目前應用最廣泛的數字電路是 TTL 電路和 CMOS 電路。

1、TTL 電路

TTL 電路以雙極型晶體管為開關元件，所以又稱雙極型集成電路。雙極型數字集成電路是利用電子和空穴兩種不同極性的載流子進行電傳導的器件。

它具有速度高（開關速度快）、驅動能力強等優點，但其功耗較大，集成度相對較低。 根據應用領域的不同，它分為 54 系列和 74 系列，前者為軍品，一般工業設備和消費類電子產品多用后者。74 系列數字集成電路是國際上通用的標準電路。其品種分為六大類：74××（標準）、

74S××（肖特基）、74LS××（低功耗肖特基）、74AS××（先進肖特基）、74ALS××（先進低功耗肖特基）、74F××（高速）、其邏輯功能完全相同。

2、 CMOS 電路

MOS電路又稱場效應集成電路，屬于單極型數字集成電路。單極型數字集成電路中只利用一種極性的載流子（電子或空穴）進行電傳導。

它的主要優點是輸入阻抗高、功耗低、抗干擾能力強且適合大規模集成。特別是其主導產品 CMOS 集成電路有著特殊的優點，如靜態功耗幾乎為零，輸出邏輯電平可為 VDD 或 VSS，上升和 下降時間處于同數量級等，因而 CMOS 集成電路產品已成為集成電路的主流之一。

其品種包括 4000 系列的 CMOS 電路以及 74 系列的高速 CMOS 電路。其中 74 系列的高速 CMOS 電路又分為三大類：HC 為 CMOS 工作電平；HCT 為 TTL 工作電平（它可與 74LS 系列互換使用）；

HCU 適用于無緩沖級的 CMOS 電路。74 系列高速 CMOS 電路的邏輯功能和引腳排列與相應的 74LS系列的品種相同，工作速度也相當高，功耗大為降低。

74 系列可以說是我們平時接觸的最多的芯片，74 系列中分為很多種，而我們平時用得最多的。

應該是以下幾種：74LS，74HC，74HCT 這三種


       輸入電平    輸出電平
74LS    TTL 電平    TTL 電平
74HC    COMS 電平    COMS 電平
74HCT    TTL 電平    COMS 電平

另外，隨著推出 BiCMOS 集成電路，它綜合了雙極和 MOS 集成電路的優點，普通雙極型門電路的長處正在逐漸消失，一些曾經占主導地位的 TTL 系列產品正在逐漸退出市場。CMOS 門電路 不斷改進工藝，正朝著高速、低耗、大驅動能力、低電源電壓的方向發展。BiCMOS 集成電路的 輸入門電路采用 CMOS 工藝，其輸出端采用雙極型推拉式輸出方式，既具有 CMOS 的優勢，又具有雙極型的長處，已成為集成門電路的新寵。

3、 CMOS 集成電路的性能及特點

功耗低

CMOS 集成電路采用場效應管，且都是互補結構，工作時兩個串聯的場效應管總是處于一個管導通另一個管截止的狀態，電路靜態功耗理論上為零。實際上，由于存在漏電流，CMOS 電路尚有微量靜態功耗。單個門電路的功耗典型值僅為 20mW，動態功耗（在 1MHz 工作頻率時）也僅為幾 mW。

工作電壓范圍寬

CMOS 集成電路供電簡單，供電電源體積小，基本上不需穩壓。國產 CC4000 系列的集成電路，

可在 3~18V 電壓下正常工作。

邏輯擺幅大

CMOS 集成電路的邏輯高電平"1"、邏輯低電平"0"分別接近于電源高電位 VDD 及電源低電位 VSS。

當 VDD=15V，VSS=0V 時，輸出邏輯擺幅近似 15V。因此，CMOS 集成電路的電壓利用系數在各類集成 電路中指標是較高的。

抗干擾能力強

CMOS 集成電路的電壓噪聲容限的典型值為電源電壓的 45%，保證值為電源電壓的 30%。

隨著電源電壓的增加，噪聲容限電壓的絕對值將成比例增加。對于 VDD=15V 的供電電壓（當VSS=0V 時），電路將有 7V 左右的噪聲容限。

輸入阻抗高

CMOS 集成電路的輸入端一般都是由保護二極管和串聯電阻構成的保護網絡，故比一般場效應管的輸入電阻稍小，但在正常工作電壓范圍內，這些保護二極管均處于反向偏置狀態，直流輸入阻抗取決于這些二極管的泄露電流，通常情況下，等效輸入阻抗高達 103~1011?，因此 CMOS 集成電路

