数电详解学习教案.pptx
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1、数电详解数电详解(xin ji)第一页,共51页。回回顾顾(hug)写出写出Y的逻辑的逻辑(lu j)式式与门与门或门或门或门或门非门非门Y1Y=A+BY=AB第1页/共51页第二页,共51页。P沟道沟道(u do)增强型场增强型场效应管效应管N 沟道沟道(u do)增强型场增强型场效应管效应管MOS 管导通。管导通。MOS 管导通。管导通。DSBGUiiDDSBGUiiD第2页/共51页第三页,共51页。DSBGUiiDDSBGUiiD第3页/共51页第四页,共51页。VDDST1DT2vivo3.3.3 静态静态(jngti)输入特性和输出特输入特性和输出特性性P83vi的范围的范围(fn
2、wi)在在0.7VDD+0.7一、输入一、输入(shr)特性特性-输入电压与输入电流的关系输入电压与输入电流的关系第4页/共51页第五页,共51页。二、输出特性二、输出特性二、输出特性二、输出特性输出电压和输出电流的关系输出电压和输出电流的关系(gun x),包括输出为低电,包括输出为低电平输出特性和输出为高电平输出特性平输出特性和输出为高电平输出特性1.低电平输出特性低电平输出特性 在输入为高电平时,即在输入为高电平时,即 vIVIHVDD时,此时时,此时T1截止,截止,T2导通,电流从负载注入导通,电流从负载注入(zh r)T2,输出电压,输出电压VOL随电流随电流增加而提高。增加而提高。
3、图图3.3.17 输出为低电平时的电路输出为低电平时的电路第5页/共51页第六页,共51页。其特性其特性其特性其特性(txng)(txng)曲线如图曲线如图曲线如图曲线如图3.3.183.3.18所示所示所示所示3.3.3 CMOS 非门静态非门静态(jngti)输入和输输入和输出特性出特性实际上是实际上是T2管漏极电流管漏极电流iD和漏源电压和漏源电压(diny)vDS之间的关系之间的关系图图3.3.18 输出为低电平时的输出特性输出为低电平时的输出特性第6页/共51页第七页,共51页。2.2.高电平输出特性高电平输出特性高电平输出特性高电平输出特性 在输入在输入(shr)为低电平,即为低电
4、平,即 vIVIL0时,此时时,此时T1导通,导通,T2截止,如图截止,如图3.3.18所示,电流从所示,电流从T1管流出到负载,输出电压管流出到负载,输出电压VOHVDDIOHRON1随电流增加而下降。随电流增加而下降。图图3.3.18 输出为高电平时的电路输出为高电平时的电路电流的实际方向电流的实际方向(fngxing)与所设方向与所设方向(fngxing)相反相反第7页/共51页第八页,共51页。其特性其特性其特性其特性(txng)(txng)曲线如图曲线如图曲线如图曲线如图3.3.193.3.19所示所示所示所示3.3.3 CMOS 反相器的静态反相器的静态(jngti)输入和输出特输
5、入和输出特性性图图3.3.19 输出为高电平时的输出特性输出为高电平时的输出特性高电平输出特性也和管高电平输出特性也和管子开启电压子开启电压(diny)有有关,关,T1导通时导通时vGS1越越负,导通电阻越小,负,导通电阻越小,VOH电压电压(diny)也也就下降的越少。就下降的越少。第8页/共51页第九页,共51页。3.3.4 CMOS3.3.4 CMOS反相器的动态反相器的动态反相器的动态反相器的动态(dngti)(dngti)特性特性特性特性一、传输一、传输一、传输一、传输(chun sh)(chun sh)延迟时间延迟时间延迟时间延迟时间tPHLtPHL和和和和tPLHtPLH 前面的
6、输入输出特性前面的输入输出特性(txng)为静态特性为静态特性(txng),没有考,没有考虑电路转换状态时的延迟,动态特性虑电路转换状态时的延迟,动态特性(txng)要考虑传输延迟时要考虑传输延迟时间。间。由于由于MOS管的寄生电容和负载电容的存在,使得输管的寄生电容和负载电容的存在,使得输出电压的变化滞后输入电压的变化,将输出电压变化迟出电压的变化滞后输入电压的变化,将输出电压变化迟后输入电压变化的时间称为传输延迟时间。后输入电压变化的时间称为传输延迟时间。tPHL输出由高电平跳变为低电平时的传输延迟时间输出由高电平跳变为低电平时的传输延迟时间tPLH输出由低电平跳变为高电平时的传输延迟时间
