數電模電基礎知識之搞懂數電技術(shù)

一、集成門(mén)電路

數字集成電路按其內部有源器件的不同可以分為兩大類(lèi)：一類(lèi)為雙極型晶體管集成電路(TTL電路);另一類(lèi)為單極型集成電路(MOS管組成的電路)。

1.TTL集成邏輯門(mén)電路

(1)TTL與非門(mén)

CT74S肖特基系列TTL與非門(mén)的電路組成如圖2-19(a)所示，它由輸入級、中間級、輸出級3個(gè)部分組成。

圖2-19 TTL與非門(mén)電路圖

輸入級：由多發(fā)射極管VT1和電阻R1組成，多發(fā)射極管的3個(gè)發(fā)射結為3個(gè)PN結。其作用是對輸入變量A、B、C實(shí)現邏輯與，所以它相當于一個(gè)與門(mén)。

中間級：由VT2、R2和VT6、RB、RC組成，VT2集電極和發(fā)射極同時(shí)輸出兩個(gè)邏輯電平相反的信號，用以驅動(dòng)VT3和VT5。

輸出級：由VT3、VT4、VT5和R4、R5組成，它采用了達林頓結構，VT3和VT4組成復合管降低了輸出高電平時(shí)的輸出電阻，提高了帶負載能力。

TTL 與非門(mén)的邏輯符號如圖 2-19(b)所示;邏輯表達式為：

對圖2-19所示電路，如果高電平用1表示，低電平用0表示，則可列出圖2-19所示的真值表，如表2-1所示。

表2-1 TTL與非門(mén)真值表

(2)集電極開(kāi)路與非門(mén)(OC門(mén))

① 工作原理。

集電極開(kāi)路與非門(mén)也叫 OC 門(mén)，能使門(mén)電路輸出的電壓高于電路的高電平電壓值，且門(mén)電路的輸出端可以并聯(lián)以實(shí)現邏輯與功能，即線(xiàn)與(一般的TTL門(mén)電路不能線(xiàn)與)。

OC門(mén)的電路如圖2-20(a)所示，邏輯符號如圖2-20(b)所示，邏輯表達式為：

圖2-20 集電極開(kāi)路與非門(mén)及邏輯符號

② OC 門(mén)的應用。

OC門(mén)可以實(shí)現線(xiàn)與，如圖2-21所示，邏輯表達式為

;驅動(dòng)顯示器、實(shí)現電平轉換，如圖2-22所示。

圖2-21 用OC門(mén)實(shí)現線(xiàn)與

(3)與或非門(mén)

與或非門(mén)電路如圖2-23(a)所示，邏輯符號如圖2-23(b)所示，邏輯表達式為：

圖2-22 驅動(dòng)顯示器、實(shí)現電平轉換

圖2-23 與或非門(mén)及邏輯符號

(4)三態(tài)輸出門(mén)

三態(tài)輸出門(mén)是指不僅可輸出高電平、低電平兩個(gè)狀態(tài)，而且還可輸出高阻狀態(tài)的門(mén)電路，如圖2-24所示，

為控制端。

當

=0時(shí)，G輸出P=1，VD截止，輸出Y=

，三態(tài)門(mén)處于工作狀態(tài)。

低電平有效。

圖2-24 三態(tài)輸出與非門(mén)及其邏輯符號

當

=1時(shí)，G輸出P=0，VD導通，輸出高阻狀態(tài)。

2.CMOS集成邏輯門(mén)

和 TTL 數字集成電路相比，CMOS 電路的突出特點(diǎn)是微功耗、高抗干擾能力。

(1)CMOS反相器

由兩個(gè)場(chǎng)效應管組成互補工作狀態(tài)，如圖 2-25 所示。邏輯表達式為：

圖2-25 CMOS 反相器

(2)CMOS與非門(mén)

如圖2-26所示，兩個(gè)串聯(lián)的增強型NMOS管VTN1和VTN2為驅動(dòng)管，兩個(gè)并聯(lián)的增強型PMOS管VTP1和VTP2為負載管，組成CMOS與非門(mén)，邏輯表達式為：

。

(3)CMOS或非門(mén)

如圖2-27所示，兩個(gè)并聯(lián)的增強型NMOS管VTN1和VTN2為驅動(dòng)管，兩個(gè)串聯(lián)的增強型PMOS管VTP1和VTP2為負載管，組成CMOS或非門(mén)，邏輯表達式為：

圖2-26 CMOS 與非門(mén)

圖2-27 CMOS 或非門(mén)

(4)CMOS傳輸門(mén)

將兩個(gè)參數對稱(chēng)一致的增強型NMOS管VTN和PMOS管VTP并聯(lián)可構成CMOS傳輸門(mén)，電路和邏輯符號如圖2-28所示。

圖2-28 CMOS 傳輸門(mén)及邏輯符號

(5)CMOS三態(tài)門(mén)

圖 2-29(a)所示為低電平控制的三態(tài)門(mén)輸出，圖 2-29(b)為邏輯符號。

圖2-29 CMOS 三態(tài)門(mén)輸出及邏輯符號

當

時(shí)，VTP2和VTN2導通，VTN1和VTP1組成的CMOS反相器工作，所以

。

當

，VTP2和VTN2同時(shí)截止，輸出Y對地和對電源VDD都呈高阻狀態(tài)。