数字电子技术-第二章-逻辑门电路教材课件.ppt

1、1第第二章二章 逻辑门电路逻辑门电路2 门电路门电路 正、负逻辑正、负逻辑3 逻辑门电路：用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路统称为 门电路 基本和常用门电路有与门、或门、非门（反相器）、与非门、或非门、与或非门和异或门等 逻辑1和0： 电子电路中用高、低电平来表示 正、负逻辑：4 获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导通、截止（即开、关）两种工作状态单开关电路单开关电路互补开关电路互补开关电路5 二极管开关等效电路二极管开关等效电路 三极管开关等效电路三极管开关等效电路6开关闭合当VaVb时，D导通开关断开当VaVb时,D截止当Vb为高电平VIH时，T饱和当Vb为低电平VI

2、L时，T截止开关闭合开关断开一、一、二极管开关等效电路（理想情况下）二极管开关等效电路（理想情况下）二、二、 三极管开关等效电路三极管开关等效电路（理想情况下）（理想情况下）NPNNPN型型7 二极管与门二极管与门二极管或门二极管或门 三极管非门三极管非门其他门电路其他门电路8一、一、 二极管与门二极管与门 2. 工作原理工作原理Da DbVYVa Vb0 0 0 3v 3v 03v 3v3. 真值表真值表（状态表）（状态表）4. 输出函数式输出函数式Y=AB 5. 5. 逻辑符号逻辑符号&YA B0 O0 11 01 1Y0001导通 导通导通导通导通 导通截止截止0.7V0.7V0.7V3

3、.7vAB1. 电路组成电路组成（以二输入为例）+VCCRABYDaDb设：VCC=5V，VIH=3v,VIL=0v二极管正向压降0. .7V。9 二极管与门的缺点1： 输入和输出的电平相差一个二极管的导通压降，易使下级电路发生信号高低电平的偏移0.7V1.4V2.1V 输入低电平0V,经过三极与门的移位，使输出的低电平达到2.1V。输出和输入电平相差很大，会造成逻辑功能紊乱。RR+12V0VR10 二极管与门的缺点2： 输出端对地接上负载电阻时，有时会影响输出的高电平+VCCR1ABYDaDbR2V Vcc=5v,R1=10k,R2=0.1Kcc=5v,R1=10k,R2=0.1K Vy V

4、y输出变化输出变化 ？ Vy=0.5V Vy=0.5V Da,Db Da,Db不导通不导通 与门失效与门失效111 1。 电路组成电路组成( (以二输入为例以二输入为例) ) 2 2。 工作原理工作原理Va VbVa Vb0 00 3v3v 03v 3v3 3。真值表真值表A BA B0 00 11 01 1Y Y0111 4. 4.输出函数式输出函数式Y=A+B5 5。逻辑符号逻辑符号截止 截止截止截止导通导通导通 导通Da DbDa DbV VY Y2.3v2.3v2.3vYAB10二、二、 二极管或门二极管或门12 二极管或门同样存在着输出电平的偏移问题13-V-VEEEEVcc3.3.

5、 真值表真值表A01Y104.4.输出函数式输出函数式 Y = A 5.5.逻辑符号逻辑符号1AY2 2. .工作原理工作原理注：注：为了保证在输入低电平时三极 管可靠截止，常将电路接成上图形式。由于接入了负电源VEE，即使输入低电平信号稍大于零，也能使三极管的基 极为负电位，使三极管可靠截止，输出为高电平。1 1。电路原理图电路原理图UaUa03vT T截止饱和U UY Y0三、三、 三极管非门三极管非门14 反相器的优点是：没有电平偏移，抗干扰能力和带负载能力都比较强。因此：曾经将二极管门和三极管反相器连接起来就构成与非门及或非门，现在已经不再采用。15四、其它门电路四、其它门电路一、一、

