第三章邏輯門電路ppt課件

1、第三章 邏輯門電路1 邏輯門電路邏輯門電路2 TTL集成門電路集成門電路3 MOS集成門電路集成門電路1 邏輯門電路邏輯門電路門：具有開關(guān)作用。門：具有開關(guān)作用。門電路：具有控制信號(hào)通過或不通過能力的電路。門電路：具有控制信號(hào)通過或不通過能力的電路。一、器件的開關(guān)作用一、器件的開關(guān)作用開關(guān)特性開關(guān)特性體現(xiàn)開關(guān)作用體現(xiàn)開關(guān)作用靜態(tài)特性靜態(tài)特性轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換過程動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性理想開關(guān)特性理想開關(guān)特性Z0 短路、相當(dāng)開關(guān)閉合短路、相當(dāng)開關(guān)閉合Z 斷路、相當(dāng)開關(guān)斷開斷路、相當(dāng)開關(guān)斷開二、半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性二、半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性DRDUiV+開關(guān)作用開關(guān)作用D正偏正偏導(dǎo)通導(dǎo)通UD很小很小電路導(dǎo)通

2、電路導(dǎo)通 UD 0.7V,硅管硅管 UD 0.3V,鍺管鍺管D反偏反偏截止截止UD很大很大電路斷電路斷開開注注:講課如不特殊說明講課如不特殊說明,均以硅管為例均以硅管為例.動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性D正偏時(shí)，正偏時(shí)，PN結(jié)電阻較小。加上反結(jié)電阻較小。加上反壓后，形成較大的壓后，形成較大的I2；爾后，隨著結(jié)；爾后，隨著結(jié)電阻的增加，反向電流逐漸減小，直電阻的增加，反向電流逐漸減小，直至漏電流至漏電流Is。DRDUiV+iVt1V2VDIt1I2Iret21 . 0 IIs反向恢復(fù)過程反向恢復(fù)過程:反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間 tre闡明闡明: 轉(zhuǎn)換時(shí)間：截止轉(zhuǎn)換時(shí)間：截止導(dǎo)通導(dǎo)通 較小較小 導(dǎo)通導(dǎo)通截止較大截

3、止較大 故故D的開關(guān)時(shí)間以的開關(guān)時(shí)間以tre來衡量。來衡量。 Vi的最高頻率以的最高頻率以10 tre來取值。來取值。所需的時(shí)間。電流由,I 1 . 0RVI222三、半導(dǎo)體三極管的開關(guān)特性三、半導(dǎo)體三極管的開關(guān)特性開關(guān)作用開關(guān)作用10KVcc=5V1k Vo =30iVT截止截止飽和飽和放大放大Vbe Vbc反偏反偏， ibic 0，開關(guān)斷開。正偏反偏， ic ib， 線性放大。正偏正偏， ib Ibs ， 開關(guān)閉合。VVRRVIicesCccCcesccbsb7 . 0 , VV開關(guān)作用續(xù)）開關(guān)作用續(xù)）臨界飽和：臨界飽和：飽和系數(shù)：飽和系數(shù)：10KVcc=5V1k Y =30iVTbsbI

4、iB B越大，飽和越深；越大，飽和越深；反之飽和則淺反之飽和則淺VVRVIIicesCcescccbsb7 . 0 , VCcccbsbRIIi7 . 0V闡明：因闡明：因所以，臨界飽和電流是由外電路Rc決定的， Rc不同，臨界飽和電流是不一樣的。Vbc0 V 時(shí)，時(shí)，T處于臨界飽和處于臨界飽和例例1:計(jì)算圖示電路的臨界飽和電流。計(jì)算圖示電路的臨界飽和電流。 =30Vces=0.7VRbiVTRcReicibieVccVoeCcesccbscesccebsCbscescceeCsCeecesccsRRVVIVVRIRIVVRIRIRRIVVI）（）（即：解：11 cc動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性T從：從：

5、截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通 ，建立電荷需要時(shí)間，建立電荷需要時(shí)間 ton導(dǎo)通導(dǎo)通截止存儲(chǔ)電荷消散需要時(shí)間截止存儲(chǔ)電荷消散需要時(shí)間 toff 開關(guān)時(shí)間開關(guān)時(shí)間:闡明闡明: 轉(zhuǎn)換時(shí)間：截止轉(zhuǎn)換時(shí)間：截止導(dǎo)通導(dǎo)通 時(shí)間時(shí)間ton較小較小 導(dǎo)通導(dǎo)通截止時(shí)間截止時(shí)間toff較大較大 toff中中 ts占主要部分。占主要部分。max9 . 0cImax1 . 0cIdtrtstftcit0iVt0fsoffrdontttttt開啟 延時(shí) 上升封鎖 存儲(chǔ) 下降四、基本門電路四、基本門電路對(duì)應(yīng)三種基本邏輯運(yùn)算，有三種基本門電路二極管與門二極管與門D與門）與門）電路電路 5V A0V BFRD1D2Vcc5V）原理原理V