幾乎不消耗驅動電路的功率。

溫度穩定性能好

由于 CMOS 集成電路的功耗很低，內部發熱量少，而且，CMOS 電路線路結構和電氣參數都具有

對稱性，在溫度環境發生變化時，某些參數能起到自動補償作用，因而 CMOS 集成電路的溫度特性

非常好。一般陶瓷金屬封裝的電路，工作溫度為-55 ~ +125℃；塑料封裝的電路工作溫度范圍為-45

~ +85℃。

扇出能力強

扇出能力是用電路輸出端所能帶動的輸入端數來表示的。由于 CMOS 集成電路的輸入阻抗極高，

因此電路的輸出能力受輸入電容的限制，但是，當 CMOS 集成電路用來驅動同類型，如不考慮速度，

一般可以驅動 50 個以上的輸入端。

抗輻射能力強

CMOS 集成電路中的基本器件是 MOS 晶體管，屬于多數載流子導電器件。各種射線、輻射對其導電性能的影響都有限，因而特別適用于制作航天及核實驗設備。

可控性好

CMOS 集成電路輸出波形的上升和下降時間可以控制，其輸出的上升和下降時間的典型值為電路傳輸延遲時間的 125%~140%。

接口方便

因為 CMOS 集成電路的輸入阻抗高和輸出擺幅大，所以易于被其他電路所驅動，也容易驅動其他類型的電路或器件。

TTL—Transistor-Transistor Logic 三極管－三極管邏輯 MOS—Metal-Oxide Semiconductor 金屬氧化物半導體晶體管

CMOS—Complementary Metal-Oxide Semiconductor 互補型金屬氧化物半導體晶體管

Q：為什么 BJT 比 CMOS 速度要快?

A：很多人只知道 BJT 比 CMOS 快，但不知道為什么。

主要是受遷移率的影響。以 NPN 管和 NMOS 為例，BJT 中的遷移率是體遷移率，大約為

1350cm2/vs。NMOS 中是半導體表面遷移率，大約在 400-600cm2/vs。所以 BJT 的跨導要高于 MOS

的，速度快于 MOS。這也是 NPN（NMOS）比 PNP（PMOS）快的原因。

NPN 比 PNP 快也是因為載流子遷移率不同，NPN 中的基區少子是電子，遷移率大（1350 左右）；

PNP 的基區少子是空穴（480 左右）。所以同樣的結構和尺寸的管子，NPN 比 PNP 快。所以在雙極

工藝中，是以作 NPN 管為主，PNP 都是在兼容的基礎上做出來的。MOS 工藝都是以 N 阱 PSUB 工藝為

主，這種工藝可做寄生的 PNP 管，要做 NPN 管就要是 P 阱 NSUB 工藝。

BJT 是之所以叫 bipolar，是因為基區中既存在空穴又存在電子，是兩種載流子參與導電的；

而 MOS 器件的反形層中只有一種載流子參與導電。


但并不是因為兩種載流子導電總的遷移率就大了。而且情況可能恰恰相反。因為載流子的遷

移率是與溫度和摻雜濃度有關的。半導體的摻雜濃度越高，遷移率越小。而在 BJT 中，少子的遷移率起主要作用。

NPN 管比 PNP 管快的原因是 NPN 的基子少子是電子，PNP 的是空穴，電子的遷移率比空穴大。NMOS比PMOS 快也是這個原因。

而 NPN 比 NMOS 快的原因是 NPN 是體器件，其載流子的遷移率是半導體內的遷移率；NMOS 是 表面器件，其載流子的遷移率是表面遷移率（因為反形層是在柵氧下的表面形成的）。而半導體的 體遷移率大于表面遷移率。