數(shù)字電子電路技術(shù)二極管三極管的開關(guān)特性基本邏輯門電路資料

1、2022-5-11數(shù)字電子電路技術(shù)Digital Electronic Technology 2022-5-12 2022-5-13請回憶實現(xiàn)與、或、非邏輯的開關(guān)電路形式？它們有何共同特點？開關(guān)電路與邏輯電路是如何聯(lián)系起來的？2022-5-14 數(shù)字電路中的晶體二極管、三極管和MOS管工作在開關(guān)狀態(tài)。導(dǎo)通狀態(tài)：相當于開關(guān)閉合截止狀態(tài)：相當于開關(guān)斷開。邏輯變量兩狀態(tài)開關(guān)： 在邏輯代數(shù)中邏輯變量有兩種取值：0和1；電子開關(guān)有兩種狀態(tài)：閉合、斷開。半導(dǎo)體二極管、三極管和MOS管，則是構(gòu)成這種電子開關(guān)的基本開關(guān)元件。2022-5-15 (1) 靜態(tài)特性： 斷開時，開關(guān)兩端的電壓不管多大，等效電阻ROF

2、F = 無窮，電流IOFF = 0。 閉合時，流過其中的電流不管多大，等效電阻RON = 0，電壓UAK = 0。 (2) 動態(tài)特性：開通時間 ton = 0 關(guān)斷時間 toff = 0 理想開關(guān)的開關(guān)特性： 2022-5-16客觀世界中，沒有理想開關(guān)。乒乓開關(guān)、繼電器、接觸器等的靜態(tài)特性十分接近理想開關(guān)，但動態(tài)特性很差，無法滿足數(shù)字電路一秒鐘開關(guān)幾百萬次乃至數(shù)千萬次的需要。半導(dǎo)體二極管、三極管和MOS管做為開關(guān)使用時，其靜態(tài)特性不如機械開關(guān)，但動態(tài)特性很好。2022-5-172.1.1 二極管的開關(guān)特性 靜態(tài)特性及開關(guān)等效電路正向?qū)〞rUD(ON)0.7V（硅） 0.3V（鍺）RD幾 幾十相

3、當于開關(guān)閉合 圖2-1 二極管的伏安特性曲線2022-5-18反向截止時反向飽和電流極小反向電阻很大（約幾百k）相當于開關(guān)斷開圖2-1 二極管的伏安特性曲線2022-5-19圖2-2 二極管的開關(guān)等效電路(a) 導(dǎo)通時 (b) 截止時圖2-1 二極管的伏安特性曲線開啟電壓理想化伏安特性曲線2022-5-1102. 動態(tài)特性：若輸入信號頻率過高，二極管會雙向?qū)?，失去單向?qū)щ娮饔?。因此高頻應(yīng)用時需考慮此參數(shù)。二極管從截止變?yōu)閷?dǎo)通和從導(dǎo)通變?yōu)榻刂苟夹枰欢ǖ臅r間。通常后者所需的時間長得多。 反向恢復(fù)時間tre ：二極管從導(dǎo)通到截止所需的時間。一般為納秒數(shù)量級（通常tre 5ns ）。2022-5-

4、1112.1.2 三極管的開關(guān)特性 1. 靜態(tài)特性及開關(guān)等效電路在數(shù)字電路中，三極管作為開關(guān)元件，主要工作在飽和和截止兩種開關(guān)狀態(tài)，放大區(qū)只是極短暫的過渡狀態(tài)。圖2-3三極管的三種工作狀態(tài)（a）電路 （b）輸出特性曲線2022-5-112開關(guān)等效電路(1) 截止狀態(tài) 條件：發(fā)射結(jié)反偏特點：電流約為0 2022-5-113(2)飽和狀態(tài)條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏特點：UBES=0.7V，UCES=0.3V/硅2022-5-114圖2-4三極管開關(guān)等效電路(a) 截止時 (b) 飽和時2022-5-1152. 三極管的開關(guān)時間（動態(tài)特性）圖2-5 三極管的開關(guān)時間 開啟時間ton 上升時間tr延