6、A VB VF D1 D20V 0V 0.7V 通通 通通0V 5V 0.7V 通通 止止5V 0V 0.7V 止止 通通5V 5V 5 V 止止 止止電路分析要求出輸入的電路分析要求出輸入的各種組合與輸出的關(guān)系各種組合與輸出的關(guān)系電位表：電位表：二極管與門二極管與門(續(xù)續(xù))VA VB VF D1 D20V 0V 0.7V 通通 通通0V 5V 0.7V 通通 止止5V 0V 0.7V 止止 通通5V 5V 5 V 止止 止止0低電位低電位1高電位高電位真值表真值表: A B F 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了與了與邏輯邏輯功能功能實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了與了與邏輯邏輯功能功能符號(hào)

7、符號(hào)ABF&國標(biāo)國標(biāo) 慣用慣用 國外國外ABFABF 二極管或門二極管或門D或門）或門）電路電路 5V A0V BFRD1D2原理原理VA VB VF D1 D20V 0V 0V 止止 止止0V 5V 4.3V 止止 通通5V 0V 4.3V 通通 止止5V 5V 4.3V 通通 通通電位表：電位表：0低電位低電位1高電位高電位真值表真值表: A B F 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了或了或邏輯邏輯功能功能實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了或了或邏輯邏輯功能功能符號(hào)符號(hào)國標(biāo)國標(biāo) 慣用慣用 國外國外FAB1ABFABF 晶體管非門晶體管非門 (反相器反相器)符號(hào)符號(hào)電路電路原理原理VA

8、 VF T0V 5V 止止5V 0.3V 通通電位表：電位表：真值表真值表: A F 0 1 1 0實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了非了非邏輯邏輯功能功能實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了非了非邏輯邏輯功能功能ARbRcVcc( 5V)FT國標(biāo)國標(biāo) 慣用慣用 國外國外FA1AFFA 復(fù)合門復(fù)合門把單級(jí)門電路級(jí)聯(lián)起來把單級(jí)門電路級(jí)聯(lián)起來,構(gòu)成復(fù)合門構(gòu)成復(fù)合門,如如:與非門、或非門等等。與非門、或非門等等。異或門YY與非門YABY或非門異或非門YYYY國標(biāo)國標(biāo) 慣用慣用 國外國外ABABABABABABABY&Y1Y=1Y=ABABABAB 正邏輯正邏輯 門電路的輸入、輸出電壓定義為：門電路的輸入、輸出電壓定義為： 負(fù)邏輯負(fù)邏輯闡明：

9、闡明： 前面所述基本門電路均以正邏輯定義。前面所述基本門電路均以正邏輯定義。 同一個(gè)邏輯門電路，在不同邏輯定義下，同一個(gè)邏輯門電路，在不同邏輯定義下， 實(shí)現(xiàn)的邏輯功能不同。實(shí)現(xiàn)的邏輯功能不同。 數(shù)字系統(tǒng)中，不是采用正邏輯就是采用數(shù)字系統(tǒng)中，不是采用正邏輯就是采用 負(fù)邏輯，而不能混合使用。負(fù)邏輯，而不能混合使用。 本書中采用正邏輯系統(tǒng)。本書中采用正邏輯系統(tǒng)。低電位低電位 0高電位高電位 1 門電路的輸入、輸出電壓定義為：門電路的輸入、輸出電壓定義為：低電位低電位 1高電位高電位 0五、邏輯約定五、邏輯約定正負(fù)邏輯約定舉例正負(fù)邏輯約定舉例VA VB VF D1 D20V 0V 0.7V 通通 通通

10、0V 5V 0.7V 通通 止止5V 0V 0.7V 止止 通通5V 5V 5 V 止止 止止正邏輯正邏輯 5V A0V BFRD1D2Vcc5V）電位表：電位表： A B F 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1負(fù)邏輯負(fù)邏輯 A B F 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0真值表真值表真值表真值表正與邏輯正與邏輯負(fù)或邏輯負(fù)或邏輯FABFAB等價(jià)等價(jià) 正負(fù)邏輯轉(zhuǎn)換只需了解）正負(fù)邏輯轉(zhuǎn)換只需了解）根據(jù)根據(jù):BAFBAFBAFABF 一個(gè)門的輸入和輸出同一個(gè)門的輸入和輸出同時(shí)取反，那么：時(shí)取反，那么： 正邏輯正邏輯負(fù)邏輯負(fù)邏輯目的：目的：方法：方法：從后往前的奇數(shù)級(jí)上，輸入、輸

11、出都取反，且與門或門，或門與門，即可化簡(jiǎn)電路?；?jiǎn)和轉(zhuǎn)換電路。Y&AB&CDEF正負(fù)邏輯轉(zhuǎn)換舉例正負(fù)邏輯轉(zhuǎn)換舉例HECDABY Y&AB&CDEF1.奇數(shù)級(jí)，前后取反2.相互抵消3.與門或門11Y&AB&CDEH11HCDEABEHECDABY )(2 TTL集成門電路集成門電路(與非門與非門) 二極管-晶體三極管邏輯門DTL）集 晶體三極管-晶體三極管邏輯門 （TTL）成 雙極型 射極耦合邏輯門 （ECL）邏 集成注入邏輯門電路 （ ）輯 N溝道MOS門 (NMOS)門 單極型(MOS型) P 溝道MOS門 (PMOS) 互補(bǔ)MOS門 (CMO