6、 其它门电路其它门电路 其它门电路有与非门、或非门、同或门、异或门等等。 二、二、 门电路的门电路的“封锁封锁”和和“打开打开”问题问题&ABCY当C=1时，Y=AB. .1=AB与门打开，与功能成立。当C=0时，Y=AB. .0=0与门封锁，与门不能工作。当C=1时，Y=A+B+1=1或门封锁，或门不能工作。当C=0时，Y=A+B+0=A+B或门打开，或功能成立。能“打开”或者“封锁”门电路的信号叫“控制信号”。控制信号的输入端叫“控制端”，或“使能端”。与门、与非门可用“0”封锁，用“1”打开；或门、或非门可用“1”封锁，用“0”打开；YAB116TTL反相器（非门）反相器（非门）TTL反

7、相器的静态输入和输出特性反相器的静态输入和输出特性 TTL与非门与非门集电极开路的门电路（集电极开路的门电路（OC门）门） 三态输出门电路三态输出门电路 TTL的历史的历史17内容概述内容概述集集成成逻逻辑辑门门双极型集成逻辑门双极型集成逻辑门MOS集成逻辑门集成逻辑门按器件类型分按器件类型分PMOSNMOSCMOS按集成度分按集成度分SSI（100以下以下个等效门）个等效门）MSI（10103 3个等效门）个等效门）LSI （10104 4个等效门）个等效门）VLSI（10104 4个以上等效门）个以上等效门）TTL、ECLI2L、HTL18 最初的数字电路状况 分立元件 制约规模 1961

8、年，Robert Noyce（罗伯特诺伊斯）发明了在一块独立的硅片上互连晶体管的工艺，称为命名为IC（Integrated Circuits） 由美国TEXAS INSTURMENTS公司共享 1964，德州仪器推出第一套完整的逻辑门集成电路，晶体管-晶体管逻辑（Transistor-Transistor Logic）IC 体积小、重量轻、可靠性好，取代分立元件 由双极型三极管构成的TTL型集成电路 功耗大，速度快，和COMS对比？TTL的历史的历史19第一套，晶体管-晶体管逻辑 （Transistor-Transistor Logic）IC202122233 3、真值表和逻辑符号真值表和逻辑

9、符号A A01Y Y101 1、 电路结构图电路结构图输入级倒相级 输出级2 2、 工作原理工作原理设Vcc=5V, VIH = 3.4v, VIL = 0.2v, PN结的导通电压为0.7v。1AY2 .1VVAT1发射结VB1T2T4T5VY0.2V导通0.9v截止导通截止3.4v3.4V导通4.1v导通截止导通0.2v? ?T1集电结截止导通T T1 1T T2 2T T4 4T T5 5R R1 1Y+V+VCCCCAV VB1B1一、一、 TTLTTL非门非门24电路构成： 输入级输入级由T1、R1和D1组成。 倒相级倒相级由T2和R2、R3组成。T2管作倒相运用，集电极和发射极同时

10、输出相位相反的信号，驱动T4、T5三极管。 输出级输出级由T4、T5、D2和R4组成：T4、T5在输入信号的作用下，轮流导通，一个导通，另一个截止。叫做推拉输出级。 钳位二极管钳位二极管D1作用：防止负脉冲输入时，通过T1管发射极过大，起保护作用。25倒置运用:当输入接3.4V时：T2饱和Vb1= Vbc1+ Vbes2 + Vbes5 = 0.7 + 0.7+0.7 = 2.1VVe1=3.4VVc1= Vbes2 + Vbes5 =1.4VVb1 Vc1 T1管集电结正偏为倒置放大状态管集电结正偏为倒置放大状态T1管把集电极当作发射极，发射极当作集电极。叫倒置运用。倒置运用的特点：由于发射

