数字电子技术第二章学习教案.pptx

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1、会计学1数字电子数字电子(dinz)技术第二章技术第二章第一页，共86页。数字电子数字电子(dinz)(dinz)技术技术2.1 2.1 概述概述(i sh)(i sh)图图2.1.2 2.1.2 获得获得(hud)(hud)高、低电平的基高、低电平的基本原理本原理(a)(a)单开关电路单开关电路(b)(b)互补开关电路互补开关电路4、获得高、低电平的基本原理如图、获得高、低电平的基本原理如图2.1.2所示。所示。缺陷？缺陷？第2页/共86页第二页，共86页。2.22.2半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性2.2 2.2 半导体器件的开关半导体器件的开关(kigun)(kigun)特性特性

2、数字数字(shz)(shz)电子技术电子技术一、半导体二极管的开关一、半导体二极管的开关(kigun)特性特性图图2.2.1 2.2.1 二极管开关电路结构及电路示意二极管开关电路结构及电路示意 VON:硅硅0.60.7V;锗锗0.20.3V第3页/共86页第三页，共86页。2.2 2.2 半导体器件的开关半导体器件的开关(kigun)(kigun)特性特性数字电子数字电子(dinz)(dinz)技术技术(a)图图2.2.2 2.2.2 二极管伏安特性的几种二极管伏安特性的几种(j zhn)(j zhn)近似方法（静态分析）近似方法（静态分析）(a)Von(a)Von和和rDrD均不可忽略均不

3、可忽略 (b)Von (b)Von不可忽略不可忽略 (c)Von (c)Von和和rDrD均可忽略均可忽略 (b)(c)第4页/共86页第四页，共86页。2.2 2.2 半导体器件的开关半导体器件的开关(kigun)(kigun)特性特性数字数字(shz)(shz)电子技电子技术术图图2.2.3 2.2.3 二极管的动态二极管的动态(dngti)(dngti)电流波形电流波形V第5页/共86页第五页，共86页。2.2 2.2 半导体器件的开关半导体器件的开关(kigun)(kigun)特性特性数字电子数字电子(dinz)(dinz)技技术术二、半导体三极管的开关二、半导体三极管的开关(kigu

4、n)特性特性1、三极管的特点：、三极管的特点：图图2.2.4 2.2.4 双极型双极型(NPN)(NPN)三极管的输出特性曲线三极管的输出特性曲线思考：模电和数思考：模电和数电的区别？电的区别？bce第6页/共86页第六页，共86页。2.2 2.2 半导体器件的开关半导体器件的开关(kigun)(kigun)特性特性数字数字(shz)(shz)电子技电子技术术2 2、三极管开关电路分析、三极管开关电路分析(fnx)(fnx)：图图2.2.5 2.2.5 双极型三极管的开关等效电路双极型三极管的开关等效电路(a)(a)截止状态截止状态 (b)(b)饱和导通状态饱和导通状态(a)(b)ICEO第7

5、页/共86页第七页，共86页。2.2 2.2 半导体器件的开关半导体器件的开关(kigun)(kigun)特性特性数字数字(shz)(shz)电子技术电子技术3 3、三极管开关电路动态分析：、三极管开关电路动态分析：图图2.2.6 2.2.6 双极型三极管的动态开关特性双极型三极管的动态开关特性(txng)(txng)（结电（结电容效应）容效应）第8页/共86页第八页，共86页。2.2 2.2 半导体器件的开关半导体器件的开关(kigun)(kigun)特性特性数字电子技术数字电子技术(jsh)(jsh)基础基础三、三、MOSMOS管的开关管的开关(kigun)(kigun)特性特性1、MOS

6、管的结构：管的结构：图图2.2.7 MOS2.2.7 MOS管的结构和符号管的结构和符号VGS(TH):14V第9页/共86页第九页，共86页。2.2 2.2 半导体器件的开关半导体器件的开关(kigun)(kigun)特性特性数字数字(shz)(shz)电子技电子技术术2 2、MOSMOS管的输入管的输入(shr)(shr)特性和输出特性：特性和输出特性：图图2.2.8 MOS2.2.8 MOS管共源接法和输出特性曲线管共源接法和输出特性曲线（a a）共源接法）共源接法 （b b）输出特性曲线）输出特性曲线恒流区恒流区截止区截止区可变电阻区可变电阻区第10页/共86页第十页，共86页。2.2