12、S)LI2集成門電路按開關(guān)元件分類集成門電路按開關(guān)元件分類集成：把晶體管、電阻、和導(dǎo)線等封裝在一個(gè)芯片上。集成：把晶體管、電阻、和導(dǎo)線等封裝在一個(gè)芯片上。一、電路一、電路CBAF+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC 多發(fā)射極多發(fā)射極輸入級(jí)輸入級(jí)中間中間倒相級(jí)倒相級(jí)推挽推挽輸出級(jí)輸出級(jí)輸入級(jí)由多發(fā)射極晶體管輸入級(jí)由多發(fā)射極晶體管T1和基極電組和基極電組R1組成，它組成，它實(shí)現(xiàn)了輸入變量實(shí)現(xiàn)了輸入變量A、B、C的與運(yùn)算。的與運(yùn)算。BFRD1D3Vcc5V）D2ACD4中間級(jí)是放大中間級(jí)是放大級(jí)，由級(jí)，由T2、R2和和R3組成，組成，T2的集電極的集電極C2和和發(fā)射極發(fā)

13、射極E2可以可以分提供兩個(gè)相分提供兩個(gè)相位相反的電壓位相反的電壓信號(hào)信號(hào)C2E2輸出級(jí)：由輸出級(jí)：由T3、T4、T5和和R4、R5組成，其中組成，其中T3、T4構(gòu)成構(gòu)成復(fù)合管，與復(fù)合管，與T5組成推拉式輸出組成推拉式輸出結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的負(fù)載能力。結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的負(fù)載能力?！?”1VVb1=0.3+0.7=1VVb1=0.3+0.7=1V三個(gè)三個(gè)PN結(jié)結(jié)導(dǎo)通需導(dǎo)通需2.1V+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1VVV 3.63.60.3二、工作原理二、工作原理T1T1深飽和深飽和T2T2截止截止T5T5截止截止1. 輸入有低電平輸入有低電平0.3V時(shí)時(shí)不足以讓不足以讓T2、

14、T5導(dǎo)通導(dǎo)通+5VFR4R2R13kR5T3T4T1b1c1ABC“0”1Vuouo=5-uR2-ube3-ube43.6V高電平！高電平！ 1. 輸入有低電平輸入有低電平0.3V時(shí)時(shí)(續(xù)續(xù))T1T1深飽和深飽和T2T2截止截止T5T5截止截止T3T3微飽和微飽和T4T4放大放大結(jié)論結(jié)論1:輸入有低時(shí)輸入有低時(shí),輸出為高輸出為高T1:T1:倒置倒置全飽和導(dǎo)通全飽和導(dǎo)通Vb1=2.1VVc1=1.4V全反偏全反偏 1V截止截止+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC 2. 輸入全為高電平輸入全為高電平3.6V時(shí)時(shí)2.1V1.4VT1管管:Ve1=3.6V Vb1=2.1

15、V Vc1=1.4VT1管在倒置工作狀態(tài)管在倒置工作狀態(tài)3.6VT2,T5管飽和導(dǎo)通,Vce2=0.3V所以:Vc2=1VT3:放大 Vb4=0.3V T4:截止0.3VT2:T2:飽和飽和T5:T5:飽和飽和T3:T3:放大放大T4:T4:截止截止放大放大+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC飽和飽和uF=0.3V 2. 輸入全為高電平輸入全為高電平3.6V時(shí)時(shí)(續(xù)續(xù))飽和飽和3.6VT1:T1:倒置倒置T2:T2:飽和飽和T5:T5:飽和飽和T3:T3:放大放大T4:T4:截止截止結(jié)論結(jié)論2:輸入全高時(shí)輸入全高時(shí),輸出為低輸出為低T5飽和,Vce5=0.3V工作原理小結(jié)工作原理

16、小結(jié):輸入有低電平輸入有低電平0.3V時(shí)時(shí) VF=3.6V2. 輸入全為高電平輸入全為高電平3.6V時(shí)時(shí) VF=0.3VT1:T1:倒置倒置T2:T2:飽和飽和T3:T3:放大放大T4:T4:截止截止T5:T5:飽和飽和T1T1深飽和深飽和T2T2截止截止T3T3微飽和微飽和T4T4放大放大T5T5截止截止CBAF3. 邏輯功能邏輯功能3. 輸入多發(fā)射極的作用輸入多發(fā)射極的作用 TTL集成門在輸入級(jí)采用晶體管多發(fā)射極，集成門在輸入級(jí)采用晶體管多發(fā)射極，其作用是其作用是:1.參數(shù)一致性好參數(shù)一致性好;2.縮小體積縮小體積;3.縮短縮短T2從飽和向截止的轉(zhuǎn)換時(shí)間從飽和向截止的轉(zhuǎn)換時(shí)間加速轉(zhuǎn)換過程。

