数字电路与逻辑设计第二章集成逻辑门电路课件.ppt

1、学习要求：掌握基本逻辑运算和逻辑门电路的基本工作原理，数字集成电路的实际使用，理解TTL数字集成逻辑门、CMOS逻辑门及OC门、TSL门的逻辑功能和应用，了解其它双极型逻辑门。学习目标：本章介绍半导体器件的开关特性、分立元件门电路、TTL及COMS集成门电路。逻辑门电路是组成数字电路的基本单元电路。重点难点：集成TTL与非门电路的基本工作原理及主要参数，TTL与COMS电路的应用及应用时的注意事项。2.3 TTL2.3 TTL集成门电路集成门电路目目 录录本章小结本章小结2.4 CMOS2.4 CMOS集成门电路集成门电路2.1 2.1 半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性2.2 2.2

2、分立元器件门电路分立元器件门电路2.1 2.1 半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性逻辑变量的取值不是0就是1，数字电路中，与之对应的是电子元件的两种状态（截止或导通）。半导体二极管、三极管和场效应管是构成这种电子开关的基本开关元件。能实现这种两状态的电子元件称为电子开关。IF 0.5 0.7 iD(mA)uD(V)UBR 0 uD 1.半导体二极管的开关特性由伏安特性可知：2.1.1 2.1.1 半导体二极管的开关特性半导体二极管的开关特性（1）截止条件：uD0.5V截止时的特点：iD0（2）导通条件：uD0.5V导通时的特点：一个具有0.7V压降的闭合开关 +ui=5V RL +uo

3、D 0.7V 当输入电压ui0V时，二极管截止，如同一个断开了的开关，输出电压：uo0V当输入电压ui5V时，二极管导通，其导通压降uD0.7V，如同一个具有0.7V压降的闭合了的开关，这时的输出电压为：+ui RL +uo D +ui=0V RL +uo D uouiuD(50.7)V4.3V2.产生反向恢复过程的原因二极管由导通到截止及由截止到导通的过程都需要一定的时间。+ui t t t iD ui iD uD RL iD 实际电流波形输入电压波形理想电流波形二极管从导通向截止转换时，会产生很大的反向电流，需经过一段较长的时间，反向电流才接近于0，这时二极管才真正进入截止状态。开通时间：

4、二极管由截止到导通所需的时间（通常忽略不计）反向恢复时间：二极管由导通到截止所需的时间原因分析：是由于二极管外加正向电压时，载流子不断扩散而存储的结果。正向电压时，P区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散，这样不但使空间电荷区变窄，而且使载流子有相当数量的存储，在P区内存储了电子，而在N区内存储了空穴，它们都是非平衡的少数载流子。存储电荷的形成P区N区空间电荷区靠近PN结边沿的浓度最大，离PN结越远，浓度越小。正向电流越大，存储的空穴数目越多，浓度分布的梯度也越大。当外加电压突然由正向电压变为负向电压时，P区存储的电子和N区存储的空穴不会马上消失，它们将通过下列两个途径逐渐减少：一是与多数载

5、流子复合；二是在反向电场作用下，P区电子被拉回N区，N区空穴被拉回P区，形成反向漂移电流。在这些存储电荷消失之前，PN结仍处于正向偏置。+P 区 N 区 空间电荷区 +P 区 N 区 空间电荷区 二极管中存储电荷的分布二极管中存储电荷形成反向电流2.1.2 2.1.2 双极型三极管的开关特性双极型三极管的开关特性 ui iB e Rb b iC(mA)直流负载线 VCC Rc 0+VCC iC uo 80A 60A 40A 20A iB=0 0 UCES VCC uCE(V)0 0.5 uBE(V)iB(A)Q2 Q1 Q Rc c 电路图 输入特性曲线 输出特性曲线放大区饱和区截止区静态工作

