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数字电子技术 教学课件 作者 曾晓宏 第3章 逻辑门电路 出版社配套课件
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数字电子技术 教学课件 作者 曾晓宏 第3章 逻辑门电路
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&&& 这两天抱着本科时的书记电路和模拟电路的课本一个劲的啃。幸好这些东西在本科的时候学的还可以，虽然几年不见，还是似曾相识的啊。细细读来，慢慢咀嚼还是别有一番风味的！现在看来，本科虽然学了，但是目标只是考试，工作中遇到的了一些似懂非懂的术语、名词竟然好多都是已学过东西。只可惜当时只知其名，不知其意。故这次的“复习”对我来说应该是值得的，是有收获的！
&&& 对TTL门电路的分析我从与非门开始了，TTL与非门的电路分为三级：输入级（实现输入信号的与逻辑）、中间级（用于驱动输出级）、输出级（使用了推拉输出电路，加快了电路的开关速度；具有很小的输出电阻，提高了电路带负载能力）。它的主要参数有以下：输出高低电平、输入短路电流、输入漏电流（高电平输入电平）、开门电平、关门电平、空载导通功耗、空载截至功耗、扇入扇出系数、平均延迟时间。
&&& TTL门电路时电流控制器件，故在对功率要求比较严格的地方，尽量避免使用TTL电路！
&&& 对于TTL与非门来说，多余的输入端不可以悬空，那样会拾取干扰。需要将不使用的输入端和有用端连接，或者将其接到高电平。
&&& 再一个，对于TTL电路来说，由于其采用了推拉输出电路，不能够将TTL电路的输出级并接来实现线与功能！那样会烧坏门电路。为了方便的使用线与的功能，可以采用OC（集电极开路）门电路，不过要记住的一点时，在使用OC门的时候，一定要在输出端加上拉电阻哦！
&&& 再一个对TTL门作扩展的门电路就是三态输出门电路了，采用三态门可以方便的实现总线结构和数据的双向传输功能，具体我就不细说了！
&&& 我们一般使用的TTL门电路为CT54/74系列，在对TTL门电路的速度进行改进的电路中有CT54H/74H高速TTL门电路，CT54S/74S系列，CT54LS/74LS系列。其中：
1、CT54H/74H在输出级采用了达林顿结构，加速了电容负载的充电速度，另外电阻的阻值普遍比原来小了一版提高了电路开关速度！
2、CT54S/74S系列采用了抗饱和电路（在晶体管的基级和集电极之间加入了肖特基二极管），在输出级之前用有源网络代替了原来的电阻，一方面提供了有源泄放回路，另一方面，提高了抗干扰特性！
3、CT54LS/74LS系列比CT54S/74S取得了更小的功耗！但是延迟时间比CT54LS/74LS大！
&&& 反观MOS管电路这一方面，基本的E/EMOS、E/DMOS就不在写了，主要写写实际中常用的CMOS电路！
&&& COMS集成电路是一增强型PMOS管和增强型NMOS管串联互补（反相器）和并联互补为（传输门）基本单元的组件。相对于TTL电路来说，COMS管的电路简单，且有以下优点：
1、静态功耗极低（输入无电流、电压型器件）
2、抗干扰能力强
3、电源利用率高
4、输入阻抗高，带负载能力强。
&&& 个人认为CMOS电路的分析比较简单，看看电路即可。
&&& 在使用中要注意CMOS电路的锁定效应（主要时源于COMS管内部的正反馈），所以应满足Vdd小于Vdd的击穿电压值。输入电压和输出电压都应该满足大于－Vd，而小于Vdd＋Vd。
&&& 存储CMOS电路的时候应该注意静电的防范，多于输入端同样不要悬空，悬空的输入端相当于的电平。为了防治锁定效应，在多个电源组成的系统中，应该给CMOS电路先供电，信号源和负载后供电。关断时，先给信号源和负载断电，后给CMOS断电。
&&& 嗯，自己总结了一早上，也就这些了，有从网上找了一些实用的资料作为补充，以其能更全面的运用这两种基本电路！
