第3章集成逻辑门综述课件

第第3章章 集成逻辑门集成逻辑门7/15/2024门电路：门电路：实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。0 0、1 1两种逻辑状态用高、低电平表示。两种逻辑状态用高、低电平表示。正逻辑正逻辑 -高电平表示高电平表示“1 1”，低电平表示，低电平表示“0 0”负逻辑负逻辑 -高电平表示高电平表示“0 0”，低电平表示，低电平表示“1 1”集成逻辑门集成逻辑门7/15/2024逻辑门分类逻辑门分类:利用晶体二极管利用晶体二极管,三极管三极管,MOS,MOS管的开关管的开关状态表示逻辑状态表示逻辑”1”1”和和”0 0。双极性：双极性：DTLDTL、TTLTTL、ECLECL、IILIIL单极性：单极性：NMOSNMOS、PMOSPMOS、CMOSCMOS集成逻辑门集成逻辑门7/15/2024集成逻辑门集成逻辑门晶体管开关特性晶体管开关特性TTLTTL集成逻辑门集成逻辑门CMOSCMOS电路电路本章内容：本章内容：7/15/2024二极管开关特性二极管开关特性三极管开关特性三极管开关特性本节内容：本节内容：3.1 3.1 晶体管的开关特性晶体管的开关特性7/15/20243.1.1 3.1.1 二极管的开关特性二极管的开关特性 (1)(1)理想开关特性理想开关特性 (2)(2)开关类型开关类型 (触点、无触点触点、无触点)3.1 3.1 晶体管的开关特性晶体管的开关特性7/15/2024 1.1.二极管稳态开关特性二极管稳态开关特性 (1)(1)二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线 (2)(2)二极管开关等效电路二极管开关等效电路开关闭合当UaUb时，D导通当UaUb时,D截止开关断开7/15/2024uououi0V时，二极管截止，如同开关断开，uo0V。ui5V时，二极管导通，如同0.7V的电压源，uo4.3V。(3)(3)与理想开关差异与理想开关差异 (2)(2)二极管开关等效电路二极管开关等效电路7/15/2024 (1)(1)开关应用电路开关应用电路/理想特性理想特性 二极管在电路中表现为一个二极管在电路中表现为一个受受外加电压外加电压v vi i控制的开关控制的开关。当外加电。当外加电压压v vi i为一脉冲信号时，二极管将随为一脉冲信号时，二极管将随着脉冲电压的变化在着脉冲电压的变化在“开开”态与态与“关关”态之间转换。这个转换过程就态之间转换。这个转换过程就是二极管开关的是二极管开关的动态特性动态特性。2.2.二极管瞬态开关特性二极管瞬态开关特性 7/15/2024 (2)(2)实际波形特性实际波形特性 过程及时间过程及时间 （结电容充放电、存储电荷结电容充放电、存储电荷）(3)(3)提高速度措施提高速度措施 2.2.二极管瞬态开关特性二极管瞬态开关特性 7/15/2024(1)(1)二极管与门二极管与门2 2.工作原理工作原理Da DbUYUa Ub0 0 0 3v 3v 03v 3v3.真值表真值表（状态表）（状态表）4.输出函数式输出函数式Y=AB 5.5.逻辑符号逻辑符号&Y YA BA B0 O0 O0 10 11 01 01 11 1Y Y0 00 00 01 1导通导通 导通导通导通导通导通导通导通导通 导通导通截止截止截止截止0.7V0.7V0.7V3.7vAB1.1.电路组成电路组成（以二输入为例）（以二输入为例）+V+VCCCCR RA AB BDaDaDbDb设：设：VCCCC=5V5V，UIH=3v,UIL=0v二极管正向压降二极管正向压降0.7V0.7V。3.3.二极管开关应用电路二极管开关应用电路 7/15/20241.1.电路组成电路组成(以二输入为例以二输入为例)2.2.工作原理工作原理Ua UbUa Ub0 00 00 3v0 3v3v 03v 03v 3v3v 3v3.3.真值表真值表A BA B0 00 00 10 11 01 01 11 1Y Y0 01 11 11 1 4.4.输出函数式输出函数式Y=A+BY=A+B5.5.