17、加速轉(zhuǎn)換過程。 (即加速輸入由全即加速輸入由全“1”輸入有輸入有“0的轉(zhuǎn)換過程的轉(zhuǎn)換過程)輸入多發(fā)射極的作用續(xù)）輸入多發(fā)射極的作用續(xù)）+5V3.60.3FR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5b1c13.6VVc3.6V飽和飽和飽和飽和飽和到截止，基區(qū)電荷需要消散時(shí)間飽和到截止，基區(qū)電荷需要消散時(shí)間1V放大區(qū)放大區(qū)集電極電流集電極電流1.4V基區(qū)電荷迅速消散基區(qū)電荷迅速消散T2截止，截止，Vc2電壓升高，電壓升高，T3導(dǎo)通，做導(dǎo)通，做電壓跟隨電壓跟隨T4進(jìn)入放大。進(jìn)入放大。集電極電流加大，集電極電流加大，T5迅速截止迅速截止由于多發(fā)射極輸入級(jí)的存在，由于多發(fā)射極輸入級(jí)的存在，T1在轉(zhuǎn)換瞬間進(jìn)

18、入放大狀態(tài)，加速了在轉(zhuǎn)換瞬間進(jìn)入放大狀態(tài)，加速了T2的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，從而加速了整個(gè)電路的工作速度。的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，從而加速了整個(gè)電路的工作速度。VA=VB=輸出級(jí)采用推挽電路不僅提供比較大的帶負(fù)輸出級(jí)采用推挽電路不僅提供比較大的帶負(fù)載能力，而且在接容性負(fù)載的狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，可以載能力，而且在接容性負(fù)載的狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，可以產(chǎn)生比較大的充放電電流，產(chǎn)生陡峭的上升或下產(chǎn)生比較大的充放電電流，產(chǎn)生陡峭的上升或下降沿，也提高了整體電路的開關(guān)速度。降沿，也提高了整體電路的開關(guān)速度。4. 推挽輸出電路的作用推挽輸出電路的作用+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5“1”“1”“1”RL5V5V飽和飽和截止截止T5

19、T5深度飽和，集深度飽和，集電極電流可以全部用電極電流可以全部用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載。于驅(qū)動(dòng)負(fù)載。輸出電阻為輸出電阻為T5T5的的飽和飽和c-e c-e 電阻，阻值電阻，阻值很小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。很小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。輸出為低電平時(shí)：輸出為低電平時(shí)： 容性負(fù)載時(shí)容性負(fù)載時(shí), ,放電較快放電較快, ,形成陡峭的下降沿。形成陡峭的下降沿。RLRLCo輸出為高電平時(shí)：輸出為高電平時(shí)：+5VFR4R2R1T2R5R3T3T4T1T5“0”“1”“1”RL截止截止T4T4處在放大區(qū)，工處在放大區(qū)，工作在射極輸出狀態(tài)，作在射極輸出狀態(tài)，組成電壓跟隨器，跟組成電壓跟隨器，跟隨隨VCCVCC，輸出穩(wěn)定，帶，輸出穩(wěn)定，帶負(fù)載

20、能力強(qiáng)。負(fù)載能力強(qiáng)。 容性負(fù)載時(shí)容性負(fù)載時(shí), ,充電較快充電較快, ,形成陡峭的上升沿。形成陡峭的上升沿。CoTTLTTL集成電路的外特性：集成電路的外特性：電壓傳輸特性電壓傳輸特性 VO = f(Vi)VO = f(Vi)輸入輸入/ /輸出特性輸出特性VOH輸出高電平，輸出高電平，VOL輸出低電平，輸出低電平，VOFF關(guān)門電平，關(guān)門電平，VON開門電平：開門電平：VT門坎電平，門坎電平，噪聲容限：噪聲容限：VNH ，VNL。 輸入伏安特性輸入伏安特性 ii = fVi）輸入負(fù)載特性輸入負(fù)載特性 Vi = fRi）開門電阻開門電阻 RON，關(guān)門電阻，關(guān)門電阻 ROFF輸出特性輸出特性 Vo =

21、 f（ io ）輸出低電平，輸出低電平， 輸出高電平輸出高電平輸入短路電流輸入短路電流IIS 輸入漏電流輸入漏電流IIH灌電流灌電流 拉電流拉電流扇出系數(shù)扇出系數(shù)三、電壓傳輸特性三、電壓傳輸特性ViVo&VVVCC輸出電壓輸出電壓VOVO隨輸入電壓隨輸入電壓ViVi變化的關(guān)系曲線，即變化的關(guān)系曲線，即 VO = f(Vi)VO = f(Vi)。測(cè)試電路測(cè)試電路傳輸特性曲線傳輸特性曲線V0(V)Vi(V)1233.6VBCDE0.6V 1.4V0A 電壓傳輸特性電壓傳輸特性電壓傳輸特性分析電壓傳輸特性分析V0(V)Vi(V)1233.6VBCDE0.6V 1.4V0ABCBC段：線性區(qū)，