7、 2.2 半导体器件的开关半导体器件的开关(kigun)(kigun)特性特性数字电子数字电子(dinz)(dinz)技技术术3 3、MOSMOS管的基本管的基本(jbn)(jbn)开关电路：开关电路：图图2.2.9 MOS2.2.9 MOS管的基本开关电路及其等效电路管的基本开关电路及其等效电路第11页/共86页第十一页，共86页。2.2 2.2 半导体器件的开关半导体器件的开关(kigun)(kigun)特性特性数字数字(shz)(shz)电子技电子技术术4 4、MOSMOS管的四种管的四种(s zhn)(s zhn)类型（列表）：类型（列表）：第12页/共86页第十二页，共86页。2.2

8、 2.2 半导体器件的开关半导体器件的开关(kigun)(kigun)特性特性数字电子数字电子(dinz)(dinz)技技术术4 4、MOSMOS管的四种管的四种(s zhn)(s zhn)类型（续）：类型（续）：第13页/共86页第十三页，共86页。2.2 2.2 半导体器件的开关半导体器件的开关(kigun)(kigun)特性特性数字数字(shz)(shz)电子技电子技术术第14页/共86页第十四页，共86页。2.32.3分立元件门电路分立元件门电路2.3 2.3 分立元件门电路分立元件门电路数字电子数字电子(dinz)(dinz)技术技术一、二极管与门一、二极管与门图图2.3.1 2.3

9、.1 二极管与门二极管与门第15页/共86页第十五页，共86页。2.3 2.3 分立元件门电路分立元件门电路数字数字(shz)(shz)电子技术电子技术二、二极管或门二、二极管或门图图2.3.2 2.3.2 二极管或门二极管或门第16页/共86页第十六页，共86页。2.3 2.3 分立元件门电路分立元件门电路数字数字(shz)(shz)电子技电子技术术三、三极管非门（反相器）三、三极管非门（反相器）图图2.3.3 2.3.3 三极管非门（反相器）三极管非门（反相器）第17页/共86页第十七页，共86页。2.3 2.3 分立元件门电路分立元件门电路数字数字(shz)(shz)电子技术电子技术四、

10、其它四、其它(qt)电路电路图图2.3.4 2.3.4 与非门电路与非门电路(dinl)(dinl)第18页/共86页第十八页，共86页。2.3 2.3 分立元件门电路分立元件门电路数字电子数字电子(dinz)(dinz)技术技术思考思考(sko)：如何用分立元件画出与或非门、异或门和：如何用分立元件画出与或非门、异或门和同或门的电路图？同或门的电路图？图图2.3.5 2.3.5 或非门电路或非门电路(dinl)(dinl)第19页/共86页第十九页，共86页。2.42.4双极型集成门电双极型集成门电路路2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j(j chn)chn)门电路门电路数字电子数字电子

11、(dinz)(dinz)技术技术2.4.1 集成电路集成电路(jchng-dinl)概述概述 目前，数字电路中，集成电路已几乎取代了分立元件目前，数字电路中，集成电路已几乎取代了分立元件电路。电路。所谓所谓集成电路集成电路，即把电路中的半导体器件、电阻、电容，即把电路中的半导体器件、电阻、电容及连线等制作在一个半导体基片上，构成一个完整的电路，及连线等制作在一个半导体基片上，构成一个完整的电路，并封装在一个管壳内。并封装在一个管壳内。集成电路的集成电路的优点优点：体积小、重量轻、可靠性高、寿命：体积小、重量轻、可靠性高、寿命长、功耗小、成本低、工作速度高。长、功耗小、成本低、工作速度高。通常把

12、一个封装内含有等效逻辑门的个数或元器通常把一个封装内含有等效逻辑门的个数或元器件的个数定义为件的个数定义为集成度集成度。第20页/共86页第二十页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j chn)(j chn)门电路门电路数字数字(shz)(shz)电子技电子技术术图图2.4.1 2.4.1 集成电路集成电路(jchng-dinl)(jchng-dinl)图例图例第21页/共86页第二十一页，共86页。亚微米亚微米(wi m)(0.5到到1微米微米(wi m)深亚深亚微米微米(wi m)(小于小于0.5m)超深亚微米超深亚微米(wi m)(小小于于0.25 m，目前已经，目前已经到

