数字电子学习.pptx

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1、11静态特性当外加正向电压超过一定的数 值UT以后，二极管导通，相当 于开关闭合。当二极管外加反向电压且小于击 穿电压时，二极管截止，相当于 开关断开。2.1 二极管、三极管开关特性二极管、三极管开关特性图2-1 二极管的伏安特性曲线第1页/共59页2在二极管开关电路中，二极管导通压降与外加电源 电压相比及导通电阻与外电路电阻相比均可忽略，则可近似地认为二极管具有理想开关的静态开关特 性。在数字电路的分析与估算过程中，常把 uDUT=0.7V，看成是硅二极管的截止条件，而 且一旦截止之后，就近似认为iD0，如同断开了的开关。2.1 二极管、三极管开关特性二极管、三极管开关特性第2页/共59页3

2、2动态特性 在数字电路中，二极管开关经常工作在高速通断状态。由于PN结中存储电荷的存在，使二极管开关状态转换不能瞬间完成，因此，必须了解二极管开关两种状态之间的快速转换过程。当外加电压反向时，它们就 会形成较大的漂移电流。随着 存储电荷的消散，PN结厚度逐 渐变宽，电阻增大，IR不断减 小，经tf时间后逐渐趋近于零，二极管才转换为截止状态。2.1 二极管、三极管开关特性二极管、三极管开关特性图2-2 二极管开关的转换过程 第3页/共59页42.1.2 双极型三极管的开关特性 双极型三极管也简称为三极管，在数字电路中，三极管主要工作在截止区和饱和区，并经常在截止区和饱和区之间通过放大区进行快速转

3、换。三极管的这种工作状态称为开关工作状态。三极管工作于开关状态时，其动态范围遍及三极管输出特性的整个区域。2.1 二极管、三极管开关特性二极管、三极管开关特性（a）电路 （b）工作状态图解图2-3 三极管的开关工作状态第4页/共59页51三极管三种工作状态的特点 以NPN硅三极管共射极电路为例进行分析。2.1 二极管、三极管开关特性二极管、三极管开关特性表2-1 三极管截止、放大、饱和的工作条件及特点第5页/共59页62.1 二极管、三极管开关特性二极管、三极管开关特性2三极管的动态特性在理想矩形脉冲作用下，其输出电流iC已 不是理想矩形波，与输入波形相比，在时 间上有推移，而且上升沿和下降沿

4、都变缓 慢了。开通时间ton和关闭时间toff总称 为三极管的开关时间，即有：ton=td+tr toff=ts+tf 通常toffton，而且tstf，要减小存储时间ts，只能采用减轻三极 管的饱和程度的方法或采用反向过驱动基 极电流以使Qbs加速消失。图2-4 三极管的开关电路及波形第6页/共59页7 2.1.3 单极型三极管的开关特性以绝缘栅型场效应管为例。当输入电压ui为高电平（大于开 启电压）时，MOS管导通，相当 于开关闭合。当输入电压ui为低 电平时，MOS管截止，相当于开 关断开。2.1 二极管、三极管开关特性二极管、三极管开关特性图2-5 MOS管开关电路 第7页/共59页8

5、1与门电路 A、B、C为信号的输入端，Z为信号的输出端。功能分析：（1）A、B、C都是低电平，UA=UB=UC=0V，二极管 VD1、VD2、VD3都导通，则Z输出为低电平。若忽略 二极管正向导通压降，则UZ0V。（2）A、B是低电平，C是高电平，UA=UB=0V，UC=5V，二极管VD1、VD2导通，二极管VD3截止，则Z输出低电平，UZ0V。（3）A为低电平，B、C为高电平，UA=0V，UB=UC=5V，二极管VD1导通，二极管VD2、VD3截止，则Z输出低电平，UZ0V。（4）A、B、C都是高电平，UA=UB=UC=5V，二极管VD1、VD2、VD3都截止，则Z输出高电平，UZ5V。从上

6、述分析可知，该电路实现的是与逻辑关系：只有所有输入 信号都是高电平时，输出才是高电平，否则输出就是低电平，所以它是一种与门。2.2 基本的与、或、非门电路基本的与、或、非门电路图2-6 二极管与门第8页/共59页9与门的函数表达式 Z=ABCVHDL语言描述：Z=A and B and C2.2 基本的与、或、非门电路基本的与、或、非门电路表2-2 图2-6电路的电位关系表 表2-3 与门的真值表第9页/共59页102或门电路 A、B、C为信号的输入 端，Z为信号的输出端。功能分析：（1）A、B、C都是高电平，UA=UB=UC=5V，二极管 VD1、VD2、VD3都导通，输出为高电平，UZ5V