22、當(dāng)段：線性區(qū)，當(dāng)0.6VVi1.3V0.6VVi1.3V，0.7VV b20.7VV b21.4V1.4V時(shí)，時(shí)，T2T2開始導(dǎo)通，開始導(dǎo)通，T5T5仍截仍截止，止，VC2VC2隨隨Vb2Vb2升高而下降，經(jīng)升高而下降，經(jīng)T3T3、T4T4兩級(jí)射兩級(jí)射隨器使隨器使VOVO下降。下降。ABAB段：截止區(qū)段：截止區(qū), ,當(dāng)當(dāng)VI0.6VVI0.6V，Vb11.3VVb11.3V時(shí)，時(shí)，T2T2、T5T5截止，輸出高電平截止，輸出高電平VOH = 3.6VVOH = 3.6VCDCD段：轉(zhuǎn)機(jī)段：轉(zhuǎn)機(jī),Vi=1.4V,T2,Vi=1.4V,T2、T5T5飽和。飽和。DEDE段：飽和區(qū)段：飽和區(qū),Vi1

23、.4V,Vi1.4VVOVO0.3V0.3V幾個(gè)參數(shù)幾個(gè)參數(shù)VOH輸出高電平：輸出高電平：VOL輸出低電平：輸出低電平：與非門輸入有低時(shí)，與非門輸入有低時(shí)，Vo VOH 產(chǎn)品規(guī)范值產(chǎn)品規(guī)范值:VOH2.4V典典 型型 值值: VOH3.5V標(biāo)準(zhǔn)高電平標(biāo)準(zhǔn)高電平: VOH=VSH=2.4V與非門輸入全高時(shí)，與非門輸入全高時(shí)，Vo VOL 產(chǎn)品規(guī)范值產(chǎn)品規(guī)范值:VOL0.4V典典 型型 值值: VOL0.3V標(biāo)準(zhǔn)高低平標(biāo)準(zhǔn)高低平: VOL=VSL=0.4V1. VOH 和和 VOL都是對(duì)具體門輸出高、低電平電壓值都是對(duì)具體門輸出高、低電平電壓值的的 要求。要求。2.高電平表示一種狀態(tài)，低電平表示另

24、一種狀態(tài)，高電平表示一種狀態(tài)，低電平表示另一種狀態(tài)， 一種狀態(tài)對(duì)應(yīng)一定的電壓范圍，而不是一個(gè)固定值。一種狀態(tài)對(duì)應(yīng)一定的電壓范圍，而不是一個(gè)固定值。闡明：闡明：0V5V2.4VVSLVSH0.4V幾個(gè)參數(shù)續(xù)）幾個(gè)參數(shù)續(xù)）VOFF關(guān)門電平：關(guān)門電平：VON開門電平：開門電平：VT門坎電平：門坎電平：與非門在保證輸出為高電平時(shí)，與非門在保證輸出為高電平時(shí)，允許的最大輸入低電平值。允許的最大輸入低電平值。 VOFF0.8V與非門在保證輸出為低電平時(shí)，與非門在保證輸出為低電平時(shí)，允許的最小輸入高電平值。允許的最小輸入高電平值。 VON2 VVVVVOFFONT4 . 12此時(shí)輸入有低此時(shí)輸入有低此時(shí)輸入

25、全高此時(shí)輸入全高噪聲容限噪聲容限VSHVONVOFFVSLVNHVNL1100定義：定義：高電平噪聲容限高電平噪聲容限VNH VSH VON 2.420.4V低電平噪聲容限低電平噪聲容限VNL VOFF VSL 0.80.4V0.4V在保證輸出高、低電平性質(zhì)不變?cè)诒ＷC輸出高、低電平性質(zhì)不變的條件下，輸入電平的允許波動(dòng)的條件下，輸入電平的允許波動(dòng)范圍稱為輸入端噪聲容限。范圍稱為輸入端噪聲容限。四、輸入四、輸入/ /輸出特性輸出特性 輸入伏安特性：輸入電壓與輸入電流之間的關(guān)系曲線，輸入伏安特性：輸入電壓與輸入電流之間的關(guān)系曲線，即即ii = fVi）+5VR2R13kT2T1ViIR1Ii-1.4

26、mA1.4Vii3.6ViVIISIIH=50A測(cè)試電路測(cè)試電路特性曲線特性曲線輸入伏安特性輸入伏安特性(續(xù)續(xù)1) 輸入短路電流輸入短路電流IISVi = 0V時(shí)由輸入端流出的電流。時(shí)由輸入端流出的電流。 mA. K.RVVIbeCCIS413705 11+5VR2R13kT2T1ViIR1IiIIS-1.4mAVi = 01.4V時(shí)時(shí), IC1變化很小變化很小, Ii的絕對(duì)值也只略的絕對(duì)值也只略有減少。有減少。ii3.6ViV1.4V設(shè)定設(shè)定正方正方向向輸入有低輸入有低,T2截止。截止。輸入伏安特性輸入伏安特性(續(xù)續(xù)2)輸入漏電流輸入漏電流IIH輸入高電平電流）輸入高電平電流）+5VR2R1