13、了到了0.03 m)。集成电路工艺特征集成电路工艺特征(tzhng)(tzhng)尺寸尺寸第22页/共86页第二十二页，共86页。单个芯片单个芯片(xn pin)(xn pin)上的晶体管数上的晶体管数第23页/共86页第二十三页，共86页。集成电路集成电路(jchng-(jchng-dinl)dinl)芯片面积芯片面积第24页/共86页第二十四页，共86页。集成电路集成电路(jchng-(jchng-dinl)dinl)的电源电压的电源电压第25页/共86页第二十五页，共86页。集成电路的时钟集成电路的时钟(shzhng)(shzhng)频率频率第26页/共86页第二十六页，共86页。平均平

14、均(pngjn)(pngjn)每个每个晶体管价格晶体管价格第27页/共86页第二十七页，共86页。SSI-MSI-LSI-VLSI-ULSI-GSI-SOC集成电路发展集成电路发展(fzhn)(fzhn)的规模的规模第28页/共86页第二十八页，共86页。集成电路集成电路(jchng-(jchng-dinl)dinl)发展发展 集成电路的迅速发展，集成电路的迅速发展，关键就在于关键就在于(ziy)(ziy)集成电路集成电路的布图设计水平的迅速提高，的布图设计水平的迅速提高，集成电路的布图设计由此而集成电路的布图设计由此而日益复杂而精密。这些技术日益复杂而精密。这些技术的发展，使得集成电路的发的

15、发展，使得集成电路的发展进入了一个新的发展的里展进入了一个新的发展的里程碑。程碑。第29页/共86页第二十九页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j chn)(j chn)门电路门电路数字数字(shz)(shz)电子技术电子技术 数字集成电路数字集成电路(jchng-dinl)按输出结构分可按输出结构分可分为：分为：#推拉式输出或推拉式输出或CMOS反相器输出反相器输出#OC输出或输出或OD输出输出 三态输出三态输出第30页/共86页第三十页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j(j chn)chn)门电路门电路数字数字(shz)(shz)电子技术电子技术 数字集成

16、电路按制造工艺不同可分为：数字集成电路按制造工艺不同可分为：双极型：双极型：*TTL常用之一，速度常用之一，速度(sd)较快，功率较大；较快，功率较大；*HTL抗干扰强，速度抗干扰强，速度(sd)低；低；*ECL速度速度(sd)快，功耗大；快，功耗大；*IIL 集成度很大，功耗最低，抗干扰差，集成度很大，功耗最低，抗干扰差，速度速度(sd)低；低；MOS型：型：*CMOS常用之一，低功耗，抗干扰能力强；常用之一，低功耗，抗干扰能力强；*NMOS *PMOS Bi-CMOS型：功率小，输出阻抗小。型：功率小，输出阻抗小。第31页/共86页第三十一页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成

17、(j(j chn)chn)门电路门电路数字电子数字电子(dinz)(dinz)技技术术2.4.2 TTL集成集成(j chn)门电路门电路（一）（一）TTLTTL集成门电路的结构集成门电路的结构图图2.4.2 TTL2.4.2 TTL集成门电路结构图集成门电路结构图第32页/共86页第三十二页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j chn)(j chn)门电路门电路数字数字(shz)(shz)电子技电子技术术1 1、输入、输入(shr)(shr)级形级形式（一）式（一）第33页/共86页第三十三页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j chn)(j chn)门门电路

18、电路数字数字(shz)(shz)电子技术电子技术1 1、输入、输入(shr)(shr)级形式级形式（二）（二）第34页/共86页第三十四页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j chn)(j chn)门电门电路路数字电子数字电子(dinz)(dinz)技术技术2 2、中间级形、中间级形式式(xngsh)(xngsh)第35页/共86页第三十五页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j chn)(j chn)门电门电路路数字数字(shz)(shz)电子技术电子技术3 3、输出、输出(shch)(shch)级形级形式（一）式（一）输出电阻很低；输出电阻很低；输出高低电平固

19、定；输出高低电平固定；驱动能力较弱。驱动能力较弱。输出电平可变；输出电平可变；驱动能力增强；驱动能力增强；可可“线与线与”。第36页/共86页第三十六页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j chn)(j chn)门电门电路路数字数字(shz)(shz)电子技电子技术术3 3、输出、输出(shch)(shch)级形式级形式（二）（二）达林顿结构达林顿结构,可加速开关过程；可加速开关过程；输出电阻减小，速度增快；输出电阻减小，速度增快；静态功耗增加，驱动能力增强。静态功耗增加，驱动能力增强。第37页/共86页第三十七页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j(j chn