11、区参杂浓度大，集电区参杂浓度小，所以T1管倒置运用时，其放大倍数很小。 I 0.2IIHT1UB13. .4V2. .1V1. .4V26从而IIH 也很小（ ）, 74系列门电路的每个输入端的IIH 40A。 IIHT1UB13. .4V2. .1V1. .4VIIH= Ib1272.输入为高电平 UIH2v）等效简化电路如图：T1管倒置工作0，高电平输入电流IIH很小，为 A 级。 低电平输入电流IIL较大，当Vcc=5v，UIL=0.2v时，IIL1mA 。输入简化电路如图：一一. . 输入特性（讨论输入特性（讨论T1T1管管）1.输入低电平（输入低电平（UIL 0.8v)近似分析时，常

12、用IIS来代替。 IIS 是输入短路（UIL=0）时的 电流。74系列门电路的每个输入端的IIH 40A。+VCCR1 4KT1UILIIL截止+VCCR1T1UIHIIH导通be2 be5TTL非门的静态输入特性和输出特性非门的静态输入特性和输出特性28 二二. . 输出特性输出特性 1.1.输出为低电平时输出为低电平时（U0 = U0L0.4V)输出端带负载的情形如图：低电平输出电流 : IOL=N1IIL N1IIS 由于T5管的导通电阻为RON，N1是输出低电平时负载门的数目。所以，UOL=IOLRON。为了保证 UOL0.4v，要限制负载门的数目N1。+VCCT1截止导通UOL+VC

13、CT4T5+VCCT1驱动门负载门IILIILIOL29+VCCT4T5RC3 高电平输出电流：由于T4管的导通电阻为RON ，所以： UOH VCC -N2IIH (RC3+RON)- 0.7v为了保证UOH2.4v，要限制负载门的数目N2。2.2.输出端为高电平时输出端为高电平时 (U0 = UOH 2.4v)输出端带负载的情形如图：扇出系数N是门电路可以驱动同类门电路的最大数目。N应该确定为上述N1和N2的较小值.N2是输出高电平时负载门的数目。导通截止UOH驱动门负载门IIHIIHIOH+VCCT1+VCCT1 三三. 门电路的扇出系数门电路的扇出系数N N IOH = N2IIH 0

14、.4mA(见 P67)30计算门G1最多可驱动多少个同样的门电路负载，输入特性和输出特性如图，要求G1的输出电平满足VOH3.2V，VOL0.2V31TTL反相器的输入特性TTL反相器高电平输出特性TTL反相器低电平输出特性 VOL=0.2V的负载电流iL=16mA, VI=0.2V的输入电流为iI=-1mA ，N1 iI iL,N1 16 VOH=3.2V的负载电流iL=-7.5mA, 技术手册规定IOH 0.4mA (page67)， 所以iL 0.4mA VI=3.2V的输入电流为IIH=0.04mA，N2 IIH Il,N2 10 取N1和 N2的最小值，N=10323.2 ,0.4O

15、HOLVV VV1.6,40ILIHImA IuA 0.4O LVV(max)16OLImA3.2OHVV(max)0.4OHImA(max)16101.6OLILInI(max)0.4522*0.04OHIHInI题2.5 在图P2.5由74系列TTL与非门组成的电路中，计算门与非门组成的电路中，计算门GM能驱动多少同样的与非门。要求与非门。要求GM输出的高、低电平满足与非门的输入电流为与非门的输入电流为时输出电流最大值为，时输出电流最大值为GM的输出电阻可以忽略不计。答案：当VO=VOL=0.4V时，可求得当VO=VOH=3.2V时，可求得故GM能驱动5个同样的与非门。与非门。33四、门间

16、限流电阻的确定四、门间限流电阻的确定R11RG1G2为了保证G1输出的高、低电平能正确地传输到G2的输入端，门间限流电阻R不能太大，要求：1、当UO1=UOH 时， UI2UIH（min)应满足此时，门间电流流向如图，UOHUIHIIH所以，下式应满足:UOH - IIH R UIH（min)（1）2、当UO1=UOL 时， UI2UIL（max)应满足所以，下式应满足:UOL + IIL R UIL（max)（2）此时，门间电流流向如图，UOLUILIIL根据（1）、（2）式可确定门间连接电阻R的数值。通常，R1K。1G11G2见书上见书上P69 P69 例题例题2.4.22.4.234门电

