第三章 邏輯門(mén)電路

1、第三章 邏輯門(mén)電路 1 邏輯門(mén)電路邏輯門(mén)電路 2 TTL集成門(mén)電路集成門(mén)電路 3 MOS集成門(mén)電路集成門(mén)電路 1 邏輯門(mén)電路邏輯門(mén)電路 門(mén)：具有開(kāi)關(guān)作用。門(mén)：具有開(kāi)關(guān)作用。 門(mén)電路：具有控制信號(hào)通過(guò)或不通過(guò)能力的電路。門(mén)電路：具有控制信號(hào)通過(guò)或不通過(guò)能力的電路。 一、器件的開(kāi)關(guān)作用一、器件的開(kāi)關(guān)作用 開(kāi)關(guān)特性開(kāi)關(guān)特性 體現(xiàn)開(kāi)關(guān)作用體現(xiàn)開(kāi)關(guān)作用靜態(tài)特性靜態(tài)特性 轉(zhuǎn)換過(guò)程轉(zhuǎn)換過(guò)程動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性 理想開(kāi)關(guān)特性理想開(kāi)關(guān)特性 Z0 短路、相當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合短路、相當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合 Z 斷路、相當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)斷路、相當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi) 二、半導(dǎo)體二極管的開(kāi)關(guān)特性二、半導(dǎo)體二極管的開(kāi)關(guān)特性 D R D U i V + 開(kāi)關(guān)作用開(kāi)

2、關(guān)作用 D正偏正偏導(dǎo)通導(dǎo)通UD很小很小電路導(dǎo)通電路導(dǎo)通 UD 0.7V,硅管硅管 UD 0.3V,鍺管鍺管 D反偏反偏截止截止UD很大很大電路斷開(kāi)電路斷開(kāi) 注注:講課如不特殊說(shuō)明講課如不特殊說(shuō)明,均以硅管為例均以硅管為例. 動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性 D正偏時(shí)，正偏時(shí)，PN結(jié)電阻較小。加上反結(jié)電阻較小。加上反 壓后，形成較大的壓后，形成較大的I2；爾后，隨著結(jié)；爾后，隨著結(jié) 電阻的增加，反向電流逐漸減小，直電阻的增加，反向電流逐漸減小，直 至漏電流至漏電流Is。 D R D U i V + i V t 1 V 2 V D I t 1 I 2 I re t 2 1 . 0 I Is 反向恢復(fù)過(guò)程反向恢復(fù)過(guò)

3、程: 反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間 tre 說(shuō)明說(shuō)明: 轉(zhuǎn)換時(shí)間：截止導(dǎo)通 較小 導(dǎo)通截止較大 故D的開(kāi)關(guān)時(shí)間以tre來(lái)衡量。 Vi的最高頻率以10 tre來(lái)取值。 所需的時(shí)間。電流由,I 1 . 0 R V I 2 2 2 三、半導(dǎo)體三極管的開(kāi)關(guān)特性三、半導(dǎo)體三極管的開(kāi)關(guān)特性 開(kāi)關(guān)作用開(kāi)關(guān)作用 10K Vcc=5V 1k Vo =30 i V T 截止截止 飽和飽和 放大放大 Vbe Vbc 反偏反偏， ibic 0，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。 正偏反偏， ic ib， 線性放大。 正偏正偏， ib Ibs ， 開(kāi)關(guān)閉合。 VV RR V Ii ces C cc C cescc bsb 7 . 0 , VV 開(kāi)

4、關(guān)作用（續(xù)）開(kāi)關(guān)作用（續(xù)） 臨界飽和：臨界飽和： 飽和系數(shù)：飽和系數(shù)： 10K Vcc=5V 1k Y =30 i V T bs b I i B B越大，飽和越深；越大，飽和越深； 反之飽和則淺反之飽和則淺 VV R VI Ii ces C cesccc bsb 7 . 0 , V C ccc bsb R I Ii 7 . 0V 說(shuō)明：說(shuō)明：因 所以，臨界飽和電流是由外電路（Rc）決定的， Rc不同，臨界飽和電流是不一樣的。 Vbc0 V 時(shí)，時(shí)，T處于臨界飽和處于臨界飽和 例例1:計(jì)算圖示電路的臨界飽和電流。計(jì)算圖示電路的臨界飽和電流。 =30 Vces=0.7V Rb i V T Rc R