7、。（2）A、B、C中有一个或两个是高电平，UA=5V，UB=UC=0V或者UA=UB=5V，UC=0V，与输入高电平相对应的二极管导通，而与输入低电平相对应的二极管截止，同样，输出为高电平，UZ5V。（3）A、B、C都是低电平，UA=UB=UC=0V，二极管VD1、VD2、VD3都截止，输出低电平，UZ 0V。通过上述分析可知，该电路实现的是或逻辑关系：只要输入有高电平，输出就是高电平，否则输出就是低电平，所以它是一种或门。2.2 基本的与、或、非门电路基本的与、或、非门电路图2-7 二极管或门第10页/共59页11或门函数表达式为 Z=A+B+C VHDL语言描述：Z=A or B or C

8、2.2 基本的与、或、非门电路基本的与、或、非门电路表2-4 或门逻辑真值表第11页/共59页123非门电路 非门电路只有一个输入端和一个输出端，输入高电平，输出为低电平；输入低电平，输出为高电平，实现非逻辑功能。因为它的输入与输出之间是反相关系，故又称为反相器。A、B、C为信号的输入端，Z为信号的输出端。功能分析：当输入信号为低电平时，三极管VT在基极偏置电源-VBB的作用下，发射结反向偏置，三极管充分截止，输出高电平；当输入信号为高电平时，它与基数电源-VBB共同作用产生足够的基极电流，三极管饱和导通，输出低电平。实现反相器的非逻辑功能。2.2 基本的与、或、非门电路基本的与、或、非门电路

9、图2-8 三极管反相器 第12页/共59页132.2 基本的与、或、非门电路基本的与、或、非门电路非门的函数表达式 VHDL语言描述：Z=not A表2-5 非门逻辑真值表第13页/共59页144复合门电路 A、B、C为信号的输入端，Z为信号的输出端。功能分析：当输入端A、B、C都是高电平时，二极管VD1、VD2、VD3均截止，而VD4、VD5和三极管导通，流入三极管的基极电流iB足够大，三极管饱和导通，输出低电平，UZ0V；当输入端A、B、C中有一个为低电平时，VD4、VD5和三极管均截止，输出高电平，UZVCC。2.2 基本的与、或、非门电路基本的与、或、非门电路图2-9 DTL与非门 第

10、14页/共59页15与非门的函数表达式为VHDL语言描述：Z=not(A and B and C)2.2 基本的与、或、非门电路基本的与、或、非门电路表2-6 与非门逻辑真值表 第15页/共59页16与非门的函数表达式为VHDL语言描述：Z=not(A or B or C)2.2 基本的与、或、非门电路基本的与、或、非门电路 表2-7 或非门逻辑真值表 第16页/共59页17 2.3.1 TTL与非门的工作原理 TTL电路即三极管-三极管逻辑电路（Transistor-Transistor Logic），在中、小规模集成电路中应用最为普遍。它们的基本单元电路大多由与非门组成。现通过典型TTL与

11、非门电路的分析，了解TTL门电路的结构特点及外特性。2.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路第17页/共59页181典型TTL与非门电路2.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 图2-10 典型TTL与非门电路R1=3k R2=750 R3=360 R4=100 R1=3k 第18页/共59页19电路组成输入级：多射极三极管VT1和电阻R1构成输入级，VT1可用如图2-9（b）所示电路来等效。加到各输入端的信号通过多发射极三极管的各个发射极与集电极实现“与”功能。中间倒相级：三极管VT2和电阻R2、R3组成电路的中间级。这一级的主要作用是从三极管VT2的集电极和发射极同时输出两个相位相反的信号，作为三极管

12、VT3和VT5的驱动信号。具有这种作用的电路称为倒相电路。输出级：三极管VT3、VT4、VT5和电阻R4、R5构成输出级。中间级提供两个相位相反的信号，使三极管VT4、VT5总是处于一个导通另一个截止的工作状态。因此，这种电路结构常称为推拉式输出电路或图腾输出电路。由于TTL电路的输入、输出级都是由三极管组成，故称为三极管-三极管逻辑电路。2.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路第19页/共59页202TTL与非门的工作原理方法与步骤1）逻辑功能2.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路图2-11 TTL与非门的工作情况 第20页/共59页212.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 输入全部为高电平3.6V时，