逻辑符号逻辑符号截止截止 截止截止截止截止截止截止导通导通导通导通导通导通 导通导通Da DbDa DbU UY Y2.3v2.3v2.3v2.3v2.3v2.3vY YAB1 10 0(2)(2)二极管或门二极管或门7/15/2024 在多个门串接使用时，会出现低电平偏离标准数在多个门串接使用时，会出现低电平偏离标准数值的情况。值的情况。负载能力差负载能力差 （3 3）二极管与门和或门电路的缺点）二极管与门和或门电路的缺点 7/15/20241 1三极管的三种工作状态三极管的三种工作状态（1）截止状态：）截止状态：当当VI小于三极管发射结死区电压时，小于三极管发射结死区电压时，IBICBO0，ICICEO0，VCEVCC，三极管工作在截止三极管工作在截止区。区。3.1.2 3.1.2 三极管的开关特性三极管的开关特性7/15/2024 此此时时，若若调调节节Rb，则则IB，IC，VCE，在在此此期期间间，三三极极管工作在放大区，管工作在放大区，其特点为其特点为ICIB。三三极极管管工工作作在在放放大大状状态态的的条条件件为为：发发射射结结正正偏偏，集集电电结结反偏反偏 （2）放放大大状状态态：当当VI为为正正值值且且大大于于死死区区电电压压时时，三三极极管管导通。有导通。有 1 1三极管的三种工作状态三极管的三种工作状态7/15/2024 若若IB继继续续增增加加，但但IC已已接接近近于于最最大大值值VCC/RC，不不会会再再增增加加，三三极极管管进进入入饱饱和和状状态态。饱饱和和时时的的VCE电电压压称称为为饱饱和和压压降降VCES，其典型值为：其典型值为：VCES0.3V。（3）饱饱和和状状态态：保保持持VI不不变变，继继续续减减小小Rb，当当VCE 0.7V时时，集集电电结结变变为为零零偏偏，称称为为临临界界饱饱和和状状态态。此此时时的的集集电电极极电电流流称称为集电极饱和电流，基极电流称为基极临界饱和电流为集电极饱和电流，基极电流称为基极临界饱和电流:1 1三极管的三种工作状态三极管的三种工作状态7/15/20241 1三极管的三种工作状态三极管的三种工作状态7/15/2024当Ub为高电平UIH时，T饱和当Ub为低电平UIL时，T截止开关闭合开关断开三极管开关等效电路三极管开关等效电路（理想情况下）（理想情况下）2.2.三极管稳态开关特性三极管稳态开关特性7/15/2024RbRc+VCCbce截止状态饱和状态iBIBSui=UIL0.5Vuo=+VCCui=UIHuo=0.3VRbRc+VCCbce0.7V0.3V三极管开关等效电路三极管开关等效电路2.2.三极管稳态开关特性三极管稳态开关特性7/15/20243.3.三极管瞬态开关特性三极管瞬态开关特性开关特性开关特性图3-1-13，开关开关时间：影响因素：影响因素：三极管三极管结构（构（结电容）；容）；饱和、截止深度等。和、截止深度等。7/15/2024VccVccl 真值表真值表A A0 01 1Y Y1 10 0l 输出函数式输出函数式 Y=AY=A l 逻辑符号逻辑符号1 1A AY Yl 工作原理工作原理l 电路原理图电路原理图UaUa0 03v3vT T截止截止饱和饱和U UY Y0 04.4.三极管非门应用电路三极管非门应用电路7/15/2024（1 1）在电路中接入了负电源）在电路中接入了负电源VEEVEE：输入低电平信号稍大于零，也能使三极管的基极为负电输入低电平信号稍大于零，也能使三极管的基极为负电位，使三极管位，使三极管可靠截止可靠截止，输出为高电平。，输出为高电平。-V-VEEEE4.4.三极管非门应用电路三极管非门应用电路l 电路改进电路改进7/15/2024（2 2）在电路中接入）在电路中接入加速电容加速电容 4.4.三极管非门应用电路三极管非门应用电路l 电路改进电路改进7/15/2024（1）DTL与非门工作原理：与非门工作原理：该电路满足与非逻辑关系，即：该电路满足与非逻辑关系，即：3.2 TTL3.2 TTL集成逻辑门集成逻辑门（2）集成逻辑门分类）集成逻辑门分类7/15/20241 17474系列系列为为TTLTTL集成电路的早期产品，属中速集成电路的早期产品，属中速TTLTTL器件。器件。2 274H74H系列系列为高速为高速TTLTTL系列。系列。3 374S74S系列系列为肖特基为肖特基TTLTTL系列，进一步提高了速度。