6、点（1）iB0，iC0的区域为截止区，如图中的Q1点。截止区：uCEVCC。（2）iB0，iCiB的区域称为放大区，如Q点。（3）iB0，uCEuBE的区域称为饱和区。这时的iC称为集电极饱和电流（ICS），集电极c和发射极e之间的电压称为饱和电压（UCES）。硅三极管的UCES0.3V，c、e之间近似于短路，相当于开关接通一样。三极管刚达到饱和时的状态称为临界饱和，如Q2点，这时uCEuBE。临界饱和时的基极电流用IBS表示。三极管的饱和条件：iBIBS硅三极管的截止条件：uBE0.5V三极管处于截止状态及饱和状态时的等效电路+VCC+Rb ui=UIL0.5V+RC uO=VCC b c

7、e+VCC+Rb ui=UI+RC uO=0.3V b c e+0.3V 0.7V 工作状态截 止放 大饱 和条 件iB00iBIBSiBIBS工作特点偏置情况发射结反偏集电结反偏发射结正偏集电结反偏发射结正偏集电结正偏集电极电流iC0iCiBiCICSce间电压uCEVCCuCEVCCiCRcuCEUCES0.3Vce间等效电阻很大，相当于开关断开可变很小，相当于开关闭合NPN型三极管截止、放大、饱和3种工作状态的特点 图示电路，分别计算出ui0.3V、1V、3V时的输出电压uo，并判断三极管的工作状态。解：（1）当ui0.3V时，uBE0.5V，无基极电流，iB0，所以三极管工作在截止状态

8、，集电极电流ic0。输出电压uoVCCicRc5V。（2）当ui1V时，三极管导通：mA03.0mA107.01bBEiBRuuimA094.0mA1503.05cCESiBSRuuI例2.1.1 10k ui iB e Rb b+VCC=+5V iC uo Rc 1k c=50 iBIBS，工作在放大状态。输出电压：uouCEVCCiCRc51.513.5V（3）当ui3V时，三极管导通，基极电流：mA23.0mA107.03bBEiBRuui由于mA094.0BSIiBIBS，所以三极管工作在饱和状态。集电极电流：iCiB500.031.5mA此时输出电压：uoUCES0.3V2.1.3

9、2.1.3 场效应管的开关特性场效应管的开关特性如图为增强型N沟道MOS管（绝缘栅型场效应管）的工作原理电路和特性曲线。D G+uGS S iD(mA)0 uDS(V)0 UT uGS(V)iD(mA)iD +uDS uGS=10V 8V 6V 4V 2V 工作原理电路 转移特性曲线 输出特性曲线（1）截止区：当G与S之间的电压uGSUT（UT称为管子的开启电压）时，漏极电流iD0，管子处于截止状态。（2）可变电阻区：当uGSUT，开始出现iD，随着uGSiD管子导通，而且若固定uGS增加uDS，iD会快速增加。因此可把D和S之间看成是一个可由uGS控制的电阻，uGS越大，曲线越陡，等效电阻越

10、小。（3）饱和区：当uGS达到某一值时，iD随uGS的增加而快速增加，而且若固定uGS而增加uDS，iD基本不变，管子进入饱和状态。MOS管也可作为开关元件。截止条件：uGSUT导通条件：uGSUT截止时的特点：iD0，MOS管如同一个断开了的开关。导通时的特点：MOS管导通后就如同一个具有一定电阻的闭合了的开关。MOS管处于截止状态及导通状态时的等效电路：G D S RD+VDD uiUT uo=+VDD uo0 G D S RD+VDD uiUT 截止状态 导通状态2.2 2.2 分立元器件门电路分立元器件门电路实现基本和常用逻辑运算的电子电路，叫做逻辑门电路（门电路）。数字电路中，门电路

