3.4.1CMOS反相器

3.4.2其它功能的CMOS門電路

3.4CMOS集成邏輯門電路3.5.1TTL電路和CMOS電路的接口3.5集成邏輯門電路的應用返回結束放映3.4.3CMOS集成門的使用本卷須知3.5.2集成邏輯門的應用1/8/20241編輯課件復習為什么要用OC門？OC門的工作條件？OC門有何應用？三態門有哪三態？三態門有何應用？1/8/20242編輯課件MOS門電路：以MOS管作為開關元件構成的門電路。MOS門電路，尤其是CMOS門電路具有制造工藝簡單、集成度高、抗干擾能力強、功耗低、價格廉價等優點，得到了十分迅速的開展。3.4

CMOS集成邏輯門電路1/8/20243編輯課件

MOS管有NMOS管和PMOS管兩種。MOS管有增強型和耗盡型兩種。當NMOS管和PMOS管成對出現在電路中，且二者在工作中互補，稱為CMOS管(意為互補)。在數字電路中，多采用增強型。返回3.4.1CMOS反相器

1/8/20244編輯課件圖3-19NMOS管的電路符號及轉移特性(a)電路符號〔b〕轉移特性D接正電源截止導通導通電阻相當小〔1〕NMOS管的開關特性1．MOS管的開關特性1/8/20245編輯課件圖3-20PMOS管的電路符號及轉移特性(a)電路符號〔b〕轉移特性D接負電源〔2〕PMOS管的開關特性導通導通電阻相當小截止1/8/20246編輯課件圖3-21CMOS反相器

PMOS管負載管NMOS管驅動管

開啟電壓|UTP|=UTN，且小于VDD。

2．CMOS反相器的工作原理〔1〕根本電路結構1/8/20247編輯課件〔2〕工作原理UIL=0V截止導通UOH≈VDD1、當uI=UIL=0V時，VTN截止，VTP導通，

uO=UOH≈VDD

1/8/20248編輯課件UIH=VDD截止UOL≈0V2、當uI=UIH=VDD，VTN導通，VTP截止，uO=UOL≈0V導通1/8/20249編輯課件〔3〕邏輯功能實現反相器功能〔非邏輯〕。〔4〕工作特點VTP和VTN總是一管導通而另一管截止，流過VTP和VTN的靜態電流極小〔納安數量級〕，因而CMOS反相器的靜態功耗極小。這是CMOS電路最突出的優點之一。1/8/202410編輯課件圖3-22CMOS反相器的電壓傳輸特性和電流傳輸特性

3．電壓傳輸特性和電流傳輸特性AB段：截止區iD為0BC段：轉折區閾值電壓UTH≈VDD/2轉折區中點：電流最大CMOS反相器在使用時應盡量防止長期工作在BC段。CD段：導通區1/8/202411編輯課件4.CMOS電路的優點〔1〕微功耗。CMOS電路靜態電流很小，約為納安數量級。〔2〕抗干擾能力很強。輸入噪聲容限可到達VDD/2。〔3〕電源電壓范圍寬。多數CMOS電路可在3～18V的電源電壓范圍內正常工作。〔4〕輸入阻抗高。〔5〕負載能力強。CMOS電路可以帶50個同類門以上。〔6〕邏輯擺幅大。〔低電平0V，高電平VDD〕1/8/202412編輯課件圖3-23CMOS與非門

1、CMOS與非門負載管并聯〔并聯開關〕驅動管串聯〔串聯開關〕3.4.2其它功能的CMOS門電路

〔1〕A、B全為高電平，那么驅動管導通、負載管截止，輸出為低電平。10導通截止1/8/202413編輯課件該電路具有與非邏輯功能，即Y=AB〔2〕A、B中有低電平，那么驅動管導通、負載管截止，輸出為低電平。01截止導通1/8/202414編輯課件負載管串聯〔串聯開關〕2、CMOS或非門