5、遲時間td關(guān)閉時間toff下降時間tf存儲時間ts2022-5-116(1) 開啟時間ton 三極管從截止到飽和所需的時間。ton = td +tr td ：延遲時間 tr ：上升時間(2) 關(guān)閉時間toff 三極管從飽和到截止所需的時間。toff = ts +tf ts ：存儲時間（幾個參數(shù)中最長的；飽和越深越長）tf ：下降時間toff ton 。開關(guān)時間一般在納秒數(shù)量級。高頻應(yīng)用時需考慮。2022-5-117門電路的概念： 實現(xiàn)基本和常用邏輯運算的電子電路，叫邏輯門電路。實現(xiàn)與運算的叫與門，實現(xiàn)或運算的叫或門，實現(xiàn)非運算的叫非門，也叫做反相器，等等。分立元件門電路和集成門電路: 分立元件

6、門電路：用分立的元件和導(dǎo)線連接起來構(gòu)成的門電路。簡單、經(jīng)濟、功耗低，負載差。 集成門電路：把構(gòu)成門電路的元器件和連線都制作在一塊半導(dǎo)體芯片上，再封裝起來，便構(gòu)成了集成門電路?，F(xiàn)在使用最多的是CMOS和TTL集成門電路。2022-5-1182.2.1 二極管與門電路 電路工作原理A、B為輸入信號 （+3V或0V）F 為輸出信號 VCC+12V表2-1電路輸入與輸出電壓的關(guān)系A(chǔ)BF0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V2022-5-119用邏輯1 1表示高電平（此例為+3V+3V）用邏輯0 0表示低電平（此例為0.7V0.7V）ABF0V0V0.7V0V3V0.7V3V0

7、V0.7V3V3V3.7V3. 邏輯賦值并規(guī)定高低電平4. 真值表ABF000010100111表2-2 二極管與門的真值表A A、B B全1，F(xiàn) F才為1?？梢妼崿F(xiàn)了與邏輯2022-5-120邏輯符號工作波形(又一種表示邏輯功能的方法）邏輯表達式FA B圖2-6 二極管與門（a）電路 （b）邏輯符號 （c）工作波形2022-5-121 2.2.2 二極管或門電路 電路工作原理電路輸入與輸出電壓的關(guān)系A(chǔ)BF0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3VA、B為輸入信號（+3V或0V）F為輸出信號 2022-5-1224. 真值表ABF0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3

8、V3V2.3V可見實現(xiàn)了或邏輯3. 邏輯賦值并規(guī)定高低電平用邏輯1 1表示高電平（此例為+2.3V+2.3V）用邏輯0 0表示低電平（此例為0V0V）ABF000011101111A A、B B有1，F(xiàn) F就1。表2-2 二極管或門的真值表2022-5-123圖2-7 二極管或門（a）電路 （b）邏輯符號 （c）工作波形邏輯符號工作波形邏輯表達式FA+ B2022-5-124 2.2.3 關(guān)于高低電平的概念及狀態(tài)賦值 電位指絕對電壓的大?。浑娖街敢欢ǖ碾妷悍秶?。 高電平和低電平：在數(shù)字電路中分別表示兩段電壓范圍。 例：上面二極管與門電路中規(guī)定高電平為3V，低電平0.7V。 又如，TTL電路中，

9、通常規(guī)定高電平的額定值為3V，但從2V到5V都算高電平；低電平的額定值為0.3V，但從0V到0.8V都算作低電平。關(guān)于高低電平的概念 2022-5-1252. 邏輯狀態(tài)賦值 在數(shù)字電路中，用邏輯0和邏輯1分別表示輸入、輸出高電平和低電平的過程稱為邏輯賦值。 經(jīng)過邏輯賦值之后可以得到邏輯電路的真值表，便于進行邏輯分析。2022-5-126 2.2.4 非門（反相器） 圖2-8 非門(a) 電路 （b）邏輯符號電路工作原理A、B為輸入信號 （+3.6V或0.3V）F為輸出信號 AF0.3V+VCC3.6V0.3V2022-5-1273. 邏輯賦值并規(guī)定高低電平用邏輯1 1表示高電平（此例為+3.6

