逻辑门电路用.pptx

第三章 逻辑门电路1逻辑门电路逻辑门电路2TTL集成门电路集成门电路3MOS集成门电路集成门电路1逻辑门电路逻辑门电路门：具有开关作用。门：具有开关作用。门电路：具有控制信号通过或不通过能力的电路。门电路：具有控制信号通过或不通过能力的电路。一、器件的开关作用一、器件的开关作用开关特性开关特性体现开关作用体现开关作用静态特性静态特性转换过程转换过程动态特性动态特性理想开关特性理想开关特性Z0短路、相当开关闭合短路、相当开关闭合Z断路、相当开关断开断路、相当开关断开二、半导体二极管的开关特性二、半导体二极管的开关特性DR+开关作用开关作用D正偏正偏导通导通UD很小很小电路导通电路导通UD0.7V硅管硅管UD0.3V,锗管锗管D反偏反偏截止截止UD很大很大电路断开电路断开注注:讲课如不特殊说明讲课如不特殊说明,均以硅管为例均以硅管为例.动态特性动态特性D正偏时，正偏时，PN结电阻较小。加上反压后，结电阻较小。加上反压后，形成较大的形成较大的I2；尔后，随着结电阻的增加，；尔后，随着结电阻的增加，反向电流逐渐减小，直至漏电流反向电流逐渐减小，直至漏电流Is。DR+ttIs反向恢复过程反向恢复过程:反向恢复时间反向恢复时间tre说明说明:转换时间：截止转换时间：截止导通导通较小较小导通导通截止较大截止较大故故D的开关时间以的开关时间以tre来衡量。来衡量。Vi的最高频率以的最高频率以10tre来取值。来取值。R二极管的开关特性二极管的开关特性二极管的开关特性二极管的开关特性导通导通截止截止相当于相当于相当于相当于开关断开开关断开开关断开开关断开相当于相当于相当于相当于开关闭合开关闭合开关闭合开关闭合S3V0VSRRD3V0V三、半导体三极管的开关特性三、半导体三极管的开关特性开关作用开关作用10KVcc=5V1k Vo=30T截止截止饱和饱和放大放大Vbe Vbc反偏反偏反偏，反偏，ibic0，开关断开。，开关断开。正偏正偏反偏，反偏，ic ib，线性放大。线性放大。正偏正偏正偏，正偏，ib Ibs ，开关闭合。开关闭合。ibic开关作用（续）开关作用（续）临界饱和：临界饱和饱和系数：饱和系数：10KVcc=5V1k Y=30TB越大，饱和越深；越大，饱和越深；反之饱和则浅反之饱和则浅说明：说明：因因所以，临界饱和电流是由外电路（所以，临界饱和电流是由外电路（Rc）决定的，）决定的，Rc不同，临界饱和电流是不一样的。不同，临界饱和电流是不一样的。Vbc0 V时，时，T处于临界饱和处于临界饱和例例1:计算图示电路的临界饱和电流。计算图示电路的临界饱和电流。=30Vces=0.3VRbTRcReicibieVccVo动态特性动态特性T从：从：截止截止导通导通，建立电荷需要时间，建立电荷需要时间ton导通导通截止存储电荷消散需要时间截止存储电荷消散需要时间toff开关时间开关时间:说明说明:转换时间：截止转换时间：截止导通导通时间时间ton较小较小导通导通截止时间截止时间toff较大较大toff中中 ts占主要部分。占主要部分。tt开启开启 延时延时 上升上升关闭关闭 存储存储 下降下降10KVcc=5V1k YT三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性三极管的开关特性饱和饱和截止截止截止截止3V0VuO 0相当于相当于相当于相当于开关断开开关断开开关断开开关断开相当于相当于相当于相当于开关闭合开关闭合开关闭合开关闭合uO UCC+UCCuiRBRCuOTuO+UCCRCECuO+UCCRCEC3V0V四、基本门电路四、基本门电路对应三种基本逻辑运算，有三种基本门电路二极管与门（二极管与门（D与门）与门）电路电路 5V A0V BFRD1D2Vcc（5V）原理原理VAVBVFD1 D20V 0V 0.7V 通通通通0V 5V 0.7V 通通止止5V 0V 0.7V 止止通通5V 5V 5 V 止止止止电路分析要求出输入的电路分析要求出输入的各种组合与输出的关系各种组合与输出的关系电位表：电位表：二极管与门二极管与门(续续)VAVBVFD1 D20V 0V 0.7V 通通通通0V 5V 0.7V 通通止止5V 