13、电源电VCC流过电阻R1的电流IR1，只能通过多射极三极管的集电结给三极管VT2提供基流，使其工作于饱和状态。三极管VT2发射极电流的大部分又给三极管VT5提供基流，使输出管VT5饱和，输出低电平UOL=0.3V。由于输入全部为高电平，输出管VT5饱和导通，输出低电平，故常称为导通状态或开态。第21页/共59页222.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 输入有低电平时，设输入端A为低电平0.3V，其他输入端为高电平3.6V，故与A端相连的发射结为正偏，则VT1的基极电流iB1=IR1。多射极三极管基极电位被箝位在uB1=0.3V+0.7V=1V。这时多射极三极管的集电极电阻为R2和三极管VT2反偏

14、集电结电阻之和，其阻值很大，因此，电流iC1很小，多射极三极管处于深度饱和状态，其饱和压降UCES10.1V，则uC1=uB2=0.4V，使三极管VT2、VT5截止，输高出电平。由于uC2VCC，故输出高平UOHVCC-uBE3-uBE43.6V。在此状态下输出管VT5截止，故称为截止状态或关态。由以上分析可知，此电路具有与非逻辑功能，其逻辑表达式为第22页/共59页232.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路2）电压传输特性 （1）电压传输特性分析 AB段截止区对应于输入电压 ui0.6V的区间。多射极三极管 工作于深度饱和状态，故三极管 VT2、VT5截止，VT3、VT4导 通，输出高电平UOH

15、3.6V。由 于在此区间输出管VT5截止，所以 叫截止区。BC段线性区。对应于输入电压 ui在0.61.3V之间。在曲线的B 点ui=0.6V，uB20.7V，三极管VT2开始导通进入放大状态，但输出 管VT5仍截止。可见在BC段，输出电压uo随着输入电压ui的变化而线性变化，负号表示ui的增加使uo下降，R2/R3为BC段下降的斜率。所以BC段 又称线性区。图2-12 TLL与非门的电压传输特性曲线 第23页/共59页242.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 CD段过渡区。在输入电压ui1.3V以后，输出管VT5开始导通。随着ui的增加，一方面输出管VT5的基极电流急剧增加，另一方面三极管VT

16、2的集电极电位uC2(uB3)急剧下降，使三极管VT3、VT4趋于截止。这两个因素促使输出电压uo急剧下降。当ui达到1.4V左右时，输出管VT5进入饱和状态，输出低电平UOL=0.3V。CD段是从VT5开始导通到饱和为止，电路完成了从关态向开态的过渡，故CD段又称为过渡区。CE段饱和区。输出管VT5进入饱和状态后，输入电压ui再继续增加，输出电压已不再变化，保持输出为低电平。但电路内部的工作状态仍在继续变化，随着输入电压ui的升高，多射极三极管的发射结逐渐由正偏转入反偏，这时IR1全部流入三极管VT2的基极，VT2进入饱和状态，uC2(uB3)下降到1V，三极管VT4截止。由于在DE段三极管

17、VT2、VT5均处于饱和状态，因此也称为饱和区。第24页/共59页252.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路（2）关门电平、开门电平、阈值电压及噪声容限 关门电平和开门电平。使电路的输出电平达到标准高电平USH时，所对应的最大输入低电平，称为关门电平，用UOFF表示。显然只有当uiUOFF时，输出才是高电平UOH。使电路的输出电平达到标准低电平USL时，所对应的最小输入高电平称为开门电平，用UON表示。显然只有当uiUON时，输出才是低电平UOL相当于电压传输特性曲线中D点对应的输入电压值。由于电压传输特性曲线中对应UOFF和UON处是很陡的，因此，技术规范确定由“输入低电平最大值UiLmax”代

18、替UOFF，由“输入高电平最小值UiHmin”代替UON。当uiUiLmax时电路处于关态，输出高电平；当uiUiHmin时电路处于开态，输出低电平。第25页/共59页262.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 阈值电压UT。从电压传输特性看出UOFF和UON是很接近的。有时为了分析简单，常常把它们看做近似相等，并用“门坎电平”或“阈值电压”即UT表示。并定义为过渡区的中点所对应的输入电压值。噪声容限(Noise Margin)。在集成门电路中，经常以噪声容限的数值来定量地说明门电路抗干扰能力的大小。由于输入低电平和高电平的抗干扰能力不同，因此，有低电平噪声容限UNL和高电平噪声容限UNH之分。当