10、V+3.6V）用邏輯0 0表示低電平（此例為0.3V0.3V）4. 真值表AF0.3V+VCC3.6V0.3VAF0110表2-4 三極管非門的真值表A與F相反可見實現(xiàn)了非邏輯Y=A2022-5-128正邏輯體系：用1表示高電平，用0表示低電平。負邏輯體系：用1表示低電平，用0表示高電平。 正負邏輯的規(guī)定 正負邏輯的轉(zhuǎn)換對于同一個門電路，可以采用正邏輯，也可以采用負邏輯。 本書若無特殊說明，一律采用正邏輯體制。 同一個門電路，對正、負邏輯而言，其邏輯功能是不同的。2022-5-129ABF0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V正與門相當于負或門二極管與門電路用正邏輯A

11、BF000010100111正與門用負邏輯負或門ABF1111010110002022-5-130 2022-5-131什么是高電平？什么是低電平？什么是狀態(tài)賦值？什么是正邏輯？什么是負邏輯？二極管與門、或門有何優(yōu)點和缺點？2022-5-132TTL集成邏輯門電路的輸入和輸出結(jié)構(gòu)均采用半導(dǎo)體三極管，所以稱晶體管晶體管邏輯門電路，簡稱TTL電路。TTL電路的基本環(huán)節(jié)是反相器。簡單了解TTL反相器的電路及工作原理，重點掌握其特性曲線和主要參數(shù)（應(yīng)用所需知識）。2022-5-1332.3.1 TTL反相器的工作原理1. 電路組成圖2-9 TTL反相器的基本電路 2022-5-134(1) 輸入級NP

12、N當輸入低電平時， uI=0.3V，發(fā)射結(jié)正向?qū)ǎ?uB1=1.0V當輸入高電平時， uI=3.6V，發(fā)射結(jié)受后級電路的影響將反向截止。 uB1由后級電路決定。NNP2022-5-135(2) 中間級反相器VT2實現(xiàn)非邏輯反相輸出同相輸出向后級提供反相與同相輸出。輸入高電 壓時飽和輸入低電壓時截止2022-5-136(3) 輸出級（推拉式輸出） VT3為射極跟隨器低輸入高輸入飽和截止低輸入高輸入截止導(dǎo)通2022-5-1372. 工作原理（1）當輸入高電平時， uI=3.6V，VT1處于倒置工作狀態(tài)，集電結(jié)正偏，發(fā)射結(jié)反偏，uB1=0.7V3=2.1V，VT2和VT4飽和，輸出為低電平uO=0

13、.3V。2.1V0.3V3.6V2022-5-138（2） 當輸入低電平時， uI=0.3V，VT1發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，uB1=0.3V+0.7V=1V，VT2和VT4均截止，VT3和VD導(dǎo)通。輸出高電平uO =VCC -UBE3-UD5V-0.7V-0.7V=3.6V1V3.6V0.3V2022-5-139 (3) 采用推拉式輸出級利于提高開關(guān)速度和負載能力 VT3組成射極輸出器，優(yōu)點是既能提高開關(guān)速度，又能提高負載能力。 當輸入高電平時，VT4飽和，uB3=uC2=0.3V+0.7V=1V，VT3和VD截止，VT4的集電極電流可以全部用來驅(qū)動負載。 當輸入低電平時，VT4截止，VT3導(dǎo)通(為射極輸