0V 0.7V 止止通通5V 5V 5 V 止止止止0低电位低电位1高电位高电位真值表真值表:A B F 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1实现实现了与了与逻辑逻辑功能功能实现实现了与了与逻辑逻辑功能功能符号符号ABF&国标国标惯用惯用国外国外ABFABF二极管或门（二极管或门（D或门）或门）电路电路 5V A0V BFRD1D2原理原理VAVBVFD1 D20V 0V 0V 止止止止0V 5V 4.3V 止止通通5V 0V 4.3V 通通止止5V 5V 4.3V 通通通通电位表：电位表：0低电位低电位1高电位高电位真值表真值表:A B F 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1实现实现了或了或逻辑逻辑功能功能实现实现了或了或逻辑逻辑功能功能符号符号国标国标惯用惯用国外国外FAB1ABFABF晶体管非门晶体管非门(反相器反相器)符号符号电路电路原理原理VAVFT0V 5V 止止5V 0.3V 通通电位表：电位表：真值表真值表:A F 0 1 1 0实现实现了非了非逻辑逻辑功能功能实现实现了非了非逻辑逻辑功能功能ARbRcVcc(5V)FT国标国标惯用惯用国外国外FA1AFFA复合门复合门把单级门电路把单级门电路级联级联起来起来,构成复合门构成复合门,如如:与非门、或非门等等与非门、或非门等等。异或门YY与非门YABY或非门异或非门YYYY国标国标惯用惯用国外国外ABABABABABABABY&Y1Y=1Y=ABABABAB正逻辑正逻辑门电路的输入、输出电压定义为：门电路的输入、输出电压定义为：负逻辑负逻辑说明：说明：前面所述基本门电路均以正逻辑定义。前面所述基本门电路均以正逻辑定义。同一个逻辑门电路，在不同逻辑定义下，同一个逻辑门电路，在不同逻辑定义下，实现的逻辑功能不同。实现的逻辑功能不同。数字系统中，不是采用正逻辑就是采用数字系统中，不是采用正逻辑就是采用负逻辑，而负逻辑，而不能混合使用不能混合使用。本书中采用本书中采用正正逻辑系统。逻辑系统。低电位低电位0高电位高电位1门电路的输入、输出电压定义为：门电路的输入、输出电压定义为：低电位低电位1高电位高电位0五、逻辑约定五、逻辑约定正负逻辑约定举例正负逻辑约定举例VAVBVFD1 D20V 0V 0.7V 通通通通0V 5V 0.7V 通通止止5V 0V 0.7V 止止通通5V 5V 5 V 止止止止正逻辑正逻辑 5V A0V BFRD1D2Vcc（5V）电位表：电位表：A B F 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1负逻辑负逻辑 A B F 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0真值表真值表真值表真值表正与逻辑正与逻辑负或逻辑负或逻辑FABFAB等价等价正负逻辑转换正负逻辑转换（只需了解）（只需了解）依据依据:一个门的输入和输出同一个门的输入和输出同时取反，则：时取反，则：正逻辑正逻辑负逻辑负逻辑目的：目的：方法：方法：从后往前的奇数级上，输入、输出都取反，且与门或门，或门与门，即可化简电路。化简和转换电路。Y&AB&CDEH正负逻辑转换举例正负逻辑转换举例Y&AB&CDEH1.奇数级，前后取反奇数级，前后取反2.相互抵消相互抵消3.与门与门或门或门11Y&AB&CDEH11例：根据输入波形画出输出波形例：根据输入波形画出输出波形Y2ABY1有有“0”出出“0”，全，全“1”出出“1”&ABF1ABY21有有“1”出出“1”，全，全“0”出出“0”1.“与与”门电路门电路即：有即：有“0”出出“0”，全全“1”出出“1”真值表真值表ABY输输入入输出输出000101110100Y=AB.逻辑表达式：逻辑表达式：小小 结结&ABY逻辑符号：逻辑符号：2.“或或”门电路门电路Y=A+B逻辑表达式：逻辑表达式：即：有即：有“1”出出“1”，全全“0”出出“0”逻辑符号：逻辑符号：1ABY3.