第二章邏輯門電路3.ppt

1、第二章 邏輯門電路,二極管、三極管的開關(guān)特性 二極管邏輯門電路 三.TTL邏輯門電路 四.射極耦合邏輯門電路(自學(xué)) 五. CMOS邏輯門電路 六. 各種工藝的邏輯門之間的接口問題,一. CMOS 反相器,(一)結(jié)構(gòu)與原理,vi,vGSN,vGSP,TN,TP,vO,0 V,0V,-10V,截止,導(dǎo)通,10 V,10 V,10V,0V,導(dǎo)通,截止,0 V,VTN = 2 V,VTP = - 2 V,邏輯圖,邏輯表達(dá)式,第五節(jié) CMOS邏輯門電路,(二) 電壓傳輸特性,VTN,電壓傳輸特性,與非門,(一)CMOS 與非門,(a)電路結(jié)構(gòu),(b)工作原理,VTN = 2 V,VTP = - 2 V

2、,N輸入的與非門的電路?,輸入端增加有什么問題?,二. 其他的CMOS邏輯門,或非門,(二)CMOS 或非門,VTN = 2 V,VTP = - 2 V,N輸入的或非門的電路的結(jié)構(gòu)?,輸入端增加有什么問題?,1)A=B=0時(shí)，TG斷開，反相器2工作，此時(shí) ， ； 2)A=B=1時(shí)，TG導(dǎo)通，在A和 的控制下，反相器2的兩只MOS管都截止，此時(shí) 。 3)在A=1、B=0時(shí)，TG導(dǎo)通，C=B=0，反相器2輸出處于高阻態(tài)，在A=1、B=0時(shí)，反相器2輸出處于高阻態(tài)， 。 4)在A=1、B=0時(shí)，TG斷開，反相器2工作， ，,(三) 異或門電路,異或門電路,=AB,(四) CMOS傳輸門(雙向模擬開關(guān)

3、),1. CMOS傳輸門電路,電路,邏輯符號(hào),2、CMOS傳輸門電路的工作原理,設(shè)TP:|VTP|=2V， TN:VTN=2 VI的變化范圍為5V到+5V。,5V,+5V,5V到+5V,GSN VTN, TN截止,GSP=5V (-5V到+5V)=(10到0)V,開關(guān)斷開，不能轉(zhuǎn)送信號(hào),GSN= -5V (5V到+5V)=(0到-10)V,GSP0, TP截止,+5V,5V,GSP= 5V (3V+5V) =2V 10V,GSN=5V (5V+3V)=(102)V,b、I=3V5V,GSNVTN, TN導(dǎo)通,a、I=5V3V,TN導(dǎo)通，TP導(dǎo)通,C、I=3V3V,傳輸門組成的數(shù)據(jù)選擇器,C=0

4、,TG1導(dǎo)通, TG2斷開 L=X,TG2導(dǎo)通, TG1斷開 L=Y,C=1,3.傳輸門的應(yīng)用,CMOS集成電路: 廣泛應(yīng)用于超大規(guī)模、甚大規(guī)模集成電路,4000系列,74HC 74HCT,74VHC 74VHCT,速度慢 與TTL不兼容 抗干擾 功耗低,74LVC 74VAUC,速度加快 與TTL兼容 負(fù)載能力強(qiáng) 抗干擾 功耗低,速度兩倍于74HC 與TTL兼容 負(fù)載能力強(qiáng) 抗干擾 功耗低,低(超低)電壓 速度更加快 與TTL兼容 負(fù)載能力強(qiáng) 抗干擾功耗低,四.CMOS系列集成電路,CMOS邏輯集成器件發(fā)展使它的技術(shù)參數(shù)從總體上來說已經(jīng)達(dá)到或者超過TTL器件的水平。CMOS器件的功耗低、扇出

5、數(shù)大，噪聲容限大，靜態(tài)功耗小，動(dòng)態(tài)功耗隨頻率的增加而增加。,CMOS門電路各系列的性能比較,第六節(jié) 各種工藝的邏輯門之間的接口問題,一、TTL與CMOS器件之間的接口問題 二、TTL和CMOS電路帶負(fù)載時(shí)的接口問題 三、門電路多余輸入端的處理,1)驅(qū)動(dòng)器件的輸出電壓必須處在負(fù)載器件所要求的輸入電壓范圍，包括高、低電壓值（屬于電壓兼容性的問題）。,在數(shù)字電路或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，往往將TTL和CMOS兩種器件混合使用，以滿足工作速度或者功耗指標(biāo)的要求。由于每種器件的電壓和電流參數(shù)各不相同，因而在這兩種器件連接時(shí)，要滿足驅(qū)動(dòng)器件和負(fù)載器件以下兩個(gè)條件：,2)驅(qū)動(dòng)器件必須對(duì)負(fù)載器件提供足夠大的拉電流和灌電

