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2019/7/4,1,2.5.1 CMOS反相器,2.5.2 其它类型的CMOS门电路,2.5 CMOS 门电路,2.6.3 TTL门电路和CMOS门电路的相互连接,2.6.1 CMOS门电路的使用知识,2.6.2 TTL门电路的使用知识,2.6 CMOS门电路和TTL门电路的 使用知识及相互连接,本章小结,返回,结束 放映,2019/7/4,2,,为什么要用OC门? OC门的工作条件?OC门有何应用? 三态门有哪三态?三态门有何应用?,2019/7/4,3,MOS门电路:以MOS管作为开关元件构成的门电路。 MOS门电路,尤其是CMOS门电路具有制造工艺简单、集成度高、抗干扰能力强、功耗低、价格便宜等优点,得到了十分迅速的发展。,2.5 CMOS 门电路,2019/7/4,4,2.5.1 CMOS反相器,1MOS管的开关特性,MOS管有NMOS管和PMOS管两种。 当NMOS管和PMOS管成对出现在电路中,且二者在工作中互补,称为CMOS管(意为互补)。 MOS管有增强型和耗尽型两种。 在数字电路中,多采用增强型。,返回,2019/7/4,5,图2-24 NMOS管的电路符号及转移特性 (a) 电路符号 (b)转移特性,D接正电源,(1)NMOS管的开关特性,2019/7/4,6,图2-25 PMOS管的电路符号及转移特性 (a) 电路符号 (b)转移特性,D接负电源,(2)PMOS管的开关特性,2019/7/4,7,图2-26 CMOS反相器,PMOS管,负载管,NMOS管,驱动管,开启电压|UTP|=UTN,且小于VDD。,2CMOS反相器的工作原理 (1)基本电路结构,2019/7/4,8,(2)工作原理,图2-26 CMOS反相器,UIL=0V,截止,导通,UOHVDD,当uI= UIL=0V时,VTN截止,VTP导通, uO = UOHVDD,2019/7/4,9,图2-26 CMOS反相器,UIH= VDD,截止,UOL 0V,当uI = UIH = VDD ,VTN导通,VTP截止, uO =UOL0V,导通,2019/7/4,10,(3)逻辑功能 实现反相器功能(非逻辑)。,(4)工作特点 VTP和VTN总是一管导通而另一管截止,流过VTP和VTN的静态电流极小(纳安数量级),因而CMOS反相器的静态功耗极小。这是CMOS电路最突出的优点之一。,2019/7/4,11,图2-27 CMOS反相器的电压传输特性和电流传输特性,3 电压传输特性和电流传输特性,AB段:截止区 iD为0,BC段:转折区 阈值电压UTHVDD/2 转折区中点:电流最大,CMOS反相器 在使用时应尽 量避免长期工 作在BC段。,CD段:导通区,2019/7/4,12,4. CMOS电路的优点,(1)微功耗。 CMOS电路静态电流很小,约为纳安数量级。 (2)抗干扰能力很强。 输入噪声容限可达到VDD/2。 (3)电源电压范围宽。 多数CMOS电路可在318V的电源电压范围 内正常工作。 (4)输入阻抗高。 (5)负载能力强。 CMOS电路可以带50个同类门以上。 (6)逻辑摆幅大。(低电平0V,高电平VDD ),2019/7/4,13,2.5.2 其它类型的CMOS门电路,负载管串联 (串联开关),1 CMOS或非门,驱动管并联 (并联开关),图2-28 CMOS或非门,A、B有高电平,则驱动管导通、负载管截止,输出为低电平。,1,0,截止,导通,返回,2019/7/4,14,该电路具有或非逻辑功能,即,当输入全为低电平,两个驱动管均截止,两个负载管均导通,输出为高电平。,0,0,截止,导通,1,2019/7/4,15,图2-29 CMOS与非门,该电路具有与非逻辑功能,即,2 CMOS与非门,负载管并联 (并联开关),驱动管串联 (串联开关),2019/7/4,16,3 CMOS传输门,图2-30 CMOS传输门 (a)电路 (b)逻辑符号,2019/7/4,17,(2) 工作原理(了解),2019/7/4,18,(3) 应用举例,图2-31 CMOS模拟开关, CMOS模拟开关:实现单刀双掷开关的功能。,C = 0时,TG1导通、TG2截止,uO = uI1; C = 1时,TG1截止、TG2导通,uO = uI2。