“非非”门电路门电路逻辑表达式：逻辑表达式：Y=A逻辑符号逻辑符号1AY有有“0”出出“1”，全，全“1”出出“0”4“与非与非”门门逻辑式：逻辑式：Y=AB逻辑符号：逻辑符号：&ABY有有“1”出出“0”，全，全“0”出出“1”5“或非或非”门门逻辑式：逻辑式：Y=A+B“或非或非”门门1ABYY=AB=AB.由逻辑代数运算法则：由逻辑代数运算法则：2.应用应用“与非与非”门构成门构成“与与”门电路门电路AY&B&Y=A&YA1.应用应用“与非与非”门构成门构成“非非”门电路门电路各种门电路的转换Y=A+B=AB=AB.由逻辑代数运算法则：由逻辑代数运算法则：4.用用“与非与非”门构成门构成“或非或非”门门YBA&3.应用应用“与非与非”门构成门构成“或或”门电路门电路Y=A+B=A+B=AB.由逻辑代数运算法则：由逻辑代数运算法则：BAY&例：用例：用“与非与非”门实现下面逻辑关系，画出逻辑门实现下面逻辑关系，画出逻辑图图Y=AB+AC+ABC=AB+AC+ABC=ABACABC.ACB11&.YAC2TTL集成门电路集成门电路(与非门与非门)二极管二极管-晶体三极管逻辑门（晶体三极管逻辑门（DTL）集集晶体三极管晶体三极管-晶体三极管逻辑门晶体三极管逻辑门（TTL）成成双极型双极型射极耦合逻辑门射极耦合逻辑门（ECL）逻逻集成注入逻辑门电路集成注入逻辑门电路（）辑辑N沟道沟道MOS门门(NMOS)门门单极型单极型(MOS型型)P沟道沟道MOS门门(PMOS)互补互补MOS门门(CMOS)集成门电路按开关元件分类集成门电路按开关元件分类集成：把晶体管、电阻、和导线等封装在一个芯片上。集成：把晶体管、电阻、和导线等封装在一个芯片上。一、电路一、电路+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC 多发射极多发射极输入级输入级中间中间倒相级倒相级推挽推挽输出级输出级输输入入级级由由多多发发射射极极晶晶体体管管T1和和基基极极电电组组R1组组成成，它它实实现现了了输输入入变变量量A、B、C的与运算。的与运算。BFRD1D3Vcc（5V）D2ACD4中间级是放大中间级是放大级，由级，由T2、R2和和R3组成，组成，T2的集电极的集电极C2和和发射极发射极E2可以可以分提供两个相分提供两个相位相反的电压位相反的电压信号信号C2E2输出级：由输出级：由T3、T4、T5和和R4、R5组成，其中组成，其中T3、T4构成复合构成复合管，与管，与T5组成推拉式输出结构，组成推拉式输出结构，具有较强的负载能力。具有较强的负载能力。“0”1VVb1=0.3+0.7=1VVb1=0.3+0.7=1V三个三个PN结结导通需导通需2.1V+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1VVV 3.63.60.3二、工作原理二、工作原理T1T1深饱和深饱和T2T2截止截止T5T5截止截止1.输入有低电平（输入有低电平（0.3V）时）时不足以让不足以让T2、T5导通导通+5VFR4R2R13kR5T3T4T1b1c1ABC“0”1Vuouo=5-uR2-ube3-ube4 3.6V高电平！高电平！1.输入有低电平（输入有低电平（0.3V）时）时(续续)T1T1深饱和深饱和T2T2截止截止T5T5截止截止T3T3微饱和微饱和T4T4放大放大结论结论1:输入有低时输入有低时,输出为高输出为高T1:T1:倒置倒置全饱和导通全饱和导通Vb1=2.1VVc1=1.4V全反偏全反偏 1V截止截止+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC 2.输入全为高电平（输入全为高电平（3.6V）时）时2.1V1.4VT1管管:Ve1=3.6VVb1=2.1VVc1=1.4VT1管在倒置工作状态管在倒置工作状态3.6VT2,T5管饱和导通,Vce2=0.3V所以:Vc2=1VT3:放大 Vb4=0.3V T4:截止0.3VT2:T2:饱和饱和T5:T5:饱和饱和T3:T3:放大放大T4:T4:截止截止放大放大+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC饱和饱和uF=0.3V 2.