20、)chn)门电路门电路数字数字(shz)(shz)电子技术电子技术一、一、TTL反相器反相器（二）（二）几种几种(j zhn)典型的典型的TTL集集成门电路成门电路AAAA电路结构电路结构第38页/共86页第三十八页，共86页。2.3 2.3 双极型集成双极型集成(j chn)(j chn)门门电路电路数字电子数字电子(dinz)(dinz)技术技术一、一、TTL反相器反相器电压传输电压传输(chun sh)特特性性第39页/共86页第三十九页，共86页。2.3 2.3 双极型集成双极型集成(j(j chn)chn)门电路门电路数字电子数字电子(dinz)(dinz)技术技术一、一、TTL反相

21、器反相器输入输入(shr)噪噪声容限声容限噪声容限：噪声容限：在保证输出高、低电平基本不变（或者说在保证输出高、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，允许输入电平变化的大小不超过允许限度）的条件下，允许输入电平有一定的波动范围。有一定的波动范围。74系列门电路输入高电平和低电平时的噪声容限分别为：系列门电路输入高电平和低电平时的噪声容限分别为：VNH=VOH(min)-VIH(min)=0.4V VNL=VIL(max)-VOL(max)=0.4V第40页/共86页第四十页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j(j chn)chn)门电路门电路数字数字(shz

22、)(shz)电子技术电子技术二、二、TTL集成集成(j chn)与与非门非门ABABABAB悬空悬空？第41页/共86页第四十一页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j chn)(j chn)门门电路电路数字电子数字电子(dinz)(dinz)技术技术三、三、其它其它(qt)逻辑功能的逻辑功能的TTL门电门电路路A+BABA+BA+B或非门或非门1、几种复合门电路、几种复合门电路第42页/共86页第四十二页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j chn)(j chn)门电门电路路数字电子数字电子(dinz)(dinz)技术技术ABCDAB+CDAB+CDAB+CD与

23、或非门与或非门第43页/共86页第四十三页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j(j chn)chn)门电路门电路数字电子技术数字电子技术(jsh)(jsh)基础基础A+BAB异或门异或门AB第44页/共86页第四十四页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j chn)(j chn)门电门电路路数字电子数字电子(dinz)(dinz)技技术术2、集电极开路、集电极开路(kil)（OC）与非门）与非门图图2.4.3 2.4.3 推拉式输出级并联的情况推拉式输出级并联的情况第45页/共86页第四十五页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j(j chn)chn

24、)门电路门电路数字电子数字电子(dinz)(dinz)技技术术图图2.4.4 OC2.4.4 OC门与非门电路结构门与非门电路结构(jigu)(jigu)及国标符号及国标符号第46页/共86页第四十六页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j chn)(j chn)门电门电路路数字电子数字电子(dinz)(dinz)技术技术图图2.4.5 OC2.4.5 OC门输出门输出(shch)(shch)并联的接法和并联的接法和逻辑图逻辑图第47页/共86页第四十七页，共86页。2.3 2.3 双极型集成双极型集成(j chn)(j chn)门电门电路路数字数字(shz)(shz)电子技术电

25、子技术 工作时需外接负载电阻（工作时需外接负载电阻（RLRL）和电源（）和电源（VccVcc）;可根据要求选择可根据要求选择(xunz)(xunz)电源，灵活得到下级电路电源，灵活得到下级电路所需电压所需电压;可将可将OCOC门输出端直接并联，进行门输出端直接并联，进行“线与线与”；有些有些OCOC门的输出管设计尺寸较大，足以承受较大电门的输出管设计尺寸较大，足以承受较大电 流和较高电压，可以直接驱动小型继电器。流和较高电压，可以直接驱动小型继电器。集电极开路（集电极开路（OC）门的特点）门的特点第48页/共86页第四十八页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j(j chn)ch

26、n)门电路门电路数字电子数字电子(dinz)(dinz)技术技术3、三态输出、三态输出(shch)门门使使T4也截止，输出呈也截止，输出呈高阻态高阻态第49页/共86页第四十九页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j(j chn)chn)门电路门电路数字数字(shz)(shz)电子技术电子技术图图2.4.6 2.4.6 三态与非门的电路三态与非门的电路(dinl)(dinl)结构和逻辑符结构和逻辑符号号（a a）高电平有效三态门（）高电平有效三态门（b b）低电平有效三态门）低电平有效三态门使使T4也截止，输出也截止，输出呈高阻态呈高阻态第50页/共86页第五十页，共86页。2.

