2022-2023学年高二物理竞赛课件：集成逻辑门

集成逻辑门 集成逻辑门 数字集成电路的分类 MOS集成逻辑门 集成门电路使用中的实际问题 第3章 集 成 逻 辑 门 数字集成电路的分类 数字集成电路按其内部有源器件的不同可以分为两大类。 一类为双极型晶体管集成电路，它主要有晶体管—晶体管逻辑(TTL-Transistor Transistor Logic)、射极耦合逻辑(ECL-Emitter Coupled Logic)和集成注入逻辑(I2L-Integrated Injection Logic)等几种类型。  另一类为MOS(Metal Oxide Semiconductor)集成电路， 其有源器件采用金属—氧化物—半导体场效应管，它又可分为NMOS、 PMOS和CMOS等几种类型。 第3章 集 成 逻 辑 门 目前数字系统中普遍使用TTL和CMOS集成电路。 TTL集成电路工作速度高、 驱动能力强，但功耗大、集成度低； MOS集成电路集成度高、功耗低。超大规模集成电路基本上都是MOS集成电路，其缺点是工作速度略低。目前已生产了BiCMOS器件，它由双极型晶体管电路和MOS型集成电路构成，能够充分发挥两种电路的优势， 缺点是制造工艺复杂。  第3章 集 成 逻 辑 门 小规模集成电路(SSI-Small Scale Integration)， 每片组件内包含10~100个元件(或10~20个等效门)。  中规模集成电路(MSI-Medium Scale Integration)，每片组件内含100~1000个元件(或20~100个等效门)。  大规模集成电路(LSI-Large Scale Integration)， 每片组件内含1000~100 000个元件(或100~1000个等效门)。 超大规模集成电路(VLSI-Very Large Scale Integration)， 每片组件内含100 000个元件(或1000个以上等效门)。 第3章 集 成 逻 辑 门 目前常用的逻辑门和触发器属于SSI， 常用的译码器、 数据选择器、 加法器、 计数器、 移位寄存器等组件属于MSI。 常见的LSI、 VLSI有只读存储器、 随机存取存储器、 微处理器、 单片微处理机、 位片式微处理器、 高速乘法累加器、 通用和专用数字信号处理器等。 此外还有专用集成电路ASIC， 它分标准单元、 门阵列和可编程逻辑器件PLD。 PLD是近十几年来迅速发展的新型数字器件， 目前应用十分广泛， 第3章 集 成 逻 辑 门 3.2 TTL集成逻辑门 3.2.1 TTL与非门的工作原理 图 3-1 典型TTL与非门电路 第3章 集 成 逻 辑 门 ① 输入级。由多发射极管V1和电阻R1组成，其作用是对输入变量A、B、C实现逻辑与，所以它相当一个与门。 多射极管V1的结构如图3-2(a)所示，其等效电路如图3-2(b)所示。设二极管V1~V4 的正向管压降为0.7 V，当输入信号A、B、C中有一个或一个以上为低电平(0.3V)时， UP1=1V，Uc=0.3V； 当A、B、C全部为高电平(3.6V)时， UP1=4.3V，Uc=3.6V。可见，仅当所有输入都为高时，输出才为高，只要有一个输入为低，输出便是低，所以起到了与门的作用。 第3章 集 成 逻 辑 门 图 3-2 多射极晶体管的结构及其等效电路 第3章 集 成 逻 辑 门 ② 中间级。由V2、R2、R3组成，在V2的集电极与发射极分别可以得到两个相位相反的电压，以满足输出级的需要。  ③ 输出级。由V3、V4、V5和R4、R5组成，这种电路形式称推拉式电路，它不仅输出阻抗低，带负载能力强， 而且可以提高工作速度。 第3章 集 成 逻 辑 门 1. 输入全部为高电位(3.6 V)  当输入端全部为高电位3.6V时，由于V1的基极电压Ub1最多不能超过2.1V(Ub1=Ubc1+Ube2+Ube5)，所以V1所有的发射结反偏；这时V1的集电结正偏，V1管的基极电流Ib1流向集电极并注入V2的基极， 第3章 集 成 逻 辑 门 此时的V1是处于倒置(反向)运用状态(把实际的集电极用作发射极，而实际的发射极用作集电极)，其电流放大系数β反很小(β反＜0.05)，因此Ib2=Ic1=(1+β反)Ib1≈Ib1，由于Ib1较大足以使V2管饱和，且V2管发射极向V5管提供基流， 使V5也饱和，这时V2的集电极压降为 这个电压加至V3管基极，可