输入全为高电平（输入全为高电平（3.6V）时）时续续)饱和饱和3.6VT1:T1:倒置倒置T2:T2:饱和饱和T5:T5:饱和饱和T3:T3:放大放大T4:T4:截止截止结论结论2:输入全高时输入全高时,输出为低输出为低T5饱和,Vce5=0.3V工作原理小结工作原理小结:1.输入有低电平（输入有低电平（0.3V）时）时 V VF F=3.6V=3.6V2.输入全为高电平（输入全为高电平（3.6V）时）时 V VF F=0.3V=0.3VT1:T1:倒置倒置T2:T2:饱和饱和T3:T3:放大放大T4:T4:截止截止T5:T5:饱和饱和T1T1深饱和深饱和T2T2截止截止T3T3微饱和微饱和T4T4放大放大T5T5截止截止3.逻辑功能逻辑功能TTLTTL集成电路的外特性：集成电路的外特性：电压传输特性电压传输特性 V VO O=f(Vf(Vi i)输入输入/输出特性输出特性VOH输出高电平，输出高电平，VOL输出低电平，输出低电平，VOFF关门电平，关门电平，VON开门电平：开门电平：VT门坎电平，门坎电平，噪声容限：噪声容限：VNH，VNL。输入伏安特性输入伏安特性ii=f（Vi）输入负载特性输入负载特性Vi=f（Ri）开门电阻开门电阻RON，关门电阻，关门电阻ROFF输出特性输出特性Vo=f（io）输出低电平，输出低电平，输出高电平输出高电平输入短路电流输入短路电流IIS输入漏电流输入漏电流IIH灌电流灌电流 拉电流拉电流扇出系数扇出系数三、电压传输特性三、电压传输特性ViVo&VVVCC输出电压输出电压V VO O随输入电压随输入电压V Vi i变化的关系曲线，即变化的关系曲线，即 V VO O=f f(V(Vi i)。测试电路测试电路传输特性曲线传输特性曲线V0(V)Vi(V)1233.6VBCDE0.6V 1.4V0A电压传输特性电压传输特性+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC 几个参数几个参数VOH输出高电平：输出高电平：VOL输出低电平：输出低电平：与非门输入有低时，与非门输入有低时，Vo VOH 产品规范值产品规范值:VOH2.4V典典 型型 值值:VOH3.5V标准高电平标准高电平:VOH=VSH=2.4V与非门输入全高时，与非门输入全高时，Vo VOL 产品规范值产品规范值:VOL0.4V典典 型型 值值:VOL0.3V标准高低平标准高低平:VOL=VSL=0.4V1.VOH 和和 VOL都是对具体门输出高、低电平都是对具体门输出高、低电平电压值电压值的的 要求。要求。2.高电平表示一种状态，低电平表示另一种状态，高电平表示一种状态，低电平表示另一种状态，一种状态对应一定的电压范围，而不是一个固定值。一种状态对应一定的电压范围，而不是一个固定值。说明：说明：0V5V2.4VVSLVSH0.4V几个参数（续）几个参数（续）VOFF关门电平：关门电平：VON开门电平：开门电平：VT门坎电平：门坎电平：与非门在保证输出为高电平时，与非门在保证输出为高电平时，允许的最大输入低电平值。允许的最大输入低电平值。VOFF0.8V与非门在保证输出为低电平时，与非门在保证输出为低电平时，允许的最小输入高电平值。允许的最小输入高电平值。VON2 V此时输入有低此时输入有低此时输入全高此时输入全高噪声容限噪声容限VSHVONVOFFVSLVNHVNL1100定义：定义：高电平噪声容限高电平噪声容限VNH VSH VON 2.420.4V低电平噪声容限低电平噪声容限VNLVOFF VSL0.80.4V0.4V在保证在保证输出输出高、低电平高、低电平性质性质不变不变的条件下，输入电平的允许波动的条件下，输入电平的允许波动范围称为范围称为输入端噪声容限输入端噪声容限。四、输入四、输入/输出特性输出特性输输入入伏伏安安特特性性：输输入入电电压压与与输输入入电电流流之之间间的的关关系系曲曲线线，即即ii=f（Vi）+5VR2R13kT2T1ViIR1Ii-1.4mA1.4V3.6VIISIIH=50A测试电路测试电路特性曲线特性曲线输入伏安特性输入伏安特性(续续1)输入短路电流输入短路电流IISVi=0V时由输入端流出的电流。