數(shù)電-第三章-邏輯門電路

1、 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 3 . 邏輯門電路邏輯門電路3.1 MOS開關(guān)開關(guān)及其等效電路及其等效電路3.2 CMOS反相器反相器3.3 CMOS邏輯門電路邏輯門電路3.4 CMOS三態(tài)輸出三態(tài)輸出門電路門電路3.5 CMOS傳輸門傳輸門3.6 基本邏輯門電路的等效符號(hào)及其應(yīng)用基本邏輯門電路的等效符號(hào)及其應(yīng)用 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 教學(xué)基本要求：教學(xué)基本要求：1、了解半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性。了解半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性。2、熟練掌握熟練掌握基本邏輯門（與、或、與非、或非、異基本邏輯門（與、或、與非、或非、異或門）、三態(tài)門和傳輸門的邏輯功能?；蜷T）、三態(tài)門和傳輸門的邏輯功能。3、學(xué)會(huì)門電路邏輯功能

2、分析方法。學(xué)會(huì)門電路邏輯功能分析方法。 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 3.1 MOS開關(guān)及其等效電路開關(guān)及其等效電路：MOS管工作在可變電阻區(qū)，輸出低電平管工作在可變電阻區(qū)，輸出低電平: : MOS管截止，管截止， 輸出高電平輸出高電平當(dāng)當(dāng)I VT 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 MOS管相當(dāng)于一個(gè)由管相當(dāng)于一個(gè)由vGS控制的控制的無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)。無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)。MOS管工作在可變電阻區(qū)，管工作在可變電阻區(qū)，相當(dāng)于開關(guān)相當(dāng)于開關(guān)“閉合閉合”，輸出為低電平。輸出為低電平。MOS管截止，管截止，相當(dāng)于開關(guān)相當(dāng)于開關(guān)“斷開斷開”輸出為高電平。輸出為高電平。當(dāng)輸入為低電平時(shí)：當(dāng)輸入為低電平時(shí)：當(dāng)輸入為高電平時(shí)：當(dāng)輸入為

3、高電平時(shí)： 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 3.2 CMOS 反相器反相器1.1.工作原理工作原理AL1+VDD+10VD1S1vivOTNTPD2S20V+10VvivGSNvGSPTNTPvO0 V 0V-10V截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通 10 V10 V 10V 0V導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止0 VVTN = 2 VVTP = - - 2 V邏輯圖邏輯圖AL 邏輯表達(dá)式邏輯表達(dá)式vi (A)0vO(L)1邏輯真值表邏輯真值表10)VVVTPTNDD( 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 P溝道溝道MOS管輸出特性曲線坐標(biāo)變換管輸出特性曲線坐標(biāo)變換輸入高電平時(shí)的工作情況輸入高電平時(shí)的工作情況輸入低電平時(shí)的工作情況輸入低電平時(shí)

4、的工作情況作圖分析：作圖分析： 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 2. 電壓電壓傳輸特性和電流傳輸特性傳輸特性和電流傳輸特性)v(fvIO 電壓傳輸特性電壓傳輸特性 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 3.CMOS反相器反相器的工作速度的工作速度在由于電路具有互補(bǔ)對(duì)稱的性質(zhì)，它的開通時(shí)間與關(guān)在由于電路具有互補(bǔ)對(duì)稱的性質(zhì)，它的開通時(shí)間與關(guān)閉時(shí)間是相等的。平均延遲時(shí)間：閉時(shí)間是相等的。平均延遲時(shí)間：10 ns。 帶電容負(fù)載帶電容負(fù)載 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 A BTN1 TP1 TN2 TP2L0 00 11 01 1截止截止 導(dǎo)通導(dǎo)通 截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止截

5、止截止截止截止 截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通1110與非門與非門1.CMOS 與非門與非門vA+VDD+10VTP1TN1TP2TN2ABLvBvLAB&(a)(a)電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)(b)(b)工作原理工作原理VTN = 2 VVTP = - - 2 V0V10V3.3 CMOS 邏輯門邏輯門 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 或非門或非門BAL 2.2.CMOS 或非門或非門+VDD+10VTP1TN1TN2TP2ABLA B TN1 TP1 TN2 TP2L0 00 11 01 1截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止截止截止截止截止截止截止

6、導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通1000AB10V10VVTN = 2 VVTP = - - 2 V 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 3. 異或門電路異或門電路BA BABAXBAL BABA BA =A B 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 4.4.輸入保護(hù)電路和緩沖電路輸入保護(hù)電路和緩沖電路 基基本本邏邏輯輯功功能能電電路路 基基本本邏邏輯輯功功能能電電路路 輸輸入入保保護(hù)護(hù)緩緩沖沖電電路路 輸輸出出緩緩沖沖電電路路 vi vo 采用緩沖電路能統(tǒng)一參數(shù)，使不同內(nèi)部邏輯集成邏輯門電路采用緩沖電路能統(tǒng)一參數(shù)，使不同內(nèi)部邏輯集成邏輯門電路具有相同的輸入和輸出特性。具有相同的輸入和輸出特性。 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 （1 1