7、输出由低电平跳变为高电平时的传输延迟时间tpd平均传输延迟时间,平均传输延迟时间,tpd(tPHL tPLH)/2CMOS电路电路tPHL tPLH第9页/共51页第十页,共51页。图图图图3.3.203.3.20为为为为CMOSCMOS非门的输出非门的输出非门的输出非门的输出(shch)(shch)输入波形。输入波形。输入波形。输入波形。3.3.4 CMOS反相器的动态反相器的动态(dngti)特性特性图图图图3.3.20 CMOS反相器的输入输出波形反相器的输入输出波形tPHL输入电压前沿上升输入电压前沿上升(shngshng)到幅值的到幅值的50与输出后与输出后沿下降到幅值的沿下降到幅值
8、的50之间所需时间。之间所需时间。tPLH输入电压后沿下降到幅值的输入电压后沿下降到幅值的50与输出前沿上升到幅值与输出前沿上升到幅值的的50之间所需时间。之间所需时间。第10页/共51页第十一页,共51页。3.3.5 3.3.5 其他其他其他其他(qt)(qt)类型的类型的类型的类型的CMOSCMOS逻辑门逻辑门逻辑门逻辑门(P91P91)1.CMOS与非门与非门 如图如图3.3.21所示,所示,T1、T3为两个为两个(lin)并联的并联的PMOS,T2、T4为两个为两个(lin)串联的串联的NMOS*A、B有一个为有一个为“0”时,时,T2、T4至少有一个截止至少有一个截止(jizh),T
9、1、T3至少有至少有一个导通,故输出为高电一个导通,故输出为高电平,平,Y1图图3.3.21 CMOS与非与非门门一、其他逻辑功能的一、其他逻辑功能的CMOS门电路门电路第11页/共51页第十二页,共51页。故:故:故:故:*A、B同时同时(tngsh)为为“1”时,时,T2、T4同时同时(tngsh)导通,导通,T1、T3同时同时(tngsh)截止,故输出为截止,故输出为低电平,低电平,Y0图图3.3.21 CMOS与非与非门门3.3.5 其他类型其他类型(lixng)的的CMOS逻辑门逻辑门第12页/共51页第十三页,共51页。如图所示,如图所示,T1T1、T3 T3为两个串联为两个串联(
10、chunlin)(chunlin)的的PMOSPMOS,T2 T2、T4 T4为两个并联的为两个并联的NMOSNMOS2.2.2.2.或非门:或非门:或非门:或非门:A、B有一个有一个(y)为为“1”时,时,T2、T4至少有一个至少有一个(y)导通,导通,T1、T3至少有一个至少有一个(y)截止,故输截止,故输出为低电平,出为低电平,Y0A、B同时为同时为“0”时,时,T2、T4同同时截止时截止(jizh),T1、T3同时导同时导通故输出为高电平,通故输出为高电平,Y1故:故:3.3.5其他类型的其他类型的CMOS逻辑门逻辑门图图3.3.28 CMOS或非门或非门第13页/共51页第十四页,共
11、51页。3.3.3.3.带缓冲带缓冲带缓冲带缓冲(hunchng)(hunchng)(hunchng)(hunchng)级的级的级的级的CMOSCMOSCMOSCMOS门电路门电路门电路门电路3.3.5其他类型其他类型(lixng)的的CMOS逻辑逻辑门门上面电路上面电路(dinl)存在的问存在的问题:(以与非门为例)题:(以与非门为例)输出电阻输出电阻RO受输入状态的受输入状态的影响;影响;第14页/共51页第十五页,共51页。输出的高低电平受输入输出的高低电平受输入输出的高低电平受输入输出的高低电平受输入(shr)(shr)端数目的影响端数目的影响端数目的影响端数目的影响3.3.5其他类型
12、其他类型(lixng)的的CMOS逻辑逻辑门门 输入输入(shr)端数目愈多,端数目愈多,输出为低电平时串联的导通电输出为低电平时串联的导通电阻越多,低电平阻越多,低电平VOL越高;输越高;输出为高电平时,并联电阻也多,出为高电平时,并联电阻也多,输出高电平输出高电平VOH也提高也提高 输入状态不同对电压传输特性有影响,使输入状态不同对电压传输特性有影响,使T2、T4达到开达到开启电压时,输入电压启电压时,输入电压vI不同不同第15页/共51页第十六页,共51页。改进改进改进改进(gijn)(gijn)电路均采用带缓冲级的结构,如图电路均采用带缓冲级的结构,如图电路均采用带缓冲级的结构,如图电