系列，进一步提高了速度。4 474LS74LS系列系列为低功耗肖特基系列。为低功耗肖特基系列。5 574AS74AS系系列列为为先先进进肖肖特特基基系系列列，它它是是74S74S系系列列的的后后继继产品。产品。6 674ALS74ALS系系列列为为先先进进低低功功耗耗肖肖特特基基系系列列，是是74LS74LS系系列列的后继产品。的后继产品。3.2 TTL3.2 TTL集成逻辑门集成逻辑门（3）TTL集成逻辑门类型集成逻辑门类型,系列系列7/15/2024TTL 逻辑门电路逻辑门电路TTL 集成逻辑门外部特性及参数集成逻辑门外部特性及参数OC门、三态门门、三态门本节内容：本节内容：3.2 TTL3.2 TTL集成逻辑门集成逻辑门7/15/20243.2.1 TTL3.2.1 TTL与非门与非门输入级输入级倒相级倒相级输出级输出级1TTL与非门的基本结构与非门的基本结构7/15/20242工作原理工作原理（1 1）输入全为高电平）输入全为高电平3.63.6V V时。时。T T2 2、T T4 4导通，导通，V VB B1 1=0.7=0.73=2.13=2.1（V V ），），T T1 1倒置，倒置，由于由于T T4 4饱和导通，输出电压为：饱和导通，输出电压为：V VO O=V VCES3CES30.30.3V V这这时时T T2 2也也饱饱和和导导通通，故故有有V VC2C2=V VE2E2+V VCE2CE2=1=1V V。使使T T3 3和和二二极极管管D D都截止。都截止。实现了：实现了：输入全为高电平时，输入全为高电平时，输出为低电平。输出为低电平。7/15/2024（2 2）输入有低电平）输入有低电平0.3V 0.3V 时时 该发射结导通，该发射结导通，V VB1=1VB1=1V。所以所以T2T2、T4T4都截止。由于都截止。由于T2T2截止，截止，流过流过RC2RC2的电流较小，可以忽略，所以的电流较小，可以忽略，所以V VB3B3V VCC=5VCC=5V ，使使T3T3和和D D导通，则有：导通，则有：V VOOV VC CC C-V VBE3-BE3-V VD=5-0.7-0.7=3.6D=5-0.7-0.7=3.6（V V）实现了：实现了：输入有低电平时，输出为高电平。输入有低电平时，输出为高电平。（3 3）结论）结论 该电路满足与非的该电路满足与非的逻辑功能，即：逻辑功能，即：7/15/20243电路特点电路特点（1 1）采用多发射极三极管加快了存储电荷的消）采用多发射极三极管加快了存储电荷的消散过程。散过程。（提高速度提高速度）(2)(2)(2)(2)采用了推拉式输出级，输出阻抗比较小，采用了推拉式输出级，输出阻抗比较小，采用了推拉式输出级，输出阻抗比较小，采用了推拉式输出级，输出阻抗比较小，可迅速给负载电容充放电。（可迅速给负载电容充放电。（可迅速给负载电容充放电。（可迅速给负载电容充放电。（提高负载能力和开提高负载能力和开提高负载能力和开提高负载能力和开关速度关速度关速度关速度）7/15/2024电压传输特性电压传输特性输入特性输入特性输出特性输出特性外部特性：外部特性：3.2.2 TTL3.2.2 TTL与非门外部特性与非门外部特性7/15/20241 1、TTLTTL与非门的电压传输特性与非门的电压传输特性(1)传输曲线传输曲线:Vo=f（Vi）ab:截止区截止区bc:线性区线性区cd:转折区转折区de:饱和区饱和区VOHVOL7/15/2024l 输出高电平电压输出高电平电压V VOHOH在正逻辑体制中代表逻辑在正逻辑体制中代表逻辑“1 1”的输出电压。的输出电压。V VOHOH的理论值为的理论值为3.63.6V V，产品规定产品规定输出高电压值输出高电压值V VOHOH=3=3V V（额定值额定值）。）。l 输出低电平电压输出低电平电压V VOLOL在正逻辑体制中代表逻辑在正逻辑体制中代表逻辑“0 0”的输出电压。的输出电压。V VOLOL的理论值为的理论值为0.30.3V V，产品规定产品规定输出低电压值输出低电压值V VOLOL=0.35=0.35V V（额定值）（额定值）。(2)主要参数主要参数7/15/20247/15/2024l 关门电平电压关门电平电压V VOFFOFF是指输出电压下降到额定高电平的是指输出电压下降到额定高电平的90%90%时对应的输入电压。