19、输入为低电平时，虽有外来正向干扰，但只要不超过UOFF，电路的关态就不 会受到破坏，故 UNL=UOFF-USL当输入为高电平时，加上外来干扰，只 要不低于UON就不会破坏电路的开态，则 UNH=USH-UON图2-13 输入端电阻R的大小对与非门工作状态的影响 第26页/共59页272.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路（3）开门电阻、关门电阻 关门电阻ROFF。与非门处于关态，输出高电平时，输入端所接电阻R的最大值称为关门电阻。设UOFF=1V，并把VCC=5V、uBE1=0.7V、R1=3k代入上式，求得R0.9k，显然，当R0.9k时，uRUOFF，电路处于关态，所以关门电阻ROFF=0.

20、9k。开门电阻RON。与非门处于开态，输出低电平时，输入端所接电阻R的最小值称为开门电阻。设UON=1.8V，并将VCC=5V、uBE1=0.7V、R1=3k代入上式，求得R2k。显然，当R2k时，uRUON，电路处于开态，输出低电平，所以开门电阻RON=2k。第27页/共59页282.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路3）与非门输出、输入端等效电路（1）输出端等效电路：开态TTL与非门输出端等效电路 此时输出管VT5饱和，三极管VT4截止。输出电阻为输出管VT5，饱和电阻约为1020，一般可忽略不计。因此，TTL的输出可近似看做是内阻Ro=0、电压为0.3V的等效电源，其等效电路如图2-14（a

21、）所示。关态TTL与非门输出端等效电路 此时输出管VT5截止，三极管VT3、VT4导通。输出可以近似看做是内阻Ro=100、电压为3.6V的等效电源，其等效电路如图2-14（b）所示。图2-14 TTL与非门输出端等效电路 第28页/共59页292.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路（2）输入端等效电路：输入为低电平时，TTL射极三极管的发射结为正偏，有电流流出发射极，如图2-15（a）所示。输入为高电平时，TTL射极三极管的发射结为反偏，近似无电流流出发射极，相当于开路，如图2-15（b）所示。图2-15 TTL与非门输入端等效电路 第29页/共59页302.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 2.

22、3.2 TTL与非门的主要参数1输入特性及有关参数 所谓输入特性是指门电路输入电流和输入电压之间的关系。它反映电路对前级信号源的影响并关系到如何正确地进行门电路之间以及门电路与其他电路之间的连接问题。1）输入伏安特性 输入电流以流入输入端为正。图2-16 TTL与非门的输入伏安特性 第30页/共59页312.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路（1）输入短路电流IIS。ui=0时的输入电流称为输入短路电流。测试时，被测的输入端接地，其他输入端悬空。IIS的典型值为1.5mA左右，不得大于2.2mA。（2）输入漏电流IIH。与非门一个输入端为高电平，其余输入端接地 时，流入高电平输入端的电流称为输入漏

23、电流。IIH的典型值为 10A，不得超过70A。这个电流可包含两部分：一是VT1管 倒置状态下的发射极电流；二是VT1管各发射极之间的交叉漏 电流。图2-17 IIS的计算 第31页/共59页322.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路2）输入负载特性 当输入端对地接上电阻Ri时，ui随Ri变化的关系。在具体使用门电路时，往往需要在输入端与地之间或者输入端与信号之间接入电阻。图2-18 TTL门电路输入端接电阻时的等效电路 图2-19 TTL与非门的输入负载特性 第32页/共59页332.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路2输出特性及有关参数1）输出高电平时的输出特性当iL5mA时，VT3，VT4管所组

24、成的射极输出器工作在放大区，其输出电阻很小，随着iL增大，UOH基本上恒定。当iL5mA以后，VT3管已深度饱和，则有 式中，UCES3在VT3深饱和时，约为0.1V。上式说明，当iL5mA以后UOH将随iL的增加而呈线性下降。图2-20 与非门输出高电平时的输出特性曲线 第33页/共59页342.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路2）输出低电平时的输出特性 因为VT5管处于深度饱和状态，c、e间的内阻很小，一般只有十几欧姆，所以当iL增加时，UOH上升得很慢，而且UOH与iL基本上是线性关系。3）有关参数（1）输出高电平UOH。当输入端中任何一个接低电平时，输出均应得到高电平。因为这个数据是在空

