数电门电路课件详解

数电第章门电路课件详解演示文稿1现在是1页\一共有95页\编辑于星期六（优选）数电第章门电路课件2现在是2页\一共有95页\编辑于星期六§2.1概述门电路：是用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的电子电路。实现与运算的叫与门，实现或运算的叫或门，实现非运算的叫非门，也叫做反相器，等等。

分立元件门电路和集成门电路:分立元件门电路：用分立的元件和导线连接起来构成的门电路。简单、经济、功耗低，负载差。

集成门电路：把构成门电路的元器件和连线都制作在一块半导体芯片上，再封装起来，便构成了集成门电路。现在使用最多的是CMOS和TTL集成门电路。3现在是3页\一共有95页\编辑于星期六在数字电路中，一般用高电平代表1、低电平代表0，即所谓的正逻辑。反之，用高电平代表0、低电平代表1，即所谓的负逻辑。

电位指绝对电压的大小,电平指一定的电压范围。高电平和低电平：在数字电路中分别表示两段电压范围。如在TTL电路中，通常规定高电平的额定值为3V，但从2V到5V都算高电平；低电平的额定值为0.3V，但从0V到0.8V都算作低电平。关于高低电平的概念4现在是4页\一共有95页\编辑于星期六100VVcc只要能判断高低电平即可K开------Vo=1,输出高电平K合------Vo=0,输出低电平对电路元件参数、电源的要求比模拟电路要低。ViVoKVccR可用二、三极管代替获得高、低电平的基本原理5现在是5页\一共有95页\编辑于星期六2.2半导体二极管和三极管的开关特性2.2.1半导体二极管的开关特性

二极管具有单向导电性，外加正向电压时导通，外加反向电压时截止，相当于一个受外加电压极性控制的开关。

6现在是6页\一共有95页\编辑于星期六二极管等效电路应用于二极管外电路电阻R值与其动态rD电阻等量级场合应用于二极管电路输入电压V正向幅值与VON差别不大，且R>>rD的场合，(数字电路属于此类)应用于二极管电路输入电压V正向峰值VPP>>VON，且R>>rD的场合(理想开关)VON≈0.7V（硅）0.3V（锗）rD≈几Ω～几十Ω等效电路7现在是7页\一共有95页\编辑于星期六假定二极管D为理想开关元件，则：当VI=VIH=VCC时,D截止,VO=VOH=VCC;当VI=VIL=0时，D导通，VO=VOL=0。若二极管D为非理想开关元件,当VI=VIL=0时，D导通，VO=VOL=VON.一、静态特性8现在是8页\一共有95页\编辑于星期六二、动态特性给二极管电路加入一个方波信号.外加电压由反向突然变为正向时，要等到PN结内部建立起足够的电荷梯度后才开始有扩散电流形成，即浓度梯度建立产生的延迟.开通时间ton:

二极管从截止变为导通所需的时间.外加电压由正向突然变为反向时，因PN结尚有一定数量的存储电荷，所以有较大的瞬态反向电流流过。随着存储电荷的消散，反向电流迅速衰减并趋近于稳态时的反向饱和电流.反向恢复时间tre：二极管从导通到截止所需的时间。一般为纳秒数量级（通常tre≤5ns）。ts为存储时间，tt称为渡越时间。tre＝ts十tt.一般:tre≥tonttvitstttontrevi00若输入信号频率过高，二极管会双向导通，失去单向导电作用。因此高频应用时需考虑此参数。9现在是9页\一共有95页\编辑于星期六2.2.2半导体三极管的开关特性1.静态特性及开关等效电路在数字电路中，三极管作为开关元件，主要工作在饱和和截止两种开关状态，放大区只是极短暂的过渡状态。三极管的三种工作状态（a）电路（b）输出特性曲线10现在是10页\一共有95页\编辑于星期六截止时等效电路(1)截止状态条件：发射结反偏特点：电流iC,iB约为011现在是11页\一共有95页\编辑于星期六(2)饱和状态条件：发射结正偏，集电结正偏特点：UBES=0.7V，UCES=0.3V/硅饱和时等效电路12现在是12页\一共有95页\编辑于星期六2.三极管的开关时间（动态特性）三极管的开关时间