14、出器)，其輸出電阻很小，帶負載能力很強。 可見，無論輸入如何，VT3和VT4總是一管導(dǎo)通而另一管截止。 這種推拉式工作方式，帶負載能力很強。 2022-5-1402.3.2 TTL反相器的電壓傳輸特性及參數(shù) 電壓傳輸特性：輸出電壓uO與輸入電壓uI的關(guān)系曲線。圖2-10 TTL反相器電路的電壓傳輸特性截止區(qū)線性區(qū)轉(zhuǎn)折區(qū)飽和區(qū)VT4截止，稱關(guān)門VT4飽和，稱開門2022-5-1412. 結(jié)合電壓傳輸特性介紹幾個參數(shù) (1) 輸出高電平UOH 典型值為3V。(2) 輸出低電平UOL 典型值為0.3V。2022-5-142(3) 開門電平UON一般要求UON1.8V(4) 關(guān)門電平UOFF一般要求U

15、OFF0.8V 在保證輸出為額定低電平的條件下，允許的最小輸入高電平的數(shù)值，稱為開門電平UON。在保證輸出為額定高電平的條件下，允許的最大輸入低電平的數(shù)值，稱為關(guān)門電平UOFF。UOFFUON2022-5-143(5) 閾值電壓UTH 電壓傳輸特性曲線轉(zhuǎn)折區(qū)中點所對應(yīng)的uI值稱為閾值電壓UTH（又稱門檻電平）。通常UTH1.4V。 (6) 噪聲容限（ UNL和UNH ） 噪聲容限也稱抗干擾能力，它反映門電路在多大的干擾電壓下仍能正常工作。 UNL和UNH越大，電路的抗干擾能力越強。2022-5-144UOFFUNLUILUONUNHUIH2022-5-145 低電平噪聲容限（低電平正向干擾范圍

16、） UNL=UOFF-UIL UIL為電路輸入低電平的典型值（0.3V） 若UOFF=0.8V，則有 UNL=0.8-0.3=0.5 (V) 高電平噪聲容限（高電平負向干擾范圍）UNH = UIH - UON UIH為電路輸入高電平的典型值（3V） 若UON=1.8V，則有 UNH = 3-1.8 =1.2 (V)2022-5-1462.3.3 TTL反相器的輸入特性和輸出特性 1. 輸入伏安特性輸入電壓和輸入電流之間的關(guān)系曲線。圖2-11 TTL反相器的輸入伏安特性（a）測試電路 （b）輸入伏安特性曲線2022-5-147 兩個重要參數(shù)： (1) 輸入短路電流IIS當uI = 0V時，iI從

17、輸入端流出。 iI =(VCCUBE1)/R1 =(50.7)/4 1.1mA(2) 高電平輸入電流IIH 當輸入為高電平時，VT1的發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)正偏，處于倒置工作狀態(tài)，倒置工作的三極管電流放大系數(shù)反很小(約在0.01以下)，所以 iI = IIH =反 iB2 IIH很小，約為10A左右。2022-5-148圖2-12 輸入負載特性曲線 （a）測試電路 （b）輸入負載特性曲線 TTL反相器的輸入端對地接上電阻RI 時，uI隨RI 的變化而變化的關(guān)系曲線。2. 輸入負載特性2022-5-149在一定范圍內(nèi)，uI隨RI的增大而升高。但當輸入電壓uI達到1.4V以后，uB1 = 2.1V，R

18、I增大，由于uB1不變，故uI = 1.4V也不變。這時VT2和VT4飽和導(dǎo)通，輸出為低電平。虛框內(nèi)為TTL反相器的部分內(nèi)部電路 2022-5-150RI 不大不小時，工作在線性區(qū)或轉(zhuǎn)折區(qū)。RI 較小時，關(guān)門，輸出高電平；RI 較大時，開門，輸出低電平；ROFFRONRI 懸空時？2022-5-151(1) 關(guān)門電阻ROFF 在保證門電路輸出為額定高電平的條件下，所允許RI 的最大值稱為關(guān)門電阻。典型的TTL門電路ROFF 0.7k。 (2) 開門電阻RON 在保證門電路輸出為額定低電平的條件下，所允許RI 的最小值稱為開門電阻。典型的TTL門電路RON 2k。 數(shù)字電路中要求輸入負載電阻RI