11、就是实现输入信号与输出信号之间逻辑关系的电路。最基本的逻辑关系只有与、或、非3种，其他任何复杂的的逻辑关系都可以用这3种逻辑关系来表示。所以，最基本的逻辑门是与门、或门和非门。分立元件门电路是由分立的半导体二极管、三极管和MOS管以及电组等元件组成的门电路。分立元件门电路有二极管与门、或门和三极管非门、MOS管非门，以及由它们构成的复合门，如与非门、或非门等。2.2.1 2.2.1 二极管门电路二极管门电路1.二极管与门实现与逻辑关系的电路称为与门。+VCC(+5V)R 3k Y A B D1 A D2 B Y 5V 0V&（1）uAuB0V时，二极管D1、D2都处于正向导通状态，uYuD1u

12、A0.700.7V（2）uA0V，uB5V时，电源将经电阻R向处于0V电位的A端流通电流，D1优先导通。D1导通后，uYuD1uA0.700.7V，将Y点电位钳制在0.7V，使D2受反向电压而截止，uY0.7V。（3）uA5V，uB0V时，D2优先导通，使Y点电位钳制在0.7V，此时，D1受反向电压而截止，uY0.7V。（4）uAuB5V时，D1、D2都受反向电压截止。uYVCC5V。双输入与与门的输入和输出电平关系 双输入与与门的逻辑真值表输入输出 输入输出uA(V)uB(V)uY(V)A BY 0 0 0 5 5 0 5 50.70.70.75 0 00 11 01 10001Y与A、B之

13、间的关系是：只有当A、B都是1时，Y才为1；否则Y为0，满足与逻辑关系，可用逻辑表达式表示为：BAY2.2.二极管或门二极管或门实现或逻辑关系的电路称为或门。Y A B A D1 B D2 Y R 3k 5V 0V 1（2）uA0V，uB5V时，D2导通。D2导通后，uYuB uD2 50.74.3V，使Y点处于高电位，D1受反向电压而截止。（3）uA5V，uB0V时，D1导通，D2受反向电压而截止，uY4.3V。（4）uAuB5V时，D1、D2都导通。uY4.3V。（1）uAuB0V时，二极管D1、D2都处于截止状态，uY0V。Y与A、B之间的关系是：A、B中只要有一个或一个以上是1时，Y就

14、为1，只有当A、B全为0时Y才为0，满足或逻辑关系，可用逻辑表达式表示为：BAY双输入或或门的输入和输出电平关系 双输入或或门的逻辑真值表输入输出 输入输出uA(V)uB(V)uY(V)A BY 0 0 0 5 5 0 5 504.34.34.3 0 00 11 01 101112.2.2 2.2.2 三极管门电路三极管门电路实现非逻辑关系的电路称为非门，也称反相器。1.双极型三极管非门 A =30+5V Y 1 A Y 1k 4.3k （1）当uA0V时，三极管截止，iB0，iC0，输出电压uYVCC5V。（2）当uA5V时，三极管导通。此时的基极电流为：mA1mA3.47.05bBEiBR

15、uuimA16.0mA1303.05cCESABSRUuI因为iBIBS，所以三极管工作在饱和状态。此时输出电压uYUCES0.3V。输入输出A Y0 1 10AY 逻辑表达式表示为：非非门的逻辑真值表2.MOS管非门（1）当uA0V时，由于uGSuA0V，小于开启电压UT2V，所以MOS管截止。输出电压为uYVDD10V。（2）当uA10V时，由于uGSuA10V，大于开启电压UT，所以MOS管导通，且工作在可变电阻区，导通电阻很小，只有几百欧姆。输出电压为uY0V。由真值表可知，Y与A满足非逻辑关系。即有：AY A A 1 Y Y G S D B+VDD+10V RD 20k 输入输出A

16、Y0 1 10非门的逻辑真值表2.2.3 2.2.3 正逻辑和负逻辑正逻辑和负逻辑数字电路是以输入、输出电平的高、低来表示逻辑值0或1的。在实际数字电路中，高电平通常为3.5V左右，低电平通常为0.3V左右。若规定以高电平表示逻辑1，低电平表示逻辑0，这种规定称为正逻辑。反之，若规定以高电平表示逻辑0，低电平表示逻辑1，这种规定称为负逻辑。注意：同一门电路，若逻辑规定不同，可能表现出不同的逻辑功能。正正与与门的真值表门的真值表 负负或或门的真值表门的真值表输入输入输出输出 输入输入输出输出uA(V)uB(V)uY(V)A BY 0 0 0 1 1 0 1 10001 1 11 00 10 01

