正文 第6章 集成門電路和組合邏輯電路(1 / 3)

(內容提要和要求)

一、內容提要

1.基本了TTL集成門電路、其它形式的TTL門電路。

2.MOS場效應管、CMOS反相器及CMOS複合門。組合邏輯電路的分析和設計方法、一些典型組合邏輯電路。

二、教學要求

1.掌握了TTL集成與非門的邏輯功能,理解其工作原理及主要參數,熟悉其主要電氣特性及使用方法。

2.掌握增強型MOS管的開關作用;掌握CMOS反相器、或非門、與非門、傳輸門的邏輯功能,理解其工作原理及主要參數,熟悉其主要電氣特性及使用方法。

3.掌握組合邏輯電路的分析方法;能設計較簡單的組合邏輯電路;熟悉典型組合邏輯電路的邏輯功能。

6.1TTL集成門電路

TTL集成門電路的輸入級和輸出級都采用了雙極型晶體三極管,所以稱為三極管邏輯門電路,簡稱TTL門電路。TTL門電路的基本形式是與非門。

一、TTL與非門的工作原理

1.電路組成

國產CT7400與非門的典型電路。為輸入電壓為輸出電壓,輸入信號低電平為0.3V,高電平為3.6V。該電路由三部分組成。

輸入級由、成。當輸入信號在0.3~3.6V範圍內變化時,對電路的正常工作沒有影響,後麵在分析工作原理時。

當輸入出現負向幹擾電壓時,導通,使輸入電壓被鉗位在二極管的正向壓降從而保護了多發射極三極管。多發射極三極管。

二、TTL與非門的外特性和主要參數

要正確合理地選擇和使用TTL與非門電路,必須熟悉它的外特性和主要參數。

三、其它形式的丁孔門電路

1.集電極開路與非門

前麵介紹的TTL與非門電路的輸出端是不能並聯使用的。如果將門和門並聯使用當門輸出高電平且門輸出電平時,將有很大的電流流入,這個電流遠大於正常值,很容易燒毀器件。當需要門電路輸出端直接並聯時,可使用集電極開路門和三態門。

集電極開路簡稱為TTL門。是集電極開路與非門的電路結構,是它的邏輯符號。輸出管的集電極是開路的,故稱為集電極開路門。使用時,應在輸出端與電源之間外接電阻當輸出端全為高電平時,輸出低電平;當輸出端有一個或幾個為低電平時,輸出高電平。所以,該電路實現了與非鑼輯。

四、TTL與非門的改進係列簡介

為了提高TTL與非門的開關速度和降低功耗,繼係列以後,相繼研製了係列產品,下麵簡要結它們的特點。

1.74H係列

電路中采用力、作複合管輸出級,減小了各個電阻的阻值,因此提高了電路的工作速度,其平均傳輸延遲時間約為74係列的一半,但功耗也約為74係列的兩倍。749係列工作速度的提高是以增加電路功耗的代價換來的,目前已處於停滯和被淘汰階段。

2.74S係列

電路在兩方麵作了改進,一是組成的有源泄放網絡代替了原來的及,二是采用了肖基三極管,肖特基三極管又稱為抗飽和三極管,是由普通三極管和肖特基二極管360組成的,肖特基二極管導通電壓,三極管飽,使得三極管不能進入深度飽和狀態,有效地減少了三極管的開關時間。在功耗基本相同的情況下,74S係列比74H係列工作速度快一倍。

3.74LS係列

74LS係列是在743係列基礎上發展起來的,它用肖特基二極管代替了輸入多發射極三極管,為了降低功耗,大幅度提高了各個電阻的阻值。它的功耗-延遲積在四種係列中是最小的,為74係列的五分之一,為74S係列的三分之一。74LS係列的功耗很低,開關速度較快,集成度高,綜合性能較好,已成為TTL電路的主要發展方向。

電路符號74係列又稱為標準係列相當於舊型號丁1000係列,74H係列又稱為高速係列相當於舊型號2000係列,74S係列又稱為肖特基係列相當於舊型號了3000係列,74LS係列又稱為低功耗肖特基係列相當於舊型號了4000係列。上麵介紹的以“74”開頭的係列都是民用產品,工作環境溫度為0~7攝氏度。此外,TTL門電路還有以“54”開頭的係列一一軍用產品,除工作環境溫度為-55~125攝氏度外,兩者參數基本相同。

6.2門電路

在數字電路中,用作開關元件的另一種半導體器件是CMOS場效應管,它以二氧化矽作為金屬柵極與半導體襯底之間的絕緣層,故稱為金屬―氧化物半導體場效應管,簡稱管。場效應管在工作過程中,僅有多數載流子參與導電,所以也稱為單極型晶體管。與雙極型晶體管比較,CMOS場效應管的溫度穩定性較好,製造工藝簡單,占用半導體芯片麵積僅為雙極型晶體管的1596左右,有利於大規模集成。由從管組成的集成門電路具有功耗極低,抗幹擾能力強,集成度高,工作穩定性好等優點。門電路具有廣闊的發展前景。