19、 RON或RI ROFF ，否則輸入信號將不在高低電平范圍內(nèi)。振蕩電路則令 ROFF RI RON使電路處于轉(zhuǎn)折區(qū)。2022-5-1523. 輸出特性 指輸出電壓與輸出電流之間的關(guān)系曲線。(1) 輸出高電平時的輸出特性負載電流iL不可過大，否則輸出高電平會降低。圖2-13 輸出高電平時的輸出特性（a）電路 （b）特性曲線拉電流負載2022-5-153圖2-14輸出低電平時的輸出特性（a）電路 （b）特性曲線(2) 輸出低電平時的輸出特性負載電流iL不可過大，否則輸出低電平會升高。一般灌電流在20 mA以下時，電路可以正常工作。典型TTL門電路的灌電流負載為12.8 mA。 灌電流負載2022-

20、5-154 2.3.4 TTL反相器的其它參數(shù) 1. 平均傳輸延遲時間tpd 平均傳輸延遲時間tpd表征了門電路的開關(guān)速度。 tpd = （tpLH +tpHL）/2 圖2-15 TTL反相器的平均延遲時間 2022-5-1552 TTL門電路主要參數(shù)的典型數(shù)據(jù)表2-5 74系列TTL門電路主要參數(shù)的典型數(shù)據(jù)參 數(shù) 名 稱典 型 數(shù) 據(jù) 導(dǎo)通電源電流 ICCL 10 mA 截止電源電流 ICCH 5 mA 輸出高電平 UOH 3 V 輸出低電平 UOL 0.35 V 輸入短路電流 IIS 2.2 mA 輸入漏電流 IIH 70A 開門電平 UON 1.8 V 關(guān)門電平 UOFF 0.8 V 平

21、均傳輸時間 tpd 30 ns2022-5-156 2022-5-157TTL反相器的電壓傳輸特性有哪幾個區(qū)？TTL反相器主要有哪些特性？TTL反相器的主要參數(shù)有哪些？2022-5-1582.4.1 TTL與非門 每一個發(fā)射極能各自獨立形成正向偏置的發(fā)射結(jié)，并可使三極管進入放大或飽和區(qū)。圖2-16 多發(fā)射極三極管 1TTL與非門的電路結(jié)構(gòu)及工作原理 有0.3V箝位于1.0V全為3.6V集電結(jié)導(dǎo)通2022-5-159圖2-17三輸入TTL與非門電路(a)電路 (b) 邏輯符號全1輸出0有0輸出11V 2.1V2022-5-160 為了提高工作速度，降低功耗，提高抗干擾能力，各生產(chǎn)廠家對門電路作了

22、多次改進。74系列與54系列的電路具有完全相同的電路結(jié)構(gòu)和電氣性能參數(shù)。其不同之處見下表所示。 系列參數(shù)74系列54系列工作環(huán)境溫度070OC-55125OC電源電壓工作范圍5V5%5V10%2022-5-161表2-6 不同系列TTL門電路的比較 系列參數(shù)54/74標準54H/74H高速54S/74S肖特基tpd/ns1064P/門/mw1022.520 系列參數(shù)54LS/74LS低功耗肖特基54ALS/74ALS低功耗肖特基高速tpd/ns104P/門/mw21 其中LS系列的綜合性能(功耗延遲積)較優(yōu)，價格較ALS系列優(yōu)越，因此得到了較廣的應(yīng)用。 2022-5-162對于不同系列的TTL

23、器件，只要器件型號的后幾位數(shù)碼一樣，則它們的邏輯功能、外形尺寸、引腳排列就完全相同。例如，7420、74H20、74S20、74LS20都是四輸入雙與非門，都采用14條引腳雙列直插式封裝，而且各引腳的位置也是相同的。2022-5-1632.4.2 集電極開路門（OC門）為何要采用集電極開路門呢？推拉式輸出電路結(jié)構(gòu)存在局限性。首先，輸出端不能并聯(lián)使用。若兩個門的輸出一高一低，當兩個門的輸出端并聯(lián)以后，必然有很大的電流同時流過這兩個門的輸出級，而且電流的數(shù)值遠遠超過正常的工作電流，可能使門電路損壞。而且，輸出端也呈現(xiàn)不高不低的電平，不能實現(xiàn)應(yīng)有的邏輯功能。 2022-5-164圖2-18推拉式輸出