27、4 2.4 双极型集成双极型集成(j(j chn)chn)门电路门电路数字数字(shz)(shz)电子技术电子技术图图2.4.7 2.4.7 用三态输出用三态输出(shch)(shch)门接成总线结构门接成总线结构图图2.4.8 2.4.8 用三态输出门实现用三态输出门实现数据的双向传输数据的双向传输第51页/共86页第五十一页，共86页。2.3 2.3 双极型集成双极型集成(j(j chn)chn)门电路门电路数字数字(shz)(shz)电子技电子技术术 三态：低电平、高电平、高阻三态：低电平、高电平、高阻;可实现可实现(shxin)(shxin)在同一根导线上分时传送若干门电路在同一根导线

28、上分时传送若干门电路的输出的输出 信号（即接成总线结构）信号（即接成总线结构）;可做成单输入、单输出的总线驱动器；可做成单输入、单输出的总线驱动器；还可实现还可实现(shxin)(shxin)数据的双向传输等。数据的双向传输等。三态门（三态门（TS）的特点）的特点第52页/共86页第五十二页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j chn)(j chn)门电门电路路数字数字(shz)(shz)电子技电子技术术2.4.3 ECL门电路（门电路（*）一、一、ECL（Emitter Coupled Logic）门电路的基本）门电路的基本(jbn)单元：单元：图图2.4.9 ECL2.4.

29、9 ECL门电路的基本单元（差动放大器）门电路的基本单元（差动放大器）T1、T3均工作在非饱均工作在非饱和状态和状态第53页/共86页第五十三页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j(j chn)chn)门电路门电路数字数字(shz)(shz)电子技术电子技术二、四输入二、四输入ECL或或/或非门电路或非门电路(dinl)介绍：介绍：图图2.4.10 ECL2.4.10 ECL或或/或非门的电路及逻辑符号或非门的电路及逻辑符号第54页/共86页第五十四页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j chn)(j chn)门门电路电路数字电子数字电子(dinz)(dinz)

30、技术技术三、三、ECL门电路的主要门电路的主要(zhyo)特点：特点：优点：优点：由于三极管导通时为由于三极管导通时为非饱和状态非饱和状态，所以其工作速，所以其工作速度是各种集成门电路中度是各种集成门电路中最高最高的一种，的一种，tpd可缩短至可缩短至2ns以以下。下。电路中电路中电阻取值较小电阻取值较小，逻辑电平摆幅小逻辑电平摆幅小(0.8V)，或或/或非互补输出，使用方便、灵活。或非互补输出，使用方便、灵活。输出采用射随器，所以输出采用射随器，所以输出阻抗低、带负载能力强输出阻抗低、带负载能力强。由于在开关工作状态下的电源电流基本不变，由于在开关工作状态下的电源电流基本不变，所以电路内部的

31、所以电路内部的开关噪声很低开关噪声很低。第55页/共86页第五十五页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j(j chn)chn)门电路门电路数字电子数字电子(dinz)(dinz)技技术术缺点：缺点：噪声容限低。噪声容限低。电路功耗电路功耗(n ho)大。大。输出电平的稳定性较差。输出电平的稳定性较差。目前，目前，ECL电路的产品只有中、小规模的集电路的产品只有中、小规模的集成电路，主要用在成电路，主要用在高速、超高速高速、超高速的数字系统和设的数字系统和设备当中。备当中。第56页/共86页第五十六页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j chn)(j chn)门电

32、路门电路数字数字(shz)(shz)电子技术电子技术2.4.4 IIL门电路门电路（*）一、一、（Integrated Injection Logic）电路简介：）电路简介：电路的基本单元是由一只电路的基本单元是由一只NPN多集电极三极管构成的反多集电极三极管构成的反相器，反相器的偏流由另一只相器，反相器的偏流由另一只PNP三极管提供。三极管提供。图图2.4.11 IIL2.4.11 IIL电路的基本电路的基本(jbn)(jbn)逻辑单元逻辑单元第57页/共86页第五十七页，共86页。2.4 2.4 双极型集成双极型集成(j(j chn)chn)门电路门电路数字数字(shz)(shz)电子技术