17、110本课程所涉及的逻辑电路，如无特别说明，采用的都是正逻辑。2.3 TTL集成门电路集成门电路以半导体器件为基本单元，集成在一块硅片上，并具有一定的逻辑功能的电路称为逻辑集成电路。输入端和输出端都用双极型三极管的逻辑电路称为三极管-三极管逻辑电路，简称TTL电路。TTL电路的开关速度较高，其缺点是功耗较大。2.3.1.TTL与非门与非门输入级T1是一个多发射结三极管，T2为中间反相级，T3、T4、T5为输出级。T4 A B R1 3k T3 T2 T1 Y R4 100+VCC(+5V)T5 R2 750 R3 360 R5 3k 1.TTL与非与非门工作原理：工作原理：（1）输入信号不全为

18、1：如uA=0.3V，uB=3.6V则uB1=0.3+0.7=1V，T2、T5截止，T3、T4导通忽略iB3，输出端的电位为：输出Y为高电平。uY50.70.73.6V R4100T4 A BR13kT3T2T1Y+VCC(+5V)T5R2750R3360R53k0.7V0.7V+-3.6V0.3V1VT4ABR13kT3T2T1YR4100+VCC(+5V)T5R2750 R3360 R53k0.7V0.7V+-+-0.3V+-0.3V3.6V3.6V（2）输入信号全为1：如uA=uB=3.6V2.1V则uB1=2.1V，T2、T5导通，T3、T4截止输出端的电位为：uY=UCES0.3V输

19、出Y为低电平。BAYuA uBuY0.3V 0.3V0.3V 3.6V3.6V 0.3V3.6V 3.6V3.6V3.6V3.6V0.3VA BY0 00 11 01 11110功能表真值表逻辑表达式：输入有低，输出为高；输入全高，输出为低。14 13 12 11 10 9 8 74LS00 1 2 3 4 5 6 7 VCC 3A 3B 3Y 4A 4B 4Y 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND 14 13 12 11 10 9 8 74LS20 1 2 3 4 5 6 7 VCC 2A 2B NC 2C 2D 2Y 1A 1B NC 1C 1D 1Y GND TTL与非与非门74L

20、S00和74LS20的外引脚排列图74LS00内含4个2输入与非与非门，74LS20内含2个4输入与非与非门。2.TTL与非与非门的主要参数（1）输出高电平UOH：TTL与非与非门的一个或几个输入为低电平时的输出电平。产品规范值UOH2.4V，标准高电平USH2.4V。（2）高电平输出电流IOH：输出为高电平时，提供给外接负载的最大输出电流，超过此值会使输出高电平下降。IOH表示电路的拉电流负载能力。（3）输出低电平UOL：TTL与非门的输入全为高电平时的输出电平。产品规范值UOL0.4V，标准低电平USL0.4V。（4）低电平输出电流IOL：输出为低电平时，外接负载的最大输出电流，超过此值会

21、使输出低电平上升。IOL表示电路的灌电流负载能力。（5）扇出系数NO：指一个门电路能带同类门的最大数目，它表示门电路的带负载能力。一般TTL门电路NO8，功率驱动门的NO可达25。（6）最大工作频率fmax：超过此频率电路就不能正常工作。（8）输入关门电平UOFF：使与非门的输出电平达到标准高电平USH的输入电平。它表示使与非门关断所需的最大输入电平。一般TTL门电路的UOFF0.8V。（9）高电平输入电流IIH：输入为高电平时的输入电流，也即当前级输出为高电平时，本级输入电路造成的前级拉电流。（10）低电平输入电流IIL：输入为低电平时的输出电流，也即当前级输出为低电平时，本级输入电路造成的