驅動管并聯〔并聯開關〕圖3-24CMOS或非門

〔1〕A、B有高電平，那么驅動管導通、負載管截止，輸出為低電平。10截止導通返回1/8/202415編輯課件

該電路具有或非邏輯功能,即Y=A+B〔2〕當輸入全為低電平，兩個驅動管均截止，兩個負載管均導通，輸出為高電平。00截止導通11/8/202416編輯課件

（1）電路結構

C和C是一對互補的控制信號。由于VTP和VTN在結構上對稱，所以圖中的輸入和輸出端可以互換，又稱雙向開關。3．CMOS傳輸門

圖2-25CMOS傳輸門〔a〕電路〔b〕邏輯符號1/8/202417編輯課件

若

C=1（接VDD)、C=0（接地），

當0＜uI＜(VDD－|UT|)時，VTN導通；當|UT|＜uI＜VDD時，VTP導通；

uI在0~VDD之間變化時，VTP和VTN至少有一管導通，使傳輸門TG導通。〔2〕工作原理〔了解〕若C=0（接地)、C=1（接VDD

），

uI在0~VDD之間變化時，VTP和VTN均截止，即傳輸門TG截止。1/8/202418編輯課件〔3〕應用舉例圖3-26CMOS模擬開關

①CMOS模擬開關：實現單刀雙擲開關的功能。

C=0時，TG1導通、TG2截止，uO=uI1；

C=1時，TG1截止、TG2導通，uO=uI2。1/8/202419編輯課件圖3-27CMOS三態門(a)電路(b)邏輯符號

當EN=0時，TG導通，F=A；當EN=1時，TG截止，F為高阻輸出。

②CMOS三態門1/8/202420編輯課件1．輸入電路的靜電保護CMOS電路的輸入端設置了保護電路，給使用者帶來很大方便。但是，這種保護還是有限的。由于CMOS電路的輸入阻抗高，極易產生感應較高的靜電電壓，從而擊穿MOS管柵極極薄的絕緣層，造成器件的永久損壞。為防止靜電損壞，應注意以下幾點：返回3.4.3CMOS集成門的使用本卷須知1/8/202421編輯課件〔1〕所有與CMOS電路直接接觸的工具、儀表等必須可靠接地。〔2〕存儲和運輸CMOS電路，最好采用金屬屏蔽層做包裝材料。2．多余的輸入端不能懸空。

輸入端懸空極易產生感應較高的靜電電壓，造成器件的永久損壞。對多余的輸入端，可以按功能要求接電源或接地，或者與其它輸入端并聯使用。1/8/202422編輯課件

TTL和CMOS電路的電壓和電流參數各不相同，需要采用接口電路。一般要考慮兩個問題：一是要求電平匹配，即驅動門要為負載門提供符合標準的輸出高電平和低電平；二是要求電流匹配，即驅動門要為負載門提供足夠大的驅動電流。返回3.5.1TTL電路和CMOS電路的接口1/8/202423編輯課件1.

TTL門驅動CMOS門〔1〕電平不匹配TTL門作為驅動門，它的UOH≥2.4V,UOL≤0.5V；CMOS門作為負載門，它的UIH≥3.5V，UIL≤1V。可見，TTL門的UOH不符合要求。〔2〕電流匹配CMOS電路輸入電流幾乎為零，所以不存在問題。1/8/202424編輯課件〔3〕解決電平匹配問題圖3-28TTL門驅動CMOS門①外接上拉電阻RP在TTL門電路的輸出端外接一個上拉電阻RP，使TTL門電路的UOH≈5V。〔當電源電壓相同時〕1/8/202425編輯課件②選用電平轉換電路(如CC40109)假設電源電壓不一致時可選用電平轉換電路。CMOS電路的電源電壓可選3~18V；而TTL電路的電源電壓只能為5V。③采用TTL的OC門實現電平轉換。假設電源電壓不一致時也可選用OC門實現電平轉換。1/8/202426編輯課件2.CMOS門驅動TTL門〔1〕電平匹配CMOS門電路作為驅動門，UOH≈5V，UOL≈0V；TTL門電路作為負載門，UIH≥2.0V，UIL≤0.8V。電平匹配是符合要求的。〔2〕電流不匹配CMOS門電路4000系列最大允許灌電流為0.4mA，TTL門電路的IIS≈1.4mA，CMOS4000系列驅動電流缺乏。1/8/202427編輯課件〔3〕解決電流匹配問題

CMOS電路常用的是4000系列和54HC/74HC系列產品，后幾位的序號不同，邏輯功能也不同。①選用CMOS緩沖器比方，CC4009的驅動電流可達4mA。②選用高速CMOS系列產品選用CMOS的54HC/74HC系列產品可以直接驅動TTL電路。1/8/202428編輯課件表3-7各種系列門電路的主要參數1/8/202429編輯課件表3-8常用集成門電路(TTL系列〕型號名稱主要功能74LS00四2輸入與非門

74LS02四2輸入或非門

74LS04六反相器

74LS05六反相器OC門74LS08四2輸入與門

74LS13雙4輸入與非門施密特觸發74LS20雙4輸入與非門

74LS32四2輸入或門

74LS644-2-3-2輸入與或非門

74LS13313輸入與非門

74LS136四異或門OC輸出74LS365六總線驅動器同相、三態、公共控制74LS368六總線驅動器反相、三態、兩組控制1/8/202430編輯課件表3-8常用集成門電路(CMOS系列〕型號名稱主要功能CC4001四2輸入或非門

CC4011四2輸入與非門

CC4030四異或門

CC4049六反相器

CC4066四雙向開關

CC4071四2輸入或門

CC4073三3輸入與門

CC4077四異或非門

CC40788輸入或/或非門

CC40862-2-2-2輸入與或非門可擴展CC4097雙8選1模擬開關

CC4502六反相器/緩沖器三態、有選通端1/8/202431編輯課件二、TTL門電路的使用知識

1．多余或暫時不用的輸入端不能懸空，可按以下方法處理：〔1〕與其它輸入端并聯使用。〔2〕將不用的輸入端按照電路功能要求接電源或接地。比方將與門、與非門的多余輸入端接電源，將或門、或非門的多余輸入端接地。返回3.5.2集成邏輯門的應用1/8/202432編輯課件

(1)在每一塊插板的電源線上，并接幾十μF的低頻去耦電容和0.01~0.047μF的高頻去耦電容，以防止TTL電路的動態尖峰電流產生的干擾。(2)整機裝置應有良好的接地系統。2．電路的安裝應盡量防止干擾信號的侵入，保證電路穩定工作。1/8/202433編輯課件本章小結門電路是構成各種復雜數字電路的根本邏輯單元，掌握各種門電路的邏輯功能和電氣特性，對