13、路均采用带缓冲级的结构,如图3.3.233.3.23为带缓冲级的为带缓冲级的为带缓冲级的为带缓冲级的CMOSCMOS与非门电路与非门电路与非门电路与非门电路图图3.3.23 带缓冲级的与非门带缓冲级的与非门第16页/共51页第十七页,共51页。输出输出输出输出(shch(shch(shch(shch)为为为为3.3.5 其他其他(qt)类型的类型的CMOS逻辑门逻辑门图图3.3.23 带缓冲级的与非门带缓冲级的与非门带缓冲级的带缓冲级的CMOS门电路其输出电阻、输出高低电平均不受输门电路其输出电阻、输出高低电平均不受输入入(shr)端状态的影响,电压传输特性更陡。端状态的影响,电压传输特性更陡
14、。第17页/共51页第十八页,共51页。线与逻辑线与逻辑(lu j)Y=Y1Y201第18页/共51页第十九页,共51页。二、漏极开路二、漏极开路二、漏极开路二、漏极开路(kil)(kil)输出的门电路(输出的门电路(输出的门电路(输出的门电路(ODOD门)门)门)门)为了满足输出电平的变换,输出大负载电流,以及实现为了满足输出电平的变换,输出大负载电流,以及实现“线与线与”功能,将功能,将CMOS门电路的输出级做成漏极开路的形式,门电路的输出级做成漏极开路的形式,称为称为(chn wi)漏极开路输出的门电路,简称漏极开路输出的门电路,简称OD(OpenDrain Output)门)门 图图3
15、.3.24为为OD输出与非门输出与非门74HC03电路结构图,其与电路结构图,其与非门和非门都是非门和非门都是CMOS逻辑逻辑(lu j)门门,输出管为漏极开,输出管为漏极开路的路的NMOS门门图图3.3.24 OD输出与非门输出与非门74HC03电路结构图电路结构图OD门门1.结构和符号结构和符号第19页/共51页第二十页,共51页。图图图图3.3.253.3.25所示为所示为所示为所示为ODOD门的逻辑门的逻辑门的逻辑门的逻辑(lu j)(lu j)符号符号符号符号2.工作工作(gngzu)原理原理 在使用在使用OD门时,一定要将输出门时,一定要将输出(shch)端通过电阻(叫做上拉电阻)
16、端通过电阻(叫做上拉电阻)接到电源上,如图接到电源上,如图3.3.26所示所示OD门门第20页/共51页第二十一页,共51页。当当当当A A、B B有一个为低电平,则有一个为低电平,则有一个为低电平,则有一个为低电平,则TN TN 截止截止截止截止(jizh)(jizh),输出,输出,输出,输出vovoVDD2VDD2,为高电平;当,为高电平;当,为高电平;当,为高电平;当A A、B B同时为高电平,则同时为高电平,则同时为高电平,则同时为高电平,则TN TN 导通,导通,导通,导通,输出输出输出输出vovo0 0,为低电平。故输出输入的逻辑关系为,为低电平。故输出输入的逻辑关系为,为低电平。
17、故输出输入的逻辑关系为,为低电平。故输出输入的逻辑关系为3.3.5 其他类型其他类型(lixng)的的CMOS逻辑门逻辑门由此可见,输出高电平可以由此可见,输出高电平可以(ky)改变,故可作电平转换改变,故可作电平转换第21页/共51页第二十二页,共51页。3.“3.“线与线与线与线与”的实现的实现的实现的实现(重点重点重点重点(zhngdin)(zhngdin)内容内容内容内容)普通的普通的CMOS逻辑门输出端不能并联使用,但逻辑门输出端不能并联使用,但OD门门可以将输出端直接相接可以将输出端直接相接(xin ji),即实现线与逻辑,其,即实现线与逻辑,其电路如图电路如图3.3.27所示所示
18、图图3.3.27 线与逻辑电路的接法线与逻辑电路的接法第22页/共51页第二十三页,共51页。其工作其工作其工作其工作(gngzu)(gngzu)原理为:原理为:原理为:原理为:3.3.5 其他类型其他类型(lixng)的的CMOS逻辑门逻辑门图图3.3.27 线与逻辑电路的接法线与逻辑电路的接法当当Y1、Y2有一个有一个(y)为低电平时,则为低电平;只有为低电平时,则为低电平;只有Y1、Y2同时为高电平,两个输出管同时截止,输出为高电平,同时为高电平,两个输出管同时截止,输出为高电平,Y和和Y1、Y2为与的关系为与的关系第23页/共51页第二十四页,共51页。输出输出输出输出(shch)(s
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