1，TTL电平： && 输出高电平>2.4V,输出低电平<0.4V。在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。最小输入高电平和低电平：输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V，噪声容限是0.4V。 2，CMOS电平： && 1逻辑电平电压接近于电源电压，0逻辑电平接近于0V。而且具有很宽的噪声容限。 3，电平转换电路： && 因为TTL和COMS的高低电平的值不一样（ttl 5v<＝＝>cmos 3.3v），所以互相连接时需要电平的转换：就是用两个电阻对电平分压，没有什么高深的东西。哈哈 4，OC门，即集电极开路门电路，OD门，即漏极开路门电路，必须外界上拉电阻和电源才能将开关电平作为高低电平用。否则它一般只作为开关大电压和大电流负载，所以又叫做驱动门电路。 5，TTL和COMS电路比较： 1）TTL电路是电流控制器件，而coms电路是电压控制器件。 2）TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。 &&&&COMS电路的速度慢，传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。 &&&&COMS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关，频率越高，芯片集越热，这是正常现象。 3）COMS电路的锁定效应： && COMS电路由于输入太大的电流，内部的电流急剧增大，除非切断电源，电流一直在增大。这种效应就是锁定效应。当产生锁定效应时，COMS的内部电流能达到40mA以上，很容易烧毁芯片。 &&防御措施： && 1）在输入端和输出端加钳位电路，使输入和输出不超过不超过规定电压。 && 2）芯片的电源输入端加去耦电路，防止VDD端出现瞬间的高压。 && 3）在VDD和外电源之间加线流电阻，即使有大的电流也不让它进去。 && 4）当系统由几个电源分别供电时，开关要按下列顺序：开启时，先开启COMS电路得电源，再开启输入信号和负载的电源；关闭时，先关闭输入信号和负载的电源，再关闭COMS 电路的电源。 6，COMS电路的使用注意事项 && 1）COMS电路时电压控制器件，它的输入总抗很大，对干扰信号的捕捉能力很强。所以，不用的管脚不要悬空，要接上拉电阻或者下拉电阻，给它一个恒定的电平。 && 2）输入端接低内组的信号源时，要在输入端和信号源之间要串联限流电阻，使输入的电流限制在1mA之内。 && 3）当接长信号传输线时，在COMS电路端接匹配电阻。 && 4）当输入端接大电容时，应该在输入端和电容间接保护电阻。电阻值为R=V0/1mA.V0是外界电容上的电压。 && 5）COMS的输入电流超过1mA，就有可能烧坏COMS。&&&&&&7，TTL门电路中输入端负载特性（输入端带电阻特殊情况的处理）： && 1）悬空时相当于输入端接高电平。因为这时可以看作是输入端接一个无穷大的电阻。 && 2）在门电路输入端串联10K电阻后再输入低电平，输入端出呈现的是高电平而不是低电平。因为由TTL门电路的输入端负载特性可知，只有在输入端接的串联电阻小于910欧时， 它输入来的低电平信号才能被门电路识别出来，串联电阻再大的话输入端就一直呈现高电平。这个一定要
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我在九年级物理竞赛上看到了一些
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　　1.CMOS电平：
　　'1'逻辑电平电压接近于电源电压，'0'逻辑电平接近于0V。噪声容限很大
　　2.TTL电平：
　　输出高电平&2.4V,输出低电平&0.4V。在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。最小输入高电平和低电平：输入高电平&=2.0V，输入低电平&=0.8V，噪声容限是0.4V。
　　3.电平转换电路：
　　因为TTL和COMS的高低电平的值不一样（ttl 5v&＝＝&cmos 3.3v），所以互相连接时需要电平的转换：就是用两个电阻对电平分压.
