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vddugs(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id0。因此cmos反相器静态功耗极微小。,uovdd为高电平。,uo0v，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=0vdd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=0vdd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uthvdd/2，噪声容限unlunhvdd/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=26v,t表示与ttl兼容vdd=4.55.5v,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315v；hcmos系列可用26v；ctmos系列用4.55.5v。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