开启时间ton

上升时间tr延迟时间td关闭时间toff下降时间tf存储时间ts13现在是13页\一共有95页\编辑于星期六(1)开启时间ton

三极管从截止到饱和所需的时间。ton=td+tr

td：延迟时间

tr：上升时间(2)关闭时间toff

三极管从饱和到截止所需的时间。toff=ts+tf

ts：存储时间（几个参数中最长的；饱和越深越长）tf：下降时间toff>ton

。三极管开关时间一般在纳秒数量级。高频应用时需考虑。14现在是14页\一共有95页\编辑于星期六2.2.3MOS管的开关特性一、MOS管是金属—氧化物—半导体场效应管的简称。（Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor）右图为N沟道增强型场效应管(NMOS)15现在是15页\一共有95页\编辑于星期六P沟道增强型场效应管(PMOS)16现在是16页\一共有95页\编辑于星期六MOS管特性N沟道增强型N沟道耗尽型P沟道增强型P沟道耗尽型17现在是17页\一共有95页\编辑于星期六二、MOS管的输入特性和输出特性以N沟道增强型MOS管为例.MOS管是电压控制器件,用栅极电压VGS来控制漏极电流iD，如图所示的转移特性，表示在漏源电压VDS一定时，iD和VGS的关系。VT为开启电压。当VGS<VT时，iD=0，相当于开关断开；当VGS>VT后，形成iD，相当于开关闭合。在开关电路中，电路工作在大信号状态，从下图的输出特性中，MOS管的工作状态可划分为四个区：18现在是18页\一共有95页\编辑于星期六截止区：VGS<VT，还没有形成导电沟道，iD=0线性电阻区：VGS>VT，VDS<VGS－VT，VDS值较小，导电沟道比较均匀，在VGS为定值时，iD随VDS增加而近似线性增加。VGS越大，iD上升越快，曲线越陡。饱和区：VDSVGS－VT，漏源之间的导电沟道在漏极附近被夹断，iD基本上不随VDS的增加而变化，即已达到饱和。饱和时iD与VDS无关。击穿区：VGS>BVDS后，iD将随VDS增加而急剧增加，应避免此种情况，以免损坏管子。19现在是19页\一共有95页\编辑于星期六三、MOS管的开关等效电路由于MOS管截止时漏极和源级之间的内阻ROFF非常大，所以截止状态下的等效电路可用断开的开关代替。MOS管导通状态下的内阻RON约在1K以内，而且与VGS的数值有关。C1代表栅极的输入电容。约为几皮法。由于开关电路的输出端不可避免地会带有一定的负载电容，所以在动态工作情况下（即VI在高、低电平间跳变时），漏极电流iD的变化和输出电压VDS的变化都将滞后于输入电压的变化。20现在是20页\一共有95页\编辑于星期六目前，采用MOS管的逻辑集成电路主要有三类：以P沟道增强型管构成的PMOS电路，以N沟道增强型管构成的NMOS电路以及用PMOS和NMOS两种管子构成的互补MOS，即CMOS电路。四、MOS管的基本开关电路NMOS倒相器当Vi=ViL时，VGS=ViL<VT，MOS管处于截止状态，iD=0,输出VO=VOH=VDD当Vi=ViH时，VGS=ViH>VT，MOS管处于导通状态，合理选择VDD和RD，使iD足够大，输出VO=VOL=VDD－iDRD为得到足够低的VOL，要求RD很大，在实际电路中，常用另一个MOS管来做负载。21现在是21页\一共有95页\编辑于星期六1．与门电路

2.3最简单的与、或、非门电路A、B为输入信号（+3V或0V）ABL0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V电路输入与输出电压的关系用逻辑1表示高电平（此例为≥+3V）用逻辑0表示低电平（此例为≤0.7V）22现在是22页\一共有95页\编辑于星期六2．或门电路电路输入与输出电压的关系ABL0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3V用逻辑1表示高电平（此例为≥+2.3V）用逻辑0表示低电平（此例为≤0V）23现在是23页\一共有95页\编辑于星期六3.三极管非门1、工作原理当Vi=ViL=0时，三极管截止，输出电压Vo=VoH≈

