中北大学,韩炎,数电2.ppt

第 2 章　逻辑门电路 2.1二极管和三极管的开关特性 一、三极管的开关作用及其条件 2.3　TTL 集成逻辑门 2.4.1TTL 反相器的电路结构和工作原理 三、电压传输特性及相关参数 背景：在实际应用时，由于外界、电源波 动干扰等原因，可能使输入电压偏离规定 值。输入电压的偏离会对输出造成什么影 响？ 考虑？ 输入端加入电阻后还能否保证实现正常的 逻辑关系？ 为了使线与输出的高低电平值满足所在数字系统的 要求，对外接电阻的阻值需要进行粗略的计算。其值与 开路门的个数、所接负载门的输入端数、负载门的个数 以及线与输出的状态有关。 TTL门电路的使用规则 2.6.5、CMOS 数字集成电路应用要点 3.5 集成逻辑门电路的应用 二、集成逻辑门电路的选用 三、集成逻辑门电路应用举例 二、CMOS 传输门 传输门可以传输0~VDD之间的任何信号。 注意 C、C 为互补控制信号 由一对参数对称一致的增强型 NMOS 管和 PMOS 管并联构成。 PMOS C uI/uO VDD CMOS传输门电路结构 uO/uI VP C NMOS VN 工作原理 MOS 管的漏极和源极结构对称，可互换使用，因此 CMOS 传输门的输出端和输入端也可互换。 uO uI uI uO 当 C = 0V，uI = 0 ~ VDD 时，VN、 VP 均截止，输出与输入之间呈现高 电阻，相当于开关断开。 uI 不能传输到输出端，称传输门关闭。 C C 当 C = VDD，uI = 0 ~ VDD 时，VN、 VP 中至少有一管导通，输出与输入 之间呈现低电阻，相当于开关闭合。 uO = uI，称传输门开通。 C = 1，C = 0 时，传输门开通，uO = uI； C = 0，C = 1 时，传输门关闭，信号不能传输。 CMOS 传输门结构 PMOS C uI/uO VDD CMOS传输门电路结构 uO/uI VP C NMOS VN 传输门是一个理想的双向开关， 可传输模拟信号，也可传输数字信号。 TG uI/uO uO/uI C C 传输门逻辑符号 TG 即 Transmission Gate 的缩写 Y A B uO uI VDD1 漏极开路的CMOS与非门电路 三、漏极开路的 CMOS 门 简称 OD 门 Y = AB 构成与门 构成输出端开路的非门 需外接上拉电阻 RD 功能： 1、可以实现线与； 2、可以实现电平转换； 3、具有较强的带负载能力。 图2.6.28 CMOS三态门电路结构之一 返回 五 、三态输出的CMOS门电路 1、反相器上增加一对P沟道和N沟道的MOS管组成。 当 EN = 0 时，T1’、T2’导通，反相器正常工作 当 EN = 1 时， T1’、T2’截止，输出呈现高阻态。 图2.6.29 CMOS三态门电路结构之二 （a）用或非门控制 （b）用与非门控制 返回 2、在反相器的基础上增加一个控制管和一个与非门或者或非门而形成。 图2.6.30 CMOS三态门电路结构之三 返回 3、在反相器的输出端串进一个CMOS模拟开关，作为输出状态的控制开关。 (一)CMOS 数字集成电路系列 CMOS4000 系列 功耗极低、抗干扰能力强； 电源电压范围宽 VDD = 3 ~ 15 V； 工作频率低，fmax = 5 MHz； 驱动能力差。 高速CMOS 系列(又称 HCMOS 系列) 功耗极低、抗干扰能力强；电源电压范围 VDD = 2 ~ 6 V； 工作频率高，fmax = 50 MHz； 驱动能力强。 输出特性 输出电压随输出电流的变化而变化的曲线 a）输出低电平时的输出特性 T5深度饱和，其导通电阻很小， UoL=iL·rce5，UoL随着iL的增加而增大。 此时负载电流流入门电路，称为灌电流负载。 TTL反相器低电平输出特性 TTL反相器输出低电平时的输出特性如下所示。 iL增大到使UOL超过UOLmax时，驱动门的逻辑 关系就出错了。 b）输出高电平时的输出特性 当IL增大时，UCES4基本不变，但UR4仍随着IL增大而增大。因此UOH随IL增加而线性下降。 此时负载电流从门电路流向负载，称为拉电流负载。 扇出系数 扇出系数N是指门电路能够驱动同类门的数量。 计算：①输出为高电平时，可以驱动同类门的数目N1=IOH/IIH； ②输出为低电平时，可以驱动同类门的数目N2=IOL/IIL； ③扇出系数＝min（N1，N2）。 高电平输出电流 输出高电平时，提供给外接负