24、級并聯(lián)的情況01很大的電流不高不低的電平：1/0?2022-5-165 其次，在采用推拉式輸出級的門電路中，電源一經(jīng)確定（通常規(guī)定為5V），輸出的高電平也就固定了（不可能高于電源電壓5V），因而無法滿足對不同輸出高電平的需要。 集電極開路門（簡稱OC門）就是為克服以上局限性而設(shè)計的一種TTL門電路。 2022-5-166 (1)電路結(jié)構(gòu)：輸出級是集電極開路的。 1集電極開路門的電路結(jié)構(gòu) (2)邏輯符號：用“”表示集電極開路。圖2-19 集電極開路的TTL與非門（a）電路 （b）邏輯符號集電極開路2022-5-167(3)工作原理：當VT3飽和，輸出低電平UOL0.3V；當VT3截止，由外接電源

25、E通過外接上拉電阻提供高電平UOHE。因此， OC門電路必須外接電源和負載電阻，才能提供高電平輸出信號。2022-5-168(1) OC門的輸出端并聯(lián)，實現(xiàn)線與功能。 RL為外接負載電阻。圖2-20 OC門的輸出端并聯(lián)實現(xiàn)線與功能 Y1Y2Y000010100111CDABCDABYYY212022-5-169圖2-21用OC門實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換的電路 （2）用OC門實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換2022-5-1702.4.3 三態(tài)輸出門電路（TS門）三態(tài)門電路的輸出有三種可能出現(xiàn)的狀態(tài)：高電平、低電平、高阻。何為高阻狀態(tài)？懸空、懸浮狀態(tài)，又稱為禁止狀態(tài)。測電阻為，故稱為高阻狀態(tài)。測電壓為0V，但不是接地。因為懸空，

26、所以測其電流為0A。2022-5-171(1)電路結(jié)構(gòu)：增加了控制輸入端（Enable）。 1三態(tài)門的電路結(jié)構(gòu)(2)工作原理：01截止YAB EN = 0時，時，電路為正常的與非工作狀態(tài)，所以稱控制端低電平有效。2022-5-17210導(dǎo)通1.0V1.0V截止截止懸空當EN = 1時，門電路輸出端處于懸空的高阻狀態(tài)。2022-5-173控制端高電平有效的三態(tài)門(2)邏輯符號控制端低電平有效的三態(tài)門用“”表示輸出為三態(tài)。高電平有效低電平有效2022-5-1742三態(tài)門的主要應(yīng)用實現(xiàn)總線傳輸要求各門的控制端EN輪流為高電平，且在任何時刻只有一個門的控制端為高電平。圖2-23 用三態(tài)門實現(xiàn)總線傳輸

27、如有8個門，則8個EN端的波形應(yīng)依次為高電平，如下頁所示。2022-5-1752022-5-1762022-5-177為什么要用OC門？OC門的工作條件？OC門有何應(yīng)用？三態(tài)門有哪三態(tài)？三態(tài)門有何應(yīng)用？2022-5-178MOS門電路：以MOS管作為開關(guān)元件構(gòu)成的門電路。 MOS門電路，尤其是CMOS門電路具有制造工藝簡單、集成度高、抗干擾能力強、功耗低、價格便宜等優(yōu)點，得到了十分迅速的發(fā)展。2022-5-1792.5.1 CMOS反相器1MOS管的開關(guān)特性 MOS管有NMOS管和PMOS管兩種。 當NMOS管和PMOS管成對出現(xiàn)在電路中，且二者在工作中互補，稱為CMOS管(意為互補)。MOS