Ecc当Vi=ViH≈

Ec时，三极管饱和，输出电压Vo=VoL=Vces≈

02、正常工作条件1）.截止条件：Vbe≤0ViL－R1≤02）.饱和条件：ib>ibs=ib=－>ib24现在是24页\一共有95页\编辑于星期六2.4TTL门电路一、TTL反相器的和工作原理TTL集成逻辑门电路的输入和输出结构均采用半导体三极管，所以称晶体管—晶体管逻辑门电路，简称TTL电路。1.电路结构由输入级、倒相级、输出级三部分组成.25现在是25页\一共有95页\编辑于星期六2.工作原理A输入信号的高、低电平分别为：VIH=3.4v，VIL=0.2v,VON=0.7v，Vcc=+5v1).A为低电平VIL=0.2v时，T1的发射结导通，并将T1的基电极电位钳在VIL+VON=0.9v，

A

R1

4kW

T1

T2

T4

T5

R4

R3

1KW

130W

+Vcc

R2

1.6KW

Y

D1

D2

输入级倒相级输出级26现在是26页\一共有95页\编辑于星期六因为T1的集电极回路电阻为R2和T2的b-c结反向电阻之和，阻值非常大，所以T1工作在深度饱和区，Vces10。显然，T2的发射结不导通，T2截止，Vc2为高电平，Ve2为低电平，使T5截止，故R2上的压降很小，Vc2Vcc，T4管导通。因此，输出为高电平Vo=VOH=3.6v。

A

R1

4kW

T1

T2

T4

T5

R4

R3

1KW

130W

+Vcc

R2

1.6KW

Y

D1

D2

输入级倒相级输出级0.2v0V5V3.6V0.9v0.2V导通(射极跟随器)截止截止饱和5VVILVOH27现在是27页\一共有95页\编辑于星期六2).当输入信号为高电平VIH=3.4v，假设暂不考虑T1管的集电极支路，则T1管的发射结均应导通，可能使Vb1=VIH+0.7=4.1v。但是，由于Vcc经R2作用于T1管的集电极、T2和T5管的发射结，使三个PN结必定导通，Vb1=Vbc1+Vbe2+Vbe5=2.1v，使T1管的发射结均反偏，T1管处于倒置工作状态，T2和T5管饱和导通，Vo=VoL=Vces5=0.3v，Vc2=Vces2+Vbe5=0.3+0.7=1v，T4管和D2截止。

A

R1

4kW

T1

T2

T4

T5

R4

R3

1KW

130W

+VccR2

1.6KW

Y

D1

D2

输入级倒相级输出级3.4V0.7V1V0.3V2.1V1.4V饱和截止5VVIHVOLT1集电结正偏，发射结反偏，倒置工作状态饱和28现在是28页\一共有95页\编辑于星期六综上所述，TTL非门输入端输入低电平，输出即为高电平；当输入端输入高电平时，输出为低电平，实现了非逻辑功能。采用三极管射极输入级的作用：提高输入电阻采用推拉式输出级的作用：利于提高开关速度和负载能力T3组成射极输出器，优点是既能提高开关速度，又能提高负载能力。当输入高电平时，T5饱和，T4和D2截止，T5的集电极电流可以全部用来驱动负载。当输入低电平时，T5截止，T4导通(为射极输出器)，其输出电阻很小，带负载能力很强。可见，无论输入如何，T4和T5总是一管导通而另一管截止。这种推拉式工作方式，带负载能力很强。