25、载下测出的，所以若从输出特性看，它位于输出特性曲线的起始点。（2）输出低电平UOL。UOL表示输入端全部为高电平时，输出的低电平值。测定UOL时，应当在额定的负载下进行，而且负载电流是从外部流入输出级VT5管的。图2-21 与非门输出低电平时的输出特性曲线 第34页/共59页352.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路3瞬时特性及有关参数1）瞬时特性波形所谓瞬时特性是指若在门电路的输入端加一个理想的矩形波，实验和理论分析都证明，在输出端得到的脉冲不但要比输入脉冲滞后，而且波形的边沿也要变坏。这是因为在TTL电路中，二极管和三极管的状态转换都需要一定的时间，而且还有二极管、三极管以及电阻等元器件的寄生

26、电容存在。图2-22 TTL与非门的传输时间 第35页/共59页362.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路2）平均传输延迟时间tpd 通常规定：把从输入电压正跳变开始到输出电压下降为1.5V这一段时间称为导通传输时间tphl；从输入电压负跳变开始到输出电压上升到1.5V这一段时间称为截止传输时间tplh。手册上则给出平均传输时间为电路的tpd越小，说明它的工作速度越快，TTL与非门的tpd大约为30ns。第36页/共59页372.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路4TTL与非门的扇出系数和电源电流1）扇出系数N N表示同一型号的与非门作为负载时，一个与非门能够驱动同类与非门的最大数目。它表示门电路带负

27、载的能力。设额定灌电流为IL、输入短路电流为IIS，则 一般希望N越大越好。典型的数值为N8。2）电源电流ICC 与非门的逻辑状态不同，电源所供给的电流也不同。ICCL是指门电路输出为低电平UOL时电源所提供的电流。ICCH是指门电路输出为高电平UOH时电源所提供的电流。第37页/共59页382.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 由于TTL与非门的产品种类繁多，所以不同型号的产品，乃至同一型号而不同产地的产品，在主要指标上都有一定的差异，使用时应以生产单位的产品说明为准。表2-8 TTL与非门的主要指标第38页/共59页392.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 2.3.3 TTL的其他类型门电路1

28、集电极开路与非门 在门电路组合成各种逻辑电路时，如能将输出端直接并联，有时大大简化电路。又因为这些电路无论输出为高电平还是低电平时，输出电阻都很小，所以不能将输出端直接并联。若一个门的输出是高电平而另一个门的输出是低电平，则输出端并联后必将有很大的电流从截止门的VT4管流到导通门的VT5管，这个电流远远超过正常工作电流，甚至会使门电路损坏。图2-23 TTL与非门输出端直接相连的情况 第39页/共59页402.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 解决这个问题的方法就是把输出级改为集电极开路的三极管结构，做成集电极开路输出的门电路（Open Collector Gate），简称为OC门。将OC门输出

29、连在一起时，再通过一个电阻接外电源，这样可以实现“线与”逻辑关系。只要电阻的阻值和外电源电压的数值选择得当，就能做到既保证输出的高、低电平符合要求，而且输出三极管的负载电流又不至于过大。图2-24 集电极开路与非门 第40页/共59页412.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路下面讨论外接负载电阻RL的选择问题。假定n个OC门连接成“线与”逻辑，带m个与非门负载。当所有OC门都处于截止状态时，“线与”后输出为高电平。为了保证输出高电平不低于规定值，RL不能选得太大，其最大值为式中，UOH为OC门输出高电平的额定值，IOH为OC门输出管截止时的漏电流；IIH为负载门每个输入端高电平时的输入漏电流；M为

30、负载门的输入端数。图2-25 “线与”电路中OC门输出高电平时的情况 第41页/共59页422.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 当OC门中有一个处于导通状态时，“线与”输出为低电平，所有负载门的电流全部流入唯一导通的门，当OC门输出低电平时的情况，这时输出低电平应低于规定值。计算出RL的最小值为 式中，ILM为每一个OC门所允许的最大负载电流；IIL即IIS为每一个负载门的输入短路电流；而m应为负载门的个数。最后选定的RL值，应当在RLmin和RLmax之间。图2-26 “线与”电路中OC门输出低电平时的情况 第42页/共59页432.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路2三态门 利用OC门虽然可以