5、e ic ib ie Vcc Vo eC cescc bs cesccebsCbs cescceeCs C eecescc s RR VV I VVRIRI VVRIRI R RIVV I ）（ ）（即： 解： 1 1 c c 動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性 T從：從： 截止導(dǎo)通 ，建立電荷需要時(shí)間 ton 導(dǎo)通截止存儲(chǔ)電荷消散需要時(shí)間 toff 開(kāi)關(guān)時(shí)間開(kāi)關(guān)時(shí)間: 說(shuō)明說(shuō)明: 轉(zhuǎn)換時(shí)間：截止導(dǎo)通 時(shí)間ton較小 導(dǎo)通截止時(shí)間toff較大 toff中 ts占主要部分。 max 9 . 0 c I max 1 . 0 c I d t r t s t f t c i t 0 i V t 0 fsoff rdon

6、 ttt ttt 開(kāi)啟 延時(shí) 上升 關(guān)閉 存儲(chǔ) 下降 四、基本門(mén)電路四、基本門(mén)電路 對(duì)應(yīng)三種基本邏輯運(yùn)算，有三種基本門(mén)電路 二極管與門(mén)（二極管與門(mén)（D與門(mén)）與門(mén)） 電路電路 5V A 0V B F R D1 D2 Vcc（5V） 原理原理 VA VB VF D1 D2 0V 0V 0.7V 通通 通通 0V 5V 0.7V 通通 止止 5V 0V 0.7V 止止 通通 5V 5V 5 V 止止 止止 電路分析要求出輸入的電路分析要求出輸入的 各種組合與輸出的關(guān)系各種組合與輸出的關(guān)系 電位表：電位表： 二極管與門(mén)二極管與門(mén)(續(xù)續(xù)) VA VB VF D1 D2 0V 0V 0.7V 通通 通通

7、0V 5V 0.7V 通通 止止 5V 0V 0.7V 止止 通通 5V 5V 5 V 止止 止止 0低電位低電位 1高電位高電位 真值表真值表: A B F 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) 了與了與 邏輯邏輯 功能功能 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) 了與了與 邏輯邏輯 功能功能 符號(hào)符號(hào) A B F ; 2.2.縮小體積縮小體積; ; 3.3.縮短縮短T2T2從飽和向截止的轉(zhuǎn)換時(shí)間從飽和向截止的轉(zhuǎn)換時(shí)間加速轉(zhuǎn)換過(guò)程加速轉(zhuǎn)換過(guò)程。 ( (即加速輸入由全即加速輸入由全“1”1”輸入有輸入有“0”0”的轉(zhuǎn)換過(guò)程的轉(zhuǎn)換過(guò)程) ) 輸入多發(fā)射極的作用（續(xù)）輸入多發(fā)射極的作用（續(xù)） +5V 3.6

8、 0.3 F R4R2 R1 T2 R5 R3 T3 T4 T1 T5 b1 c1 3.6V Vc 3.6V飽和飽和 飽和飽和 飽和到截止，基區(qū)電荷需要消散時(shí)間飽和到截止，基區(qū)電荷需要消散時(shí)間 1V 放大區(qū)放大區(qū) 集電極電流集電極電流 1.4V 基區(qū)電荷迅速消散基區(qū)電荷迅速消散 T2截止，截止，Vc2電壓升高，電壓升高，T3導(dǎo)通，做導(dǎo)通，做 電壓跟隨電壓跟隨T4進(jìn)入放大。進(jìn)入放大。 集電極電流加大，集電極電流加大， T5迅速截止迅速截止 由于多發(fā)射極輸入級(jí)的存在，由于多發(fā)射極輸入級(jí)的存在，T1在轉(zhuǎn)換瞬間進(jìn)入放大狀態(tài)，加速了在轉(zhuǎn)換瞬間進(jìn)入放大狀態(tài)，加速了T2 的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，從而加速了整個(gè)電路的工作

9、速度。的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，從而加速了整個(gè)電路的工作速度。 VA= VB= 輸出級(jí)采用輸出級(jí)采用推挽電路推挽電路不僅不僅提供比較大的帶負(fù)提供比較大的帶負(fù) 載能力，載能力，而且而且在接容性負(fù)載的狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，可以在接容性負(fù)載的狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，可以 產(chǎn)生比較大的充放電電流，產(chǎn)生陡峭的上升或下產(chǎn)生比較大的充放電電流，產(chǎn)生陡峭的上升或下 降沿，也提高了整體電路的開(kāi)關(guān)速度。降沿，也提高了整體電路的開(kāi)關(guān)速度。 4. 推挽輸出電路的作用推挽輸出電路的作用 +5V F R4R2R1 T2 R5 R3 T3 T4 T1 T5 “1” “1” “1” RL 5V5V 飽和飽和 截止截止 T5T5深度飽和，集深度飽和，集 電極電流