22、前级灌电流。（11）平均传输时间tpd：信号通过与非门时所需的平均延迟时间。在工作频率较高的数字电路中，信号经过多级传输后造成的时间延迟，会影响电路的逻辑功能。（12）空载功耗：与非门空载时电源总电流ICC与电源电压VCC的乘积。（7）输入开门电平UON：是在额定负载下使与非门的输出电平达到标准低电平USL的输入电平。它表示使与非门开通的最小输入电平。一般TTL门电路的UON1.8V。2.3.2 其他类型的其他类型的TTL门电路门电路1.TTL反相器（1）A=0时，T2、T5截止，T3、T4导通，Y=1。（2）A=1时，T2、T5导通，T3、T4截止，Y=0。AY 14 13 12 11 10

23、 9 8 74LS04 1 2 3 4 5 6 7 VCC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND 6 反相器 74LS04 的引脚排列图 T4 A R1 3k T3 T2 T1 Y R4 100+VCC T5 R2 750 R3 360 R5 3k TTL 反相器电路 2.TTL或非或非门 14 13 12 11 10 9 8 74LS02 1 2 3 4 5 6 7 VCC 3Y 3B 3A 4Y 4B 4A 1Y 1B 1A 2Y 2B 3A GND 74LS02 的引脚排列图 T4 A B R1 T3 T2 T1 Y R4+VCC T5 R2 R

24、3 R5 T2 T1 R1 TTL 或非门电路（1）A、B中只要有一个为1，即高电平，如A1，则iB1就会经过T1集电结流入T2基极，使T2、T5饱和导通，输出为低电平，即Y0。（2）AB0时，iB1、iB1均分别流入T1、T1发射极，使T2、T2、T5均截止，T3、T4导通，输出为高电平，即Y1。BAY3.TTL与与门和或或门在TTL与非门的中间级再加一个反相器，便可得到与门；在TTL或非门的中间级再加一个反相器，便可得到或门。4.TTL与或非与或非门 14 13 12 11 10 9 8 74LS51 1 2 3 4 5 6 7 VCC 2B 2C 2D 2E 2F 2Y 2A 1A 1B

25、 1C 1D 1Y GND 74LS51 的引脚排列图 T4 A B C D R1 T3 T2 T1 Y R4+VCC T5 R2 R3 R5 T2 T1 R1 TTL 与或非门电路（1）A和B都为高电平（T2导通）、或C和D都为高电平（T2导通）时，T5饱和导通、T4截止，输出Y=0。（2）A和B不全为高电平、并且C和D也不全为高电平（T2和T2同时截止）时，T5截止、T4饱和导通，输出Y=1。DCBAY5.TTL异或异或门TTL异或异或门可由一个与与门和两个或非或非门构成。BABABABABABABABABAY)()(A B 14 13 12 11 10 9 8 74LS86 1 2 3

26、4 5 6 7 VCC 3A 3B 3Y 4A 4B 4Y 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND&1 1 Y 等效逻辑图 74LS86的引脚排列图 A B=1 Y 6.TTL集电极开路门（OC门）在实际使用中，有时需要将多个与非门的输出端直接相连。靠导线的连接形成与与功能的方式称为线与线与。一般的TTL与非与非门是不能线与的。因为一个门输出为高电平而另一个门输出为低电平时，将有一个很大的电流从截止门的T4管流到导通门的T5管。+VCC T4 T5 T4 T5 Y1 Y Y2 A B C D Y1 Y Y2&+VCC TTL与与非非门线线与与图 TTL线线与与时产生的电流 集电极开路门可以