即输入低电压的最大值。在产品手时对应的输入电压。即输入低电压的最大值。在产品手册中常称为输入低电平电压，用册中常称为输入低电平电压，用V VILIL（maxmax）表示。产品规定表示。产品规定V VILIL（maxmax）=0.8V=0.8V。(2)主要参数主要参数l 开门电平电压开门电平电压V VONON是指输出电压下降到是指输出电压下降到V VOLOL（maxmax）时）时对应的输入电压。即输入高电压的最小值。在产品手册中对应的输入电压。即输入高电压的最小值。在产品手册中常称为输入高电平电压，用常称为输入高电平电压，用V VIHIH（minmin）表示。产品规定：）表示。产品规定：VIHVIH（minmin）=1.8V=1.8V。7/15/20247/15/2024l 阈值电压阈值电压V Vthth电压传输特性的过渡区所对应的输入电压，电压传输特性的过渡区所对应的输入电压，即决定电路截止和导通的分界线，也是决定输出高、低电压的即决定电路截止和导通的分界线，也是决定输出高、低电压的分界线。分界线。近似地：近似地：V VththV VOFFOFFV VONON 即即V Vi iV Vthth，与非门关门，输出高电平；与非门关门，输出高电平；V Vi iV Vthth，与非门开门，输出低电平。与非门开门，输出低电平。V Vthth又常被形象化地称为又常被形象化地称为门槛电压门槛电压。V Vthth的值为的值为1.31.3V V1.1.V V。(2)主要参数主要参数7/15/20247/15/2024l输入端的噪声容限输入端的噪声容限低电平噪声容限低电平噪声容限 VNLVOFF-VIL0.80.8V-0.3-0.3V0.50.5V高电平噪声容限高电平噪声容限 VNHVIH-VON3.63.6V-1.8-1.8V1.81.8VTTL门电路的输出高低电平不是一个值，而是一个范门电路的输出高低电平不是一个值，而是一个范围。同样，它的输入高低电平也有一个范围，即它的输入围。同样，它的输入高低电平也有一个范围，即它的输入信号允许一定的容差，称为信号允许一定的容差，称为噪声容限噪声容限。(2)主要参数主要参数7/15/20242 2TTLTTL与非门输入特性与非门输入特性（1）曲线）曲线:电流方向电流方向7/15/2024输入简化电路如图输入简化电路如图：近似分析时，常用近似分析时，常用I IISIS来代替。来代替。I IISIS 是是输入短路输入短路（UIL=0）时的时的 电流。电流。+V+VCCCCR R1 1T T1 1U UILILI IILIL截止截止l 输入低电平电流输入低电平电流I IILIL 是指当门电路的输入端接低电平，是指当门电路的输入端接低电平，从门电路输入端流出的电流。从门电路输入端流出的电流。（2）参数）参数7/15/2024l 输入高电平电流输入高电平电流I IIHIH是指当门电路的输入端接高电平是指当门电路的输入端接高电平时，流入输入端的电流。时，流入输入端的电流。等效简化电路如图等效简化电路如图：7474系列门电路的每个输入端的系列门电路的每个输入端的I IIH IH 40A40A。+V+VCCCCR R1 1T T1 1U UIHIHI IIHIH导通导通be2be2 be4be4（2）参数）参数7/15/2024（3）输入负载特性）输入负载特性 开门电阻开门电阻RON关门电阻关门电阻ROFF7/15/2024(4)多余输入端处理多余输入端处理7/15/2024(4)多余输入端处理多余输入端处理2 2、对于、对于或非门及或门或非门及或门，多余输入，多余输入端应接低电平，比如直接接地；端应接低电平，比如直接接地；也可以与有用的输入端并联使用。也可以与有用的输入端并联使用。1 1、对于、对于与非门及与门与非门及与门，多余输入端，多余输入端应接高电平，比如直接接电源正应接高电平，比如直接接电源正端，或通过一个上拉电阻（端，或通过一个上拉电阻（1 13 3k kW W）接电源正端；在前级驱动能接电源正端；在前级驱动能力允许时，也可以与有用的输入力允许时，也可以与有用的输入端并联使用。端并联使用。