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1、第三章 门电路（四次课）,本章学习思路：了解内部结构特点，掌握功能及外部特性，掌握各种特性曲线及应用，熟悉各种参数，掌握连接规律并能定性判断电路功能。,3.1 概述（注意概念）3.2 半导体二极管门电路3.3 CMOS门电路 CMOS反相器的电路结构和工作原理； 静态输入特性和输出特性； 其他类型的CMOS门电路3.5 TTL门电路 TTL反相器的电路结构、工作原理、电压传输特性； 静态输入特性、输出特性和输入端负载特性； 其他类型的TTL门电路,掌握门电路概念、类型及逻辑体制的概念,3.1 概述,一、门电路：用以实现逻辑关系的单元电路，与基本逻辑关系相对应。,常见门电路：与门、或门、非门、与
2、非门、或非门、异或门等。,三、正负逻辑体制概念： 在电子电路中，用高低电平表示0和1两种逻辑状态。正逻辑：高电平对应“1”；低电平对应“0”。负逻辑：高电平对应“0”；低电平对应“1”。,二、类型：,分立元件门电路：,二极管门电路,双极型、单极型及混合型,集成门电路：,注意：在数字电路中，电压值具体为多少不重要，只要能判断高低电平即可。,正与非门的真值表,负或非门的真值表,正与非门与负或非门相对应,一般采用正逻辑体制,一、半导体二极管的开关特性,一个二极管，具有单向导电性。外加正向电压时导通，相当于开关闭合；外加反向电压时截止，相当于开关断开。正向导通压降：硅管0.7V，锗管0.3V。,3.2
3、 半导体二极管门电路,高电平：VIH=VCC低电平：VIL=0,vI=VIH D截止，vO=VOH=VCCvI=VIL D导通，vO=VOL=0.7V,设VCC = 5V加到A,B的 VIH=3V VIL=0V二极管导通时 VDF=0.7V,二、二极管门电路,1、二极管与门,设VCC = 5V加到A,B的 VIH=3V VIL=0V二极管导通时 VDF=0.7V,2、二极管或门,F=A+B,二极管门电路缺点：存在电平偏移；带负载能力差。,适用场合：IC电路的内部逻辑单元,3.3 CMOS门电路,3.3.1 MOS管开关电路知识回顾 3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理 一、电路结构及
4、工作原理 二、电压、电流传输特性曲线 三、噪声容限 3.3.3 CMOS反相器的静态输入特性和输出特性 一、输入端保护措施和输入特性 二、输出特性,3.3.5 其它类型的CMOS门电路,3.3.6 CMOS门电路的特点及正确使用,1、NMOS反相器及开关特性,（1）vI VGS(th)N且VDS较小时，工作在可变电阻区。,若RDRON，则VOL0,（2）vI VGS(th)N且VDS较大时,MOS工作在恒流区，此时，iD与VDS无关,VGS越大，RON越小,开启电压 VGS(th)N，VGS(th)N 0,2、PMOS管开关特性,开启电压VGS(th)P | VGS(th) P|时，MOS管导
5、通。,（2） 当| VGS | | VGS(th) P|且 | VDS | 较大时，工作在恒流区,（3） 当| VGS | | VGS(th) P|且 | VDS | 较小时，工作在可变电阻区,3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理,一、电路结构及工作原理,（Complementary -Symmetry MOS）,工作原理：,vi=0时：VGS1= VDD ， VGS2=0, T1导通、T2截止，vO= VDD vi= VDD时：VGS2=VDD, VGS1=0 T2导通、T1截止， vO=0,令VDD|VGS(th)P|+VGS(th)N,二、电压、电流传输特性曲线,1、电压传输特
6、性曲线,AB段：vi VDDVTP T1截止，T2导通 vOVOL0,VDD VTN+VTP且VTN=VTPVTN即VGS（th）N VTP即VGS（th）P,二、电压、电流传输特性曲线,1、电压传输特性曲线,VDD VTN+VTP且VTN=VTP,BC段：VTNvi RON1,设T1导通内阻为RON1 ， T2导通内阻RON2 ：,在BC段, RON1 RON2,当 时，RON2 = RON1,2、电流传输特性曲线,AB段：T1导通，T2截止，iD0;,CD段：T2导通，T1截止，iD0;,BC段：T1、T2均导通，iD0且在vI=VDD时，iD最大。,注意：使用CMOS器件时,不应使之长期
7、工作在电流传输特性的BC段，以防止器件因功耗过大而损坏。,三、输入噪声容限,输入端噪声容限：在保证输出高低电平基本不变（或者说变化的大小不超过允许限度）的条件下，输入电平允许的波动范围。,输入端为高（低）电平时的噪声容限VNH（ VNL ）：在保证输出为低（高）电平的条件下，输入电平允许的向下（上）的波动范围。,思考：对单级门，如何求输入端噪声容限？,VNH=VIHVIH(min)=,VNL=VIL(max)VOL=,理想情况下，以阈值电压为分界线，则：,设VIL=0， VIH=VDD；VOH=VDD， VOL0 ； 则对门本身而言，,当前级门带动同类型的后级门时，有：,VNH=VOHVIH(
8、min)=,VNL=VIL(max)VIL=,3.3.3 CMOS反相器的静态输入特性和输出特性,一、输入端保护措施和输入特性,1、输入端保护电路,二极管压降为VDF =0.7V,2、输入特性,当0vI VDD+ VDF时，D1导通；当vI VDF时，D2导通；,二、输出特性,1、低电平输出,（1）VOLIOLRON 随着IOLVOL,（2）在同一IOL下， VDDRONVOL,低电平输出特性为：,2、高电平输出,（2）在同一IOH下， VDDRONVOH,（1）VOHVDDIOHRON随着IOHVOH略有降低,高电平输出特性为：,小结,1、逻辑门及逻辑体制的概念； 2、二极管开关特性及二极管与门、或门电路；3、CMOS 反相器的电路结构及工作原理；4、 CMOS反相器的电压及电流传输特性曲线； 5、 CMOS反相器的阈值电压及噪声容限的概念；6、 CMOS反相器的静态输入、输出特性曲线。,下次讲：3.3.33.3.53.5.1,作业： 3.1,