时由输入端流出的电流。+5VR2R13kT2T1ViIR1IiIIS-1.4mAVi=01.4V时时,IC1变化很小变化很小,Ii的的绝对值也只略有绝对值也只略有减少。减少。3.6V1.4V设定设定正方正方向向输入有低输入有低,T2截止。截止。输入伏安特性输入伏安特性(续续2)输入漏电流输入漏电流IIH（输入高电平电流）（输入高电平电流）+5VR2R13kT2T1ViIR1Ii-1.4mAIC1假定假定正方正方向向Vi=3.6V时时,由输入端流入的电流。由输入端流入的电流。IIH=50A3.6VIIS1.4VIIHVi=1.4V时时,T5开开始导通，始导通，IC1迅速迅速增大增大Ii迅速减迅速减小。小。=3.6V条件：前级输出为条件：前级输出为低电平。低电平。R1T1+5V前级前级后级后级对前级而言，电流对前级而言，电流灌入，称灌入，称灌电流，灌电流，约约1.4mA（IIS）+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1 输入伏安特性输入伏安特性(续续3)灌电流灌电流R1T1+5V前级前级后级后级反偏反偏+5VR4R2R5T3T4 拉拉电流电流输入伏安特性输入伏安特性(续续4)条件：前级输出为条件：前级输出为高电平。高电平。对前级而言，电流对前级而言，电流流出，称流出，称拉电流，拉电流，约约50A（IIH）3.6V即输入端通过电阻即输入端通过电阻R接地时的特性接地时的特性输入端输入端“1”,“0”？+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC 输入负载特性输入负载特性ViRVi1K），由于分布），由于分布电容电容Co的存在，电平高低变化时充放电较慢，影的存在，电平高低变化时充放电较慢，影响其工作速度。响其工作速度。NMOS管管驱动管驱动管PMOS管管负载管负载管一、一、CMOS反相器反相器VDDAFSPDNGPVPVNDPSNGN漏极相连漏极相连做输出端做输出端PMOSPMOS管的衬底总是接到管的衬底总是接到电路的电路的最高电位最高电位NMOSNMOS管的衬底总是接到管的衬底总是接到电路的电路的最低电位最低电位柵柵极极相相连连做输入端做输入端电路电路A=1导通导通截止截止V=0V即即F0VDDAFVPVN工作原理工作原理设设VDD10V，A1时，时，VA10VA0时，时，VA0VVgsP0 VVgsN=10 V工作原理（续）工作原理（续）A=0截止截止导通导通V=10V即即F1VDDAFVPVN设设VDD10V，A1时，时，VA10VA0时，时，VA0VVgsP=10 VVgsN=0 VAVPVNF0导通导通截止截止11截止截止导通导通0 结论：结论：VDDCDAB1/2VDD1/2VDDVDDOvOvIVTPVTN电压传输特性电压传输特性AB段：段：VP导通，导通，VN截止。截止。VO=VOHVDDCD段：段：VN导通，导通，VP截止。截止。VO=VOL0CMOS反相器的电压传输特性接近反相器的电压传输特性接近于理想的反相器。于理想的反相器。BC段：段：VP、VN都导通，都导通，VP 、VN内阻变化，内阻变化，VO=VDD0电压电流传输特性电压电流传输特性VDDAFVPVN电流传输特性：电流传输特性：ABCD1/2VDDVDDvIiDOVTN VTPAB段、段、CD段：段：曲线对应曲线对应VP、VN中只有中只有一管导通的情况，一管导通的情况，CMOS管截止状态的漏极电流极管截止状态的漏极电流极小，接近于零。小，接近于零。BC段：段：VP、VN两管都导通，工两管都导通，工作在饱和区（作在饱和区（放大状态放大状态），），VI=1/2VDD时电阻最小，电时电阻最小，电流达到最大值。流达到最大值。思考：思考：图示电路中，输入端图示电路中，输入端A具有怎样的逻辑值。具有怎样的逻辑值。（1？或？或0？）？）