7/15/20243.TTL3.TTL与非门输出特性与非门输出特性 （1）曲线）曲线7/15/2024(1)(1)输出为低电平时输出为低电平时（U U0 0=U U0L0L0.35V)0.35V)T T4 4管的导通电阻为管的导通电阻为R RONON，U UOLOL=I IOLOLR RONON为了保证为了保证 U UOLOL0.35v0.35v，I IOLOL（maxmax）:最大灌流最大灌流+V+VCCCCT T1 1截止截止导通导通U UOLOL+V+VCCCCT T3 3T T4 4+V+VCCCCT T1 1驱动门驱动门负载门负载门I IILILI IILILI IOLOL3.TTL3.TTL与非门输出特性与非门输出特性 7/15/2024+V+VCCCCT T3 3T T4 4R RC3C3由于由于T T3 3管的导通电阻为管的导通电阻为R RON ON，所以：所以：U UOH OH V VCC CC-N N2 2I IIH IH(R RC3C3+R RONON)-)-0.7v0.7v为了保证为了保证U UOHOH2.7v2.7v，IOH（max）:最大拉流最大拉流(2)(2)输出端为高电平时输出端为高电平时 (U U0 0=U UOH OH 2.7v)2.7v)导通导通截止截止U UOHOH驱动门驱动门负载门负载门I IIHIHI IIHIHI IOHOH+V+VCCCCT T1 1+V+VCCCCT T1 13.TTL3.TTL与非门输出特性与非门输出特性 7/15/2024（1 1）灌电流负载）灌电流负载4 4带负载能力带负载能力N NOLOL称为输出低电平时的扇出系数。称为输出低电平时的扇出系数。当驱动门输出低电平当驱动门输出低电平时，电流时，电流（I II LI L）从从负载门灌入驱动门。负载门灌入驱动门。当负载门的个数增加，当负载门的个数增加，灌电流增大，会使灌电流增大，会使T T3 3脱离饱和，输出低电脱离饱和，输出低电平升高。平升高。把允许灌入输出端的把允许灌入输出端的电流定义为电流定义为输出低电输出低电平电流平电流I IOLOL，产品规定产品规定I IOLOL=16mA=16mA。7/15/2024（2 2）拉电流负载）拉电流负载 NOH称为称为输出高电平时的扇出系数输出高电平时的扇出系数。产品规定产品规定IOH=0.4=0.4mA。当当驱驱动动门门输输出出高高电电平平时时，电电流流从从驱驱动动门门拉拉出出,流流至至负负载载门门的输入端（的输入端（I IIHIH）。）。允许允许输出高电平电流输出高电平电流I IOHOH。一一般般NOLNOH，常常取取两两者者中中的的较较小小值值作作为为门门电电路路的的扇出系数，用扇出系数，用NO表示。表示。7/15/20245.TTL5.TTL与非门传输延迟时间与非门传输延迟时间tpdtpd导导通通延延迟迟时时间间t tPHLPHL从从输输入入波波形形上上升升沿沿的的中中点点到到输输出出波波形形下下降降沿沿的的中点所经历的时间。中点所经历的时间。截止延迟时间截止延迟时间t tPLHPLH从输入波形从输入波形下降沿的中点到输出波形上升沿的下降沿的中点到输出波形上升沿的中点所经历的时间。中点所经历的时间。与与非非门门的的传传输输延延迟迟时时间间t tpdpd是是t tPHLPHL和和t tPLHPLH的平均值。即的平均值。即 TTL与非门传输延迟时间与非门传输延迟时间 tpd的值为几纳秒十几个纳秒。的值为几纳秒十几个纳秒。7/15/20246.6.平均功耗平均功耗P=1/2(PP=1/2(PL L+P+PH H)品质因数：品质因数：PdPd积积7/15/20247 7、TTLTTL与非门与非门/应用举例应用举例 74007400是一种典型的是一种典型的TTLTTL与非门器件，内部含有与非门器件，内部含有4 4个个2 2输入端与非门，共有输入端与非门，共有1414个引脚。引脚排列图如图所示。个引脚。引脚排列图如图所示。7/15/20243.2.3 TTL3.2.3 TTL门电路的其他类型门电路的其他类型1 1或非门或非门7/15/20242 2异或门异或门 结论：通用结论：通用7/15/20243集电极开路门（集电极开路门（OC门）门）(1)(1)线与问题线与问题 在数字系统中，有些场合需要将在数字系统中，有些场合需要将门电路的输出端并联使用，即门电路的输出端并联使用，即“线与线与”。