27、3kT2T1ViIR1Ii-1.4mAIC1假定假定正方正方向向Vi = 3.6V時(shí)時(shí),由輸入端流入的電流。由輸入端流入的電流。IIH=50Aii3.6ViVIIS1.4VIIHVi 1.4V時(shí)時(shí), T2始始導(dǎo)通，導(dǎo)通，IC1迅速迅速增大增大 Ii迅速減迅速減小。小。= 3.6V輸入全高，輸入全高，T1倒置，倒置，Ii流入流入T1條件：前級(jí)輸出為條件：前級(jí)輸出為 低電平。低電平。R1T1+5V前級(jí)前級(jí)后級(jí)后級(jí)對(duì)前級(jí)而言，電流對(duì)前級(jí)而言，電流灌入，稱灌電流，灌入，稱灌電流，約約1.4mA（IIS）+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1 輸入伏安特性輸入伏安特性(續(xù)續(xù)3)灌電流灌電流R1T1+

28、5V前級(jí)前級(jí)后級(jí)后級(jí)反偏反偏+5VR4R2R5T3T4 拉電流拉電流輸入伏安特性輸入伏安特性(續(xù)續(xù)4)條件：前級(jí)輸出為條件：前級(jí)輸出為 高電平。高電平。對(duì)前級(jí)而言，電流對(duì)前級(jí)而言，電流流出，稱拉電流，流出，稱拉電流，約約50A （IIH）3.6V即輸入端通過電阻即輸入端通過電阻R接地時(shí)的特性接地時(shí)的特性輸入端輸入端“1”,“0”？+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC 輸入負(fù)載特性輸入負(fù)載特性ViRIVi1K），由于分布），由于分布電容電容Co的存在，電平高低變化時(shí)充放電較慢，影的存在，電平高低變化時(shí)充放電較慢，影響其工作速度。響其工作速度。NMOS管管驅(qū)動(dòng)管驅(qū)動(dòng)管

29、PMOS管管負(fù)載管負(fù)載管一、一、CMOS反相器反相器VDDAFSPDNGPVPVNDPSNGN漏極相連漏極相連做輸出端做輸出端PMOSPMOS管的襯底總是接到管的襯底總是接到電路的最高電位電路的最高電位NMOSNMOS管的襯底總是接到管的襯底總是接到電路的最低電位電路的最低電位柵 極 相 連柵 極 相 連做輸入端做輸入端電路電路A=1導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止V=0V即即F0VDDAFVPVN工作原理工作原理設(shè)設(shè)VDD10V，A1時(shí)，時(shí)，VA10V A0時(shí)，時(shí)，VA0 VVgsP=0 VVgsN=10 V工作原理續(xù)）工作原理續(xù)）A=0截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通V=10V即即F1VDDAFVPVN設(shè)設(shè)VDD10V，

30、A1時(shí)，時(shí)，VA10V A0時(shí)，時(shí)，VA0 VVgsP=10 VVgsN=0 VA VP VN F 0 導(dǎo)通導(dǎo)通 截止截止 1 1 截止截止 導(dǎo)通導(dǎo)通 0 結(jié)論：結(jié)論：VDDCDAB1/2VDD1/2VDDVDDOvOvIVTPVTN電壓傳輸特性電壓傳輸特性AB段：段：VP導(dǎo)通，導(dǎo)通， VN截止。截止。 VO=VOHVDDCD段：段： VN導(dǎo)通，導(dǎo)通， VP截止。截止。 VO=VOL0CMOS反相器的電壓傳輸特性接近反相器的電壓傳輸特性接近于理想的反相器。于理想的反相器。BC段：段： VP、VN都導(dǎo)通，都導(dǎo)通， VP 、VN內(nèi)阻變化，內(nèi)阻變化， VO= VDD0電壓電流傳輸特性電壓電流傳輸特性

31、)( , )(iDioVfiVfVVDDAFVPVN電流傳輸特性：電流傳輸特性：ABCD1/2VDDVDDvIiDOVTN VTPAB段、段、CD段：段： 曲線對(duì)應(yīng)曲線對(duì)應(yīng)VP、VN中只中只有一管導(dǎo)通的情況，有一管導(dǎo)通的情況，CMOS管截止?fàn)顟B(tài)的漏極管截止?fàn)顟B(tài)的漏極電流極小，接近于零。電流極小，接近于零。BC段：段： VP、VN兩管都導(dǎo)通，兩管都導(dǎo)通，工作在飽和區(qū)放大狀工作在飽和區(qū)放大狀態(tài)），態(tài)），VI=1/2VDD時(shí)電阻時(shí)電阻最小，電流達(dá)到最大值。最小，電流達(dá)到最大值。思索：思索：圖示電路中，輸入端圖示電路中，輸入端A具有怎樣的邏輯值。具有怎樣的邏輯值。（1？或？或 0？）？）VDDAFRV

32、PVN二、二、CMOS與非門與非門VDDVP2VP1VN2VN1ABF電路電路負(fù)載管并聯(lián)負(fù)載管并聯(lián)驅(qū)動(dòng)管串聯(lián)驅(qū)動(dòng)管串聯(lián)工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABFA=0,B=0:設(shè)設(shè)VDD10V，AB1時(shí)，時(shí)，VAVB10V AB0時(shí)，時(shí)，VAVB0 VVgsP1= VgsP2 = 10 VVgsN1= VgsN2 = 0 VVN1、VN2：截止：截止VP1、VP2：導(dǎo)：導(dǎo)通通F=1001工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABF設(shè)設(shè)VDD10V，AB1時(shí)，時(shí)，VAVB10V AB0時(shí)，時(shí)，VAVB0 VA=0,B=0:VN1、VN2：截止：截止VP1、VP2：導(dǎo)：導(dǎo)通通F=