10、可以全部用電極電流可以全部用 于驅(qū)動(dòng)負(fù)載。于驅(qū)動(dòng)負(fù)載。 輸出電阻為輸出電阻為T(mén)5T5的的 飽和飽和c-e c-e 電阻，阻值電阻，阻值 很小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。很小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。 輸出為低電平時(shí)輸出為低電平時(shí)： 容性負(fù)載時(shí)容性負(fù)載時(shí), ,放電較快放電較快, , 形成陡峭的下降沿。形成陡峭的下降沿。 R RL L Co 輸出為高電平時(shí)：輸出為高電平時(shí)： +5V F R4R2R1 T2 R5 R3 T3 T4 T1 T5 “0” “1” “1” RL 截止截止 T4T4處在放大區(qū)，工處在放大區(qū)，工 作在射極輸出狀態(tài)，作在射極輸出狀態(tài)， 組成組成電壓跟隨器電壓跟隨器，跟跟 隨隨VCCVCC，輸出穩(wěn)定，

11、帶，輸出穩(wěn)定，帶 負(fù)載能力強(qiáng)。負(fù)載能力強(qiáng)。 容性負(fù)載時(shí)容性負(fù)載時(shí), ,充電較快充電較快, , 形成陡峭的上升沿。形成陡峭的上升沿。 Co TTLTTL集成電路的外特性：集成電路的外特性： 電壓傳輸特性電壓傳輸特性 V VO O = = f(Vf(Vi i) ) 輸入輸入/ /輸出特性輸出特性 VOH輸出高電平，輸出高電平，VOL輸出低電平，輸出低電平， VOFF關(guān)門(mén)電平，關(guān)門(mén)電平， VON開(kāi)門(mén)電平：開(kāi)門(mén)電平： VT門(mén)坎電平，門(mén)坎電平，噪聲容限：噪聲容限：VNH ，VNL。 。 輸入伏安特性輸入伏安特性 ii = f（Vi） 輸入負(fù)載特性輸入負(fù)載特性 Vi = f（Ri） 開(kāi)門(mén)電阻開(kāi)門(mén)電阻 RO

12、N ，關(guān)門(mén)電阻，關(guān)門(mén)電阻 ROFF 輸出特性輸出特性 Vo = f（ io ） 輸出低電平，輸出低電平， 輸出高電平輸出高電平 輸入短路電流輸入短路電流IIS輸入漏電流輸入漏電流IIH 灌電流灌電流 拉電流拉電流 扇出系數(shù)扇出系數(shù) 三、電壓傳輸特性三、電壓傳輸特性 Vi Vo & V V VCC 輸出電壓輸出電壓V VO O隨輸入電壓隨輸入電壓V Vi i變化的關(guān)系曲線，即變化的關(guān)系曲線，即 V VO O = = f f(V(Vi i) )。 測(cè)試電路測(cè)試電路 傳輸特性曲線傳輸特性曲線 V0(V) Vi(V)123 3.6V B C D E 0.6V 1.4V 0 A 電壓傳輸特性電壓傳輸特性

13、 電壓傳輸特性分析電壓傳輸特性分析 V0(V) Vi(V)123 3.6V B C D E 0.6V 1.4V 0 A BCBC段：段：線性區(qū)，當(dāng)線性區(qū)，當(dāng)0.6VV0.6VVi i1.3V1.3V， 0.7VV0.7VV b2 b2 1.4V1.4V時(shí)，時(shí)，T T2 2開(kāi)始導(dǎo)通，開(kāi)始導(dǎo)通，T T5 5 仍截止，仍截止，V VC2 C2隨 隨V Vb2 b2升高而下降，經(jīng) 升高而下降，經(jīng)T T3 3、T T4 4 兩級(jí)射隨器使兩級(jí)射隨器使V VO O下降。下降。 ABAB段：段：截止區(qū)截止區(qū), ,當(dāng)當(dāng)V VI I0.6V0.6V，V Vb1 b11.3V 1.3V時(shí)，時(shí)， T T2 2、T T

14、5 5截止，輸出高電平截止，輸出高電平V VOH OH = 3.6V = 3.6V CDCD段：段：轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)折,V Vi i=1.4V,T2=1.4V,T2、 T5T5飽和。飽和。 DEDE段：段：飽和區(qū)飽和區(qū),V Vi i1.4V1.4V V VO O0.3V0.3V 幾個(gè)參數(shù)幾個(gè)參數(shù) VOH輸出高電平：輸出高電平： VOL輸出低電平：輸出低電平： 與非門(mén)輸入有低時(shí)，與非門(mén)輸入有低時(shí)，Vo VOH 產(chǎn)品規(guī)范值產(chǎn)品規(guī)范值:VOH2.4V 典典 型型 值值: VOH3.5V 標(biāo)準(zhǔn)高電平標(biāo)準(zhǔn)高電平: VOH=VSH=2.4V 與非門(mén)輸入全高時(shí)，與非門(mén)輸入全高時(shí)，Vo VOL 產(chǎn)品規(guī)范值產(chǎn)品規(guī)范值:V

