第1章数字电路基础知识CMOS反相器课件.ppt

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1、2022/12/3,1,2.5.1 CMOS反相器,2.5.2 其它类型的CMOS门电路,2.5 CMOS 门电路,2.6.3 TTL门电路和CMOS门电路的相互连接,2.6.1 CMOS门电路的使用知识,2.6.2 TTL门电路的使用知识,2.6 CMOS门电路和TTL门电路的使用知识及相互连接,本章小结,返回,结束放映,2022/12/3,2,复习,为什么要用OC门？OC门的工作条件？OC门有何应用？三态门有哪三态？三态门有何应用？,2022/12/3,3,MOS门电路：以MOS管作为开关元件构成的门电路。 MOS门电路，尤其是CMOS门电路具有制造工艺简单、集成度高、抗干扰能力强、功耗低

2、、价格便宜等优点，得到了十分迅速的发展。,2.5 CMOS 门电路,2022/12/3,4,2.5.1 CMOS反相器,1MOS管的开关特性,MOS管有NMOS管和PMOS管两种。 当NMOS管和PMOS管成对出现在电路中，且二者在工作中互补，称为CMOS管(意为互补)。MOS管有增强型和耗尽型两种。 在数字电路中，多采用增强型。,返回,2022/12/3,5,图2-24 NMOS管的电路符号及转移特性 (a) 电路符号 （b）转移特性,D接正电源,（1）NMOS管的开关特性,2022/12/3,6,图2-25 PMOS管的电路符号及转移特性 (a) 电路符号 （b）转移特性,D接负电源,（2

3、）PMOS管的开关特性,2022/12/3,7,图2-26 CMOS反相器,PMOS管,负载管,NMOS管,驱动管,开启电压|UTP|=UTN，且小于VDD。,2CMOS反相器的工作原理 （1）基本电路结构,2022/12/3,8,（2）工作原理,图2-26 CMOS反相器,UIL=0V,截止,导通,UOHVDD,当uI= UIL=0V时，VTN截止，VTP导通， uO = UOHVDD,2022/12/3,9,图2-26 CMOS反相器,UIH= VDD,截止,UOL 0V,当uI =UIH = VDD ，VTN导通，VTP截止， uO =UOL0V,导通,2022/12/3,10,（3）逻

4、辑功能实现反相器功能（非逻辑）。,（4）工作特点VTP和VTN总是一管导通而另一管截止，流过VTP和VTN的静态电流极小（纳安数量级），因而CMOS反相器的静态功耗极小。这是CMOS电路最突出的优点之一。,2022/12/3,11,图2-27 CMOS反相器的电压传输特性和电流传输特性,3 电压传输特性和电流传输特性,AB段：截止区iD为0,BC段：转折区阈值电压UTHVDD/2转折区中点：电流最大,CMOS反相器在使用时应尽量避免长期工作在BC段。,CD段：导通区,2022/12/3,12,4. CMOS电路的优点,（1）微功耗。 CMOS电路静态电流很小，约为纳安数量级。 （2）抗干扰能力

5、很强。 输入噪声容限可达到VDD/2。 （3）电源电压范围宽。 多数CMOS电路可在318V的电源电压范围 内正常工作。 （4）输入阻抗高。 （5）负载能力强。 CMOS电路可以带50个同类门以上。 （6）逻辑摆幅大。（低电平0V，高电平VDD ）,2022/12/3,13,2.5.2 其它类型的CMOS门电路,负载管串联（串联开关）,1 CMOS或非门,驱动管并联（并联开关）,图2-28 CMOS或非门,A、B有高电平，则驱动管导通、负载管截止，输出为低电平。,1,0,截止,导通,返回,2022/12/3,14,该电路具有或非逻辑功能,即,当输入全为低电平，两个驱动管均截止，两个负载管均导通

6、，输出为高电平。,0,0,截止,导通,1,2022/12/3,15,图2-29 CMOS与非门,该电路具有与非逻辑功能，即,2 CMOS与非门,负载管并联（并联开关）,驱动管串联（串联开关）,2022/12/3,16,3 CMOS传输门,图2-30 CMOS传输门（a）电路 （b）逻辑符号,2022/12/3,17,（2） 工作原理（了解）,2022/12/3,18,（3） 应用举例,图2-31 CMOS模拟开关, CMOS模拟开关：实现单刀双掷开关的功能。,C = 0时，TG1导通、TG2截止，uO = uI1； C = 1时，TG1截止、TG2导通，uO = uI2。,2022/12/3,

