第3章门电路湘潭大学数字电路基础案例.ppt

第3章 门电路 3.1 概述 3.2 半导体二极管门电路 3.3 CMOS门电路 3.4 其它类型的MOS集成电路 3.5TTL门电路 3.6 其它类型的双极型数字集成电路 3.1概 述 门电路是用以实现逻辑关系的电子电路。 常用的门电路在逻辑功能上有与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等几种。 二、逻辑电平 在电子电路中，用高低电平分别表示二值逻辑的1和0两种逻辑状态，其原理如下图所示。 高电平UH： 输入高电平UIH 输出高电平UOH 低电平UL： 输入低电平UIL 输出低电平UOL 逻辑“0”和逻辑“1”对应的电压范围宽，因此在数字电路中，对电子元件、器件参数精度的要求及其电源的稳定度的要求比模拟电路要低。 3.2半导体二极管门电路 二极管的近似伏安特性和对应的等效电路 二极管的单向导电性： ①外加正向电压（Uth），二极管导通，导通压降约为0.7V； ②外加反向电压，二极管截止。 3.2.2 二极管与门 与门：实现与运算的电路。 电路及其逻辑符号如图所示，只要输入A、B当中有一个为低电平时，则其支路中二极管导通，使输出端F为低电平。只有A、B全为高电平时，输出端F才为高电平。 电路的逻辑电平如下所示，当A 、B、F为高电平时用逻辑1表示，低电平时则用逻辑0表示。真值表为： 其逻辑表达式为 。 此与门电路一般仅作集成电路内部的逻辑单元，而不直接去驱动负载电路。 3.2.3二极管或门 或门：实现或运算的电路。 电路及其逻辑符号如图所示。 输入A、B当中只要有一个为高电平时，则其支路中二极管导通，使输出端F为高电平。只有A、B全为低电平时，输出端F才为低电平。 电路逻辑电平和真值表为： 逻辑表达式为： 和与门电路一样，只用于集成电路的内部逻辑单元。 由于二极管的电平偏移问题，只用于集成电路内部的逻辑单元，因此，仅仅用二极管门电路无法制作具有标准输出电平的集成电路。 3.3 CMOS门电路 3.3.1MOS管的开关特性 3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理 3.3.3 CMOS反相器的静态输入和输出特性 3.3.4 CMOS反相器的动态特性 3.3.5 其它类型的CMOS门电路 3.3.6 CMOS电路的正确使用 3.3.7CMOS数字集成电路的各种系列 二、MOS管的输入和输出特性 共源接法中，加入VGS不会有栅极电流流通。 共源接法的输出特性曲线（也叫MOS管的漏极特性曲线） 当 时，工作在截止区； 当 时，可分为两个区域如图： 1.可变电阻区 2.恒流区 选择合适的电路参数，则可以保证: 1.当uI=UIH时，MOS管导通，uo=0=UOL － 开关闭合 2.当uI=UIL时，MOS管截止，uO=VDD=UOH － 开关断开 四、MOS管的开关等效电路 五、MOS管的四种类型 1.N沟道增强型 2.P沟道增强型 3.N沟道耗尽型 4. P沟道耗尽型 四种类型的CMOS管的比较 3.3.2CMOS反相器的电路结构和工作原理 CMOS反相器的电路结构是CMOS 电路的基本结构形式。 构成复杂CMOS逻辑电路的两种基本模块是：CMOS反相器和CMOS传输门。 一、CMOS反相器的电路结构 二、电压传输特性和电流传输特性 3.输入端噪声容限 3.3.3 CMOS反相器的静态输入特性和输出特性 3.3.4 CMOS反相器的动态特性 一、传输延时时间 二、交流噪声容限 三、动态功耗 动态功耗：CMOS反相器从一种稳定的工作状态转变到另一种稳定状态的过程中，将产生的附加功耗。 动态功耗分为两部分： PC对负载电容充、放电所消耗的功率； PT由于两个MOS管T1和T2在短时间内同时导通所消耗的瞬时导通功耗。 CMOS反相器的工作时的全部功耗PTOT等于动态功耗PD和静态功耗PS之和。 静态功耗PS随温度的改变而改变，通常时以指定电源电压下的静态漏电流的形式给出。 例题 例：计算CMOS反相器的总功率PTOT。已知电源电压VDD=5V,静态电源电流IDD=1μA,负载电容CL=100pF,功耗电容CPD=20pF。输入信号近似于理想的矩形波，重复频率f=100kHz。 解： 自己做练习 3.3.5其它类型的CMOS门电路 一、其它逻辑功能的CMOS门电路 在CMOS门电路的系列产品中，除反相器外常用的还有或非门、与非门、或门、与门、与或非门、异或门等几种。