28、管有增強型和耗盡型兩種。 在數(shù)字電路中，多采用增強型。2022-5-180圖2-24 NMOS管的電路符號及轉(zhuǎn)移特性 (a) 電路符號 （b）轉(zhuǎn)移特性D接正電源截止導(dǎo)通導(dǎo)通電阻相當小 （1）NMOS管的開關(guān)特性 2022-5-181圖2-25 PMOS管的電路符號及轉(zhuǎn)移特性 (a) 電路符號 （b）轉(zhuǎn)移特性D接負電源 （2）PMOS管的開關(guān)特性 導(dǎo)通導(dǎo)通電阻相當小截止2022-5-182圖2-26 CMOS反相器 PMOS管負載管NMOS管驅(qū)動管 開啟電壓|UTP|=UTN，且小于VDD。 2CMOS反相器的工作原理 （1）基本電路結(jié)構(gòu)2022-5-183 （2）工作原理圖2-26 CMOS反

29、相器 UIL=0V截止導(dǎo)通UOHVDD當uI= UIL=0V時，VTN截止，VTP導(dǎo)通， uO = UOHVDD 2022-5-184圖2-26 CMOS反相器 UIH= VDD截止UOL 0V當uI =UIH = VDD ，VTN導(dǎo)通，VTP截止， uO =UOL0V導(dǎo)通2022-5-185 （3）邏輯功能實現(xiàn)反相器功能（非邏輯）。 （4）工作特點VTP和VTN總是一管導(dǎo)通而另一管截止，流過VTP和VTN的靜態(tài)電流極?。{安數(shù)量級），因而CMOS反相器的靜態(tài)功耗極小。這是CMOS電路最突出的優(yōu)點之一。2022-5-186圖2-27 CMOS反相器的電壓傳輸特性和電流傳輸特性 3 電壓傳輸特性

30、和電流傳輸特性AB段：截止區(qū)i iD D為0BC段：轉(zhuǎn)折區(qū)閾值電壓UTHVDD/2轉(zhuǎn)折區(qū)中點：電流最大CMOS反相器在使用時應(yīng)盡量避免長期工作在BC段。CD段：導(dǎo)通區(qū)2022-5-1874. CMOS電路的優(yōu)點 （1）微功耗。 CMOS電路靜態(tài)電流很小，約為納安數(shù)量級。 （2）抗干擾能力很強。 輸入噪聲容限可達到VDD/2。 （3）電源電壓范圍寬。 多數(shù)CMOS電路可在318V的電源電壓范圍 內(nèi)正常工作。 （4）輸入阻抗高。 （5）負載能力強。 CMOS電路可以帶50個同類門以上。 （6）邏輯擺幅大。（低電平0V，高電平VDD ）2022-5-1882.5.2 其它類型的CMOS門電路 負載管

31、串聯(lián)（串聯(lián)開關(guān)）1 CMOS或非門 驅(qū)動管并聯(lián)（并聯(lián)開關(guān)）圖2-28 CMOS或非門 A、B有高電平，則驅(qū)動管導(dǎo)通、負載管截止，輸出為低電平。 10截止導(dǎo)通2022-5-189 該電路具有或非邏輯功能,即Y=A+B 當輸入全為低電平，兩個驅(qū)動管均截止，兩個負載管均導(dǎo)通，輸出為高電平。00截止導(dǎo)通12022-5-190圖2-29 CMOS與非門 該電路具有與非邏輯功能，即 Y=AB2 CMOS與非門 負載管并聯(lián)（并聯(lián)開關(guān)） 驅(qū)動管串聯(lián)（串聯(lián)開關(guān)）2022-5-191 （1）電路結(jié)構(gòu)C和C是一對互補的控制信號。由于VTP和VTN在結(jié)構(gòu)上對稱，所以圖中的輸入和輸出端可以互換，又稱雙向開關(guān)。3 CMO