7、19,图2-32 CMOS三态门(a)电路 (b) 逻辑符号, CMOS三态门,2022/12/3,20,2.6.1 CMOS门电路的使用知识,1输入电路的静电保护 CMOS电路的输入端设置了保护电路，给使用者带来很大方便。但是，这种保护还是有限的。由于CMOS电路的输入阻抗高，极易产生感应较高的静电电压，从而击穿MOS管栅极极薄的绝缘层，造成器件的永久损坏。为避免静电损坏，应注意以下几点：,2.6 CMOS门电路和TTL门电路的使用知识及相互连接,返回,2022/12/3,21,（1）所有与CMOS电路直接接触的工具、仪表等必须可靠接地。 （2）存储和运输CMOS电路，最好采用金属屏蔽层做包

8、装材料。,2多余的输入端不能悬空。输入端悬空极易产生感应较高的静电电压，造成器件的永久损坏。对多余的输入端，可以按功能要求接电源或接地，或者与其它输入端并联使用。,2022/12/3,22,2.6.2 TTL门电路的使用知识,1多余或暂时不用的输入端不能悬空，可按以下方法处理：,（1）与其它输入端并联使用。 （2）将不用的输入端按照电路功能要求接电源或接地。比如将与门、与非门的多余输入端接电源，将或门、或非门的多余输入端接地。,返回,2022/12/3,23,(1) 在每一块插板的电源线上，并接几十F的低频去耦电容和0.010.047F的高频去耦电容，以防止TTL电路的动态尖峰电流产生的干扰。

9、 (2) 整机装置应有良好的接地系统。,2 电路的安装应尽量避免干扰信号的侵入，保证电路稳定工作。,2022/12/3,24,2.6.3 TTL门电路和CMOS 门电路的相互连接,TTL和CMOS电路的电压和电流参数各不相同，需要采用接口电路。一般要考虑两个问题：一是要求电平匹配，即驱动门要为负载门提供符合标准的输出高电平和低电平；二是要求电流匹配，即驱动门要为负载门提供足够大的驱动电流。,返回,2022/12/3,25,1. TTL门驱动CMOS门,（1）电平不匹配TTL门作为驱动门，它的UOH2.4V,UOL0.5V； CMOS门作为负载门，它的UIH3.5V，UIL1V。可见，TTL门的

10、UOH不符合要求。 （2）电流匹配CMOS电路输入电流几乎为零，所以不存在问题。,2022/12/3,26,（3）解决电平匹配问题,图2-33 TTL门驱动CMOS门, 外接上拉电阻RP在TTL门电路的输出端外接一个上拉电阻RP，使TTL门电路的UOH5V。（当电源电压相同时）,2022/12/3,27,选用电平转换电路(如CC40109)若电源电压不一致时可选用电平转换电路。 CMOS电路的电源电压可选318V； 而TTL电路的电源电压只能为5V。, 采用TTL的OC门实现电平转换。若电源电压不一致时也可选用OC门实现电平转换。,2022/12/3,28,2. CMOS门驱动TTL门,（1）

11、电平匹配 CMOS门电路作为驱动门，UOH5V，UOL0V； TTL门电路作为负载门，UIH2.0V，UIL0.8V。 电平匹配是符合要求的。,（2）电流不匹配 CMOS门电路4000系列最大允许灌电流为0.4mA， TTL门电路的IIS1.4 mA， CMOS4000系列驱动电流不足。,2022/12/3,29,（3）解决电流匹配问题,CMOS电路常用的是4000系列和54HC/74HC系列产品，后几位的序号不同，逻辑功能也不同。, 选用CMOS缓冲器 比如，CC4009的驱动电流可达4 mA。 选用高速CMOS系列产品选用CMOS的54HC/74HC系列产品可以直接驱动TTL电路。,202

12、2/12/3,30,表2-7 各种系列门电路的主要参数,2022/12/3,31,表2-8 常用集成门电路(TTL系列）,2022/12/3,32,表2-8 常用集成门电路(CMOS系列）,2022/12/3,33,本章小结,门电路是构成各种复杂数字电路的基本逻辑单元，掌握各种门电路的逻辑功能和电气特性，对于正确使用数字集成电路是十分必要的。本章介绍了目前应用最广泛的TTL和CMOS两类集成逻辑门电路。在学习这些集成电路时，应把重点放在它们的外部特性上。外部特性包含两个内容，一个是输出与输入间的逻辑关系，即所谓逻辑功能；另一个是外部的电气特性，包括电压传输特性、输入特性、输出特性等。本章也讲一些集成电路内部结构和工作原理，但目的是帮助读者加深对器件外特性的理解，以便更好地利用这些器件。,2022/12/3,34,作业题,1、2-42、2-7,返回,