33、电子技术二、二、电路的主要特点：电路的主要特点：优点：优点：1）电路结构简单，这样节省了硅片面积）电路结构简单，这样节省了硅片面积(min j)又降低了功耗；又降低了功耗；2）各逻辑单元之间无需隔离，这样简化了工艺，）各逻辑单元之间无需隔离，这样简化了工艺，省了片上的隔离槽，使集成度大大提高；省了片上的隔离槽，使集成度大大提高；3）IIL电路能够在低电压、微电流下工作。电路能够在低电压、微电流下工作。正因为此，正因为此，IIL是目前双极型电路中功耗最低的一是目前双极型电路中功耗最低的一种，且其集成度可相当大。另外，种，且其集成度可相当大。另外，IIL还可以与还可以与TTL电平电平相兼容，工艺也

34、兼容。相兼容，工艺也兼容。缺点：缺点：1）抗干扰能力差（）抗干扰能力差（）；）；2）开关速度较慢（饱和型电路，）开关速度较慢（饱和型电路，）。）。目前，目前，IIL电路主要用于制作电路主要用于制作大规模大规模集成电路集成电路的内部逻辑电路。的内部逻辑电路。第58页/共86页第五十八页，共86页。2.5 MOS2.5 MOS型门电路型门电路数字电子数字电子(dinz)(dinz)技术技术2.52.5MOSMOS型门电路型门电路2.5.1 CMOS门电路门电路 CMOS（Complementary-Symmetery Metal Oxide Semiconductor）即）即“互补对称金属氧化物半

35、导体互补对称金属氧化物半导体”，由，由于于CMOS电路中巧妙的利用了电路中巧妙的利用了N沟道增强型沟道增强型MOS管和管和P沟道沟道增强型增强型MOS管特性的互补性，因而不仅电路结构简单，而管特性的互补性，因而不仅电路结构简单，而且具有低功耗、抗干扰能力强等突出特点，且其工作速度且具有低功耗、抗干扰能力强等突出特点，且其工作速度(sd)也在逐步提高。正因如此，也在逐步提高。正因如此，CMOS电路的制作工艺在电路的制作工艺在数字集成电路中得到了广泛应用。数字集成电路中得到了广泛应用。第59页/共86页第五十九页，共86页。2.5 MOS2.5 MOS型门电路型门电路数字电子数字电子(dinz)(

36、dinz)技术技术一、一、CMOSCMOS非门非门(fi mn)(fi mn)（反相（反相器）器）图图2.5.1 CMOS2.5.1 CMOS反相器反相器（a a）结构）结构(jigu)(jigu)示意图示意图 （b b）电路）电路图图第60页/共86页第六十页，共86页。2.4 MOS2.4 MOS型门电路型门电路 数字电子数字电子(dinz)(dinz)技技术术二、二、CMOSCMOS与非门（与非门（P P并并N N串）串）图图2.4.2 CMOS2.4.2 CMOS与非门与非门0 0X XR ROFFOFFR RX XR RX XR RONON1 11 1R RONONR RONONR

37、ROFFOFFR ROFFOFF第61页/共86页第六十一页，共86页。2.5 MOS2.5 MOS型门电路型门电路数字电子数字电子(dinz)(dinz)技技术术图图2.5.3 2.5.3 带缓冲带缓冲(hunchng)(hunchng)级的级的CMOSCMOS与非门与非门第62页/共86页第六十二页，共86页。2.4 MOS2.4 MOS型门电路型门电路 数字数字(shz)(shz)电子技电子技术术三、三、CMOSCMOS或非门（或非门（P P串串N N并）并）图图2.4.4 CMOS2.4.4 CMOS或非门或非门缺陷缺陷(quxin)？1 1X XR RONONR RX XR RX X

38、R ROFFOFF第63页/共86页第六十三页，共86页。2.5 MOS2.5 MOS型门电路型门电路数字数字(shz)(shz)电子技术电子技术图图2.5.5 2.5.5 带缓冲带缓冲(hunchng)(hunchng)级的级的CMOSCMOS或或非门非门第64页/共86页第六十四页，共86页。2.5 MOS2.5 MOS型门电路型门电路数字电子数字电子(dinz)(dinz)技术技术四、四、CMOSCMOS传输门和双向模拟传输门和双向模拟(mn)(mn)开关开关图图2.5.6 CMOS2.5.6 CMOS传输传输(chun sh)(chun sh)门电路及门电路及逻辑符号逻辑符号SDDSV