29现在是29页\一共有95页\编辑于星期六⑴AB段:当Vi<0.6v时，Vb1<1.3v，T2和T5管截止，T4导通，输出为高电平VoH=Vcc－VR2－Vd2－Vbe43.4v，故AB段称为截止区。⑵BC段:当0.7<Vi<1.3v时，T2管的发射极电阻R3直接接地，故T2管开始导通并处于放大状态，所以Vc2和Vo随Vi的增高而线性地降低。但T5管仍截止。故BC段称为线性区。⑶CD段:当1.3v<Vi<1.4v时，Vb1=2.1v，使T2和T5管均趋于饱和导通，T4管截止，所以Vo急剧下降为低电平，Vo=VoL=0.3v，故称CD段为转折区。⑷DE段:Vi大于1.4v以后，Vb1被箝位在2.1v，T2和T5管均饱和，Vo=Vces5=0.3v,故DE段称为饱和区。截止区线性区转折区饱和区T5截止，称关门T5饱和，称开门二、电压传输特性30现在是30页\一共有95页\编辑于星期六三、结合电压传输特性介绍几个参数

(1)输出高电平UOH典型值为3V。(2)输出低电平UOL典型值为0.3V。31现在是31页\一共有95页\编辑于星期六(3)开门电平UON一般要求UON≤1.8V(4)关门电平UOFF一般要求UOFF≥0.8V在保证输出为额定低电平的条件下，允许的最小输入高电平的数值，称为开门电平UON。在保证输出为额定高电平的条件下，允许的最大输入低电平的数值，称为关门电平UOFF。UOFFUON32现在是32页\一共有95页\编辑于星期六(5)阈值电压UTH电压传输特性曲线转折区中点所对应的uI值称为阈值电压UTH（又称门槛电平）。通常UTH≈1.4V。(6)噪声容限（UNL和UNH）噪声容限也称抗干扰能力，它反映门电路在多大的干扰电压下仍能正常工作。UNL和UNH越大，电路的抗干扰能力越强。33现在是33页\一共有95页\编辑于星期六UOFFUNLUILUONUNHUIH①低电平噪声容限（低电平正向干扰范围）

UNL=UOFF-UILUIL为电路输入低电平的典型值（0.3V）若UOFF=0.8V，则有UNL=0.8-0.3=0.5(V)

②高电平噪声容限（高电平负向干扰范围）

UNH=UIH-UONUIH为电路输入高电平的典型值（3V）若UON=1.8V，则有UNH=3-1.8=1.2(V)34现在是34页\一共有95页\编辑于星期六TTL门的输入端噪声容限的其它定义(教材P64,门带门情况)噪声容限：保证输出逻辑状态一定，而允许的输入噪声干扰的电压幅值输入低电平噪声容限：VNL=VILmax-VOLmax输入高电平噪声容限：VNH=VOHmin-VIHminUOFFUON35现在是35页\一共有95页\编辑于星期六四、输入特性：

Vi(v)

iI(mA)

0

－1.0

－1.5

0.5

1

1.5

当Vi<VT时，iI为负值，当Vi<0.6v时，T2和T5管截止，当Vi=ViL=0.3v时，输入低电平电流为随Vi的增大，iI的绝对值随之略有减小，当Vi接近0.7v时，Vb1接近1.4v,T2管开始导通，但此时T1管的集电极支路的分流作用仍很小，当Vi升至1.4v时，T5管开始导通，iI随VI的增大而迅速减小，iR1中的绝大部分经T1管的bc结流入T2管的基极。当Vi大于VT以后，iI转为正方向。当VI=VIH=3.4v时，此时的输入高电平电流iIH约为40A。

Vi

R1

4kW

T1

be2

+VCC

be5D136现在是36页\一共有95页\编辑于星期六五、输出特性：1.低电平输出特性(灌电流)输出为低电平时，门电路输出端的T5管饱和导通而T4管截止。由于T5管饱和导通时c-e间的电阻很小（10以内），所以负载电流iL增加时VOL仅稍有升高。如下图所示，一定范围内基本为线性关系。低电平最大输出电流

37现在是37页\一共有95页\编辑于星期六2.高电平输出特性（拉电流）Vo=VOH时，T4管工作在射极输出状态，电路的输出阻抗很低，⑴负载电流较小情况下，负载电流变化时VOH变化很小，⑵随负载电流的进一步增加，R4上压降也随之加大，使T4的bc结变为正向偏置，T4进入饱和状态，T4失去射极跟随功能，因而VOH随iL的增加而迅速下降。所以当io5mA时，输出高电平保持不变，当输出电流io>5mA后，输出电压便线性下降，输出高电平不能保持。一般器件手册所给的高电平最大输出电流IOH0.4mA38现在是38页\一共有95页\编辑于星期六例2.4.1输入负载特性曲线（a）测试电路（b）输入负载特性曲线TTL反相器的输入端对地接上电阻RI时，uI随RI