31、实现“线与”的功能，但由于外接负载电阻RL的选择要受到一定的限制而不能取得太小，因此限制了工作速度。为了改进这一点，产生了一种新的TTL门电路，即三态与非门，简称为三态门。它的输出除了具有一般与非门的两种状态外，还可以呈现高阻状态，或称开路状态。它是由一个与非门和一个二极管构成的，C为控制端，A、B为数据输入端。图2-27 三态与非门电路图 第43页/共59页442.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路工作原理：当C为高电平时，二极管VD截止，三态门的输出状态将完全取决于数据输入端，F=，这种状态称为三态门的工作状态。当C为低电平时，三极管VT2、VT5截止，同时，由于二极管VD的导通将uB3钳位在

32、1V左右，使VT4管也截止。这时从输出端看进去，电路处于高阻状态，这就是三态门的第三状态。当C=1时电路为工作状态，所以称为控制端高电平有效。三态门的控制端C也可以是低电平有效，即C为低电平时，三态门为工作状态；C为高电平时，三态门为高阻状态。第44页/共59页452.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 三态门应用于总线传输的一个例子。它可以实现用同一根导线，轮流传送几个不同的数据或控制信号。这里，LM称为总线，我们令C1、C2、C3轮流接低电平，数据A1B1、A2B2、A3B3就轮流地按“与非”逻辑关系送到总线上。为了能正常工作，任何时间内只能有一个门工作，其他门均处于高阻状态。图2-28 三态

33、门应用于总线传输 第45页/共59页462.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路3异或门v异或门的函数表达式vVHDL语言描述：L=A xor B 图2-29 集成异或门 第46页/共59页472.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路4与或非门与或非门的函数表达式：图2-30 TTL与或非门电路 第47页/共59页482.4 CMOS集成门电路集成门电路 2.4.1 CMOS反相器 工作原理：当输入信号ui为高电平时，对VT1管而言，栅极和源极之间的电压uGS1=0V，VT1截止，漏极与源极之间呈高阻状态；对VT2管而言，uGS2=VDD，VT2导通，漏极与源极之间呈低阻状态，所以输出为低电平，即uo0V

34、。当输入为低电平，即ui=0V时，uGS1=-VDD，P沟道MOS管VT1导通；uGS2=0V，VT2截止，所以输出为高电平，即uo=VDD。上述反相器所实现的逻辑关系为逻辑非，逻辑表达式为可见，在CMOS反相器中，无论电路处于哪一种工作状态，总有一个MOS管截止，另一个MOS管导通，因此静态电流近似为零，电路的功耗很小。图2-31 CMOS反相器 第48页/共59页492.4 CMOS集成门电路集成门电路 2.4.2 CMOS与非门 工作原理：当输入端A、B中有一个为低电平时，该输入端所对应的PMOS管导通，NMOS管截止，输出为高电平；只有当输入端A、B都是高电平时，两个NMOS管都导通，

35、两个PMOS管都截止，输出为低电平。电路具有与非的逻辑功能，其逻辑表达式为 图2-32 CMOS与非门 第49页/共59页502.4 CMOS集成门电路集成门电路 2.4.3 CMOS或非门 工作原理：当输入端A、B只要有一个为高电平时，该输入端所对应的NMOS管导通，PMOS管截止，输出为低电平；只有当A、B全为低电平时，两个并联的NMOS管都截止，两个串联的PMOS管都导通，输出为高电平。因此，该电路具有或非逻辑功能，其逻辑表达式为显然，N个输入端的或非门必须有N个NMOS管并联和N个PMOS管串联。CMOS或非门不存在输出低电平随输入端数目增加而增加的问题，因此，在CMOS电路中或非门结

36、构用得最多。图2-33 CMOS或非门 第50页/共59页512.5 CMOS集成门电路集成门电路 2.5.1 CMOS与TTL电路性能比较两类电路在功耗和速度上有很大差别。CMOS电路所消耗的功率约为相应的TTL电路的十万分之一，而TTL电路的速度比CMOS电路快五倍。在高速信号处理和许多接口应用中，TTL电路仍占有重要地位，而CMOS电路则能够很好地与微处理器相连。CMOS电路需要的输入电流几乎可以忽略，因为输入信号所驱动的是绝缘栅极；而一个典型的TTL门电路，在输入信号为0态时，需要1.6mA左右的输入电流。另一方面，CMOS电路不能提供太大的输出电流；而一个TTL电路的输出端却可以吸收