,2019/7/4,19,图2-32 CMOS三态门 (a)电路 (b) 逻辑符号, CMOS三态门,2019/7/4,20,2.6.1 CMOS门电路的使用知识,1输入电路的静电保护 CMOS电路的输入端设置了保护电路,给使用者带来很大方便。但是,这种保护还是有限的。由于CMOS电路的输入阻抗高,极易产生感应较高的静电电压,从而击穿MOS管栅极极薄的绝缘层,造成器件的永久损坏。为避免静电损坏,应注意以下几点:,2.6 CMOS门电路和TTL门电路的 使用知识及相互连接,返回,2019/7/4,21,(1)所有与CMOS电路直接接触的工具、仪表等必须可靠接地。 (2)存储和运输CMOS电路,最好采用金属屏蔽层做包装材料。,2多余的输入端不能悬空。 输入端悬空极易产生感应较高的静电电压,造成器件的永久损坏。对多余的输入端,可以按功能要求接电源或接地,或者与其它输入端并联使用。,2019/7/4,22,2.6.2 TTL门电路的使用知识,1多余或暂时不用的输入端不能悬空,可按以 下方法处理:,(1)与其它输入端并联使用。 (2)将不用的输入端按照电路功能要求接电源或接地。比如将与门、与非门的多余输入端接电源,将或门、或非门的多余输入端接地。,返回,2019/7/4,23,(1) 在每一块插板的电源线上,并接几十F的低频去耦电容和0.010.047F的高频去耦电容,以防止TTL电路的动态尖峰电流产生的干扰。 (2) 整机装置应有良好的接地系统。,2 电路的安装应尽量避免干扰信号的侵入,保证电路稳定工作。,2019/7/4,24,2.6.3 TTL门电路和CMOS 门电路 的相互连接,TTL和CMOS电路的电压和电流参数各不相同,需要采用接口电路。 一般要考虑两个问题: 一是要求电平匹配,即驱动门要为负载门提供符合标准的输出高电平和低电平; 二是要求电流匹配,即驱动门要为负载门提供足够大的驱动电流。,返回,2019/7/4,25,1. TTL门驱动CMOS门,(1)电平不匹配 TTL门作为驱动门,它的UOH2.4V,UOL0.5V; CMOS门作为负载门,它的UIH3.5V,UIL1V。 可见,TTL门的UOH不符合要求。 (2)电流匹配 CMOS电路输入电流几乎为零,所以不存在问题。,2019/7/4,26,(3)解决电平匹配问题,图2-33 TTL门驱动CMOS门, 外接上拉电阻RP 在TTL门电路的输出端外接一个上拉电阻RP,使TTL门电路的UOH5V。(当电源电压相同时),2019/7/4,27, 选用电平转换电路(如CC40109) 若电源电压不一致时可选用电平转换电路。 CMOS电路的电源电压可选318V; 而TTL电路的电源电压只能为5V。, 采用TTL的OC门实现电平转换。 若电源电压不一致时也可选用OC门实现电平转换。,2019/7/4,28,2. CMOS门驱动TTL门,(1)电平匹配 CMOS门电路作为驱动门,UOH5V,UOL0V; TTL门电路作为负载门,UIH2.0V,UIL0.8V。 电平匹配是符合要求的。,(2)电流不匹配 CMOS门电路4000系列最大允许灌电流为0.4mA, TTL门电路的IIS1.4 mA, CMOS4000系列驱动电流不足。,2019/7/4,29,(3)解决电流匹配问题,CMOS电路常用的是4000系列和54HC/74HC系列产品,后几位的序号不同,逻辑功能也不同。, 选用CMOS缓冲器 比如,CC4009的驱动电流可达4 mA。 选用高速CMOS系列产品 选用CMOS的54HC/74HC系列产品可以直接驱动TTL电路。,2019/7/4,30,表2-7 各种系列门电路的主要参数,2019/7/4,31,表2-8 常用集成门电路(TTL系列),2019/7/4,32,表2-8 常用集成门电路(CMOS系列),2019/7/4,33,本章小结,门电路是构成各种复杂数字电路的基本逻辑单元,掌握各种门电路的逻辑功能和电气特性,对于正确使用数字集成电路是十分必要的。 本章介绍了目前应用最广泛的TTL和CMOS两类集成逻辑门电路。在学习这些集成电路时,应把重点放在它们的外部特性上。外部特性包含两个内容,一个是输出与输入间的逻辑关系,即所谓逻辑功能;另一个是外部的电气特性,包括电压传输特性、输入特性、输出特性等。本章也讲一些集成电路内部结构和工作原理,但目的是帮助读者加深对器件外特性的理解,以便更好地利用这些器件。,2019/7/4,34,作业题,1、2-4 2、2-7,返回,
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