27、线与线与。集电极开路门简称OC门（Open Collector Gate）。它和普通TTL与非与非门的区别，就在于输出管的集电极处于开路状态，使用时需外接电阻。设n个OC门线与线与，后面带m个负载门，则外接电阻R的取值范围为：ILOLOLCCmIIUVmaxIHOHOHCCmInIUVminR CDABCDABYYY21从上式可以看出，OC与非与非门的线与线与能用于实现与或非与或非逻辑功能。（a）OC 与非门的电路结构 A B+VCC Y R Y A B C D&（b）OC 门线与图+VCC R Y1 Y2 T1 T2 T3 uB1（b）图逻辑输出表达式为：7.TTL三态门三态门简称TSL（T

28、hree-State Logic）门，它是在普通门的基础上，加上使能控制信号和控制电路构成的。（b）曾用符号 （c）国标符号 A E T4 A R1 3k T3 T2 T1 Y R4 100+VCC(+5V)T5 R2 750 R3 360 R5 3k A E Y&EN Y E D （a）电路结构 （2）E0时，二极管D导通，T1基极和T2基极均被钳制在低电平，因而T2T5均截止，输出端开路，电路处于高阻状态。（1）E1时，二极管D截止，TSL门的输出状态完全取决于输入信号A的状态，电路输出与输入的逻辑关系和一般反相器相同，即：Y=A，A0时Y1，为高电平；A1时Y0，为低电平。TSL非非门的

29、真值表控制输入输出EAY01101高阻10TSL门的应用：（a）作多路开关 A B E 1 EN Y 1 EN 1(a)多路开关 G1 G2 结论：电路的输出有高阻态、高电平和低电平3种状态。E=0时，门G1使能，G2禁止，Y=A；E=1时，门G2使能，G1禁止，Y=B。A E 1 EN B 1 EN 1(b)双向传输 G1 G2 （b）信号双向传输（c）构成数据总线 G1 总线 1 EN E1 A1 1 EN E2 A2 1 EN En An (c)单向总线 G2 Gn 让各门的控制端轮流处于低电平，即任何时刻只让一个TSL门处于工作状态，而其余TSL门均处于高阻状态，这样总线就会轮流接受各

30、TSL门的输出。E=0时信号向右传送，B=A；E=1时信号向左传送，A=B。2.3.3 TTL集成逻辑门的使用集成逻辑门的使用TTL集成电路产品有74、74H、74S、74LS四个系列。74：标准系列，其典型电路与非门的平均传输时间tpd10ns，平均功耗P10mW。74H：高速系列，是在74系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd6ns，平均功耗P22mW。74S：肖特基系列，是在74H系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd3ns，平均功耗P19mW。74LS：低功耗肖特基系列，是在74S系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd9ns，

31、平均功耗P2mW。74LS系列产品具有最佳的综合性能，是TTL集成电路的主流，是应用最广的系列。TTL集成电路在使用时注意事项：（1）TTL器件对电源的要求是VCC5V10%V，使用时不能超过。（2）不要加超过电源电压的信号。（3）对输出端的要求：输出端不能直接连至低内阻的电源；除了OC门和TSL门以外，一般TTL电路的输出端不允许直接连接在一起；TTL电路的输出端可以瞬间接地，但当一个管壳内封装有多个单元电路时，不允许多个单元电路的输出端同时瞬间接地。（4）多余输入端必须妥善处理。对于一般小规模电路的输入端，实验时允许悬空处理，相当于该输入端为逻辑1状态。对于接有长导线的输入端、中规模以上的

32、集成电路及使用集成电路较多的复杂电路，尤其不允许输入端悬空，而应按其逻辑功能的特点接至相应的逻辑电平上。（5）TTL电路通常要求输入信号上升沿或下降沿小于50ns/V100ns/V，当外加输入信号不满足要求时，必须加施密特触发器整形。（6）当TTL电路输出端接容性负载而电阻为零时，电路从断到通的瞬间有很大的电流倒灌入集成电路的输出端，有可能导致电路损坏。一般应在输出端接一个电阻R。2.4 CMOS集成门电路集成门电路CMOS集成电路的许多最基本的逻辑单元，都是用P沟道增强型MOS管和N沟道增强型MOS管按照互补对称形式连接起来构成的，故称为互补型MOS集成电路，简称CMOS集成电路。CMOS集