15、OL0.4V 典典 型型 值值: VOL0.3V 標(biāo)準(zhǔn)高低平標(biāo)準(zhǔn)高低平: VOL=VSL=0.4V 1. VOH 和和 VOL都是對(duì)具體門(mén)輸出高、低電平都是對(duì)具體門(mén)輸出高、低電平電壓值電壓值的的 要求。要求。 2.高電平表示一種狀態(tài)，低電平表示另一種狀態(tài)，高電平表示一種狀態(tài)，低電平表示另一種狀態(tài)， 一種狀態(tài)對(duì)應(yīng)一定的電壓范圍，而不是一個(gè)固定值。一種狀態(tài)對(duì)應(yīng)一定的電壓范圍，而不是一個(gè)固定值。 說(shuō)明：說(shuō)明： 0V 5V 2.4V VSL VSH 0.4V 幾個(gè)參數(shù)（續(xù)）幾個(gè)參數(shù)（續(xù)） VOFF關(guān)門(mén)電平：關(guān)門(mén)電平： VON開(kāi)門(mén)電平：開(kāi)門(mén)電平： VT門(mén)坎電平：門(mén)坎電平： 與非門(mén)在保證輸出為高電平時(shí)，與

16、非門(mén)在保證輸出為高電平時(shí)， 允許的最大輸入低電平值。允許的最大輸入低電平值。 VOFF0.8V 與非門(mén)在保證輸出為低電平時(shí)，與非門(mén)在保證輸出為低電平時(shí)， 允許的最小輸入高電平值。允許的最小輸入高電平值。 VON2 V V VV V OFFON T 4 . 1 2 此時(shí)輸入有低此時(shí)輸入有低 此時(shí)輸入全高此時(shí)輸入全高 噪聲容限噪聲容限 VSH VON VOFF VSL VNH VNL 1 1 0 0 定義：定義： 高電平噪聲容限高電平噪聲容限 VNH VSH VON 2.420.4V 低電平噪聲容限低電平噪聲容限 VNL VOFF VSL 0.80.4V0.4V 在保證在保證輸出輸出高、低電平高、

17、低電平性質(zhì)性質(zhì)不變不變 的條件下，輸入電平的允許波動(dòng)的條件下，輸入電平的允許波動(dòng) 范圍稱(chēng)為范圍稱(chēng)為輸入端噪聲容限輸入端噪聲容限。 四、輸入四、輸入/ /輸出特性輸出特性 輸入伏安特性：輸入電壓與輸入電流之間的關(guān)系曲線，輸入伏安特性：輸入電壓與輸入電流之間的關(guān)系曲線， 即即ii = f（Vi） +5V R2 R1 3k T2 T1 Vi IR1 Ii -1.4mA 1.4V i i 3.6V i V IIS IIH=50A 測(cè)試電路測(cè)試電路特性曲線特性曲線 輸入伏安特性輸入伏安特性(續(xù)續(xù)1) 輸入短路電流輸入短路電流IISVi = 0V時(shí)由輸入端流出的電流。時(shí)由輸入端流出的電流。 mA. K .

18、 R VV I beCC IS 41 3 705 1 1 +5V R2 R1 3k T2 T1 Vi IR1 Ii IIS -1.4mA Vi = 01.4V時(shí)時(shí), IC1變化很小變化很小, Ii的的 絕對(duì)值也只略有絕對(duì)值也只略有 減少。減少。 i i 3.6V i V1.4V 設(shè)定設(shè)定 正方正方 向向 輸入有低輸入有低, T2截止。截止。 輸入伏安特性輸入伏安特性(續(xù)續(xù)2) 輸入漏電流輸入漏電流IIH（輸入高電平電流）（輸入高電平電流） +5V R2 R1 3k T2 T1 Vi IR1 Ii -1.4mA IC1 假定假定 正方正方 向向 Vi = 3.6V時(shí)時(shí),由輸入端流入的電流。由輸入

19、端流入的電流。 IIH=50A i i 3.6V i V IIS 1.4V IIH Vi 1.4V時(shí)時(shí), T2始始 導(dǎo)通，導(dǎo)通，IC1迅速增迅速增 大大 Ii迅速減小。迅速減小。 = 3.6V 輸入全高，輸入全高，T1倒置，倒置， Ii流入流入T1 條件：前級(jí)輸出為條件：前級(jí)輸出為 低電平。低電平。 R1 T1 +5V 前級(jí)前級(jí)后級(jí)后級(jí) 對(duì)前級(jí)而言，電流對(duì)前級(jí)而言，電流 灌入，稱(chēng)灌電流，灌入，稱(chēng)灌電流， 約約1.4mA（IIS） +5V R2 R1 3k T2 R3 T1 T5 b1 c1 輸入伏安特性輸入伏安特性(續(xù)續(xù)3) 灌電流灌電流 R1 T1 +5V 前級(jí)前級(jí)后級(jí)后級(jí) 反偏反偏 +5V

