模拟电子技术逻辑门电路.ppt

数字电子技术第六讲 第3章逻辑门电路 cmos集成逻辑门 集成逻辑门的应用 小结 是由增强型pmos管和增强型nmos管组成的互补对称mos门电路 比之ttl 其突出优点为 微功耗 抗干扰能力强 主要要求 掌握cmos反相器的电路 工作原理和主要外特性 了解cmos数字集成电路的应用要点 了解cmos与非门 或非门 开路门 三态门和传输门的电路和逻辑功能 3 4cmos集成逻辑门 一 cmos反相器 一 电路基本结构 要求vdd ugs th n ugs th p 且ugs th n ugs th p ugs th n 增强型nmos管开启电压 增强型pmos管开启电压 ugs th p uil 0v uih vdd 二 工作原理 可见该电路构成cmos非门 又称cmos反相器 无论输入高低 vn vp中总有一管截止 使静态漏极电流id 0 因此cmos反相器静态功耗极微小 uo vdd为高电平 uo 0v 为低电平 二 其他功能的cmos门电路 一 cmos与非门和或非门 1 cmos与非门 cmos与非门工作原理 2 cmos或非门 二 漏极开路的cmos门 简称od门 与oc门相似 常用作驱动器 电平转换器和实现线与等 需外接上拉电阻rd 由一对参数对称一致的增强型nmos管和pmos管并联构成 三 cmos传输门 工作原理 mos管的漏极和源极结构对称 可互换使用 因此cmos传输门的输出端和输入端也可互换 当c 0v ui 0 vdd时 vn vp均截止 输出与输入之间呈现高电阻 相当于开关断开 ui不能传输到输出端 称传输门关闭 当c vdd ui 0 vdd时 vn vp中至少有一管导通 输出与输入之间呈现低电阻 相当于开关闭合 uo ui 称传输门开通 传输门是一个理想的双向开关 可传输模拟信号 也可传输数字信号 tg即transmissiongate的缩写 三 cmos传输门 四 cmos三态输出门 工作原理 因此构成使能端低电平有效的三态门 三 cmos数字集成电路应用要点 一 cmos数字集成电路系列 提高速度措施 减小mos管的极间电容 由于cmos电路uth vdd 2 噪声容限unl unh vdd 2 因此抗干扰能力很强 电源电压越高 抗干扰能力越强 民品 军品 vdd 2 6v t表示与ttl兼容vdd 4 5 5 5v 1 注意不同系列cmos电路允许的电源电压范围不同 一般多用 5v 电源电压越高 抗干扰能力也越强 二 cmos集成逻辑门使用要点 2 闲置输入端的处理 不允许悬空 可与使用输入端并联使用 但这样会增大输入电容 使速度下降 因此工作频率高时不宜这样用 与门和与非门的闲置输入端可接正电源或高电平 或门和或非门的闲置输入端可接地或低电平 主要要求 了解ttl和cmos电路的主要差异 了解集成门电路的选用和应用 3 5集成逻辑门电路的应用 一 cmos门电路比之ttl的主要特点 注意 cmos电路的扇出系数大是由于其负载门的输入阻抗很高 所需驱动功率极小 并非cmos电路的驱动能力比ttl强 实际上cmos4000系列驱动能力远小于ttl hcmos驱动能力与ttl相近 二 集成逻辑门电路的选用 根据电路工作要求和市场因素等综合决定 若对功耗和抗干扰能力要求一般 可选用ttl电路 目前多用74ls系列 它的功耗较小 工作频率一般可用至20mhz 如工作频率较高 可选用ct74als系列 其工作频率一般可至50mhz 若要求功耗低 抗干扰能力强 则应选用cmos电路 其中cmos4000系列一般用于工作频率1mhz以下 驱动能力要求不高的场合 hcmos常用于工作频率20mhz以下 要求较强驱动能力的场合 三 集成逻辑门电路应用举例 例 试改正下图电路的错误 使其正常工作 vdd 可用两级电路2个与非门实现之 例 试分别采用与非门和或非门实现与门和或门 解 1 用与非门实现与门 设法将y ab用与非式表示 因此 用与非门实现的与门电路为 y ab 可用两级电路3个与非门实现 2 用与非门实现或门 因此 用与非门实现的或门电路为 y a b 设法将y a b用与非式表示 可用两级电路3个或非门实现之 3 用或非门实现与门 设法将y ab用或非式表示 因此 用或非门实现的与门电路为 将或非门多余输入端与有用端并联使用构成非门 可用两级电路2个或非门实现之 4 用或非门实现或门 设法将y a b用或非式表示 因此 用或非门实现的或门电路为 y a b 例 有一个火灾报警系统 设有烟感 温感和紫外光感三种不同类型的火灾探测器 为了防止误报警 只有当其中两种或三种探测器发出探测信号时 报警系统才产生报警信号 试用与非门设计产生报警信号的电路 解 1 分析设计要求 建立真值表 感三种不同类型的火灾探测器 有烟感 温感和紫外光 产生报警信号 两种或三种探测器发出探测信号时 报警系统才 与非门设计 报警电路的输入信号为烟感 温感和紫外光感三种探测器的输出信号 设用a b c表示 且规定有火灾探测信号时用1表示 否则用0表示 报警电路的输出用y表示 且规定需报警时y为1 否则y为0 由此可列出真值表如右图所示 2 根据真值表画函数卡诺图 1 1 1 1 3 用卡诺图化简法求出输出逻辑函数的最简与或表达式 再变换为与非表达式 y ab ac bc 4 画逻辑图 根据y的与非表达式画逻辑图 y 小结 cmos数字集成电路主要有cmos4000系列和hcmos系列 cmos4000系列工作速度低 负载能力差 但功耗极低 抗干扰能力强 电源电压范围宽 在工作频率不高的情况下应用很多 cc74hc和cc74hct两个系列的工作频率和负载能力都已ct74ls的水平 但功耗 抗干扰能力和对电源电压变化的适应性等比ct74ls更优越 cmos电路在大规模集成电路应用更广泛 应用集成门电路时 应注意 ttl电路只能用 5v 74系列允许误差 5 cmos4000系列可用3 15v hcmos系列可用2 6v ctmos系列用4 5 5 5v 一般情况下 cmos门多用5v 以便与ttl电路兼容 1 电源电压的正确使用 2 输出端的连接 开路门的输出端可并联使用实现线与 还可用来驱动需要一定功率的负载 三态输出门的输出端也可并联 用来实现总线结构 但三态输出门必须分时使能 使用三态门时 需注意使能端的有效电平 普通门 具有推拉式输出结构 的输出端不允许直接并联实现线与 3 闲置输入端的处理 4 信号的正确使用 ttl电路输入端悬空时相当于输入高电平 cmos电路多余输入端不允许悬空 cmos电路多余输