17、路带负载能力 负载能力就是说能够在一定的电压下面能够输出的最大电流 折算成功率就成了 负载能力 同门电路的输出电阻有关 输出电流和输出功率越大，说明门电路带负载能力越强 即输出电阻越小，带负载能力越强（从门电路的输出端向里看）35TTLTTL与非门电路与非门电路输入级由多发射极晶体输入级由多发射极晶体管管T1和基极电组和基极电组R1组成，组成，它实现了输入变量它实现了输入变量A、B、C的与运算的与运算输出级：由输出级：由T3、T4、T5和和R4、R5组成组成其中其中T3、T4构成复合管，与构成复合管，与T5组成推组成推拉式输出结构。具有较强的负载能力拉式输出结构。具有较强的负载能力中间级是放大

18、级，由中间级是放大级，由T2、R2和和R3组成，组成，T2的集电极的集电极C2和和发射极发射极E2可以分提供两个相可以分提供两个相位相反的电压信号位相反的电压信号36TTLTTL与非门工作原理与非门工作原理 输入端至少有一个输入端至少有一个接低电平接低电平0 .3V3 .6V3 .6V1V3 .6VT T1 1管管:A:A端发射结导通，端发射结导通，V Vb1b1 = V = VA A + V + Vbe1be1 = 1V = 1V，其它发射结均因反偏其它发射结均因反偏而截止而截止. .be4be3C2OHVVVV 5-0.7-0.7=3.6VV Vb1b1 =1V, =1V,所以所以T T2

19、 2、T T5 5截止截止, V, VC2C2Vcc=5V, Vcc=5V, T T3 3：微饱和状态。微饱和状态。 T T4 4：放大状态。放大状态。电路输出高电平为：电路输出高电平为：5V37 输入端全为高电平输入端全为高电平3 .6V3 .6V2.1V0 .3VT T1 1:V:Vb1b1= V= Vbc1bc1+V+Vbe2be2+V+Vbe5 be5 = 0.7V= 0.7V3 = 2.1V3 = 2.1V因此输出为逻辑低电因此输出为逻辑低电平平V VOLOL = 0.3V = 0.3V3 .6V发射结反偏而集电发射结反偏而集电极正正偏偏. .处于倒置放大状态处于倒置放大状态T T2

20、 2：饱和状态：饱和状态T T3 3：V Vc 2c 2 = V = Vc e s 2c e s 2 + + V Vbe5be51V1V，使，使T T3 3导通，导通，V Ve3e3 = V = Vc2c2-V-Vbe3be3 = 1- = 1-0.70.3V0.70.3V，使，使T T4 4截止截止。T T5 5：深饱和状态，：深饱和状态，TTLTTL与非门工作原理与非门工作原理38 输入端全为高电平，输入端全为高电平，输出为低电平输出为低电平 输入至少有一个为输入至少有一个为低电平时，输出为高低电平时，输出为高电平电平由由此可见电路的输此可见电路的输出和输入之间满足出和输入之间满足与非逻辑

21、关系与非逻辑关系ABCF T T1 1：倒置放大状态倒置放大状态T T2 2：饱和状态：饱和状态T T3 3：导通状态：导通状态T T4 4：截止状态：截止状态T T5 5：深饱和状态：深饱和状态T T2 2：截止状态：截止状态T T3 3：微饱和状态：微饱和状态T T4 4：放大状态：放大状态T T5 5：截止状态：截止状态TTLTTL与非门工作原理与非门工作原理39集电极开路集电极开路TTLTTL“与非与非”门（门（OCOC门）门）10该与非门输出高该与非门输出高电平，电平，T5截止截止该与非门输出低该与非门输出低电平，电平，T5导通导通 TTL门输出端并联问题门输出端并联问题当将两个当将