20、 R4R2 R5 T3 T4 拉拉電流電流 輸入伏安特性輸入伏安特性(續(xù)續(xù)4) 條件：前級(jí)輸出為條件：前級(jí)輸出為 高電平。高電平。 對(duì)前級(jí)而言，電流對(duì)前級(jí)而言，電流 流出，稱(chēng)拉電流，流出，稱(chēng)拉電流， 約約50A （IIH） 3.6V 即輸入端通過(guò)電阻即輸入端通過(guò)電阻R接地時(shí)的特性接地時(shí)的特性 輸入端輸入端 “1”,“0”？ +5V F R4R2 R1 3k T2 R5 R3 T3 T4 T1 T5 b1 c1 A B C 輸入負(fù)載特性輸入負(fù)載特性 ViRI Vi1K），由于分布），由于分布 電容電容Co的存在，電平高低變化時(shí)充放電較慢，影的存在，電平高低變化時(shí)充放電較慢，影 響其工作速度。響其

21、工作速度。 NMOS管管 驅(qū)動(dòng)管驅(qū)動(dòng)管 PMOS管管 負(fù)載管負(fù)載管 一、一、CMOS反相器反相器 VDD A F SP DN GP VP VN DP SN GN 漏極相連漏極相連 做輸出端做輸出端 PMOSPMOS管的襯底總是接到管的襯底總是接到 電路的電路的最高電位最高電位 NMOSNMOS管的襯底總是接到管的襯底總是接到 電路的電路的最低電位最低電位 柵 極 相 連柵 極 相 連 做輸入端做輸入端 電路電路 A=1 導(dǎo)通導(dǎo)通 截止截止 V =0V 即即F0 VDD A F VP VN 工作原理工作原理設(shè)設(shè)VDD10V，A1時(shí)，時(shí)，VA10V A0時(shí)，時(shí)，VA0 V VgsP=0 V Vgs

22、N=10 V 工作原理（續(xù)）工作原理（續(xù)） A=0 截止截止 導(dǎo)通導(dǎo)通 V =10V 即即F1 VDD A F VP VN 設(shè)設(shè)VDD10V，A1時(shí)，時(shí)，VA10V A0時(shí)，時(shí)，VA0 V VgsP=10 V VgsN=0 V A VP VN F 0 導(dǎo)通導(dǎo)通 截止截止 1 1 截止截止 導(dǎo)通導(dǎo)通 0 結(jié)論：結(jié)論： VDD CD AB 1/2VDD 1/2VDD VDD O vO vI VTP VTN 電壓傳輸特性電壓傳輸特性 AB段：段：VP導(dǎo)通，導(dǎo)通， VN截止。截止。 VO=VOHVDD CD段：段： VN導(dǎo)通，導(dǎo)通， VP截止。截止。 VO=VOL0 CMOS反相器的電壓傳輸特性接近反

23、相器的電壓傳輸特性接近 于理想的反相器。于理想的反相器。 BC段：段： VP、VN都導(dǎo)通，都導(dǎo)通， VP 、VN內(nèi)阻變化，內(nèi)阻變化， VO= VDD0 電壓電流傳輸特性電壓電流傳輸特性 )( , )( iDio VfiVfV VDD A F VP VN 電流傳輸特性：電流傳輸特性： ABCD 1/2VDD VDD vI iD O VTN VTP AB段、段、CD段：段： 曲線對(duì)應(yīng)曲線對(duì)應(yīng)VP、VN中只有中只有 一管導(dǎo)通的情況，一管導(dǎo)通的情況，CMOS 管截止?fàn)顟B(tài)的漏極電流極管截止?fàn)顟B(tài)的漏極電流極 小，接近于零。小，接近于零。 BC段：段： VP、VN兩管都導(dǎo)通，工兩管都導(dǎo)通，工 作在飽和區(qū)（作

