数字电子技术基础第2章.ppt

第 2 章　逻辑门电路 概 述 一、门电路的作用和常用类型 二、获得高低电平的方法及高电平和低电平的含义 2.1半导体器件的开关特性 一、三极管的开关作用及其条件 2.3　TTL 集成逻辑门 2.3.1TTL 与非门的电路结构和工作原理 2.5.5、CMOS 数字集成电路应用要点 三、CMOS 门电路的主要特点 集成逻辑门电路的选用 集成逻辑门电路应用举例 本章小结 （2） 多余输入端的处理 与门和与非门的多余输入端接逻辑 1 或者与有用输入端并接。 接 VCC 通过 1 ~ 10 k? 电阻接 VCC 与有用输入端并接 　　TTL 电路输入端悬空时相当于输入高电平，但使用中多余输入端一般不悬空，以防止干扰。 或门和或非门的多余输入端接逻辑 0 或者与有用输入端并接 3、对输出端的要求 (1)TTL集成门电路的输出端不允许直接接地或接+5 V电源，否则将导致器件损坏。 (2)TTL集成门电路的输出端不允许并联使用(集电极开路门和三态门除外)，否则将损坏器件。 [例] 欲用下列电路实现非运算，试改错。 　　(ROFF ? 700 ?，RON ? 2.1 k?) 解： OC 门输出端需外接上拉电阻 RC 5.1kΩ Y = 1 Y = 0 RI RON ，相应输入端为高电平。 510Ω RI ROFF ，相应输入端为低电平。 ﹠ 2.5 CMOS门电路 集成MOS门电路是继TTL门电路之后，开发出的另一类广为应用的数字集成电路，分为N沟道MOS构成的NMOS集成电路、P沟道MOS构成的PMOS集成电路以及N沟道MOS和P沟道MOS共同组成的CMOS集成电路。 PMOS集成电路问世较早，但因工作速度低、电源为负且电压较高、同其他集成电路配接不方便等原因，现在几乎被淘汰；NMOS集成电路工作速度快，尺寸小，加之NMOS工艺水平的不断提高，目前在许多高速大规模集成电路产品中仍采用；而CMOS集成电路功耗小、工作速度快，应用最为广泛。 工作条件 N沟道增强型 可变电阻区 截止区 UGS≥UGS(TH) UGD＜UGS(TH) 转移特性 输出特性 UGSUGS(TH) 饱和区 UGS≥UGS(TH) UGD≥UGS(TH) UGS（TH）0 数字电路中普遍采用增强型的MOS管。 P沟道 增强型 ∣UGS∣≥∣UGS(TH) ∣, ∣UGD ∣＜ ∣UGS(TH) ∣ ∣UGS∣＜∣UGS(TH) ∣ 可变电阻区 截止区 输出特性 U GS(TH)0 饱和区 ∣UGS∣≥∣UGS(TH) ∣, ∣UGD ∣≥ ∣UGS(TH) ∣ MOS管的开关特性 图2.50 NMOS管和PMOS管的开关电路 图2.51 NMOS管的开关等效电路 当uGS＜UGS(th)时，NMOS管截止，则输出高电平。 当uGS≥UGS(th)，uGD＞UGS(th)时，NMOS管导通并工作在可变电阻区，输出低电平 。 A uI Y uO VDD S G D D G S B VP VN B A vI Y vO VDD S G D D G S B VP VN B 增强型 NMOS 管 (驱动管) 增强型 PMOS 管(负载管) 构成互补对称结构 (一)电路基本结构 要求VDD UGS(th)N +｜UGS(th)P｜且 UGS(th)N =｜UGS(th)P｜ A uI Y uO VDD S G D D G S B VP VN B 2.5.2 CMOS 反相器 该电路构成 CMOS 非门，又称 CMOS 反相器。 图2.6.2 CMOS反相器的电压传输特性 返回 电压传输特性 （1）电压传输特性和电流传输特性 1. 静态电气特性 图2.6.3 CMOS反相器的电流传输特性 返回 电流传输特性 特点：无论输入低电平还是高电平，电流均接近于零，因此功耗低。 图2.6.4 不同VDD下CMOS反相器的噪声容限 返回 输入端噪声容限 结论：电源电压越高，抗干扰能力越强。 图2.55 CMOS反相器的输入保护电路 返回 （2） CMOS反相器的静态输入特性和输出特性 1）输入特性 因CMOS反相器用的是绝缘栅场效应管，故Ii≡0 ，因此输入特性如下图所示。 返回 2）输出特性 图2.6.8 vO= VOL时CMOS反相器的工作状态 输出低电平特性 图2.6.9 CMOS反相器的低电平输出特性 同样的IoL值下，VDD越大，VOL越小。 图2.6.10 vO= VOH时CMOS反相器的工作状态 返回 输出高电平特性 图2.6.11 CMOS反相器的高电平输出特性 同样的IOH下，VDD越大，输出高电平越高。 （3）输入负载