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1、27.10.2020,.,1,3.4.1 CMOS反相器,3.4.2 其它功能的CMOS门电路,3.4 CMOS 集成逻辑门电路,3.5.1 TTL电路和CMOS电路的接口,3.5 集成逻辑门电路的应用,返回,结束 放映,3.4.3 CMOS集成门的使用注意事项,3.5.2 集成逻辑门的应用,27.10.2020,.,2,，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？,27.10.2020,.,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、价格便宜等优点，得
2、到了十分迅速的发展。,3.4 CMOS 集成逻辑门电路,27.10.2020,.,4,MOS管有NMOS管和PMOS管两种。 MOS管有增强型和耗尽型两种。 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)。 在数字电路中，多采用增强型。,返回,3.4.1 CMOS反相器,27.10.2020,.,5,图3-19 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,1MOS管的开关特性,27.10.2020,.,6,图3-20 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
3、源,（2）PMOS管的开关特性,27.10.2020,.,7,图3-21 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,27.10.2020,.,8,（2）工作原理,UIL=0V,截止,导通,UOHVDD,1、当uI= UIL=0V时，VTN截止，VTP导通， uO = UOHVDD,27.10.2020,.,9,UIH= VDD,截止,UOL 0V,2、当uI =UIH = VDD ，VTN导通，VTP截止， uO =UOL0V,导通,27.10.2020,.,10,（3）逻辑功能 实现反相
4、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。,27.10.2020,.,11,图3-22 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,27.10.2020,.,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
5、）抗干扰能力很强。 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 ）,27.10.2020,.,13,图3-23 CMOS与非门,1、 CMOS与非门,负载管并联 （并联开关）,驱动管串联 （串联开关）,3.4.2 其它功能的CMOS门电路,（1）A、B全为高电平，则驱动管导通、负载管截止，输出为低电平。,截止,27.10.2020,.,14,该电路具有与非逻辑功能，即,（2）A、B中有低电平，则驱动管导
6、通、负载管截止，输出为低电平。,导通,27.10.2020,.,15,负载管串联 （串联开关）,2、 CMOS或非门,驱动管并联 （并联开关）,图3-24 CMOS或非门,（1）A、B有高电平，则驱动管导通、负载管截止，输出为低电平。,导通,返回,27.10.2020,.,16,该电路具有或非逻辑功能,即,（2）当输入全为低电平，两个驱动管均截止，两个负载管均导通，输出为高电平。,0,27.10.2020,.,17,3 CMOS传输门,图2-25 CMOS传输门 （a）电路 （b）逻辑符号,27.10.2020,.,18,（2） 工作原理（了解）,27.10.2020,.,19,（3） 应用举
7、例,图3-26 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。,27.10.2020,.,20,图3-27 CMOS三态门 (a)电路 (b) 逻辑符号, CMOS三态门,27.10.2020,.,21,1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：,返回,3.4
8、.3 CMOS集成门的使用注意事项,27.10.2020,.,22,（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。,27.10.2020,.,23,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。,
9、返回,3.5.1 TTL电路和CMOS电路的接口,27.10.2020,.,24,1. 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。,27.10.2020,.,25,（3）解决电平匹配问题,图3-28 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）,27.10.2020,.,26,选用电平转换电路(
10、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。,27.10.2020,.,27,2. CMOS门驱动TTL门,（1）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。,27.10.2020,.
11、,28,（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。,27.10.2020,.,29,表3-7 各种系列门电路的主要参数,27.10.2020,.,30,表3-8 常用集成门电路(TTL系列）,27.10.2020,.,31,表3-8 常用集成门电路(CMOS系列）,27.10.2020,.,32,二、 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
12、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,3.5.2 集成逻辑门的应用,27.10.2020,.,33,(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。 (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。,27.10.2020,.,34,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。,27.10.2020,.,35,作业题,1、3-4 2、3-7,返回,27.10.2020,.,36,返回首页,再 见！,
