第3章集成逻辑门.ppt

06:25,第3章集成逻辑门,06:25,集成逻辑门,06:25,逻辑门分类:利用晶体二极管,三极管,MOS管的开关状态表示逻辑”1”和”0。双极性：DTL、TTL、ECL、IIL单极性：NMOS、PMOS、CMOS,集成逻辑门,06:25,集成逻辑门,晶体管开关特性TTL集成逻辑门CMOS电路,本章内容：,06:25,二极管开关特性三极管开关特性,本节内容：,3.1晶体管的开关特性,06:25,3.1.1二极管的开关特性,(1)理想开关特性(2)开关类型(触点、无触点),3.1晶体管的开关特性,06:25,1.二极管稳态开关特性,(1)二极管的伏安特性曲线,(2)二极管开关等效电路,开关闭合,当UaUb时，D导通,当UaUb时,D截止,开关断开,06:25,uo,uo,ui0V时，二极管截止，如同开关断开，uo0V。,ui5V时，二极管导通，如同0.7V的电压源，uo4.3V。,(3)与理想开关差异,(2)二极管开关等效电路,06:25,(1)开关应用电路/理想特性,二极管在电路中表现为一个受外加电压vi控制的开关。当外加电压vi为一脉冲信号时，二极管将随着脉冲电压的变化在“开”态与“关”态之间转换。这个转换过程就是二极管开关的动态特性。,2.二极管瞬态开关特性,06:25,(2)实际波形特性过程及时间（结电容充放电、存储电荷）,(3)提高速度措施,2.二极管瞬态开关特性,06:25,(1)二极管与门,2.工作原理,DaDb,UY,UaUb,0003v3v03v3v,3.真值表（状态表）,4.输出函数式,Y=AB,5.逻辑符号,导通电阻RON,06:25,当UGSVT时，,当UGS-2v时,（等效开关图同上）,TN截止,（1)NMOS管开关等效电路,TN导通：,TP导通：,TP截止：,2、MOS晶体管开关等效电路,06:25,截止状态,uiUT,uo0,06:25,所以输出为低电平。,3.4.2NMOS门电路1NMOS非门,逻辑关系：（设两管的开启电压为VT1=VT2=4V，且gm1gm2）（1）当输入Vi为高电平8V时，T1导通，T2也导通。因为gm1gm2，所以两管的导通电阻RDS1RDS2，输出电压为：,06:25,（2）当输入Vi为低电平0V时，T1截止，T2导通。所以输出电压为VOH=VDD-VT=8V，即输出为高电平。所以电路实现了非逻辑。,2NMOS门电路（1）与非门,（2）或非门,06:25,3.5CMOS门电路,基本电路用TP管和TN管构成。,输入脉冲幅度通常为VDD。,VA,0V,TPTN,UY,VDD,真值表,表达式,Y=A,0,VDD,VDD,截止,截止,导通,导通,0,TN,TP,+VDD,A,Y,3.5.1CMOS反向器的工作原理,一.电路结构,二.工作原理,06:25,3.5.2CMOS反向器的外部特性,当UI,VDD/2时,=U0L0,当UI,VDD/2时,=U0HVDD,U0,U0,其阈值电平VTH=VDD/2,VDD/2,VDD,VDD/2,VDD,1.电压传输特性,VOH=VDDVOL=0;VNH=VNL=1/2VDD,06:25,2.输入特性,由于CMOS反向器的栅极和衬底之间有SiO2绝缘层，所以CMOS反向器正常工作时，有II=IG=0成立。,06:25,但绝缘层非常薄，极易击穿,所以制作CMOS器件时，集成了“输入保护电路”,以保护绝缘层不被击穿。,输入保护措施是有限度的，使用时还必须注意器件的正确使用方法。,2.输入特性,输入负载及悬空处理,06:25,(1)低电平输出特性,U0=U0L时:,+VDD,UIH,UOL,IOL,RL,IOL从负载电路注入TN管。（灌流）,TN管导通，,TP管截止，,10V,3.输出特性,在VDD一定时，IOLUOL，所以IOL（max）,06:25,(2)高电平输出特性,U0=U0H时：,UIL,UOH,IOH,RL,IOH从TP管流向负载电路。（拉流）,TP管导通，,TN管截止，,VDD,10V,在VDD一定时，IOHUOH，所以IOH（max）,3.输出特性,06:25,3.5.4CMOS逻辑门,1、组成,两TP管在上，并联；,两TN管在下，串联；,2、工作原理,只有当AB同为1、使串联的TN管同时导通时，输出才为0，其它情况输出为1。,AB,00,01,10,11,T3PT4PT2NT1N,Y,B,A,功能特点：,3、输出逻辑表达式,1,1,1,0,通,通,通,通,通,通,通,通,止,止,止,止,止,止,止,止,一.与非门（以二输入为例）,06:25,二、CMOS或非门（以二输入为例）,3、输出逻辑表达式：,Y=AB,1、组成,两TP管在上，串联；,两TN管在下，并联；,2、工作原理,只有当AB同为0、使串联的TP管同时导通时，输出才为1，其它情况输出为0。,功能特点：,AB,00,01,10,11,T4PT3PT1NT2N,Y,B,A,通止通止,通通止止,止止通通,止通止通,1,0,0,0,=A+B,06:25,为了克服上述缺点，可在门电路的输入、输出端增设“缓冲器”。,CMOS门电路的优点：电路结构简单,CMOS门电路的缺点：,1）输出电阻RO的大小，受输入端状态的影响,2）输出电平UOL、UOH，受输入端数目的影响,三.带缓冲级的CMOS门电路,06:25,1.CMOS传输门（TG）,组成和逻辑符号,如同TTLOC门，CMOSOD门，可用来实现“线与逻辑”。,工作时，要求UI在0VDD之间变化。,CMOS传输门是双向输入和输出器件，两端可以互易使用。,C,VI/VO,VO/VI,C,VI/VO,VO/VI,四.OD门（漏极开路的门电路）,3.5.3CMOS传输门,T1、T2截止，传输门截止。,06:25,2.CMOS传输门应用举例,利用CMOS传输门和CMOS非门可以组成各种复杂的逻辑电路。,当C=0时，SW截止；,CMOS双向模拟开关的组成和符号：,CMOS三态门原理同TTL,例如做模拟开关，用来传输模拟信号，这是一般的逻辑门无法实现的。,C,VI/VO,VO/VI,C,VI/VO,VO/VI,五.CMOS三态输出门（TS门）,当C=1时，SW导通。,06:25