24、在飽和區(qū)（放大狀態(tài)放大狀態(tài)），）， VI=1/2VDD時(shí)電阻最小，電時(shí)電阻最小，電 流達(dá)到最大值。流達(dá)到最大值。 思考：思考： 圖示電路中，輸入端圖示電路中，輸入端A 具有怎樣的邏輯值。具有怎樣的邏輯值。 （1？或？或 0？）？） VDD A F R VP VN 二、二、CMOS與非門(mén)與非門(mén) VDD VP2VP1 VN2 VN1 A B F 電路電路 負(fù)載管并聯(lián)負(fù)載管并聯(lián) 驅(qū)動(dòng)管串聯(lián)驅(qū)動(dòng)管串聯(lián) 工作原理工作原理 VDD VP2VP1 VN2 VN1 A B F A=0,B=0: 設(shè)設(shè)VDD10V，AB1時(shí)，時(shí)，VAVB10V AB0時(shí)，時(shí)，VAVB0 V VgsP1= VgsP2 = 10 V

25、 VgsN1= VgsN2 = 0 V VN1、VN2：截止：截止 VP1、VP2：導(dǎo)通：導(dǎo)通 F=1 0 0 1 工作原理工作原理 VDD VP2VP1 VN2 VN1 A B F 設(shè)設(shè)VDD10V，AB1時(shí)，時(shí)，VAVB10V AB0時(shí)，時(shí)，VAVB0 V A=0,B=0: VN1、VN2：截止：截止 VP1、VP2：導(dǎo)通：導(dǎo)通 F=1 A=0,B=1: VN1、VP2：截止：截止 VP1、VN2：導(dǎo)通：導(dǎo)通 F=1 0 1 1 工作原理工作原理 VDD VP2VP1 VN2 VN1 A B F 設(shè)設(shè)VDD10V，AB1時(shí)，時(shí)，VAVB10V AB0時(shí)，時(shí)，VAVB0 V A=0,B=0:

26、 VN1、VN2：截止：截止 VP1、VP2：導(dǎo)通：導(dǎo)通 F=1 A=0,B=1: VN1、VP2：截止：截止 VP1、VN2：導(dǎo)通：導(dǎo)通 F=1 1 0 1 A=1,B=0: VP1、VN2：截止：截止 VN1、VP2：導(dǎo)通：導(dǎo)通 F=1 工作原理工作原理 VDD VP2VP1 VN2 VN1 A B F 設(shè)設(shè)VDD10V，AB1時(shí)，時(shí)，VAVB10V AB0時(shí)，時(shí)，VAVB0 V 1 1 0 A=0,B=0: VN1、VN2：截止：截止 VP1、VP2：導(dǎo)通：導(dǎo)通 F=1 A=0,B=1: VN1、VP2：截止：截止 VP1、VN2：導(dǎo)通：導(dǎo)通 F=1 A=1,B=0: VP1、VN2：截

27、止：截止 VN1、VP2：導(dǎo)通：導(dǎo)通 F=1 A=1,B=1: VP1、VP2：截止：截止 VN1、VN2：導(dǎo)通：導(dǎo)通 F=0 工作原理（續(xù)）工作原理（續(xù)） _ ABY 邏輯關(guān)系邏輯關(guān)系: A B VP1 VP2 VN1 VN2 F 0 0 導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通 截止截止 截止截止 1 0 1 導(dǎo)通導(dǎo)通 截止截止 截止截止 導(dǎo)通導(dǎo)通 1 0 截止截止 導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通 截止截止 1 1 1 截止截止 截止截止 導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通 0 負(fù)載管負(fù)載管驅(qū)動(dòng)管驅(qū)動(dòng)管 三、三、CMOS或非門(mén)或非門(mén) 電路電路 VDD VP2 VP1 VN2 VN1 A B F 負(fù)載管串聯(lián)負(fù)載管串聯(lián) 驅(qū)動(dòng)管并聯(lián)驅(qū)動(dòng)管并聯(lián)

28、工作原理工作原理 VDD VP2 VP1 VN2 VN1 A B F 設(shè)設(shè)VDD10V，AB1時(shí)，時(shí)，VAVB10V AB0時(shí)，時(shí)，VAVB0 V A=0,B=0: VP1、VP2：導(dǎo)通：導(dǎo)通 F=1 VN1、VN2：截止：截止 VgsN1= VgsN2 = 0 V VgsP1= VgsP2 = 10 V 0 0 1 工作原理工作原理 VDD VP2 VP1 VN2 VN1 A B F 設(shè)設(shè)VDD10V，AB1時(shí)，時(shí)，VAVB10V AB0時(shí)，時(shí)，VAVB0 V A=0,B=0: VP1、VP2：導(dǎo)通：導(dǎo)通 F=1 VN1、VN2：截止：截止 0 1 0 A=0,B=1: VN1、VP2：截止