32、S傳輸門 圖2-30 CMOS傳輸門（a）電路 （b）邏輯符號2022-5-192若 C =1（接VDD )、C =0（接地），當0uI(VDD|UT|)時，VTN導(dǎo)通；當|UT|uIVDD 時，VTP導(dǎo)通； uI在0VDD之間變化時，VTP和VTN至少有一管導(dǎo)通，使傳輸門TG導(dǎo)通。 （2） 工作原理（了解）若 C = 0（接地)、C = 1（接VDD ），uI在0VDD 之間變化時，VTP和VTN均截止，即傳輸門TG截止。2022-5-193 （3） 應(yīng)用舉例 圖2-31 CMOS模擬開關(guān) CMOS模擬開關(guān)：實現(xiàn)單刀雙擲開關(guān)的功能。 C = 0時，TG1導(dǎo)通、TG2截止，uO = uI1；

33、C = 1時，TG1截止、TG2導(dǎo)通，uO = uI2。2022-5-194圖2-32 CMOS三態(tài)門(a)電路 (b) 邏輯符號 當EN= 0時，TG導(dǎo)通，F(xiàn)=A； 當EN=1時，TG截止，F(xiàn)為高阻輸出。 CMOS三態(tài)門2022-5-1952.6.1 CMOS門電路的使用知識 1輸入電路的靜電保護 CMOS電路的輸入端設(shè)置了保護電路，給使用者帶來很大方便。但是，這種保護還是有限的。由于CMOS電路的輸入阻抗高，極易產(chǎn)生感應(yīng)較高的靜電電壓，從而擊穿MOS管柵極極薄的絕緣層，造成器件的永久損壞。為避免靜電損壞，應(yīng)注意以下幾點： 2022-5-196 （1）所有與CMOS電路直接接觸的工具、儀表等

34、必須可靠接地。 （2）存儲和運輸CMOS電路，最好采用金屬屏蔽層做包裝材料。2多余的輸入端不能懸空。輸入端懸空極易產(chǎn)生感應(yīng)較高的靜電電壓，造成器件的永久損壞。對多余的輸入端，可以按功能要求接電源或接地，或者與其它輸入端并聯(lián)使用。2022-5-1972.6.2 TTL門電路的使用知識 1多余或暫時不用的輸入端不能懸空，可按以下方法處理：（1）與其它輸入端并聯(lián)使用。 （2）將不用的輸入端按照電路功能要求接電源或接地。比如將與門、與非門的多余輸入端接電源，將或門、或非門的多余輸入端接地。2022-5-198 (1) 在每一塊插板的電源線上，并接幾十F的低頻去耦電容和0.010.047F的高頻去耦電容

35、，以防止TTL電路的動態(tài)尖峰電流產(chǎn)生的干擾。 (2) 整機裝置應(yīng)有良好的接地系統(tǒng)。2 電路的安裝應(yīng)盡量避免干擾信號的侵入，保證電路穩(wěn)定工作。2022-5-1992.6.3 TTL門電路和CMOS 門電路的相互連接 TTL和CMOS電路的電壓和電流參數(shù)各不相同，需要采用接口電路。一般要考慮兩個問題：一是要求電平匹配，即驅(qū)動門要為負載門提供符合標準的輸出高電平和低電平；二是要求電流匹配，即驅(qū)動門要為負載門提供足夠大的驅(qū)動電流。2022-5-11001. TTL門驅(qū)動CMOS門門 （1）電平不匹配TTL門作為驅(qū)動門，它的UOH2.4V,UOL0.5V； CMOS門作為負載門，它的UIH3.5V，UIL1V?？梢姡琓TL門的UOH不符合要求。 （2）電流匹配CMOS電路輸入電流幾乎為零，所以不存在問題。2022-5-1101 （3）解決電平匹配問題 圖2-33 TTL門驅(qū)動CMOS門 外接上拉電阻RP在TTL門電路的輸出端外接一個上拉電阻RP，使TTL門電路的UOH5V。（當電源電壓相同時） 2022-5-1