6、流（屬于門電路的扇出數(shù)問題）；,一、TTL與CMOS器件之間的接口問題,負(fù)載器件所要求的輸入電壓,VOH(min) VIH(min),VOL(max) VIL(max),灌電流,IIL,IOL,拉電流,IIH,IOH,對(duì)負(fù)載器件提供足夠大的拉電流和灌電流,驅(qū)動(dòng)電路必須能為負(fù)載電路提供足夠的驅(qū)動(dòng)電流,驅(qū)動(dòng)電路 負(fù)載電路,1、）VOH(min) VIH(min),2、）VOL(max) VIL(max),驅(qū)動(dòng)電路必須能為負(fù)載電路提供合乎相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的高、低電平,(一) TTL門驅(qū)動(dòng)CMOS門(如74HC ）,式2、3、4、都能滿足，但式1 VOH(min) VIH(min)不滿足,（ IO ：TTL輸

7、出級(jí)T3截止管的漏電流）,(二) CMOS門驅(qū)動(dòng)TTL門,VOH（min)=4.9V VOL(max) =0.1V,TTL門（74系列）： VIH(min) = 2V VIL(max )= 0.8V,IOH（max)=-0.51mA,IIH（max)=20A,VOH(min) VIH(min),VOL(max) VIL(max),帶拉電流負(fù)載,輸出、輸入電壓,帶灌電流負(fù)載?,CMOS門(4000系列）：,IOL（max)=0.51mA,IIL（max)=-0.4mA，,例 用一個(gè)74HC00與非門電路驅(qū)動(dòng)一個(gè)74系列TTL反相器和六個(gè)74LS系列邏輯門電路。試驗(yàn)算此時(shí)的CMOS門電路是否過載？

8、,VOH(min) VIH(min),VOL(max) VIL(max),總的輸入電流IIL(total)=1.6mA+60.4mA=4mA,灌電流情況,拉電流情況,74HC00: IOH(max)=4mA 74系列反相器: IIH(max)=0.04mA 74LS門： IIH(max)=0.02mA,總的輸入電流 IIH(total)=0.04mA+60.02mA=0.16mA,74HC00: IOL(max)=4mA 74系列反相器: IIL(max)=1.6mA 74LS門： IIL(max)=0.4mA,驅(qū)動(dòng)電路能為負(fù)載電路提供足夠的驅(qū)動(dòng)電流,1. 用門電路直接驅(qū)動(dòng)顯示器件,門電路的輸

9、入為低電平，輸出為高電平時(shí)，LED發(fā)光,當(dāng)輸入信號(hào)為高電平，輸出為低電平時(shí),LED發(fā)光,二、TTL和CMOS電路帶負(fù)載時(shí)的接口問題,解：LED正常發(fā)光需要幾mA的電流，并且導(dǎo)通時(shí)的壓降VF為1.6V。根據(jù)附錄A查得，當(dāng)VCC=5V時(shí)，VOL=0.1V，IOL(max)=4mA， 因此ID取值不能超過4mA。限流電阻的最小值為,例3.6.2 試用74HC04六個(gè)CMOS反相器中的一個(gè)作為接口電路，使門電路的輸入為高電平時(shí)，LED導(dǎo)通發(fā)光。,2. 機(jī)電性負(fù)載接口,用各種數(shù)字電路來控制機(jī)電性系統(tǒng)的功能,而機(jī)電系統(tǒng)所需的工作電壓和工作電流比較大。要使這些機(jī)電系統(tǒng)正常工作，必須擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)電路的輸出電流以提高帶負(fù)載能力，而且必要時(shí)要實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)移。,如果負(fù)載所需的電流不特別大，可以將兩個(gè)反相器并聯(lián)作為驅(qū)動(dòng)電路，并聯(lián)后總的最大負(fù)載電流略小于單個(gè)門最大負(fù)載電流的兩倍。,如果負(fù)載所需的電流比較大，則需要在數(shù)字電路的輸出端與負(fù)載之間接入一個(gè)功率驅(qū)動(dòng)器件。,（2）對(duì)于或非門及或門，多余輸入端應(yīng)接低電