22、两个TTLTTL“与与非非”门输出端直门输出端直接并联时：接并联时：V VccccRR5 5门门1 1的的T T4 4门门2 2的的T T5 5产生产生一个很大的电流一个很大的电流产生一个大电流产生一个大电流1 1、抬高门、抬高门2 2输出输出低电平低电平2 2、会因功耗过大、会因功耗过大损坏门器件损坏门器件注：注：TTLTTL输出端输出端不能直接并联不能直接并联40TTL与非门电路与非门电路集电极开路集电极开路TTLTTL“与非与非”门（门（OCOC门）门） OCOC门的结构门的结构RLVC集电极开路与非门（集电极开路与非门（OC门）门）当输入端全为高电当输入端全为高电平时，平时，T2、T5

23、导通，导通，输出输出F为低电平；为低电平；输入端有一个为输入端有一个为低电平时，低电平时，T2、T5截止，输出截止，输出F高高电平接近电源电电平接近电源电压压VC。 OC门完成门完成“与非与非”逻辑功逻辑功能能逻辑符号：逻辑符号：输出逻辑电平：输出逻辑电平：低电平低电平0.3V高电平为高电平为VC（5-30V）ABF 41 OC门实现门实现“线与线与”逻辑逻辑FRLVC相当于相当于“与门与门”逻辑等效符号逻辑等效符号21F FF_CDAB_CDAB 负载电阻负载电阻RL的选择的选择（自看作考（自看作考试内容，参试内容，参考考 P 8 1 例例2.4.4）集电极开路集电极开路TTLTTL“与非与

24、非”门（门（OCOC门）门）42集电极开路集电极开路TTLTTL“与非与非”门（门（OCOC门）门） OC门应用门应用-电平转换器电平转换器OC门需外接电阻，所以电源门需外接电阻，所以电源VC可以选可以选5V30V，因此，因此OC门作为门作为TTL电路可以和其它不同类型不同电平的逻电路可以和其它不同类型不同电平的逻辑电路进行连接辑电路进行连接TTL电路驱动电路驱动CMOS电路图电路图C M O S 电 路 的电 路 的 VD D = 5 V 1 8 V ， 特 别 是， 特 别 是VDD VCC时，必须选用时，必须选用集电极开路（集电极开路（OC门）门）TTL电路电路CMOS电源电压电源电压V

25、DD = 5V时，一般的时，一般的TTL门可门可以直接驱动以直接驱动CMOS门门43三态逻辑门（三态逻辑门（TSLTSL） 三态门三态门工作原理工作原理除具有除具有TTL“与非与非”门输出高、低门输出高、低电平状态外，还有电平状态外，还有第三种输出状第三种输出状态态 高阻状态高阻状态，又称，又称禁止态或失禁止态或失效态效态非门，是三态门非门，是三态门的状态控制部分的状态控制部分E使能端使能端六管六管TTL与非门与非门增加部分增加部分当当 E= 0时，时，T4输出高电平输出高电平VC = 1，D2截止，此时后面截止，此时后面电路执行正常与非功能电路执行正常与非功能F=AB101V1V输出输出F端

26、处于高阻状态记为端处于高阻状态记为ZT6、T7、 T9、 T10均截止均截止Z当当 E= 1时，时，44高阻状态与非功能 ZF ABF1E0E_高阻状态与非功能 ZF ABF0E1E_使使能能端端的的两两种种控控制制方方式式低电平使能低电平使能高电平使能高电平使能三态门的逻辑符号三态门的逻辑符号ABF EFAB E45 三态门的应用三态门的应用1. 三态门广泛用于数据总线结构三态门广泛用于数据总线结构任何时刻只能有一个任何时刻只能有一个控制端有效，即只有控制端有效，即只有一个门处于数据传输，一个门处于数据传输，其它门处于禁止状态其它门处于禁止状态2. 双向传输双向传输当当E=0时，门时，门1工