7、）輸入端保護(hù)電路）輸入端保護(hù)電路: :(1) 0 vA VDD + vDF 二極管導(dǎo)通電壓：二極管導(dǎo)通電壓：vDF(3) vA - - vDF 當(dāng)輸入電壓不在正常電壓范圍時(shí)當(dāng)輸入電壓不在正常電壓范圍時(shí), ,二極管導(dǎo)通，限制了電容兩端二極管導(dǎo)通，限制了電容兩端電壓的增加電壓的增加, ,保護(hù)了輸入電路。保護(hù)了輸入電路。D1、D2截止截止D1導(dǎo)通導(dǎo)通, D2截止截止vG = VDD + vDFD2導(dǎo)通導(dǎo)通, D1截止截止vG = - - vDFRS和和MOS管的柵極電容組成積分網(wǎng)絡(luò)，使輸入信號(hào)的過(guò)沖電壓管的柵極電容組成積分網(wǎng)絡(luò)，使輸入信號(hào)的過(guò)沖電壓延遲且衰減后到柵極。延遲且衰減后到柵極。 D2 -分

8、布式二極管分布式二極管(iD大大) VDD vI CN TP Rs D2 D1 TN CP vO 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 BABAL （2）CMOS邏輯門的緩沖電路邏輯門的緩沖電路輸入、輸出端加了反相器作為緩沖電路，所以電路輸入、輸出端加了反相器作為緩沖電路，所以電路的邏輯功能也發(fā)生了變化。增加了緩沖器后的邏輯功的邏輯功能也發(fā)生了變化。增加了緩沖器后的邏輯功能為與非功能能為與非功能 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 1TP TN VDD L A EN & 1 1 EN A L 1 0011截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通111高阻高阻 0 輸出輸出L輸入輸入A使能使能EN0011 10 00截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通

9、010截止截止截止截止X1邏輯功能：高電平有效的同相邏輯門邏輯功能：高電平有效的同相邏輯門0 13.4 CMOS三態(tài)輸出門電路三態(tài)輸出門電路 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 3.5 CMOS傳輸門傳輸門( (雙向模擬開關(guān)雙向模擬開關(guān)) ) 1 1. CMOS傳輸門電路傳輸門電路vI /vO vO /vI C C T G 邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)I / Oo/ IC等效電路等效電路 C TP vO/vI vI/vO +5V 0 TN C 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 2、CMOS傳輸門電路的工作原理 設(shè)設(shè)TP:|VTP|=2V， TN:VTN=2V I的變化范圍為的變化范圍為0V到到+5V。 0V+5V0V到到+

10、5V GSN0, TP截止截止1）當(dāng)）當(dāng)c=0， c =1時(shí)時(shí) C TP vO/vI vI/vO +5V 0V TN C 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 C TP vO/vI vI/vO +5V 5V TN C +5V0V GSP= 0V - - (2V5V)=- -2V - -5V GSN=5V - - (0V+3V)=(52)V b、 I=2V5V GSNVTN, TN導(dǎo)通導(dǎo)通a、 I=0V3V GSP |VT|, TP導(dǎo)通導(dǎo)通結(jié)果：結(jié)果：IOvv 2）當(dāng)）當(dāng)c=1， c =0時(shí)時(shí)0到到+5V 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 傳輸門組成的數(shù)據(jù)選擇器傳輸門組成的數(shù)據(jù)選擇器C=0TG1（上）導(dǎo)通（上）導(dǎo)通

11、, TG2斷開斷開 L=XTG2導(dǎo)通導(dǎo)通, TG1斷開斷開 L=YC=1傳輸門的應(yīng)用傳輸門的應(yīng)用 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 3.6 基本邏輯門電路的等效符號(hào)及其應(yīng)用基本邏輯門電路的等效符號(hào)及其應(yīng)用1、 基本邏輯門電路的等效符號(hào)基本邏輯門電路的等效符號(hào)ABL LA B & B A 與非門及其等效符號(hào)與非門及其等效符號(hào) B A BAL 1 系統(tǒng)輸入信號(hào)中，有的是高電平有效，有的是低電平有效。系統(tǒng)輸入信號(hào)中，有的是高電平有效，有的是低電平有效。低電平有效，輸入端加小圓圈；高電平有效，輸入端不加低電平有效，輸入端加小圓圈；高電平有效，輸入端不加小圓圈。小圓圈。BA 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 B

12、ABAL B A LAB 1 或非門及其等效符號(hào)或非門及其等效符號(hào)BAL & B A 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 & B A B A ABBAL 1 L=AB BABAL B A 1 & B A L=A+B BAABL BABAL 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 & B A L 1 & B A & B A L 1 & B A & B A L & & B A 邏輯門等效符號(hào)的應(yīng)用邏輯門等效符號(hào)的應(yīng)用利用邏輯門等效符號(hào)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)邏輯電路進(jìn)行變換，利用邏輯門等效符號(hào)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)邏輯電路進(jìn)行變換，以簡(jiǎn)化電路，能減少實(shí)現(xiàn)電路的門的種類。以簡(jiǎn)化電路，能減少實(shí)現(xiàn)電路的門的種類。LA B & B A 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 RE & 1 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 IC L EN AL G1 G2 控制電路控制電路LREAL 0 AL1 RE邏輯門等效符號(hào)強(qiáng)調(diào)低