29、：截止 VP1、VN2：導(dǎo)通：導(dǎo)通 F=0 工作原理工作原理 VDD VP2 VP1 VN2 VN1 A B F 設(shè)設(shè)VDD10V，AB1時(shí)，時(shí)，VAVB10V AB0時(shí)，時(shí)，VAVB0 V 1 0 0 A=0,B=0: VP1、VP2：導(dǎo)通：導(dǎo)通 F=1 VN1、VN2：截止：截止 A=0,B=1: VN1、VP2：截止：截止 VP1、VN2：導(dǎo)通：導(dǎo)通 F=0 A=1,B=0:F=0 VP1、VN2：截止：截止 VN1、VP2：導(dǎo)通：導(dǎo)通 工作原理工作原理 VDD VP2 VP1 VN2 VN1 A B F 設(shè)設(shè)VDD10V，AB1時(shí)，時(shí)，VAVB10V AB0時(shí)，時(shí)，VAVB0 V 1

30、1 0 A=0,B=0: VP1、VP2：導(dǎo)通：導(dǎo)通 F=1 VN1、VN2：截止：截止 A=0,B=1: VN1、VP2：截止：截止 VP1、VN2：導(dǎo)通：導(dǎo)通 F=0 A=1,B=0:F=0 VP1、VN2：截止：截止 VN1、VP2：導(dǎo)通：導(dǎo)通 A=1,B=1: VP1、VP2：截止：截止 VN1、VN2：導(dǎo)通：導(dǎo)通 F=0 工作原理（續(xù)）工作原理（續(xù)） _ BAY 邏輯關(guān)系邏輯關(guān)系: A B VP1 VP2 VN1 VN2 F 0 0 導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通 截止截止 截止截止 1 0 1 導(dǎo)通導(dǎo)通 截止截止 截止截止 導(dǎo)通導(dǎo)通 0 0 截止截止 導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通 截止截止 0 1 1

31、截止截止 截止截止 導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通 0 負(fù)載管負(fù)載管驅(qū)動(dòng)管驅(qū)動(dòng)管 四、四、CMOS傳輸門(mén)傳輸門(mén)(TG) 由兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的由兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的MOS管組成。傳管組成。傳 輸模擬信號(hào)的模擬開(kāi)關(guān)：輸模擬信號(hào)的模擬開(kāi)關(guān)： VOVI +5V -5V VP VN C C vIvO vIvO C C TG 1. 電路電路 柵極（柵極（g）：控制端）：控制端 源極（源極（S）：輸入）：輸入 漏極（漏極（D）：輸出）：輸出 符號(hào)：符號(hào)： g g SD 工作原理工作原理 C=5V , C= +5V: 所以：所以：VP，VN都都截止截止。即：。即： VI無(wú)論如何變化，無(wú)論如何變化，VI, VO 之間呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，傳輸門(mén)斷開(kāi)

32、。之間呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，傳輸門(mén)斷開(kāi)。 設(shè)設(shè): VI5V 5V TNgsN VVVV100)55(5 TPgsP VVVV010)55(5 5V 5V+5V -5V VP VN C C vIvO g s g VP : VGSP VTP=2V VN : VGSN VTN =2V 導(dǎo)通條件導(dǎo)通條件 工作原理（續(xù)工作原理（續(xù)1） C=5V , C= 5V: 設(shè)設(shè): VI5V 5V VVVgsN010)55(5 VVVgsP100)55(5 5V 5V VV210 VV02 V VN N 導(dǎo)通導(dǎo)通 V VN N 截止截止 VV20 VV102 V VP P 截止 截止 V VP P 導(dǎo)通導(dǎo)通 VI5V 3V

33、 VI3V 5V VI5V 3V VI 3V 5V +5V -5V VP VN C C vIvO g s g VP : VGSP VTP=2V VN : VGSN VTN =2V 導(dǎo)通條件導(dǎo)通條件 導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止 3V 5V 5V 截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通 5V 3V5V 工作原理（續(xù)工作原理（續(xù)2） v vI I 0 VN管管 VP管管 結(jié)論：結(jié)論： C=5V , C= 5V時(shí)，在時(shí)，在v vI I 5V 5V范圍內(nèi)，范圍內(nèi)， VN和和VP 總有一個(gè)管子導(dǎo)通，所以總有一個(gè)管子導(dǎo)通，所以 VOVI 。 3. CMOS雙向模擬開(kāi)關(guān)雙向模擬開(kāi)關(guān) TG C vI/vOvO/vI C vI/vOvO/vI