的变化而变化的关系曲线。六.输入负载特性39现在是39页\一共有95页\编辑于星期六在一定范围内，uI随RI的增大而升高。但当输入电压uI达到1.4V以后，uB1=2.1V，RI增大，由于uB1不变，故uI=1.4V也不变。这时VT2和VT4饱和导通，输出为低电平。虚框内为TTL反相器的部分内部电路

40现在是40页\一共有95页\编辑于星期六RI不大不小时，工作在线性区或转折区。RI较小时，关门，输出高电平；RI较大时，开门，输出低电平；ROFFRONRI→∞悬空时？41现在是41页\一共有95页\编辑于星期六(1)

关门电阻ROFF

——在保证门电路输出为额定高电平的条件下，所允许RI

的最大值称为关门电阻。典型的TTL门电路ROFF≈0.7kΩ。

(2)开门电阻RON——在保证门电路输出为额定低电平的条件下，所允许RI

的最小值称为开门电阻。典型的TTL门电路RON≈2kΩ。数字电路中要求输入负载电阻RI≥RON或RI≤ROFF，否则输入信号将不在高低电平范围内。振荡电路则令ROFF≤RI≤RON使电路处于转折区。例2.4.242现在是42页\一共有95页\编辑于星期六七、TTL门的动态特性：传输延迟时间：输出波形相对于输入波形滞后的时间：50ns通常把输出电压由高电平变为低电平的传输延迟时间记作tPHL，由低电平变为高电平的传输延迟时间记作tPLH。在此TTL非门中，由于输出管T5工作在深度饱和状态，所以tPLH>tPHL。一般在器件手册上给出的是平均传输延迟时间tpd。其定义为：tpd=(tPHL+tPLH)/2平均传输延迟时间tpd表征了门电路的开关速度。43现在是43页\一共有95页\编辑于星期六2.电源的动态尖峰电流：在动态工作情况下，特别是当输入由高电平下跳到低电平时，T1管饱和导通，为T2管提供了一个低阻的反向基极电流通路，使T2管很快截止，但T5管并不能随之迅速截止。因为T5管原来处于深度饱和状态，其基区存储电荷的消散需一定的时间，故T4、T5管在一短暂时间会同时处于导通状态，因而使电源电流产生一尖峰脉冲。此尖峰电流使电源的平均电流增大，而且，信号的重复频率越高，电源电流的平均值增加越多。3.交流噪声容限：高电平2.0v低电平0.8v44现在是44页\一共有95页\编辑于星期六TTL与非门举例——74007400是一种典型的TTL与非门器件，内部含有4个2输入端与非门，共有14个引脚。引脚排列图如图所示。45现在是45页\一共有95页\编辑于星期六八、其他类型的TTL门电路1.其他逻辑功能的TTL门电路：输入特性：低电平电流单端高电平电流多端输出特性：与反相器相同1).与非门多发射极三极管46现在是46页\一共有95页\编辑于星期六2).或非门电路结构特点：多套（输入级+倒相级）并联输入特性：低电平电流多端高电平电流多端输出特性：与反相器相同47现在是47页\一共有95页\编辑于星期六3).与或非门电路结构特点：将或非门各输入端改用多发射极三极管输入特性：低电平电流：每个与门一端高电平电流：多端输出特性：与反相器相同48现在是48页\一共有95页\编辑于星期六2.集电极开路门（OC）为何要采用集电极开路门呢？

推拉式输出电路结构存在局限性。首先，输出端不能并联使用。若两个门的输出一高一低，当两个门的输出端并联以后，必然有很大的电流同时流过这两个门的输出级，而且电流的数值远远超过正常的工作电流，可能使门电路损坏。而且，输出端也呈现不高不低的电平，不能实现应有的逻辑功能。