VDDAFRVPVN二、二、CMOS与非门与非门(自学自学)VDDVP2VP1VN2VN1ABF电路电路负载管并联负载管并联驱动管串联驱动管串联工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABFA=0,B=0:设设VDD10V，AB1时，时，VAVB10VAB0时，时，VAVB0VVgsP1=VgsP2=10 VVgsN1=VgsN2=0 VVN1、VN2：截止：截止VP1、VP2：导通：导通F=1001工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABF设设VDD10V，AB1时，时，VAVB10VAB0时，时，VAVB0VA=0,B=0:VN1、VN2截止：截止VP1、VP2：导通：导通F=1A=0,B=1:VN1、VP2：导通：导通VP1、VN2：截止：截止F=1011工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABF设设VDD10V，AB1时，时，VAVB10VAB0时，时，VAVB0VA=0,B=0:VN1、VN2：截止：截止VP1、VP2：导通：导通F=1A=0,B=1:VN1、VP2：截止：截止VP1、VN2：导通：导通F=1101A=1,B=0:VP1、VN2：导通：导通VN1、VP2：截止：截止F=1工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABF设设VDD10V，AB1时，时，VAVB10VAB0时，时，VAVB0V110A=0,B=0:VN1、VN2：截止：截止VP1、VP2：导通：导通F=1A=0,B=1:VN1、VP2：截止：截止VP1、VN2：导通：导通F=1A=1,B=0:VP1、VN2：截止：截止VN1、VP2：导通：导通F=1A=1,B=1:VP1、VP2：截止：截止VN1、VN2：导通：导通F=0工作原理（续）工作原理（续）逻辑关系逻辑关系:A B VP1 VP2 VN1 VN2 Y 0 0 导通导通 导通导通 截止截止 截止截止 10 1 截止截止 导通导通 导通导通 截止截止 11 0 导通导通 截止截止 截止截止 导通导通 11 1 截止截止 截止截止 导通导通 导通导通 0负载管负载管驱动管驱动管三、三、CMOS或非门或非门(自学自学)电路电路VDDVP2VP1VN2VN1ABF负载管串联负载管串联驱动管并联驱动管并联工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABF设设VDD10V，AB1时，时，VAVB10VAB0时，时，VAVB0VA=0,B=0:VP1、VP2：导通：导通F=1VN1、VN2：截止：截止VgsN1=VgsN2=0 VVgsP1=VgsP2=10 V001工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABF设设VDD10V，AB1时，时，VAVB10VAB0时，时，VAVB0VA=0,B=0:VP1、VP2：导通：导通F=1VN1、VN2：截止：截止010A=0,B=1:VN1、VP2：截止：截止VP1、VN2：导通：导通F=0工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABF设设VDD10V，AB1时，时，VAVB10VAB0时，时，VAVB0V100A=0,B=0:VP1、VP2：导通：导通F=1VN1、VN2：截止：截止A=0,B=1:VN1、VP2：截止：截止VP1、VN2：导通：导通F=0A=1,B=0:F=0VP1、VN2：截止：截止VN1、VP2：导通：导通工作原理工作原理VDDVP2VP1VN2VN1ABF设设VDD10V，AB1时，时，VAVB10VAB0时，时，VAVB0V110A=0,B=0:VP1、VP2：导通：导通F=1VN1、VN2：截止：截止A=0,B=1:VN1、VP2：截止：截止VP1、VN2：导通：导通F=0A=1,B=0:F=0VP1、VN2：截止：截止VN1、VP2：导通：导通A=1,B=1:VP1、VP2：截止：截止VN1、VN2：导通：导通F=0工作原理（续）工作原理（续）逻辑关系逻辑关系:A B VP1 VP2 VN1 VN2 Y0 0 导通导通 导通导通 截止截止 截止截止 10 1 导通导通 截止截止 截止截止 导通导通 01 0 截止截止 导通导通 导通导通 截止截止 01 1 截止截止 截止截止 导通导通 导通导通 0负载管负载管驱动管驱动管四、四、CMOS传输门传输门(TG)由两个对称的由两个对称的MOS管组成。