27、作，工作，门门2禁止，数据从禁止，数据从A送到送到B；E=1时，门时，门1禁止，禁止，门门2工作，数据从工作，数据从B送到送到A。三态逻辑门（三态逻辑门（TSLTSL）总线总线46NMOSNMOS反相器反相器NMOSNMOS门电路门电路CMOSCMOS门电路门电路47NMOSNMOS反相器反相器 MOS管的开关特性管的开关特性数字逻辑电路中的数字逻辑电路中的MOSMOS管均是增强型管均是增强型MOSMOS管，它具有以下特点：管，它具有以下特点：当当|UGS|UT| 时，管子导通，导通电阻很小，相当于开关闭合时，管子导通，导通电阻很小，相当于开关闭合 当当|UGS|UT| 时，管子截止，相当于开

28、关断开时，管子截止，相当于开关断开 NMOS反相器反相器设电源电压设电源电压VDD = 10V，开启电压开启电压VT1 = VT2 = 2V1、A输入高电平输入高电平VIH = 8V2、A输入低电平输入低电平V I L = 0.3V时，时， 电路执行逻辑非功能电路执行逻辑非功能工作管工作管负载管负载管T1、T2均导通，输出为低均导通，输出为低电平电平VOL 0.3VT1截止截止T2导通，电路输出导通，电路输出高电平高电平VOH = VDD - - VT2 = 8V。48NMOSNMOS门电路门电路 NMOS与非门与非门工作管工作管串联串联负载管负载管工作原理：工作原理：T1和和T2都导通，输出

29、低电平都导通，输出低电平2、当输出端有一个为低电平时，、当输出端有一个为低电平时，与低电平相连的驱动管就截止，与低电平相连的驱动管就截止，输出高电平输出高电平电路电路 “与非与非”逻辑功能：逻辑功能：BAF注：注：增加扇入，只增加串联驱动管增加扇入，只增加串联驱动管的个数，但扇入不宜过多，一的个数，但扇入不宜过多，一般不超过般不超过311通通通通01、当两个输入端、当两个输入端A和和B均为高电平时均为高电平时01止通149CMOSCMOS电路电路 CMOS反相器反相器PMOSNMOS衬底与漏源间的衬底与漏源间的PNPN结始终处于反结始终处于反偏偏，NMOSNMOS管的衬底总是接到电路管的衬底总

30、是接到电路的的最低电位最低电位，PMOSPMOS管的衬底总是管的衬底总是接到电路的接到电路的最高电位最高电位柵极相连柵极相连做输入端做输入端漏极相连漏极相连做输出端做输出端电源电压电源电压V VDDDDV VT1T1+|V+|VT2T2| |，V VDDDD适用范围较大可在适用范围较大可在3 318V18V， V VT1T1-NMOS-NMOS的开启电压的开启电压V VT2T2-PMOS-PMOS的开启电压的开启电压工作原理：工作原理：1 1、输入为低电平、输入为低电平V VIL IL = 0V= 0V时时V VGS1GS1V VT1T1T T1 1管截止；管截止；|V|VGS2GS2| |

31、V VT2 T2 电路中电流近似为零（忽略电路中电流近似为零（忽略T T1 1的的截止漏电流）截止漏电流）,V,VDDDD主要降落在主要降落在T T1 1上，输出为高电平上，输出为高电平V VOHOHVVDDDDT T2 2导通导通2 2、输入为高电平、输入为高电平V VIHIH = V = VDDDD时，时，T T1 1通通T T2 2止，止，V VDDDD主要降在主要降在T T2 2上，上，输出为低电平输出为低电平V VOLOL0V0V。实现逻辑实现逻辑“非非”功能功能AF 50 CMOS传输门（传输门（TG）栅极控制电压栅极控制电压为互补信号，为互补信号，如如C=0，C=VDD工作原理：