49现在是49页\一共有95页\编辑于星期六推拉式输出级并联的情况01很大的电流不高不低的电平：1/0?Y50现在是50页\一共有95页\编辑于星期六集电极开路的TTL与非门（a）电路（b）逻辑符号集电极开路51现在是51页\一共有95页\编辑于星期六工作原理：当VT3饱和，输出低电平UOL＝0.3V；当VT3截止，由外接电源E通过外接上拉电阻提供高电平UOH＝E。

因此，OC门电路必须外接电源和负载电阻，才能提供高电平输出信号。52现在是52页\一共有95页\编辑于星期六OC门的线与：由于n个OC门的输出接在一起，所以只要有一个是低电平，Vo就是低电平；只有每个输出都是高电平时，Vo才是高电平。这种输出端并联的连接方式称为“线与”。53现在是53页\一共有95页\编辑于星期六外接负载电阻的计算方法：①当所有OC门同时截止时，输出Vo为高电平，为保证输出的高电平不低于规定的VOH值。负载电阻的最大值计算公式：VOH54现在是54页\一共有95页\编辑于星期六②当所有OC门中只有一个导通时，全部负载电流都流入导通的那个OC门，因而RL值不可太小，以确保流入导通OC门的电流不至于超过最大允许的ILM值。负载电阻最小值计算公式：VOL55现在是55页\一共有95页\编辑于星期六(1)OC门的输出端并联，实现线与功能。RL为外接负载电阻。图2-20OC门的输出端并联实现线与功能

Y1Y2Y000010100111Y1=ABY2=CDOC门的应用举例56现在是56页\一共有95页\编辑于星期六用OC门实现电平转换的电路

（2）用OC门实现电平转换57现在是57页\一共有95页\编辑于星期六3.三态输出门（TSL）三态门电路的输出有三种可能出现的状态：高电平、低电平、高阻。何为高阻状态？

悬空、悬浮状态，又称为禁止状态。测电阻为∞，故称为高阻状态。测电压为0V，但不是接地。因为悬空，所以测其电流为0A。58现在是58页\一共有95页\编辑于星期六电路结构：增加了控制输入端（Enable）。1)．三态门的电路结构及工作原理01截止Y＝ABEN=0时，电路为正常的与非工作状态，所以称控制端低电平有效。59现在是59页\一共有95页\编辑于星期六10导通1.0V1.0V截止截止悬空当EN=1时，门电路输出端处于悬空的高阻状态。60现在是60页\一共有95页\编辑于星期六控制端高电平有效的三态门2)逻辑符号控制端低电平有效的三态门用“▽”表示输出为三态。高电平有效低电平有效61现在是61页\一共有95页\编辑于星期六控制端高电平有效的三态门控制端低电平有效的三态门62现在是62页\一共有95页\编辑于星期六3)三态输出门应用：(1).实现总线传输在微机系统中，希望在同一条导线上分别传递若干门电路的输出信号，以减少连线数目，这时，可用三态门实现。只要控制各个门的EN端轮流为1，且任何时刻仅有一个为1，就可以把各个门的输出信号轮流送到公共的传输线－总线上而互不干扰－这种连线方式叫做总线结构。63现在是63页\一共有95页\编辑于星期六(2).可利用三态门实现数据的双向传递：EN=1，G1工作，G2高阻，Do经G1反相送至总线。EN=0，G1高阻，G2工作，总线数据经G2反相从D1端送出。64现在是64页\一共有95页\编辑于星期六4.TTL门电路多余输入端的处理TTL与非门在使用时如果有多余的输入端不用，一般不应悬空，以防止外界干扰信号的侵入。有以下几种处理方法：①将其经1~3K的电阻接至电源正端；②接高电平VH;③与其他信号输入端并接使用。或门及或非门的多余输入端应接低电平。与或非门的多余与门其输入端必须接低电平。65现在是65页\一共有95页\编辑于星期六5、TTL集成逻辑门电路系列简介（P83-87）1)．74系列——为TTL集成电路的早期产品，属中速TTL器件。2)．74L系列——为低功耗TTL系列，又称LTTL系列。3)．74H系列——为高速TTL系列。4)．74S系列——为肖特基TTL系列，进一步提高了速度。抗饱和三极管抗饱和三极管66现在是66页\一共有95页\编辑于星期六TTL系列电路的性能比较功耗p延迟时间tpd延迟-功耗积P87表2.4.15．74LS系列——为低功耗肖特基系列。6．74AS系列——为先进肖特基系列，它是74S系列的后继产品。7．74ALS系列——为先进低功耗肖特基系列，是74LS系列的后继产品。其他双极型数字集成电路特点：DTL二极管-三极管逻辑速度低功耗低ECL发射极耦合逻辑速度最高，功耗很大I2L集成注入逻辑集成度高，速度低