33、1A=0,B=1:VN1、VP2：截止：截止VP1、VN2：導(dǎo)：導(dǎo)通通F=1011工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABF設(shè)設(shè)VDD10V，AB1時(shí)，時(shí)，VAVB10V AB0時(shí)，時(shí)，VAVB0 VA=0,B=0:VN1、VN2：截止：截止VP1、VP2：導(dǎo)：導(dǎo)通通F=1A=0,B=1:VN1、VP2：截止：截止VP1、VN2：導(dǎo)：導(dǎo)通通F=1101A=1,B=0:VP1、VN2：截止：截止VN1、VP2：導(dǎo)：導(dǎo)通通F=1工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABF設(shè)設(shè)VDD10V，AB1時(shí)，時(shí)，VAVB10V AB0時(shí)，時(shí)，VAVB0 V110A=0,B=0:VN1、VN

34、2：截止：截止VP1、VP2：導(dǎo)：導(dǎo)通通F=1A=0,B=1:VN1、VP2：截止：截止VP1、VN2：導(dǎo)：導(dǎo)通通F=1A=1,B=0:VP1、VN2：截止：截止VN1、VP2：導(dǎo)：導(dǎo)通通F=1A=1,B=1:VP1、VP2：截止：截止VN1、VN2：導(dǎo)：導(dǎo)通通F=0工作原理續(xù)）工作原理續(xù)）_ABY 邏輯關(guān)系邏輯關(guān)系:A B VP1 VP2 VN1 VN2 F 0 0 導(dǎo)通 導(dǎo)通 截止 截止 10 1 導(dǎo)通 截止 截止 導(dǎo)通 1 0 截止 導(dǎo)通 導(dǎo)通 截止 11 1 截止 截止 導(dǎo)通 導(dǎo)通 0負(fù)載管負(fù)載管驅(qū)動(dòng)管驅(qū)動(dòng)管三、三、CMOS或非門或非門電路電路VDDVP2VP1VN2VN1ABF負(fù)載管

35、串聯(lián)負(fù)載管串聯(lián)驅(qū)動(dòng)管并聯(lián)驅(qū)動(dòng)管并聯(lián)工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABF設(shè)設(shè)VDD10V，AB1時(shí)，時(shí)，VAVB10V AB0時(shí)，時(shí)，VAVB0 VA=0,B=0:VP1、VP2：導(dǎo)：導(dǎo)通通F=1VN1、VN2：截止：截止VgsN1= VgsN2 = 0 VVgsP1= VgsP2 = 10 V001工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABF設(shè)設(shè)VDD10V，AB1時(shí)，時(shí)，VAVB10V AB0時(shí)，時(shí)，VAVB0 VA=0,B=0:VP1、VP2：導(dǎo)：導(dǎo)通通F=1VN1、VN2：截：截止止010A=0,B=1:VN1、VP2：截止：截止VP1、VN2：導(dǎo)通：導(dǎo)通F=0工

36、作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABF設(shè)設(shè)VDD10V，AB1時(shí)，時(shí)，VAVB10V AB0時(shí)，時(shí)，VAVB0 V100A=0,B=0:VP1、VP2：導(dǎo)：導(dǎo)通通F=1VN1、VN2：截：截止止A=0,B=1:VN1、VP2：截止：截止VP1、VN2：導(dǎo)通：導(dǎo)通F=0A=1,B=0:F=0VP1、VN2：截止：截止VN1、VP2：導(dǎo)通：導(dǎo)通工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABF設(shè)設(shè)VDD10V，AB1時(shí)，時(shí)，VAVB10V AB0時(shí)，時(shí)，VAVB0 V110A=0,B=0:VP1、VP2：導(dǎo)：導(dǎo)通通F=1VN1、VN2：截：截止止A=0,B=1:VN1、VP2：截止：

37、截止VP1、VN2：導(dǎo)通：導(dǎo)通F=0A=1,B=0:F=0VP1、VN2：截止：截止VN1、VP2：導(dǎo)通：導(dǎo)通A=1,B=1:VP1、VP2：截止：截止VN1、VN2：導(dǎo)通：導(dǎo)通F=0工作原理續(xù)）工作原理續(xù)）_BAY邏輯關(guān)系邏輯關(guān)系:A B VP1 VP2 VN1 VN2 F 0 0 導(dǎo)通 導(dǎo)通 截止 截止 10 1 導(dǎo)通 截止 截止 導(dǎo)通 0 0 截止 導(dǎo)通 導(dǎo)通 截止 01 1 截止 截止 導(dǎo)通 導(dǎo)通 0負(fù)載管負(fù)載管驅(qū)動(dòng)管驅(qū)動(dòng)管四、四、CMOS傳輸門傳輸門(TG) 由兩個(gè)對(duì)稱的由兩個(gè)對(duì)稱的MOS管組成。傳管組成。傳輸模擬信號(hào)的模擬開關(guān)：輸模擬信號(hào)的模擬開關(guān)：VOVI+5V-5VVPVNCC