但推拉式输出的门电路不能并联。但推拉式输出的门电路不能并联。Y=0Y=0线与线与电流大电流大损坏损坏T T4 4T T3 3T T4 4G G1 1+V+VCCCC导通导通导通导通截止截止截止截止1 10 0T T3 3T T4 4G G2 2+V+VCCCCI IILIL7/15/2024(2)(2)OC OC 门门解决上述问题的办法：解决上述问题的办法：需要线与时，用需要线与时，用OC OC 门门。1 1）结构结构2）逻辑符号）逻辑符号（以（以OCOC与非门为例）与非门为例）3 3集电极开路门（集电极开路门（OCOC门）门）7/15/2024 (3)OC(3)OC 门的使用门的使用使用使用OCOC门时，应外接上拉电阻门时，应外接上拉电阻R RL L和电源和电源V VCCCC。(4)(4)线与输出线与输出函数函数式式线与线与Y=ABY=ABCD CD 若电路如图：若电路如图：Y YR RL L+V+VCCCC则：则：(与非与）与非与）（与或非）（与或非）=AB+CD=AB+CDR RL L的大小应根据公式计算，的大小应根据公式计算，通常在通常在1 1 2K2K 之间。之间。V VCCCC的数值根据的数值根据U UOHOH的需要选定；的需要选定；&C CD D&A AB B3 3集电极开路门（集电极开路门（OCOC门）门）7/15/2024OC门主要有以下几方面的应用：o（1）实现线与。o电路如右图所示，逻辑关系为:(2)实现电平转换。实现电平转换。如图示，可使输出电如图示，可使输出电平提高平提高（3 3）用做驱动器。）用做驱动器。如如图图是是用用来来驱驱动动发发光光二二极极管管的的电路。电路。7/15/2024（1）当输出高电平时，RP不能太大。RP为最大值时要保证输出电压为VOH（min），由OC门进行线与时，外接上拉电阻门进行线与时，外接上拉电阻RP的选择：的选择：得：得：7/15/2024（2）当输出低电平时，当输出低电平时，RP不能太小。不能太小。RP为最小值时要保证输出电压为为最小值时要保证输出电压为VOL（max），由由所以：所以：RP（min）RPRP（max）7/15/2024（1）三态输出门的结构及工作原理。）三态输出门的结构及工作原理。当当EN=1时时，G输输出出为为1，D1截截止止，相相当当于于一一个个正正常常的的二二输输入端与非门，称为正常工作状态。入端与非门，称为正常工作状态。当当EN=0时时，G输输出出为为0，T4、T3都都截截止止。这这时时从从输输出出端端L看看进去，呈现高阻，称为高阻态，或禁止态。进去，呈现高阻，称为高阻态，或禁止态。4 4三态输出门三态输出门7/15/2024（a a）单向总线）单向总线实现信号的分时单向传送实现信号的分时单向传送.（b b）双向总线）双向总线实现信号的分时双向传送。实现信号的分时双向传送。（2 2）三态门的应用）三态门的应用7/15/20243.2.43.2.4其它系列其它系列TTLTTL逻辑门电路逻辑门电路7/15/20243.2.43.2.4其它系列其它系列TTLTTL逻辑门电路逻辑门电路7/15/20243.4 MOS 3.4 MOS 晶体管开关特性晶体管开关特性1、M OS管结构原理管结构原理参数：开启电压参数：开启电压V VT T;导通电阻导通电阻R RONON7/15/2024当当U UGS VGS VT T时，时，当当U UGS VTGS-2vGS-2v时时,（等效开关图同上）（等效开关图同上）T TN N 截止截止（1)1)NM OS OS 管开关等效电路管开关等效电路T TN N导通：导通：T TP P导通：导通：T TP P截止：截止：2 2、MOS MOS 晶体管开关等效电路晶体管开关等效电路7/15/2024GDSRD+VDD截止状态uiUTuo0GDSRD+VDDRON7/15/2024所以输出为低电平。所以输出为低电平。3.4.2 NMOS门电路门电路1 1NMOS非门非门逻辑关系：（设两管的开启电压为VT1=VT2=4V，且gm1gm2）（1）当输入Vi为高电平8V时，T1导通，T2也导通。因为gm1gm2，所以两管的导通电阻RDS1RDS2，输出电压为：7/15/2024（2 2）当当输输入入V Vi i为为低低电电平平0V0V时时，T T1 1截截止止，T T2 2导导通通。