67现在是67页\一共有95页\编辑于星期六2.6CMOS门电路2.6.1CMOS反相器CMOS逻辑门电路是由N沟道MOSFET和P沟道MOSFET互补而成，成对出现。N沟道绝缘栅型场效应管P沟道绝缘栅型场效应管N沟道结型场效应管P沟道结型场效应管68现在是68页\一共有95页\编辑于星期六倒相器要求：T1是P沟道增强型MOS管，T2是N沟道增强型MOS管。且T1、T2的开启电压分别为VTN、VTP。当Vi=ViL=0时，有，VGS2=0<VTN故T1导通，导通内阻很低（小于１K)，T2截止，内阻很高（108~109)。输出为高电平VOH，且VOHVDD

电路结构及工作原理：VTNVTP0V导通截止G1G2S1S2D2D1VDD69现在是69页\一共有95页\编辑于星期六当Vi=VOH=VDD，则有，VGS2=VDD>VTN，故T1截止而T2导通，输出为低电平VOL，且VOL0静态时T1和T2总是工作在一个导通而另一个截止，其截止内阻又极高，流过T1和T2的静态电流极小，所以CMOS反向器的静态功耗极小。导通截止G1G2S1S2D2D1VDD0V70现在是70页\一共有95页\编辑于星期六1．电压传输特性：（设:VDD=10V，VTN=|VTP|=2V）（1）当Vi＜2V，T2截止，T1(TP)导通，输出Vo≈VDD=10V。(AB段)（2）当2V＜Vi＜5V，T2(TN)工作在饱和区，T1工作在可变电阻区。(BC段)ABCDEF（3）当Vi=5V，两管都工作在饱和区，Vo=（VDD/2）=5V。(CD段)（4）当5V＜Vi＜8V，

T1工作在饱和区，

T2工作在可变电阻区。(DE段)（5）当Vi＞8V，T1截止，

T2导通，输出Vo=0V。(EF段)

2.6.2CMOS反相器的静态特性和动态特性71现在是71页\一共有95页\编辑于星期六CMOS门电路的阈值电压Vth=VDD/2iDVIVTNVTPVDD

1/2VDDABCDEF2.电流传输特性72现在是72页\一共有95页\编辑于星期六3.输入特性:输入端绝缘，输入电流为0输入端保护电路必须避免输入端悬空

73现在是73页\一共有95页\编辑于星期六4.输出特性:导通内阻的影响低电平最大输出电流灌电流VO=VOL时CMOS反相器的工作状态74现在是74页\一共有95页\编辑于星期六高电平最大输出电流拉电流

vO=VOH时CMOS反相器的工作状态75现在是75页\一共有95页\编辑于星期六5.动态特性:延迟时间交流噪声容限*动态功耗*CMOS反相器传输延迟时间的定义76现在是76页\一共有95页\编辑于星期六2.6.3其他CMOS门电路

