非門

常將二極管與門和或門與三極管非門組合起來組成與非門和或非門電路，以消除在串接時(shí)產(chǎn)生的電平偏離，并提高帶負(fù)載能力。

如下圖所示就是由三輸入端的二極管與門和三極管非門組合而成的與非門電路。

把一個(gè)電路中的所有元件，包括二極管、三極管、電阻及導(dǎo)線等都制作在一片半導(dǎo)體芯片上，封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，就是集成電路。上圖就是早期的簡(jiǎn)單集成與非門電路，稱為二極管-三極管邏輯門電路，簡(jiǎn)稱DTL電路。

DTL電路雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但因工作速度低而很少應(yīng)用。由此改進(jìn)而成的TTL電路，問世幾十年來，經(jīng)過電路結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)和集成工藝的逐步完善，至今仍廣泛應(yīng)用，幾乎占據(jù)著數(shù)字集成電路領(lǐng)域的半壁江山。

首先考慮輸入級(jí)，DTL是用二極管與門做輸入級(jí)，速度較低。仔細(xì)分析我們發(fā)現(xiàn)電路中的Dl、D2、D3、D4的P區(qū)是相連的。我們可用集成工藝將它們做成一個(gè)多發(fā)射極三極管。這樣它既是四個(gè)PN結(jié)，不改變?cè)瓉淼倪壿嬯P(guān)系，又具有三極管的特性。一旦滿足了放大的外部條件，它就具有放大作用，為迅速消散T2飽和時(shí)的超量存儲(chǔ)電荷提供足夠大的反向基極電流，從而大大提高了關(guān)閉速度。如圖所示是TTL與非門電路的結(jié)構(gòu)。

第二，為提高輸出管的開通速度，可將二極管D5改換成三極管T2，邏輯關(guān)系不變。同時(shí)在電路的開通過程中利用T2的放大作用，為輸出管T3提供較大的基極電流，加速了輸出管的導(dǎo)通。另外T2和電阻RC2、RE2組成的放大器有兩個(gè)反相的輸出端VC2和VE2，以產(chǎn)生兩個(gè)互補(bǔ)的信號(hào)去驅(qū)動(dòng)T3、T4組成的推拉式輸出級(jí)。

第三，再分析輸出級(jí)。輸出級(jí)應(yīng)有較強(qiáng)的負(fù)載能力，為此將三極管的集電極負(fù)載電阻RC換成由三極管T4、二極管D和RC4組成的有源負(fù)載。由于T3和T4受兩個(gè)互補(bǔ)信號(hào)Ve2和Vc2的驅(qū)動(dòng)，所以在穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們總是一個(gè)導(dǎo)通，另一個(gè)截止。這種結(jié)構(gòu)，稱為推拉式輸出級(jí)。

(1)輸入全為高電平時(shí)，輸出為低電平。

(2)輸入全為高電平時(shí)，輸出為低電平。

(1)采用多發(fā)射極三極管加快了存儲(chǔ)電荷的消散過程。

(2)采用了推拉式輸出級(jí)，輸出阻抗比較小，可迅速給負(fù)載電容充放電。

(1)電壓傳輸特性曲線

與非門的電壓傳輸特性曲線是指與非門的輸出電壓與輸入電壓之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，即V=f(Vi)，它反映了電路的靜態(tài)特性。

AB段(截止區(qū))

BC段(線性區(qū))

CD段(過渡區(qū))

DE段(飽和區(qū))

(2)幾個(gè)重要參數(shù)

從TTL與非門的電壓傳輸特性曲線上，我們可以定義幾個(gè)重要的電路指標(biāo)。

a.輸出高電平電壓VOH--VOH的理論值為3.6V，產(chǎn)品規(guī)定輸出高電壓的最小值VOH(min)=2.4V，

即大于2.4V的輸出電壓就可稱為輸出高電壓VOH。

b.輸出低電平電壓VOL--VOL的理論值為0.3V，產(chǎn)品規(guī)定輸出低電壓的最大值VOL(max)=0.4V，

即小于0.4V的輸出電壓就可稱為輸出低電壓VOL。

c.關(guān)門電平電壓VOFF--是指輸出電壓下降到VOH(min)時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電壓。顯然只要Vi<VOff，Vo就是高電壓，所以VOFF就是輸入低電壓的最大值，在產(chǎn)品手冊(cè)中常稱為輸入低電平電壓，用VIL(max)表示。

d.開門電平電壓VON--是指輸出電壓下降到VOL(max)時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電壓。顯然只要Vi>VON，Vo就是低電壓，所以VON就是輸入高電壓的最小值，在產(chǎn)品手冊(cè)中常稱為輸入高電平電壓，用VIH(min)表示。

e.閾值電壓Vth--決定電路截止和導(dǎo)通的分界線，也是決定輸出高、低電壓的分界線。從電壓傳輸特性曲線上看，Vth的值界于VOFF與VON之間，而VOFF與VON的實(shí)際值又差別不大，所以，近似Vth≈VOFF≈VON。Vth是一個(gè)很重要的參數(shù)，在近似分析和估算時(shí)，常把它作為決定與非門工作狀態(tài)的關(guān)鍵值，即ViVth，與非門關(guān)門，輸出高電平。Vth又常被形象化地稱為門檻電壓。

(3)抗干擾能力

TTL門電路的輸出高低電平不是一個(gè)值，而是一個(gè)范圍。同樣，它的輸入高低電平也有一個(gè)范圍，即它的輸入信號(hào)允許一定的容差，稱為噪聲容限。

噪聲容限表示門電路的抗干擾能力。顯然，噪聲容限越大，電路的抗干擾能力越強(qiáng) 。

從小巧的電子手表，到復(fù)雜的電子計(jì)算機(jī)，它們的許多元件被制成集成電路的形式，即把幾十、幾百，甚至成干上萬個(gè)電子元件制作在一塊半導(dǎo)體片或絕緣片上。每種集成電路都有它獨(dú)特的作用。有一種用得最多的集成電路叫門電路，門電路是起開關(guān)作用的集成電路。由于開放的條件不同，而分為與門、非門、與非門等等。