0 1止 止止 通0 1 止 通 通 通两个串联的 NMOS T1、T2?电路输出高电平 1 1 每个输入端与一 个 电路实现“与非”逻辑功能 NMOS管和一个PMOS F ? 管的栅极相连 AB3.2.3 CMOS或非门VDD?当A、B全为低电平时 输出为高电平0BTP20ATN21TN1LVDD?当A、B全为低电平时， 输出为高电平1 1BTP2ATN20L?当输入端A、B都为高 电平时， 输出为低电平 ?当A、B中有一个为高电平时 输出必为低电平TN1L ? A? B3.2.4 CMOS传输门(TG) TG 是一种传输信号的可控开关，截止电阻&107Ω，导通电 阻&几百Ω，所以是一个理想的开关。C TP +5V C5V TN CvI/vOvO/vI结构对称，其漏极和源极可互换， 它们的开启电压|VT|=2V 。C由互补的信号电压来控制，分别vI/vO TG vO/vI用C和 C 表示。CCMOS传输门电路的工作原理 设TP和TN的开启电压|VT|=2V，且输入模拟信号的变化范围为－5V到+5V。C+5VTPC?5VTP +5V C5V TN?5V~+5VvI /vO+5VC5V TN CvO/vI?I＜?3V－3V~+3VC?I&+3VvI /vOvO/vI?5V+5V当c端接低电压?5V时 开关断开当 c端接高电压+5V 一管导通程度愈深，另一管导通 愈浅，导通电阻近似为一常数。3.3 CMOS逻辑门的特点（1）CMOS电路的工作速度比TTL电路的低。 （2）CMOS带负载的能力比TTL电路强。 （3）CMOS电路的电源电压允许范围较大，约在3～18V，抗干扰能力比TTL电路强。（4）CMOS电路的功耗比TTL电路小得多。门电路的功耗只有几个μW，中 规模集成电路的功耗也不会超过100μW。 （5）CMOS集成电路的集成度比TTL电路高。 （6）CMOS电路适合于特殊环境下工作。 （7）CMOS电路容易受静电感应而击穿，在使用和存放时应注意静电屏蔽， 焊接时电烙铁应接地良好，尤其是CMOS电路多余不用的输入端不能悬空，应根据需要接地或接高电平。使用集成电路时的注意事项（1）对于各种集成电路，使用时一定要在推荐的工作条件范围内，否则将导致性能下降或损坏器件。 （2）数字集成电路中多余的输入端在不改变逻辑关系的前提下可以并联起 来使用，也可根据逻辑关系的要求接地或接高电平（最好接入限流电阻）。 TTL电路多余的输入端悬空表示输入为高电平；但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。 （3）TTL电路和CMOS电路之间一般不能直接连接，而需利用接口电路进行 电平转换或电流变换才可进行连接，使前级器件的输出电平及电流满足后级 器件对输入电平及电流的要求，并不得对器件造成损害。本章小结0 概述 1 二极管逻辑门电路2 TTL逻辑门电路3 CMOS逻辑门电路总结①利用半导体器件的开关特性，可以构成与门、或门、非门、与非 门、或非门、与或非门、异或门等各种逻辑门电路，也可以构成在电路 结构和特性两方面都别具特色的三态门、OC门和传输门。 ③TTL电路的优点是开关速度较高，抗干扰能力较强，带负载的能 力也比较强，缺点是功耗较大。 ④CMOS电路具有制造工艺简单、功耗小、输入阻抗高、集成度高、电源电压范围宽等优点，其主要缺点是工作速度稍低，但随着集成工艺的不断改进，CMOS电路的工作速度已有了大幅度的提高。
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请问要将三极管工作在开关状态，如何去计算它的基极限流电阻？例如，我用5V来控制一个12V的通断，三级管用TIP122，如何计算基极的电阻是多大，确保TIP122工作在导通和截止状态。答&1:Re先计算一下TIP122导通时需要多大基极电流，放些余量以保证管子参数分散性不会影响工作状态，再根据输入电压计算电阻。截止状态一般不必计算。问一下就是想问一下，基极电流是由5V减掉TIP的Vbe再除以电阻么？答&4:是的。要可靠饱和，就要基极电流大于集电极电流的β分之一。三极管做开关用的时候基极取多大电阻怎么确定？&&&汗，看人家的电路能知道三极管是开关用的，从来没细想过那里面的电阻为什么取那个值，现在自己要作个三极管简单电路就搞不明白怎么取基极电阻了。&&&希望大家莫笑我菜，不吝赐教。三极管基极高电平是5V，需要多大的基极电阻？是否和三极管其他参数有关，具体怎么设计的，请说说，谢谢先
以NPN管为例大致计算一下典型3元件开关电路的选值：设晶体管的直流放大系数为100，Ib＝（驱动电压－0.7Vbe结压降）/Rb，Vce＝Vcc－100Ib×Rc，令Vce＝0，由此可算出临界值，只要Rb小于临界值即可，但其最小值受器件Ib容限限制，切勿超过。
晶体管开关设计方法1）负载电流，首先要知道开关的负载电流是多少。2）推动电流，必须知道前级电路可以提供多少推动电流。3）选择晶体管，根据1）和2）选择合适的晶体管----Ic&开关的负载电流(主选参数)；晶体管类型，当2）X 10　& 1) 选择普通晶体管（这里的10是晶体管作开关时的常规参数），而当2）X10 && 1) 时，选择达林顿晶体管。（这里没有晶体管放大倍数的选择，恐怕现在是难得见到&10的晶体管了）4）根据2）选择晶体管基极电阻 R =& （前级电路推动电位—0.7）/ 2）。说明1：以上方法是指可以工作的安全条件，实际电路取值还与1），2）的比值相关，与实际电路要求的饱和深度，开关频率相关，与实际电路结构相关。说明2：说明1是在假设2）是干净的，以0 电位为基准的方波。当这一条件不符时，由于电路结构将发生变化，1）2）3）4）均无效。
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