38、vIvOvIvOCCTG1. 電路電路柵極柵極g）：控制端）：控制端源極源極S）：輸入）：輸入漏極漏極D）：輸出）：輸出符號(hào)：符號(hào)：ggSD工作原理工作原理 C=5V , C= +5V:所以：所以：VP，VN都截止。即：都截止。即： VI無論如何變化，無論如何變化，VI, VO 之間呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，傳輸門斷開。之間呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，傳輸門斷開。設(shè)設(shè): VI5V 5VTNgsNVVVV100)55(5TPgsPVVVV010)55(55V5V+5V-5VVPVNCCvIvOgsgVP : VGSP VTP=2VVN : VGSN VTN =2V導(dǎo)通條件導(dǎo)通條件工作原理續(xù)工作原理續(xù)1） C=5V , C

39、= 5V:設(shè)設(shè): VI5V 5VVVVgsN010)55(5VVVgsP100)55(55V5VVV210 VV02 VN VN 導(dǎo)通導(dǎo)通VN VN 截止截止VV20VV102VP VP 截截止止VP VP 導(dǎo)通導(dǎo)通VI5V 3VVI3V 5VVI5V 3VVI 3V 5V+5V-5VVPVNCCvIvOgsgVP : VGSP VTP=2VVN : VGSN VTN =2V導(dǎo)通條件導(dǎo)通條件導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止3V 5V 5V截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通5V 3V5V工作原理續(xù)工作原理續(xù)2）vIvI0VN管管VP管管結(jié)論：結(jié)論： C=5V , C= 5V時(shí)，在時(shí)，在vI 5V 5V范圍內(nèi)，范圍內(nèi)， VN和和V

40、P 總有一個(gè)管子導(dǎo)通，所以總有一個(gè)管子導(dǎo)通，所以 VOVI 。3. CMOS雙向模擬開關(guān)雙向模擬開關(guān)TGCvI/vOvO/vICvI/vOvO/vISW由由CMOS反相器和反相器和 CMOS傳輸門組成傳輸門組成MOS管結(jié)構(gòu)對(duì)稱，漏極和管結(jié)構(gòu)對(duì)稱，漏極和源極可以互換源極可以互換,CMOS具有雙具有雙向傳輸特性。向傳輸特性。功能：功能： C1時(shí)，傳輸門導(dǎo)通，時(shí)，傳輸門導(dǎo)通， 內(nèi)阻內(nèi)阻 R1K。 C0時(shí)，傳輸門截止，時(shí)，傳輸門截止， 內(nèi)阻內(nèi)阻 R109。1運(yùn)用：雙向傳輸模擬信號(hào)。運(yùn)用：雙向傳輸模擬信號(hào)。五、五、CMOSCMOS系列器件系列器件4000系列系列 :基本基本CMOS門電路門電路4000B

41、 / 4500 / 5000 系列系列 :改進(jìn)改進(jìn)CMOS門電路門電路74HC/74HCT系列系列 :高速高速CMOS門電路，引腳與門電路，引腳與TTL兼容兼容Bi-CMOS (74BCT)系列門電路系列門電路: 輸入部分使用輸入部分使用CMOS電路，輸出部分使用電路，輸出部分使用TTL電路，同時(shí)具有電路，同時(shí)具有CMOS門電路的低功耗和門電路的低功耗和TTL電路的高速度，兼容電路的高速度，兼容TTL門電路，傳輸延門電路，傳輸延遲可以低到遲可以低到1ns以下。以下。CC4011 中國造MC4011 美,摩托羅拉CD4011 美,無線電公司HD4011 日,日立公司（4011：2輸入端4與非門）

42、六、邏輯門電路應(yīng)用中的幾個(gè)問題接口的原則：接口的原則：無論何種門電路互連，都需要滿足電壓和電流的接口條件。無論何種門電路互連，都需要滿足電壓和電流的接口條件。驅(qū)動(dòng)門驅(qū)動(dòng)門(前前) 負(fù)載門負(fù)載門(后后)電壓接口電壓接口電流接口電流接口VOH VIH VOL nIIL 灌電灌電流流IOH nIIH 拉電拉電流流1. CMOS門電路與門電路與TTL門電路的接口門電路的接口以上數(shù)據(jù)是在以上數(shù)據(jù)是在VCC=VDD=+5V時(shí)的值時(shí)的值可以看出在可以看出在TTL門驅(qū)動(dòng)門驅(qū)動(dòng)CMOS門時(shí)門時(shí)VOH(TTL)VIH(CMOS),電壓不匹配，其他情況的電壓都電壓不匹配，其他情況的電壓都是匹配的。是匹配的。CMOS門驅(qū)動(dòng)門驅(qū)動(dòng)TTL門時(shí)，門時(shí)，IOL(CMOS)VCC時(shí)時(shí)ROC門門CMOS門門3加晶體管驅(qū)動(dòng)加晶體管驅(qū)動(dòng)VDDVCCR4R5T3T4T5RCRbTT：采用：采用NPN管，管，100RC：5001.5K Rb ： 4.7K 10K CMOS門驅(qū)動(dòng)門驅(qū)動(dòng)TTL門門IOL(