32、工作原理：当当C = 0VC = 0V， C= VC= VDDDD时时T TN N和和T TP P均截止，均截止，V VI I由由0 0V VDDDD变化时，传输变化时，传输门呈现高阻状态，相门呈现高阻状态，相当于开关断开，当于开关断开， C CL L上的电平保持不变，上的电平保持不变，这种状态称为传输门这种状态称为传输门保存信息保存信息当当C = VC = VDDDD， C= 0VC= 0V时，时，V VI I在在V VT TV VDDDD范围变化范围变化时时T TP P导通导通即即V VI I在在0 0V VDDDD范围变化范围变化时，时，T TN N、T TP P中至少有中至少有一 只

33、管 子 导 通 ， 使一 只 管 子 导 通 ， 使V VO O=V=VI I，这相当于开关，这相当于开关接通，这种状态称为接通，这种状态称为传输门传输信息传输门传输信息V VI I由由0 0（V VDDDD-V-VT T）范）范围变化时围变化时T TN N导通导通CMOSCMOS电路电路51 CMOS传输门（传输门（TG）工作原理：工作原理：1 1、当、当C C 为低电平时，为低电平时， T TN N、T TP P截止传输门相当截止传输门相当于开关断开，传输门保于开关断开，传输门保存信息存信息2 2、当、当C C为高电平时，为高电平时， T TN N、T TP P中至少有一只管中至少有一只管

34、子导通，使子导通，使V VO O=V=VI I，这，这相当于开关接通，传输相当于开关接通，传输门传输信息门传输信息由此可见传输门相当由此可见传输门相当于一个理想的开关，且是一个双向开关于一个理想的开关，且是一个双向开关逻辑符号逻辑符号输入输入输出输出门控制门控制信号信号CMOSCMOS电路电路52 CMOS模拟开关模拟开关电路图电路图控制模拟信号传输控制模拟信号传输的一种电子开关，的一种电子开关，通与断是由数字信通与断是由数字信号控制的号控制的反相器的输入和输出反相器的输入和输出提供传输门两个反相提供传输门两个反相控制信号（控制信号（C C和和C C）传输门传输门1、电路结构、电路结构2、逻辑

35、符号、逻辑符号逻辑符号CMOSCMOS电路电路53CMOSCMOS电路电路返回返回 CMOS门电路门电路1、与非门、与非门二输入二输入“与非与非”门电路结构如图门电路结构如图每 个 输 入 端 与 一每 个 输 入 端 与 一 个个 NMOS管和一个管和一个PMOS管的栅极相连管的栅极相连当当A A和和B B为高电平时为高电平时: :1两 个 并 联 的两 个 并 联 的PMOSPMOS管管T T3 3、T T4 4两个串联的两个串联的NMOS TNMOS T1 1、T T2 2通通通通止止止止0101通通止止通通1止止当当A A和和B B有一个或一个以上有一个或一个以上为低电平时为低电平时:

36、 :电路输出高电平电路输出高电平输出低电平输出低电平 电路实现电路实现“与非与非”逻辑功能逻辑功能ABF 54CMOSCMOS电路电路 CMOS门电路门电路2、“异或异或”门门由三个由三个CMOSCMOS反相器和反相器和一个一个CMOSCMOS传输门组成传输门组成传输门的控传输门的控制信号制信号A、A当当A = B = 0A = B = 0时时00110TGTG断开，则断开，则C=B=1C=B=1，F=C=0F=C=0。TG断开断开当当A = B = 1A = B = 1时，时，11TG接通110TGTG接通，接通，C = B = 1C = B = 1，反相器反相器2 2的两只的两只MOSMO

37、S管都截止，输出管都截止，输出F=0F=0。 输入端输入端A A和和B B相同相同得：输入端得：输入端A A和和B B相同，相同， 输出输出 F=0F=0返回返回55 CMOS门电路门电路2、“异或异或”门门 输入端输入端A A和和B B不同不同当当A = 1A = 1，B = 0B = 0时时10TGTG导通导通001输出输出F=1当当A = 0A = 0，B = 1B = 1时时01TGTG断开断开101输出输出F=1得：输入端得：输入端A A和和B B不同，不同， 输出输出 F=1F=1返回返回CMOSCMOS电路电路56 CMOS门电路门电路2、“异或异或”门门 输入端输入端A A和和