所所以以输输出出电压为电压为V VOHOH=V VDDDD-V VT T=8V=8V，即输出为高电平。即输出为高电平。所以电路实现了非逻辑。所以电路实现了非逻辑。2 2NMOS门电路门电路（1 1）与非门）与非门（2）或非门）或非门7/15/20243.5 CMOS3.5 CMOS门电路门电路基本电路用基本电路用T TP P管和管和T TN N管构成。管构成。输入脉冲幅度通常为输入脉冲幅度通常为V VDDDD。V VA A0V0VT TP P T TN NU UY YV VDDDD真值表真值表A A0 01 1Y Y1 10 0表达式表达式Y Y=A A0 0V VDDDDV VDDDD截止截止截止截止导通导通导通导通0 0T TN NT TP P+V+VDDDDA AY Y3.5.1 3.5.1 CMOSCMOS反向器的工作原理反向器的工作原理一一.电路结构电路结构二二.工作原理工作原理7/15/20243.5.2 CMOS3.5.2 CMOS反向器的外部特性反向器的外部特性 当当U UI I V VDDDD/2/2 时时,=U U0L0L 0 0当当U UI I V VDDDD/2/2 时时,=U U0H0H V VDDDDU U0 0U U0 0其阈值电平其阈值电平V VTHTH=V VDDDD/2/2V VDDDD/2/2V VDDDDV VDDDD/2/2V VDDDD0 0V VI IV VO O1.1.电压传输特性电压传输特性VOH=VDD VOL=0;VNH=VNL=1/2VDD7/15/20242.2.输入特性输入特性由于由于CMOSCMOS反向器的栅极和衬底之间有反向器的栅极和衬底之间有SiOSiO2 2绝缘层，绝缘层，所以所以CMOSCMOS反向器正常工作时，有反向器正常工作时，有I II I=I IG G=0=0成立。成立。7/15/2024但绝缘层非常薄，极易击穿但绝缘层非常薄，极易击穿,所以制作所以制作CMOSCMOS器件时，集器件时，集成了成了“输入保护电路输入保护电路”,以保护绝缘层不被击穿。以保护绝缘层不被击穿。输入保护措施是有限度的，使用时还必须注意器件输入保护措施是有限度的，使用时还必须注意器件的的 正确使用方法。正确使用方法。2.2.输入特性输入特性输入负载及悬空处理输入负载及悬空处理7/15/2024(1)(1)低电平输出特性低电平输出特性U U0 0=U U0L0L时时:+V+VDDDDT TN NT TP PU UIHIHU UOLOLI IOLOLR RL LI IOLOL从负载电路注入从负载电路注入T TN N管。（管。（灌流灌流）T TN N管导通，管导通，T TP P管截止，管截止，10V10VU UOLOLO OI IOLOL3.3.输出特性输出特性在在VDD一定时，一定时，IOL UOL，所以，所以IOL（max）7/15/2024(2)(2)高电平输出特性高电平输出特性U U0 0=U U0H0H时：时：T TN NT TP P+V+VDDDDU UILILU UOHOHI IOHOHR RL LI IOHOH从从T TP P管流向负载电路。（管流向负载电路。（拉流拉流）T TP P管管导通导通，T TN N管截止，管截止，U UOHOHO OI IOHOHV VDDDD10V10V在在VDD一定时，一定时，IOH UOH，所，所以以IOH（max）3.3.输出特性输出特性7/15/20243.5.4 CMOS3.5.4 CMOS逻辑门逻辑门1 1、组成组成两两两两T T T TP P P P管在上，管在上，管在上，管在上，并联并联并联并联；两两两两T T T TN N N N管在下，管在下，管在下，管在下，串联串联串联串联；2 2、工作原理工作原理只有当只有当ABAB同为同为1 1、使串联的使串联的TNTN管同时导通管同时导通时时 ，输出才为输出才为0 0，其它情况输出为其它情况输出为1 1。A BA B0 00 00 10 11 01 01 11 1T T3 3P P T T4 4P P T T2 2N N T T1 1N NY YB BA A功能功能特点：特点：3 3、输出逻辑表达式输出逻辑表达式1 11 11 10 0通通通通通通通通通通通通通通通通止止止止止止止止止止止止止止止止T4T4T3T3+V+VDDDDY YT2T2T1T1A AB BY=AY=AB B一一.