CMOS与非门：P并N串CMOS或非门：P串N并2.CMOS或非门1.CMOS与非门77现在是77页\一共有95页\编辑于星期六3.带缓冲级的门电路

为了稳定输出高低电平，可在输入输出端分别加反相器作缓冲级。下图所示为带缓冲级的二输入端与非门电路。

78现在是78页\一共有95页\编辑于星期六79现在是79页\一共有95页\编辑于星期六4.漏极开路的门电路（OD门）如同TTL电路中的OC门那样，CMOS门的输出电路结构也可以做成漏极开路的形式，叫OD门。OD门作用：缓冲、输出电平变换、满足吸收大负载电流需求、实现线与逻辑。OD门使用时注意：外接合适的RL和电源VDD2。80现在是80页\一共有95页\编辑于星期六5.CMOS传输门和双向模拟开关C和C是一对互补的控制信号,设控制信号的高低电平分别为VDD和0V,那么当C=0,C=1时,只要输入信号的变化范围不超出0~VDD,则T1和T2同时截止,输入与输出之间呈高阻态(>109),传输门截止。反之，若C=1,C=0,当0<VI<VDD－VTN时T1将导通。︱VTP︱<VI<VDD时T2将导通.VI在0-VDD内T1和T2至少有一个导通.VO与VI两端之间呈低阻态,传输门导通.81现在是81页\一共有95页\编辑于星期六由于T1、T2管的结构形式是对称的，即漏极和源极可互易使用，因而CMOS传输门属于双向器件，它的输入端和输出端也可互易使用。利用CMOS传输门和CMOS反相器可以组合成各种复杂的逻辑电路，如数据选择器、寄存器、计数器等等。传输门的另一个重要用途是作模拟开关，用来传输连续变化的模拟电压信号。模拟开关的基本电路是由CMOS传输门和一个CMOS反相器组成的，也是双向器件。VI/Vo１TGVo/VIC假定接在输出端的电阻为RL,双向模拟开关的导通内阻为RTG。当C=0时，开关截止，输出与输入之间的联系被切断Vo=0。当C=1时，开关接通，输出电压为：电压传输系数82现在是82页\一共有95页\编辑于星期六6.CMOS三态门利用CMOS倒相器附加一个PMOS管和一个NMOS管构成三态门电路.工作原理：当EN=0时，T1′和T2′同时导通，为正常的非门，输出当EN=1时，T1和T2同时截止，输出为高阻状态。所以，这是一个低电平有效的三态门。1(0)截止(导通)截止(导通)CMOS三态门其它电路结构83现在是83页\一共有95页\编辑于星期六1．CMOS逻辑门电路的系列（1）基本的CMOS——4000系列。（2）高速的CMOS——HC系列。（采用短沟道、硅栅自对准工艺生产的高速门电路，其平均传输延迟时间小于10纳秒。）（3）与TTL兼容的高速CMOS——HCT系列。附:CMOS逻辑门电路的系列及主要参数（4）Bi——CMOS系列。这种门电路的特点是逻辑部分采用CMOS结构，输出级采用双级型三极管。因此它兼有CMOS电路的低功耗和双极型电路低输出内阻的优点（带负载能力强等）。2．CMOS逻辑门电路主要参数的特点（1）VOH（min）=0.9VDD；VOL（max）=0.01VDD。84现在是84页\一共有95页\编辑于星期六（2）阈值电压Vth约为VDD/2。（3）CMOS非门的关门电平VOFF为0.45VDD（非门入低电平，出高电平时，输出管截止，叫关门）

，开门电平VON为0.55VDD（非门入高电平，出低电平时，输出管导通，叫开门）。因此，其高、低电平噪声容限均达0.45VDD。（4）CMOS电路的功耗很小，一般小于1mW/门；（5）因CMOS电路有极高的输入阻抗，故其扇出系数很大，可达50。所以CMOS门电路的逻辑摆幅（即高低电平之差）较大。85现在是85页\一共有95页\编辑于星期六2.6.6CMOS电路的正确使用一、输入电路的静电防护为防止由静电电压造成的损坏，应注意以下几点：1、在储存和运输CMOS器件时不要使用易产生静电高压的化工材料和化纤织物包装，最好采用金属屏蔽层包装材料。2、组装、调试时，应使电烙铁和其它工具、仪表、工作台台面等良好接地。操作人员的服装等应用无静电的原料制成。3、不用的输入端不应悬空。悬空时，输出为不定状态，且易损坏管。86现在是86页\一共有95页\编辑于星期六二、输入电路的过流保护1、输入端接低内阻信号源时，应在输入端与信号之间串进保护电阻，保证输入保护电路中的二极管导通时电流不超过1mA。2、输入端接有大电容时，应在输入端与电容之间接入保护电阻