33、成电路具有电压控制、功耗极低、连接方便等一系列优点，是目前应用最广泛的集成电路之一。2.4.1 CMOS反相器反相器 uA+VDD+10V TP TN+VDD+10V+VDD+10V S S RONP RONN 10V 0V(a)电路(b)TN截止、TP导通(c)TN导通、TP截止 uY uY uY（1）uA0V时，TN截止，TP导通。输出电压uYVDD10V。AY（2）uA10V时，TN导通，TP截止。输出电压uY0V。2.4.2 其他类型的其他类型的CMOS逻辑门电路逻辑门电路1.CMOS与非与非门BAYBY+VDDATP1TN1TN2TP2（1）A、B当中有一个或全为低电平时，TN1、T

34、N2中有一个或全部截止，TP1、TP2中有一个或全部导通，输出Y为高电平。（2）只有当输入A、B全为高电平时，TN1和TN2才会都导通，TP1和TP2才会都截止，输出Y才会为低电平。2.CMOS或非或非门BAYBY+VDDATN1TP2TN2TP1（1）只要输入A、B当中有一个或全为高电平，TP1、TP2中有一个或全部截止，TN1、TN2中有一个或全部导通，输出Y为低电平。（2）只有当A、B全为低电平时，TP1和TP2才会都导通，TN1和TN2才会都截止，输出Y才会为高电平。3.CMOS与与门和或或门在CMOS与非与非门的输出端加一个反相器，便构成了与与门；在CMOS或非或非门的输出端加一个反

35、相器，便构成了或或门。4.CMOS与或非与或非门DCBADCBAY&1&1&1 A B C D A B C D A B C D Y Y Y 由与非门和反相器构成 由与门和或非门构成 逻辑符号 A B AB&1 Y=AB=AB A B&Y A B A+B 1 1 A B 1 Y Y=A+B=A+B5.CMOS异或异或门CMOS异或异或门可由4个与非与非门构成。BABABABABABAY&A B Y&逻辑图 6.CMOS漏极开路门、三态门和传输门（1）CMOS漏极开路门输出MOS管的漏极是开路的，工作时必须外接电源VDD和电阻RD，电路才能正常工作。BAYOD门可以实现线与线与功能，即可以把几个O

36、D门的输出端用导线直接连接起来实现与与运算。因为OD门输出MOS管漏极电源是外接的，其输出高电平可随VDD的不同而改变，所以OD门也可以用来实现逻辑电平的变换。&1 Y A B+VDD RD 外接 A B&Y 电路 逻辑符号（2）CMOS三态门当 时，TP2、TN2均截止，Y与地和电源都断开，输出端呈现高阻态。1E 1 1 EN A E TP2 TP1 Y TN1 TN2 A E Y+VDD 电路 逻辑符号 电路的输出有高阻态、高电平和低电平三种状态。0E当 时，TP2、TN2均导通，TP1、TN1构成反相器。A0时，Y1，为高电平A1时，Y0，为低电平AY 故（3）CMOS传输门 C+VDD

37、 TG ui ui uo uo TP TN C C C 电路 逻辑符号（1）C0、C1，即C端为低电平（0V）、C端为高电平（VDD）时，TN和TP都不具备开启条件而截止，输入和输出之间相当于开关断开一样。（2）C1、C0，即C端为高电平（VDD）、C端为低电平（0V）时，TN和TP都具备了导通条件，输入和输出之间相当于开关接通一样，uoui。由于MOS管的结构是对称的，即源极和漏极可互换使用，所以CMOS传输门具有双向性，即信号可以双向传输，因此CMOS传输门又称为双向开关。2.4.3 CMOS电路的特点和使用电路的特点和使用CMOS集成电路的品种也非常多。CC4000系列是符合国家标准的C