传管组成。传输模拟信号的模拟开关：输模拟信号的模拟开关：VOVI+5V-5VVPVNCCvIvOvIvOCCTG1.电路电路栅极（栅极（g）：控制端）：控制端源极（源极（S）：输入）：输入漏极（漏极（D）：输出）：输出符号：符号：ggSD工作原理工作原理C=5V,C=+5V:所以：所以：VP，VN都都截止截止。即：。即：VI无论如何变化，无论如何变化，VI,VO之间呈现高阻状态，传输门断开。之间呈现高阻状态，传输门断开。设设:VI5V5V5V5V+5V-5VVPVNCCvIvOgsgVP:VGSPVTP=2VVN:VGSNVTN=2V导通条件导通条件工作原理（续工作原理（续1）C=5V,C=5V:设设:VI5V5V5V5VV VN N 导通导通V VN N 截止截止V VP P 截止截止V VP P 导通导通VI5V3VVI3V5VVI5V3VVI3V5V+5V-5VVPVNCCvIvOgsgVP:VGSPVTP=2VVN:VGSNVTN=2V导通条件导通条件导通导通截止截止3V 5V5V截止截止导通导通5V 3V5V工作原理（续工作原理（续2）v vI I0VN管管VP管管结论：结论：C=5V,C=5V时，在时，在v vI I5V5V范围内，范围内，VN和和VP 总有一个管子导通，所以总有一个管子导通，所以VOVI。3.CMOS双向模拟开关双向模拟开关TGCvI/vOvO/vICvI/vOvO/vISW由由CMOS反相器和反相器和CMOS传输门组成传输门组成MOS管结构对称，漏极和管结构对称，漏极和源极可以互换源极可以互换,CMOS具有双具有双向传输特性。向传输特性。功能：功能：C1时，传输门导通，时，传输门导通，内阻内阻R1K。C0时，传输门截止，时，传输门截止，内阻内阻R109。1运用：双向传输模拟信号。运用：双向传输模拟信号。五、五、CMOSCMOS系列器件系列器件4000系列系列:基本基本CMOS门电路门电路4000B/4500/5000系列系列:改进改进CMOS门电路门电路74HC/74HCT系列系列:高速高速CMOS门电路，引脚与门电路，引脚与TTL兼容兼容Bi-CMOS(74BCT)系列门电路系列门电路:输入部分使用输入部分使用CMOS电路，输出部分使用电路，输出部分使用TTL电路，同时具有电路，同时具有CMOS门电路的低功耗和门电路的低功耗和TTL电路的高速度，兼容电路的高速度，兼容TTL门电路，传输延门电路，传输延迟可以低到迟可以低到1ns以下。以下。CC4011 中国造MC4011 美,摩托罗拉CD4011 美,无线电公司HD4011 日,日立公司（4011：2输入端4与非门）六、逻辑门电路应用中的几个问题逻辑门电路应用中的几个问题接口的原则：接口的原则：无论何种门电路互连，都需要满足电压和电流的接口条件。无论何种门电路互连，都需要满足电压和电流的接口条件。驱动门驱动门(前前)负载门负载门(后后)电压接口电压接口电流接口电流接口VOHVIHVOLnIIL灌电流灌电流IOHnIIH拉电流拉电流1.CMOS门电路与门电路与TTL门电路的接口门电路的接口以上数据是在以上数据是在VCC=VDD=+5V时的值时的值 TTL门驱动门驱动CMOS门门TTL的输出高电平和的输出高电平和CMOS的输入高电平不匹配。的输入高电平不匹配。1）VDDVCC时，外加上拉电阻，把时，外加上拉电阻，把VOH(TTL)拉上来，达到拉上来，达到VIH(CMOS)的要求的要求外加上拉电阻后，外加上拉电阻后，TTL门在输出高门在输出高电平时电平时T4,T5都截止都截止VOH=VDD-R(IO+IIH)其中其中Io是是T5截止时的漏电流截止时的漏电流IO,IIH都很小所以，都很小所以，R一般为一般为1k4.7k即可。此时即可。此时VOH被提被提升到接近升到接近VDD。VDDRIOVCCR4R5T3T4T5IIH需要上拉到比较高的电压，普通需要上拉到比较高的电压，普通TTL门电路不能承受。