37、16mA的电 流。CMOS电路所用的电源电压范围很大（318V均可工作），与经常工作在1215V的模拟电路相接十分方便。如果将电源电压加倍，例如，由5V变为10V，CMOS门电路的工作速度会提高，传输时间仅为TTL电路的两倍左右。第51页/共59页522.5 CMOS集成门电路集成门电路 2.5.2 TTL与CMOS接口电路1TTL与CMOS接口电路当用TTL电路去驱动CMOS电路时，由于TTL电路输出高电平的最小值为2.4V，而在电源VCC为5V时，CMOS电路输入的高电平应高于3.5V，这样就造成了TTL与CMOS电路接口上的困难。解决的办法是在TTL电路的输出端与电源之间接一电阻Rx，以

38、提高TTL电路的输出电平。不同系列的TTL电路应选取不同的Rx值。TTL电路输出低电平的最大值为0.4V，CMOS电路的输入低电平为1.5V，所以可以直接连接。表2-9 各种TTL系列对应的Rx值 第52页/共59页532.5 CMOS集成门电路集成门电路2CMOS-TTL接口电路 当CMOS驱动TTL电路时，CMOS的输出电平可以符合TTL的需要，但还要看驱动能力是否满足要求。当CMOS输出低电平时，能够承受TTL的输入短路电流IiS（为灌电流），当CMOS输出高电平时，能够向TTL提供高电平输入电流IiH（为拉电流）。常采用CMOS驱动器作为接口电路。图2-34 CMOS与TTL电路的接口

39、电路 第53页/共59页542.6 正负逻辑问题正负逻辑问题1正逻辑和负逻辑的规定在逻辑门电路中，输入和输出一般都用电平来表示，其实电平就是电位，只是人们习惯于用高、低电平来描述电位的高低。高电平是一种状态，而低电平是另一种不同的状态，它们所表示的都是一定的电压范围，而不是一个固定不变的数值。例如，在TTL门电路中，常规定高电平的额定值为3V，低电平的额定值为0.3V，而从00.8V都算做低电平，从25V都算做高电平。在逻辑电路中，电平的高和低均可用逻辑1或逻辑0来表示。用1表示高电平，而用0表示低电平，则称之为正逻辑体制；与此相反，若用0表示高电平，而用1表示低电平，则称之为负逻辑体制。第5

40、4页/共59页552.6 正负逻辑问题正负逻辑问题 对于同一电路，可以采用正逻辑，也可以采用负逻辑。用正逻辑或者负逻辑不牵涉逻辑电路本身的好坏问题，但根据所选正负逻辑的不同，即使同一电路也具有不同的逻辑功能。显然，前者为正逻辑与非门的真值表，后者为负逻辑或非门的真值表。一般采用正逻辑，即规定高电平为逻辑1，低电平为逻辑0。表2-10 与非门的电压功能表 表2-11 正与非门真值表 表2-12 负或非门真值表第55页/共59页562.6 正负逻辑问题正负逻辑问题2负逻辑符号的表示 正负逻辑的变换还可以利用摩根定律来证明。假设一个正与门的输入为A、B，输出为F，则有 这就是说，一个门电路的输出和所

41、有的输入都取非，则正逻辑变成负逻辑。根据上述原理，可将所有的正逻辑门转换为相应的负逻辑门。图2-39 正负逻辑符号的等效变换 第56页/共59页572.6 正负逻辑问题正负逻辑问题由正逻辑体制变换为负逻辑体制的规则：（1）将与门符号变成或门符号或将或门符号变为与门符号。（2）在门电路符号的输入端加小圆圈，表示反相。（3）在门电路符号的输出端加小圆圈，也表示反相。如该处原来已有小圆圈，根据逻辑代数公式 ，可把原来的小圆圈去掉。通过上述分析可以得出：正逻辑与门同负逻辑或门等效；正逻辑或门同负逻辑与门等效；正逻辑与非门同负逻辑或非门等效；正逻辑或非门同负逻辑与非门等效 第57页/共59页58第58页/共59页59感谢您的观看。第59页/共59页