集成门电路

出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册下》第2751页（2100字）

TT1(晶体管一晶体管逻辑)集成门电路，具有开关速度高、负载能力强、抗干扰能力比较好等优点。目前国产小规模TTL集成电路，按照电路的开关速度和功耗数值的不同，分为甚高速、高速、中速、低功耗中速和低功耗低速5个系列，共109个品种。5个系列的TrL电路，分别采用三种与非门的典型结构形式，即饱和型结构、浅饱和结构和肖特基抗饱和结构。国产TTL集成门电路系列品种见表8。3－28。

表8．3－28 国产TTL集成门电路系列型号参数

注：表中参数第一项数据为平均传输延迟时间，第二项数据为输入低电平电流。

TTL与非门典型电路如图8．3－41所示，当输入低电平时，输出为高电平，输入都为高电平时，输出为低电平，其逻辑表达式为

图8．3－41 TTL与非门典型电路

电路输入端有“0”和全“1”时，各晶体管工作状态见表8．3－29。其主要技术指标见表8．3－30．TTL与非门输出电压U₀随输入电压U_l的变化曲线，称为电压传输特性，如图8．3－42所示。

表8．3－29 TTL与非门电路各晶体管工作状态

表8．3－30 TTL与非门的主要技术指标

图8．3－42 TTL与非门的电压传输特性

此外，还有集电极开路的与非门(简称OC门)，其电路和符号如图8．3－43所示。与一般与非门相比，其电路中没有V₃、V₄。这种电路在实际应用中表现的主要特点是：负载电阻R_L和电源U_cc可根据需要选择；便于实现“线与”(“线与”就是把若干个门的输出端直接接在一起，以实现多个信号间的与关系)。这种门的缺点是动作速度较慢，平均传输延迟时间较大(100ns以上)。

图8．3－43 集电极开路的与非门

图8．3－44所示是三态输出与非门的电路和逻辑符号。其电路的主要部分和一般与非门并无区别，只是多一控制端(也称使能端)EN。这种三态门，因控制端为低电平时电路处于工作状态，为突出表明这一特点，故在逻辑符号的控制端加有小圆圈“0”。三态输出与非门当控制端EN=0时，F=；控制端EN=1时，输出端呈现高阻状态。

图8．3－44 三态输出与非门

为了提高工作速度，降低功耗，提高抗干扰能力等，除了以上介绍的饱和型结构外，还普遍采用两种改进类型的TTL与非门电路，即浅饱和结构和抗饱和结构，其电路分别如图8．3－45的a)和b)所示。

图8．3－45 TTL与非门的改进类型

a)浅饱和结构TTL与非门

b)抗饱和结构TTL与非门

HTL(高阈值逻辑)集成门电路及其电压传输特性如图8．3－46所示。它具有很强的抗干扰能力，但其缺点是开关速度比较低。

图8．3－46 HTL逻辑与非门电路及其电压传输特性

a)HTL逻辑与非门电路；

b)电压传输特性

在大规模和超大规模数字集成电路中，应用更广的另一种集成电路是MOS电路。与TTL电路相比，其优点是制造工艺简单，成品合格率高，功耗低，体积小，更易于实现大规模集成，但缺点是工作速度比TTL电路低。用MOS管构成逻辑电路时，按所用MOS管类型的不同，可分为PMOS电路、NMOS电路和CMOS电路。其中应用较为广泛的是NMOS和CMOS电路。几种用NMOS和CMOS构成的常用逻辑门电路及其逻辑符号和逻辑表达式见表8．3－13。

常用门电路的逻辑符号见表8．3－32。

表8．3－31 几种常用MOs门电路的逻辑电路及其逻辑表达式

表8．3－32 常用门电路逻辑符号

注：①GB4728。12－85。