38、MOS集成电路，电源电压VDD为318V，产品的输入端和输出端都加了反相器作为缓冲器，具有对称的驱动能力和输出波形，高、低电平抗干扰能力相同。CMOS电路具有以下特点（和TTL电路比较）：（1）CMOS电路的输入阻抗很高，在频率不高的情况下，电路的扇出能力较大，即带负载的能力比TTL电路强。（2）CMOS电路的电源电压允许范围较大，约在318V，使电路的输出高、低电平的摆幅大，因此电路的抗干扰能力比TTL电路强。（3）由于CMOS电路工作时总是一管导通，另一管截止，而截止管的电阻很高，这就使在任何时候流过电路的电流都很小，因此CMOS电路的功耗比TTL电路小得多。（4）因CMOS集成电路的功耗

39、很小，使内部发热量小，因此CMOS集成电路的集成度比TTL电路高。（5）CMOS集成电路的温度稳定性好，抗辐射能力强，因此CMOS电路适合于特殊环境下工作。（6）由于CMOS电路的输入阻抗高，使其容易受静电感应而击穿，因此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，尤其是CMOS电路多余不用的输入端不能悬空，应根据需要接地或接高电平。集成电路使用注意事项：（1）对于各种集成电路，在技术手册中都会给出各主要参数的工作条件和极限值，使用时一定要在推荐的工作条件范围内。（2）多余的输入端在不改变逻辑关系的前提下可以并联起来使用，其优点是不影响电路的噪声容限，缺点是若前级为TTL电路，则会增

40、加前级输出低电平时的灌电流和前级输出高电平时的拉电流。也可根据逻辑关系的要求把多余的输入端接地或接高电平，这样不仅不会造成对前级门的负载影响，而且还可以抑制来自电源的干扰。对于TTL电路，多余的输入端悬空表示输入为高电平。但对于CMOS电路，多余的输入端不允许悬空，否则电路将不能正常工作。（3）集成电路在使用过程中，常常会遇到TTL电路和CMOS电路之间以及它们和其他集成电路之间的连接问题。由于这些电路相互之间的电源电压和输入输出电平及电流并不相同，因此它们之间必须经过电平转换或电流变换电路才可进行连接，使前级器件的输出电平及电流满足后级器件对输入电平及电流的要求，并不得对器件造成损害，这种转

41、换电路称为接口电路。由TTL电路驱动CMOS电路时，若CMOS电路的电源也为5V，由于TTL电路的输出高电平UOH2.4V，而CMOS电路的输入高电平要求为3.5V，因此需在TTL电路的输出端接一个上拉电阻至电源VCC来提高TTL电路的输出电平。1 1+VCC(5V)TTL CMOS 1 1+VDD(318V)TTL CMOS+VCC(5V)（a）VDD5V时 （b）VDD318V时 如果CMOS电路的电源不同，TTL电路的输出端仍可接一个上拉电阻至电源VDD，但这时的TTL电路需使用OC门。另外还可采用专门的接口器件，如40109，其输入端为TTL电路电平，输出为CMOS电路电平。TTL电路

42、驱动CMOS电路本章小结本章小结1半导体二极管、三极管和场效应管是数字电路中的基本开关元件，半导体二极管是不可控的，半导体三极管是一种用电流控制且具有放大特性的开关元件，场效应管是用电压控制的也有放大特性的开关元件。2利用半导体器件的开关特性，可以构成与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等各种逻辑门电路，也可以构成在电路结构和特性两方面都别具特色的三态门、OC门、OD门和传输门。随着集成电路技术的飞速发展，分立元件的数字电路已被集成电路所取代。TTL电路的优点是开关速度较高，抗干扰能力较强，带负载的能力也比较强，缺点是功耗较大。CMOS电路具有制造工艺简单、功耗小、输入阻抗高、集成度高、电源电压范围宽等优点，所以应用越来越广。（本章完）