门电路不能承受。如如VDD=15V,则则VIH约约11V。这种情况可以使用。这种情况可以使用OC门加上拉电门加上拉电阻的方法实现。计算方法如前。阻的方法实现。计算方法如前。VCCT2T3VDD还可以使用专门的接口电路如还可以使用专门的接口电路如CC40109:74HCT系列系列CMOS逻辑门电路逻辑门电路VIH=2V，可以直接驱动，可以直接驱动2）VDDVCC时时ROC门门CMOS门门3）加晶体管驱动）加晶体管驱动VDDVCCR4R5T3T4T5RCRbTT：采用：采用NPN管，管，100RC：5001.5K Rb：4.7K 10K CMOS门驱动门驱动TTL门门IOL(CMOS)3.2mA的的CC4010，IOL16mA的的CC40107等。等。3)使用分立元件自行搭制电流放大电路（电路同前）。使用分立元件自行搭制电流放大电路（电路同前）。4）74HCT/74HC系列系列CMOS门电路可以直接驱动门电路可以直接驱动TTL门电路。门电路。门电路驱动其它负载门电路驱动其它负载驱动驱动LEDTTLTTL门电路门电路I IOHOH很小很小,不适于不适于用拉电流驱动。用拉电流驱动。关键是要向关键是要向LED提供足够的电流，才能使提供足够的电流，才能使LED点亮点亮设设LEDLED需要的点亮电流为需要的点亮电流为I ID D。拉电流拉电流:灌电流：灌电流：R=?拉电流驱动拉电流驱动1VCCR=?灌电流驱动灌电流驱动1加晶体管驱动加晶体管驱动LEDVCCR1RbTT：采用：采用NPN管，管，100R：200 500Rb：4.7K 10K 感性负载主要指继电器，主要是感性负载主要指继电器，主要是驱动电流驱动电流能力不足。能力不足。1 1）可以使用门电路并联的方法。）可以使用门电路并联的方法。2 2）常用晶体管驱动。）常用晶体管驱动。1RbTVCC继电器继电器RT：采用：采用NPN管，管，100R：根据选择的继电器来决定：根据选择的继电器来决定Rb：4.7K 10K 反并联二极管防止继电反并联二极管防止继电器断开时产生高反压而器断开时产生高反压而损坏器件。损坏器件。驱动感性负载驱动感性负载多余端处理多余端处理防止干扰信号引入、稳定可靠；不改变电路的工作状态。防止干扰信号引入、稳定可靠；不改变电路的工作状态。TTL门电路悬空相当于接高电平；门电路悬空相当于接高电平；CMOS门电路输入悬空会由于干扰破坏原来的逻辑状态。门电路输入悬空会由于干扰破坏原来的逻辑状态。常用方法：常用方法：与输入（与门、与非门、与或非门）：与输入（与门、与非门、与或非门）：接高电平（接高电平（VCC）并联并联悬空（悬空（TTL）或输入（或门、或非门）：或输入（或门、或非门）：接地电平（接地电平（GND）原则：原则：CMOS器件应用注意器件应用注意焊接时人体及工具（电烙铁）要求接地。焊接时人体及工具（电烙铁）要求接地。采用绝缘栅工艺，易感应电荷，导致器件击穿，采用绝缘栅工艺，易感应电荷，导致器件击穿，不要触摸管脚，尤其不要摩擦。不要触摸管脚，尤其不要摩擦。本章要求：本章要求：1.1.熟练掌握各种门的功能、外特性、主要性能参数熟练掌握各种门的功能、外特性、主要性能参数（速度、负载能力、抗干扰能力、功耗）。（速度、负载能力、抗干扰能力、功耗）。2.2.熟练掌握特殊门（熟练掌握特殊门（OCOC门、三态门、传输门）的特门、三态门、传输门）的特点、用途。点、用途。3.3.了解各种门的结构原理。了解各种门的结构原理。作业：作业：3135（F2、F4）36思考：思考：3839本章完本章完+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1集电极开路门集电极开路门(OC门门)电路电路无无T3,T4VCC2RL 负载电阻负载电阻VCC1例例1、P78题图题图3.7X或或Y 1 1时时 V5截止、截止、V6饱和饱和F F0 0+5VFV2V5V1V6AB V3CDV4XYXY 0 0时时 V5饱和、饱和、V6截止截止F F1 1VD例2 P80题图313(b)VDDVP2VP1VN2VN1ABF211ABF21例2 P80题图313(a)VDDVP2VP1VN2VN1ABF111AB1F11