34、SW 由由CMOS反相器和反相器和 CMOS傳輸門(mén)組成傳輸門(mén)組成 MOS管結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，漏極和管結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，漏極和 源極可以互換源極可以互換,CMOS具有雙具有雙 向傳輸特性。向傳輸特性。 功能：功能： C1時(shí)，傳輸門(mén)導(dǎo)通，時(shí)，傳輸門(mén)導(dǎo)通， 內(nèi)阻內(nèi)阻 R1K。 C0時(shí)，傳輸門(mén)截止，時(shí)，傳輸門(mén)截止， 內(nèi)阻內(nèi)阻 R109。 1 運(yùn)用：雙向傳輸模擬信號(hào)。運(yùn)用：雙向傳輸模擬信號(hào)。 五、五、CMOSCMOS系列器件系列器件 4000系列系列 :基本基本CMOS門(mén)電路門(mén)電路 4000B / 4500 / 5000 系列系列 :改進(jìn)改進(jìn)CMOS門(mén)電路門(mén)電路 74HC/74HCT系列系列 :高速高速CMOS門(mén)電路，

35、引腳與門(mén)電路，引腳與TTL兼容兼容 Bi-CMOS (74BCT)系列門(mén)電路系列門(mén)電路: 輸入部分使用輸入部分使用CMOS電路，輸出部分使用電路，輸出部分使用 TTL電路，同時(shí)具有電路，同時(shí)具有CMOS門(mén)電路的低功耗和門(mén)電路的低功耗和 TTL電路的高速度，兼容電路的高速度，兼容TTL門(mén)電路，傳輸延門(mén)電路，傳輸延 遲可以低到遲可以低到1ns以下。以下。 CC4011 中國(guó)造 MC4011 美,摩托羅拉 CD4011 美,無(wú)線電公司 HD4011 日,日立公司 （4011：2輸入端4與非門(mén)） 六、邏輯門(mén)電路應(yīng)用中的幾個(gè)問(wèn)題邏輯門(mén)電路應(yīng)用中的幾個(gè)問(wèn)題 接口的原則：接口的原則： 無(wú)論何種門(mén)電路互連，都

36、需要滿(mǎn)足電壓和電流的接口條件。無(wú)論何種門(mén)電路互連，都需要滿(mǎn)足電壓和電流的接口條件。 驅(qū)動(dòng)門(mén)驅(qū)動(dòng)門(mén)(前前) 負(fù)載門(mén)負(fù)載門(mén)(后后) 電壓接口電壓接口 電流接口電流接口 VOH VIH VOL nIIL 灌電流灌電流 IOH nIIH 拉電流拉電流 1. CMOS門(mén)電路與門(mén)電路與TTL門(mén)電路的接口門(mén)電路的接口 以上數(shù)據(jù)是在以上數(shù)據(jù)是在VCC=VDD=+5V時(shí)的值時(shí)的值 可以看出在可以看出在TTL門(mén)驅(qū)動(dòng)門(mén)驅(qū)動(dòng)CMOS門(mén)門(mén)時(shí)時(shí)VOH(TTL)VIH(CMOS),電壓電壓 不匹配，其他情況的電壓都是匹配的。不匹配，其他情況的電壓都是匹配的。 CMOS門(mén)驅(qū)動(dòng)門(mén)驅(qū)動(dòng)TTL門(mén)門(mén)時(shí)，時(shí)，IOL(CMOS)VCC時(shí)

37、時(shí) R OC門(mén)門(mén)CMOS門(mén)門(mén) 3）加晶體管驅(qū)動(dòng)）加晶體管驅(qū)動(dòng) VDDVCC R4 R5 T3 T4 T5 RC Rb T T：采用：采用NPN管，管，100 RC：5001.5K Rb ： 4.7K 10K CMOS門(mén)驅(qū)動(dòng)門(mén)驅(qū)動(dòng)TTL門(mén)門(mén) IOL(CMOS)3.2mA的的 CC4010， IOL16mA的的CC40107等。等。 3) 使用分立元件自行搭制電流放大電路（電路同前）。使用分立元件自行搭制電流放大電路（電路同前）。 4）74HCT/74HC系列系列CMOS門(mén)電路可以直接驅(qū)動(dòng)門(mén)電路可以直接驅(qū)動(dòng)TTL門(mén)電路。門(mén)電路。 門(mén)電路驅(qū)動(dòng)其它負(fù)載門(mén)電路驅(qū)動(dòng)其它負(fù)載 驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)LED TTLTTL門(mén)電路門(mén)電路I IOH OH很小 很小, , 不適于不適于 用拉電流驅(qū)動(dòng)。用拉電流驅(qū)動(dòng)。 關(guān)鍵是要向關(guān)鍵是要向LED提供足夠的電流，才能使提供足夠的電流，才能使LED點(diǎn)亮點(diǎn)亮 設(shè)設(shè)LEDLED需要的點(diǎn)亮電流為需要的點(diǎn)亮電流為I ID D。 。 拉電流拉電流: D FOH I VV R 灌電流：灌電流： D OLFCC I VVV R R=