38、B B不同不同输出输出F=1 输入端输入端A A和和B B相同相同输出输出 F=0F=0由此可知：该电路实由此可知：该电路实现的是现的是“异或异或”的逻的逻辑功能辑功能BABABAF返回返回CMOSCMOS电路电路57CMOSCMOS电路的特点电路的特点1 1、功耗小功耗小：CMOSCMOS门工作时，总是一管导通另一管截门工作时，总是一管导通另一管截止，因而几乎不由电源吸取电流其功耗极小止，因而几乎不由电源吸取电流其功耗极小2 2、CMOSCMOS集成电路功耗低内部发热量小，集成电路功耗低内部发热量小，集成度可大集成度可大大提高大提高 3 3、抗幅射能力强抗幅射能力强，MOSMOS管是多数载流

39、子工作，射线辐管是多数载流子工作，射线辐 射对多数载流子浓度影响不大射对多数载流子浓度影响不大4 4、电压范围宽电压范围宽：CMOSCMOS门电路输出高电平门电路输出高电平V VOH OH V VDDDD，低电平低电平V VOL OL 0V 0V。5 5、输出驱动电流比较大输出驱动电流比较大：扇出能力较大，一般可：扇出能力较大，一般可以大于以大于50506 6、在使用和存放时应注意静电屏蔽，焊接时电烙、在使用和存放时应注意静电屏蔽，焊接时电烙铁应接地良好铁应接地良好返回返回58TTLTTL与与CMOSCMOS接口接口CMOS CMOS 与与TTLTTL接口接口59TTLTTL与与CMOSCMO

40、S接口接口CMOS同同TTL电电源电压相同都为源电压相同都为5V，则两种门，则两种门可直接连接可直接连接提高提高TTL门电路的门电路的输出高电平，阻值输出高电平，阻值由几百到几千欧姆由几百到几千欧姆注：注：TTL门电路高电门电路高电平 典 型 值 只 有平 典 型 值 只 有3.4V，CMOS电电路的输入高电平路的输入高电平要求高于要求高于3.5V。因此在因此在TTL门电门电路输出端与电源路输出端与电源之间接一电阻之间接一电阻Rx返回返回60CMOSCMOS与与TTLTTL接口接口CMOS门的驱动能力门的驱动能力不适应不适应TTL门的要求，门的要求，可 采 用 专 用 的可 采 用 专 用 的

41、CMOSTTL电平转电平转换器换器当用当用CMOS驱动驱动TTL时时转换器转换器返回返回61小小 结结本章主要介绍了有关逻辑电路的基本概念和本章主要介绍了有关逻辑电路的基本概念和TTL、ECL、MOS等集成逻辑门等集成逻辑门 TTL电路输入级采用多发射极晶体管，输出级采电路输入级采用多发射极晶体管，输出级采用推拉式结构，所以工作速度较快，带负载能力较用推拉式结构，所以工作速度较快，带负载能力较强，是目前使用最广泛的一种集成逻辑门。应掌握强，是目前使用最广泛的一种集成逻辑门。应掌握好好TTL门电气特性和参数。门电气特性和参数。 ECL门是目前速度最高的一种非饱和型电路。其门是目前速度最高的一种非饱和型电路。其缺点是功耗大，抗干扰能力差。一般只用在要求速缺点是功耗大，抗干扰能力差。一般只用在要求速度特别高的场合度特别高的场合 MOS电路属于单极型电路，电路属于单极型电路，CMOS电路是重点，电路是重点，具有高速度、功耗低、扇出大、电源电压范围宽、具有高速度、功耗低、扇出大、电源电压范围宽、抗干扰能力强、集成度高等一系列特点，使之在整抗干扰能力强、集成度高等一系列特点，使之在整个数字集成电路中占据主导地位的趋势日益明显。个数字集成电路中占据主导地位的趋势日益明显。62习习 题题2-1 2-563