模拟电子技术逻辑门电路.ppt
数字电子技术第六讲,第 3 章逻辑门电路,CMOS 集成逻辑门,集成逻辑门的应用,小结,是由增强型 PMOS 管和增强型 NMOS 管组成的互补对称 MOS 门电路。比之 TTL，其突出优点为：微功耗、抗干扰能力强。,主要要求：,掌握 CMOS 反相器的电路、工作原理和主要外特性。,了解 CMOS 数字集成电路的应用要点。,了解 CMOS 与非门、或非门、开路门、三态门和传输门的电路和逻辑功能。,3.4CMOS 集成逻辑门,一、CMOS 反相器,(一)电路基本结构,要求VDD UGS(th)N+UGS(th)P且 UGS(th)N=UGS(th)P,UGS(th)N,增强型 NMOS 管开启电压,增强型 PMOS 管开启电压,UGS(th)P,UIL=0 V，UIH=VDD,(二)工作原理,可见该电路构成 CMOS 非门，又称 CMOS 反相器。,无论输入高低，VN、VP 中总有一管截止，使静态漏极电流 iD 0。因此 CMOS 反相器静态功耗极微小。,uO VDD 为高电平。,uO 0 V，为低电平。,二、其他功能的 CMOS 门电路,(一)CMOS 与非门和或非门,1.CMOS 与非门,CMOS 与非门工作原理,2.CMOS 或非门,(二)漏极开路的 CMOS 门,简称 OD 门,与 OC 门相似，常用作驱动器、电平转换器和实现线与等。,需外接上拉电阻 RD,由一对参数对称一致的增强型 NMOS 管和 PMOS 管并联构成。,(三)CMOS 传输门,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。,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。,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。,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 即 Transmission Gate 的缩写,(三)CMOS 传输门,(四)CMOS 三态输出门,工作原理,因此构成使能端低电平有效的三态门。,三、CMOS 数字集成电路应用要点,(一)CMOS 数字集成电路系列,提高速度措施：减小MOS 管的极间电容。,由于CMOS电路 UTH VDD/2，噪声容限UNL UNH VDD/2，因此抗干扰能力很强。电源电压越高，抗干扰能力越强。,民品,军品,VDD=2 6 V,T 表示与 TTL 兼容VDD=4.5 5.5 V,1.注意不同系列 CMOS 电路允许的电源电压范围不同，一般多用+5 V。电源电压越高，抗干扰能力也越强。,(二)CMOS 集成逻辑门使用要点,2.闲置输入端的处理,不允许悬空。,可与使用输入端并联使用。但这样会增大输入电容，使速度下降，因此工作频率高时不宜这样用。,与门和与非门的闲置输入端可接正电源或高电平；或门和或非门的闲置输入端可接地或低电平。,主要要求：,了解 TTL 和 CMOS 电路的主要差异。,了解集成门电路的选用和应用。,3.5 集成逻辑门电路的应用,一、CMOS 门电路比之 TTL 的主要特点,注意：CMOS 电路的扇出系数大是由于其负载门的输入阻抗很高，所需驱动功率极小，并非 CMOS 电路的驱动能力比 TTL 强。实际上 CMOS4000 系列驱动能力远小于 TTL，HCMOS 驱动能力与 TTL 相近。,二、集成逻辑门电路的选用,根据电路工作要求和市场因素等综合决定,若对功耗和抗干扰能力要求一般，可选用 TTL 电路。目前多用 74LS 系列，它的功耗较小，工作频率一般可用至 20 MHz；如工作频率较高，可选用 CT74ALS 系列，其工作频率一般可至 50 MHz。,若要求功耗低、抗干扰能力强，则应选用 CMOS 电路。其中 CMOS4000 系列一般用于工作频率 1 MHz 以下、驱动能力要求不高的场合；HCMOS 常用于工作频率 20 MHz 以下、要求较强驱动能力的场合。,三、集成逻辑门电路应用举例,例 试改正下图电路的错误，使其正常工作。,VDD,可用两级电路 2 个与非门实现之,例 试分别采用与非门和或非门实现与门和或门。,解：(1)用与非门实现与门,设法将 Y=AB 用与非式表示,因此，用与非门实现的与门电路为,Y=AB,可用两级电路 3 个与非门实现,(2)用与非门实现或门,因此，用与非门实现的或门电路为,Y=A+B,设法将 Y=A+B 用与非式表示,可用两级电路 3 个或非门实现之。,(3)用或非门实现与门,设法将 Y=AB 用或非式表示,因此，用或非门实现的与门电路为,将或非门多余输入端与有用端并联使用构成非门,可用两级电路 2 个或非门实现之,(4)用或非门实现或门,设法将 Y=A+B 用或非式表示,因此，用或非门实现的或门电路为,Y=A+B,例 有一个火灾报警系统，设有烟感、温感和紫外光感三种不同类型的火灾探测器。为了防止误报警，只有当其中两种或三种探测器发出探测信号时，报警系统才产生报警信号，试用与非门设计产生报警信号的电路。,解：(1)分析设计要求，建立真值表,感三种不同类型的火灾探测器,有烟感、温感和紫外光,产生报警信号,两种或三种探测器发出探测信号时，报警系统才,与非门设计,报警电路的输入信号为烟感、温感和紫外光感三种探测器的输出信号，设用 A、B、C 表示，且规定有火灾探测信号时用 1 表示，否则用 0 表示。,报警电路的输出用 Y 表示，且规定需报警时Y 为 1，否则 Y 为 0。,由此可列出真值表如右图所示,(2)根据真值表画函数卡诺图,1,1,1,1,(3)用卡诺图化简法求出输出逻辑函数的最简与或表达式，再变换为与非表达式。,Y=AB,+AC,+BC,(4)画逻辑图,根据 Y 的与非表达式画逻辑图,Y,小结,CMOS 数字集成电路主要有 CMOS4000 系列和HCMOS 系列。CMOS4000 系列工作速度低，负载能力差，但功耗极低、抗干扰能力强，电源电压范围宽，在工作频率不高的情况下应用很多。CC74HC 和 CC74HCT 两个系列的工作频率和负载能力都已CT74LS的水平，但功耗、抗干扰能力和对电源电压变化的适应性等比 CT74LS 更优越。CMOS 电路在大规模集成电路应用更广泛。,应用集成门电路时，应注意：,TTL电路只能用5 V(74系列允许误差5%)；CMOS4000 系列可用 3 15 V；HCMOS系列可用 2 6 V；CTMOS 系列用 4.5 5.5 V。一般情况下，CMOS 门多用 5 V，以便与 TTL 电路兼容。,(1)电源电压的正确使用,(2)输出端的连接,开路门的输出端可并联使用实现线与，还可用来驱动需要一定功率的负载。,三态输出门的输出端也可并联，用来实现总线结构，但三态输出门必须分时使能。使用三态门时，需注意使能端的有效电平。,普通门(具有推拉式输出结构)的输出端不允许直接并联实现线与。,(3)闲置输入端的处理,(4)信号的正确使用,TTL 电路输入端悬空时相当于输入高电平，CMOS 电路多余输入端不允许悬空。,CMOS电路多余输入端与有用输入端的并接仅适用于工作频率很低的场合。,数字电路中的信号有高电平和低电平两种取值，高电平和低电平为某规定范围的电位值，而非一固定值。门电路种类不同，高电平和低电平的允许范围也不同。,或门和或非门,与门和与非门,多余输入端接地或与有用输入端并接,多余输入端接正电源或与有用输入端并接,
