模拟与数字电路 作者 宁帆 张玉艳 第6章逻辑门电路.pptVIP

第6章逻辑门电路 6.1TTL逻辑门电路 6.1.1TTL反相器的电路结构和工作原理 6.1.2其他逻辑功能的TTL门电路 6.1.3其他类型的TTL门电路 6.1.1 TTL反相器的电路结构和工作原理 6.1.2其他逻辑功能的TTL门电路 6.1.3其他类型的TTL门电路 6.2其他类型的双极型数字集成电路 6.3CMOS门电路 6.3.1MOS管的开关特性 6.3.2CMOS反相器 6.3.3其他类型的CMOS门电路 6.3.1MOS管的开关特性 6.3.2CMOS反相器 6.3.3其他类型的CMOS门电路 6.4NMOS集成电路 小结 图6-3-14CMOS双向模拟开关外接负载的情况 6.CMOS三态门电路 （1） 串联型三态门电路 CMOS三态门的电路结构大体上有三种形式。 图6-3-15串联型CMOS三态门 这种电路结构是在反相器的基础上串接一个增强型MOS管并增加一个门电路而形成的，图6-3-16（a）所示为或非门控制的三态门电路结构，图6-3-16（b）所示为与非门控制的三态门电路结构。 （2） 门控制型三态门 图6-3-16门控制CMOS三态门 图6-3-1NMOS的基本开关电路和其特性曲线 由图6-3-1（a）MOS管开关电路可以看出，当ui≤UT时（ui=uGS），MOS管工作在截止区，只要漏极负载电阻RD远远小于MOS管的截止电阻RDS OFF，在输出端就会输出高电平UoH≈UDD，此时的漏源极间相当于一个断开的开关。 只要电路参数选择合理，就可以做到输入为低电平时MOS管截止，开关电路输出高电平；而输入为高电平时MOS管导通，开关电路输出低电平。 2. MOS管的开关特性 CMOS逻辑门电路是目前应用较为普遍的逻辑电路，它同NMOS一样，适宜制作大规模集成电路（如存储器和微处理器等），下面先讨论CMOS反相器，然后再介绍其他CMOS逻辑门电路。 CMOS反相器如图6-3-2所示，它由一对增强型NMOS和PMOS管组成，其中VT1为驱动管，而VT2为负载管。 图6-3-2CMOS反相器 在正常工作时，VT1和VT2管总是一个导通而另一个截止，即工作在互补状态。 因此，被称为互补对称式MOS电路（Complementary-Symmetry MOS Circuit，CMOS电路）。 1. CMOS反相器的工作原理 2.CMOS反相器电压传输特性和电流特性 （1） 电压传输特性 图6-3-3（a）所示为CMOS反相器的电压传输特性。 图中分为五段，下面讨论各段的工作情况。 图6-3-3CMOS反相器的电压传输特性和电流特性 图6-3-2示出了UDD为15V和10V不同值时CMOS反相器的电压传输特性。 图6-3-2示出了UDD为15V和10V不同值时CMOS反相器的电压传输特性。 （2） 输入噪声容限 图6-3-2CMOS反相器 由图6-3-3（b）中可以看到，输入电压ui在1/2UDD附近时，VT1和VT2管同时导通，输出电流最大，出现了一个尖峰。 （3） 输入电流特性 图6-3-3CMOS反相器的电压传输特性和电流特性 由于MOS管的二氧化硅绝缘层很薄，存在较大的电容效应，极易被击穿（耐压约100V），所以必须采取保护措施。 图6-3-5示出了74HC系列CMOS器件的输入保护电路形式，虚线内为输入保护电路，C1、C2为CMOS的栅极等效输入电容。 3. CMOS反相器的输入端保护 图6-3-4不同UDD时CMOS反相器的噪声容限 图6-3-5 74HC系列的输入保护电路 由于CMOS反相器中的NMOS和PMOS管在导通时均工作在可变电阻区，其输出电压随负载电流不同而变化。 4. CMOS反相器的输出特性和负载能力 （1） 低电平输出特性 （2） 高电平输出特性 图6-3-6CMOS反相器的输出特性 （1） 静态功耗PS （2） 动态功耗PD 5. CMOS反相器的功率损耗 虽然CMOS门电路的开关过程中，没有电荷的积累和消散现象，但是由于集成电路内部电阻、电容的存在，以及负载电容的影响，输出电压的变化仍然滞后于输入电压的变化，产生传输延迟时间，图6-3-7所示为CMOS反相器传输延迟特性。 6. CMOS反相器的传输延迟特性 由于CMOS电路的输出电阻比TTL电路的输出电阻大得多，所以负载电容对传输延迟时间和输出电压的上升、下降时间影响最大。 流过电容的电流与其两端电压之间的关系如下： 图6-3-7CMOS反相器的传输延迟特性 以CMOS单元电路作为开关元件的数字电路称为CMOS数字逻辑电路。 在CMOS门电