与非门（以二输入为例）与非门（以二输入为例）7/15/2024二、二、CMOSCMOS或非门（以二输入为例）或非门（以二输入为例）3 3、输出逻辑表达式：输出逻辑表达式：Y=AY=AB B1 1、组成组成两两两两T T T TP P P P管在上，管在上，管在上，管在上，串联串联串联串联；两两两两T T T TN N N N管在下，管在下，管在下，管在下，并联并联并联并联；2 2、工作原理工作原理只有当只有当ABAB同为同为0 0、使串联的使串联的T TP P管同时导通时管同时导通时 ，输出才为输出才为1 1，其它情况输出为其它情况输出为0 0。功能功能特点：特点：A BA B0 00 00 10 11 01 01 11 1T T4 4P P T T3 3P P T T1 1N N T T2 2N NY YB BA A通通止止通通止止通通通通止止止止止止止止通通通通止止通通止止通通1 10 00 00 0A AB BT3T3T4T4T2T2T1T1V VDDDDY Y=A+B=A+B7/15/2024为了克服上述缺点，为了克服上述缺点，可在门电路的输入、可在门电路的输入、输出端增设输出端增设“缓冲器缓冲器”。CMOSCMOS门电路的优点门电路的优点：电路结构简单：电路结构简单CMOSCMOS门电路的缺点门电路的缺点：1 1）输出电阻）输出电阻R RO O的大小，受输入端状态的影响的大小，受输入端状态的影响2 2）输出电平）输出电平U UOLOL、U UOHOH，受输入端数目的影响受输入端数目的影响三三.带缓冲级的带缓冲级的CMOSCMOS门电路门电路7/15/20241.1.CMOS传输门（传输门（TGTG）组成和逻辑符号组成和逻辑符号当当C C=0=0时，时，C C=1=1时，时，当当C C=1=1，时，时C C=0=0时，时，T T1 1、T T2 2总有一个导电，传输门导通。总有一个导电，传输门导通。如同如同TTLTTLOCOC门，门，CMOS CMOS ODOD门，可门，可用来实现用来实现“线与逻辑线与逻辑”。工作时，要求工作时，要求U UI I在在0 0 V VDDDD之间变化。之间变化。CMOSCMOS传输门是双向输入和输出器件，两端可以互易使用。传输门是双向输入和输出器件，两端可以互易使用。C CT T2 2T T1 1V VDDDDV VI I/V/VO OV VO O/V/VI IC CTGTGC CV VI I/V/VO OV VO O/V/VI IC C四四.OD.OD门（漏极开路的门电路）门（漏极开路的门电路）3.5.3 CMOS3.5.3 CMOS传输门传输门T T1 1、T T2 2截止，传输门截止。截止，传输门截止。7/15/20242.CMOS2.CMOS传输门应用举例传输门应用举例利用利用CMOS传输门传输门和和CMOS非门非门可可以组成各种复杂的逻辑电路。以组成各种复杂的逻辑电路。当当C C=0=0时，时，SW截止；截止；CMOS双向模拟开关双向模拟开关的组成和符号：的组成和符号：CMOS 三态门原理同三态门原理同TTL例如做例如做模拟开关，模拟开关，用来传输模拟信号，用来传输模拟信号，这是一般的逻辑门无法实现的。这是一般的逻辑门无法实现的。TGTGC CV VI I/V/VO OV VO O/V/VI I1 1SWSWC CV VI I/V/VO OV VO O/V/VI I五五.CMOS三态输出门（三态输出门（TSTS门）门）当当C=1C=1时时，SW导通。导通。7/15/2024（1 1）基本的）基本的CMOS40004000系列。系列。（2 2）高速的高速的CMOSHC系列。系列。（3 3）与）与TTL兼容的高速兼容的高速CMOSHCT系列。系列。六、六、CMOSCMOS逻辑门电路的系列逻辑门电路的系列7/15/2024v小结小结 二极管、三极管、场效应管的开关应用电路二极管、三极管、场效应管的开关应用电路 正确使用正确使用TTLTTL逻辑门的方法及其主要参数计算逻辑门的方法及其主要参数计算 正确使用正确使用CMOSCMOS逻辑门的方法逻辑门的方法7/15/2024