39、I/VOVO/VI导通时电阻为一常数，百欧级导通时电阻为一常数，百欧级第65页/共86页第六十五页，共86页。2.5 MOS2.5 MOS型门电路型门电路数字电子数字电子(dinz)(dinz)技术技术图图2.5.7 CMOS2.5.7 CMOS传输门的应用之一传输门的应用之一CMOSCMOS模拟模拟(mn)(mn)开关开关第66页/共86页第六十六页，共86页。2.5 MOS2.5 MOS型门电路型门电路数字电子数字电子(dinz)(dinz)技术技术CMOSCMOS传输门特点：传输门特点：当当C接低电平，接低电平，接高电平时，传输门接高电平时，传输门断开断开；当当C接高电平，接高电平，接低

40、电平时，或者接低电平时，或者VTP导通，或导通，或者者VTN导通，或者二者同时导通，传输门导通，或者二者同时导通，传输门导通导通；由于二管为对称结构，所以由于二管为对称结构，所以源漏极可互换源漏极可互换；当传输门导通时，当一管导通电阻减小，则另一当传输门导通时，当一管导通电阻减小，则另一管导通电阻就增加，由于两管并联运行，可近似认为开管导通电阻就增加，由于两管并联运行，可近似认为开关的导通电阻近似为一个常数，关的导通电阻近似为一个常数，约几百欧姆约几百欧姆，后接运放，后接运放等输入阻抗较大的器件时可忽略不计；等输入阻抗较大的器件时可忽略不计；当传输门导通时，可当传输门导通时，可直接传输模拟信号

41、直接传输模拟信号，作模拟，作模拟开关使用，可广泛地用于采样保持、数开关使用，可广泛地用于采样保持、数/模和模模和模/数转数转换、斩波等电路中。换、斩波等电路中。第67页/共86页第六十七页，共86页。2.5 MOS2.5 MOS型门电路型门电路数字电子数字电子(dinz)(dinz)技术技术五、五、CMOSCMOS集成门电路的特点集成门电路的特点（一）与（一）与TTLTTL集成电路相比，集成电路相比，CMOSCMOS电路具有如下特点：电路具有如下特点：（1 1）静态功耗低。）静态功耗低。例：电源电压例：电源电压VDDVDD5V5V时，时，MSIMSI电路的静态功耗电路的静态功耗100mW100

42、M(sh r z kn)100M。第68页/共86页第六十八页，共86页。2.5 MOS2.5 MOS型门电路型门电路数字数字(shz)(shz)电子技术电子技术 （4）扇出能力强。）扇出能力强。例：低频工作时，一个输出端可驱动例：低频工作时，一个输出端可驱动50个以上的个以上的CMOS器件的输入端。器件的输入端。（5）抗干扰能力强。）抗干扰能力强。例：例：CMOS集成电路的电压噪声容限可达电源集成电路的电压噪声容限可达电源(dinyun)电压的电压的45，而且，而且高低电平噪声容限基本相等。高低电平噪声容限基本相等。（6）逻辑摆幅大。）逻辑摆幅大。例：空载时输出高电平例：空载时输出高电平VO

43、H=(VDD-0.05V)VDD，输出低电平，输出低电平VOL=VSS(VSS+0.05V)。（7）温度稳定性好，且有较强的抗辐射能力。）温度稳定性好，且有较强的抗辐射能力。（8）集成度高，功耗低，成本低。）集成度高，功耗低，成本低。第69页/共86页第六十九页，共86页。2.5 MOS2.5 MOS型门电路型门电路数字数字(shz)(shz)电子技电子技术术 （二）（二）CMOS电路的不足：电路的不足：（1）4000系列的工作速度一般比系列的工作速度一般比TTL电路低。电路低。（2）功耗随频率的升高而显著）功耗随频率的升高而显著(xinzh)增大。增大。第70页/共86页第七十页，共86页。

44、2.6 TTL2.6 TTL电路电路(dinl)(dinl)与与CMOSCMOS电路电路(dinl)(dinl)的接口电路的接口电路(dinl)(dinl)数字电子数字电子(dinz)(dinz)技术技术2.62.6TTLTTL电路电路(dinl)(dinl)与与CMOSCMOS电路电路(dinl)(dinl)的接口电路的接口电路(dinl)(dinl)当需要将当需要将TTL门与门与CMOS门两种器件互相连接时，驱门两种器件互相连接时，驱动门与负载门之间必须满足以下关系：动门与负载门之间必须满足以下关系：驱动门驱动门 负载门负载门 VOH(min)VIH(min)（1）VOL(max)VIL(

