第4章 门电路.ppt

4.4.2 CMOS反相器 CMOS反相器的电路如图所示。它由一个N沟道MOS管和一个P沟道MOS管组成。两个栅极相连作为输入端，两个漏极相连作为输出端。 当输入为高电平时，VTN导通，VTP截止。输出低电平。 当输入为低电平时， VTP 导通， VTN截止。输出高电平。 优点： 因为VTP 和 VTN不同时导通，所以没有从上到下的贯通电流，静态功耗十分微小。 CMOS集成电路还有一系列特点 ： 1.供电电压范围宽，1.5V~20V ; 2.高电平接近电源电压, 约比电源电压小0.1V , 对电源 电压的利用率高;低电平接近等于0 , 约 0.1V; 3.与TTL的连接问题,即逻辑电平兼容的问题 ; 4. 阈值电平为电源电压的40%~60% , 噪声容限大; 5. CMOS的动态功耗将随工作频率的提高而提高 ; 6. 扇出系数与工作频率有关，与输出端的分布电容有关。 4.1 引言 实现基本逻辑运算和组合逻辑运算的单元电路称为门电路。基本的逻辑关系有与、或、非三种，与此对应的基本门电路有与门、或门、非门，此外还有与非门、或非门、与或非门、异或门等。 门电路按内部元器件的不同，可分成TTL 和CMOS 两大类。为了更好地使用门电路，需要首先了解门电路的内部结构，这样才能更好地掌握门电路的逻辑功能和电气特性。 第4章 门电路 半导体二极管具有单向导电性，外加正向电压时导通，外加反向电压时截止，因此二极管可近似看成一个受外加电压控制的开关。 二极管的开关电路 4.2 半导体二极管门电路 1. 半导体二极管的开关特性 2. 正逻辑和负逻辑 正逻辑:高电平用逻辑常量1表示，低电平用0表示。 负逻辑:高电平用逻辑常量0表示，低电平用1表示。 高低电平与正负逻辑 3. 半导体二极管与门 二极管与门电路可由二极管和电阻构成。图为二输入与门电路，A、B是输入端，P是输出端。 二极管与门 4.3 TTL门电路 TTL门电路将若干晶体管、二极管和电阻集成并封装在一块硅片上，使得门电路具有体积小、重量轻、功耗小、成本低、焊点少、可靠等优点，因此TTL门电路得到了广泛应用。 最早的TTL门电路是74和54系列，54系列为军用级产品，该系列对供电电源要求不高，并且温度范围为-55~125 ，74系列为商用级产品，该系列对供电电源有严格要求，并且温度范围为0~70 。本章主要讨论74系列产品，为简化起见，将厂商前缀代码和封装类型后缀代码略去，例如74系列反相器记作7404。 4.3.1 双极型晶体管的开关特性 (1) uI为低电平时，晶体管截止， 相当于集电极和发射极之间断开。输出uO≈VCC，相当于输出高电平。 (2) uI为高电平时，选择合适的电阻Rb、Rc，可以使晶体管饱和，输出低电平。 双极型晶体管的开关电路 4.3.2 标准TTL与非门 1.输入级的VT1、R1为与门。 2.中间级是放大电路。 3.输出级为反相器。 标准TTL与非门电路结构 1.电路结构和工作原理 (2) 输入有低电平时，输出为高电平(关态) （输入有“0”，输出为“1”） (1) 输入全为高电平时，输出为低电平(开态) （输入全“1”，输出为“0”） 工作原理 (1)开态 0.7V 1.4V 1V 因为所有的输入端为高电平，VT1管的两个发射结都反偏，于是VCC通过R1和VT1的集电结向VT2提供基流 IB2。只要电路参数设计正确，VT2可饱和，VT2将IB2放大后又可驱动VT5饱和。 与此同时，因为UC2 = UE2+UCES2≈0.7+0.3=1V，所以1V这一电位差值不可能同时打开两个串联的PN结，即VT3的发射结和VD4，故VT3和VD4截止。所以， UOL=UCES5≈0.3V 所以VCC不会经R4向VT5灌入电流，VT5的集电极电流只可能由外电路提供，并流入VT5，这个电流称为输出低电平电流IOL，也称灌电流。 3 2 4 R R R 1 R O U B A V 5 CC = V W k 4 W k 1 W k 6 . 1 W 130 1 VT 2 VT 3 VT 5 VT 4 VD 2.1V (2)关态 0.3V IiL 该电位不足以使VT2及VT5导通