　　TTL门电路的空载功耗与CMOS门的静态功耗相比，是较大的，约为数十毫瓦（mw）而后者仅约为几十纳(10-9)瓦；在输出电位发生跳变时（由低到高或由高到低）,TTL和CMOS门电路都会产生数值较大的尖峰电流，引起较大的动态功耗。
　　通常以为TTL门的速度高于“CMOS门电路。影响 TTL门电路工作速度的主要因素是电路内部管子的开关特性、电路结构及内部的各电阻阻数值。电阻数值越大，工作速度越低。管子的开关时间越长，门的工作速度越低。门的速度主要体现在输出波形相对于输入波形上有“传输延时”tpd。将tpd与空载功耗P的乘积称为“速度-功耗积”，做为器件性能的一个重要指标，其值越小，表明器件的性能越 好（一般约为几十皮（10-12）焦耳）。与TTL门电路的情况不同，影响CMOS电路工作速度的主要因素在于电路的外部，即负载电容CL。CL是主要影响器件工作速度的原因。由CL所决定的影响CMOS门的传输延时约为几十纳秒。
　　5.COMS电路的使用注意事项
　　1）COMS电路时电压控制器件，它的输入总抗很大，对干扰信号的捕捉能力很强。所以，不用的管脚不要悬空，要接上拉电阻或者下拉电阻，给它一个恒定的电平。
　　2）输入端接低内组的信号源时，要在输入端和信号源之间要串联限流电阻，使输入的电流限制在1mA之内。
　　3）当接长信号传输线时，在COMS电路端接匹配电阻。
　　4）当输入端接大电容时，应该在输入端和电容间接保护电阻。电阻值为R=V0/1mA.V0是外界电容上的电压。
　　5）COMS的输入电流超过1mA，就有可能烧坏COMS。
　　6.TTL门电路中输入端负载特性（输入端带电阻特殊情况的处理）：
　　1）悬空时相当于输入端接高电平。因为这时可以看作是输入端接一个无穷大的电阻。
　　2）在门电路输入端串联10K电阻后再输入低电平，输入端出呈现的是高电平而不是低电平。因为由TTL门电路的输入端负载特性可知，只有在输入端接的串联电阻小于910欧时，
　　它输入来的低电平信号才能被门电路识别出来，串联电阻再大的话输入端就一直呈现高电平。这个一定要注意。COMS门电路就不用考虑这些了。
　　7.TTL和COMS电路比较：
　　1）TTL电路是电流控制器件，而coms电路是电压控制器件。
　　2）TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。
　　COMS电路的速度慢，传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。
　　COMS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关，频率越高，芯片集越热，这是正常现象。
　　3）COMS电路的锁定效应：
　　COMS电路由于输入太大的电流，内部的电流急剧增大，除非切断电源，电流一直在增大。这种效应就是锁定效应。当产生锁定效应时，COMS的内部电流能达到40mA以上，很容易烧毁芯片。
　　防御措施：
　　1）在输入端和输出端加钳位电路，使输入和输出不超过不超过规定电压。
　　2）芯片的电源输入端加去耦电路，防止VDD端出现瞬间的高压。
　　3）在VDD和外电源之间加线流电阻，即使有大的电流也不让它进去。
　　4）当系统由几个电源分别供电时，开关要按下列顺序：开启时，先开启COMS电路得电源，再开启输入信号和负载的电源；关闭时，先关闭输入信号和负载的电源，再关闭COMS电路的电源。
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TTLtransistor-transistor logic
Uoh2.4V,Uol0.4V
Uih2.0VUil0.8V
UohVCCUolGND
Uih0.7VCC,Uil0.2VCC VCCGND
5VCOMSTTLCMOS2.0V,0.8VTTLCMOSTTL2.4V2.4V3.5VCMOS0.4VTTLCOMS
3.3VCOMS5V CMOS3.3V74HC,74HC74HCT743.3V CMOS 5VTTLI/O5V
747474LS74HC74HCT
74HCT &&&&&&
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
&2.4V,&0.4V3.5V0.2V&=2.0V&=0.8V0.4V
TTLCOMSTTL 5V&&/SPAN&&CMOS 3.3V
TTL(5-10ns)COMS(25-50ns),COMS
COMSCOMS40mA
R=V0/1mA.V0
COMS1mACOMS
8TTLOCMOSODOC00
TTLOCTTL400UA8MA
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
CMOS , . , , , , .
CMOS 15, 74HC, 74HCT
CMOS315V40005V4.60.05V3.5V1.5V
TTL05V5V745V2.7V
0.5V2V0.8VCMOS
(Vt)VilVihCMOS
& VihVilVih
Voh & Vih & Vt & Vil &
TTLCMOSECLOCODOEOCODOEOCRL
RL & VCCVoh/n*Iohm*Iih
RL & VCCVol/Iolm*Iil
TTLCMOSLVTTLECLPECLGTLRS232RS422LVDS
TTLCMOS5V5V TTL5V CMOS3.3V2.5V1.8V
5V TTL5V CMOS
ECL/PECLLVDS
RS-422/485RS-232RS-422/485RS-232
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
Open-Drain(Open-Collector)TTLOC
Open-DrainMOSOpen-Collector
CMOSOPEN-DRAIN
OPEN-DRAINCMOS
OPEN-DRAIN
ANDTTLOCST
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