45、max)（2）IOH(max)nIIH(max)（3）IOL(max)mIIL(max)（4）其中：其中：n和和m分别表示负载电流中分别表示负载电流中IIH、IIL的个数。的个数。第71页/共86页第七十一页，共86页。2.6 TTL2.6 TTL电路电路(dinl)(dinl)与与CMOSCMOS电路电路(dinl)(dinl)的接的接口电路口电路(dinl)(dinl)数字电子数字电子(dinz)(dinz)技术技术表表2.6.1 TTL、CMOS电路电路(dinl)的输入、输出特性参的输入、输出特性参数数第72页/共86页第七十二页，共86页。P2.6 TTL2.6 TTL电路电路(di

46、nl)(dinl)与与CMOSCMOS电路电路(dinl)(dinl)的接口电路的接口电路(dinl)(dinl)数字电子数字电子(dinz)(dinz)技术技术一、用一、用TTL电路电路(dinl)驱动驱动CMOS电路电路(dinl)例：例：用用TTLTTL电路驱动电路驱动40004000和和74HC74HC系列系列CMOSCMOS电路电路74HCT?图图2.6.1 2.6.1 用接入上拉电阻提高用接入上拉电阻提高TTLTTL输出的高电平输出的高电平耐压可达耐压可达30V&VDD=+15V第73页/共86页第七十三页，共86页。2.6 TTL2.6 TTL电路电路(dinl)(dinl)与与

47、CMOSCMOS电路电路(dinl)(dinl)的接口电路的接口电路(dinl)(dinl)数字电子数字电子(dinz)(dinz)技技术术二、用二、用CMOS电路电路(dinl)驱动驱动 TTL电路电路(dinl)例：例：用用40004000系列系列CMOSCMOS电路驱动电路驱动7474系列系列TTLTTL电路电路方法方法1：将同将同一个封装内一个封装内的门电路的门电路并联并联使用。使用。第74页/共86页第七十四页，共86页。2.6 TTL2.6 TTL电路电路(dinl)(dinl)与与CMOSCMOS电路电路(dinl)(dinl)的接的接口电路口电路(dinl)(dinl)数字电子

48、数字电子(dinz)(dinz)技术技术方法方法2：在：在CMOS电路的输出电路的输出(shch)端增加一级端增加一级CMOS驱动器。驱动器。CC4010（同相驱动器）（同相驱动器）:IOL3.2mA,m=2;CC40107（OD驱动器）驱动器）:IOL16mA,m=10.注：注：VDD=+5V.第75页/共86页第七十五页，共86页。2.6 TTL2.6 TTL电路电路(dinl)(dinl)与与CMOSCMOS电路电路(dinl)(dinl)的接口电路的接口电路(dinl)(dinl)数字电子数字电子(dinz)(dinz)技技术术方法方法3：使用分立元件接口：使用分立元件接口(ji ku

49、)电路实现电流扩展。电路实现电流扩展。接口电路接口电路工作在开关状态工作在开关状态第76页/共86页第七十六页，共86页。2.6 TTL2.6 TTL电路电路(dinl)(dinl)与与CMOSCMOS电路电路(dinl)(dinl)的接口电路的接口电路(dinl)(dinl)数字数字(shz)(shz)电子技电子技术术当当 时，三极管截止，此时：时，三极管截止，此时：当当 时，三极管饱和导通，此时：时，三极管饱和导通，此时：第77页/共86页第七十七页，共86页。2.6 TTL2.6 TTL电路电路(dinl)(dinl)与与CMOSCMOS电路电路(dinl)(dinl)的接的接口电路口电

50、路(dinl)(dinl)数字数字(shz)(shz)电子技术电子技术三、使用数字三、使用数字(shz)集成电路的注集成电路的注意事项意事项一、一、TTL集成电路集成电路 （一）（一）TTL输出端输出端 输出端（输出端（OC门门和和三态门三态门除外）不允许并联使用，也不允除外）不允许并联使用，也不允许直接与许直接与+5V电源或地线连接，否则会使电路的逻辑混乱并损电源或地线连接，否则会使电路的逻辑混乱并损坏器件。坏器件。（二）（二）TTL输入端输入端 输入端外接电阻需慎重输入端外接电阻需慎重(对应开门电阻对应开门电阻R ROFFOFF和关门电阻和关门电阻R RONON)，否则会影响电路的正常工作