第3章 门电路 湘潭大学 数字电路基础.ppt

第3章 门电路;3.1概 述;正逻辑：用高电平表示逻辑1，用低电平表示逻辑0 负逻辑：用低电平表示逻辑1，用高电平表示逻辑0 在数字系统的逻辑设计中，若采用NPN晶体管和NMOS管，电源电压是正值，一般采用正逻辑。若采用的是PNP管和PMOS管，电源电压为负值，则采用负逻辑比较方便。 今后除非特别说明，一律采用正逻辑。;二、逻辑电平;VI控制开关S的断、通情况。 S断开，VO为高电平；S接通，VO为低电平。 ;高电平UH： 输入高电平UIH 输出高电平UOH 低电平UL： 输入低电平UIL 输出低电平UOL 逻辑“0”和逻辑“1”对应的电压范围宽，因此在数字电路中，对电子元件、器件参数精度的要求及其电源的稳定度的要求比模拟电路要低。;门电路;3.2.1 半导体二极管的开关特性;反向击穿电压;二极管的近似伏安特性和对应的等效电路;二极管的单向导电性： ①外加正向电压（Uth），二极管???通，导通压降约为0.7V； ②外加反向电压，二极管截止。; 利用二极管的单向导电性，相当于一个受外加电压极性控制的开关。;3.2.2 二极管与门; 电路的逻辑电平如下所示，当A 、B、F为高电平时用逻辑1表示，低电平时则用逻辑0表示。真值表为： 其逻辑表达式为 。 此与门电路一般仅作集成电路内部的逻辑单元，而不直接去驱动负载电路。;或门：实现或运算的电路。 电路及其逻辑符号如图所示。 输入A、B当中只要有一个为高电平时，则其支路中二极管导通，使输出端F为高电平。只有A、B全为低电平时，输出端F才为低电平。 ; 电路逻辑电平和真值表为： 逻辑表达式为： 和与门电路一样，只用于集成电路的内部逻辑单元。 ; 由于二极管的电平偏移问题，只用于集成电路内部的逻辑单元，因此，仅仅用二极管门电路无法制作具有标准输出电平的集成电路。;3.3 CMOS门电路; MOS管是金属—氧化物—半导体场效应管的简称。（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor） 由于只有多数载流子参与导电，故也称为单极型三极管。;;二、MOS管的输入和输出特性 共源接法中，加入VGS不会有栅极电流流通。 共源接法的输出特性曲线（也叫MOS管的漏极特性曲线）;当 时，工作在截止区； 当 时，可分为两个区域如图： 1.可变电阻区 2.恒流区 ;iD;三、MOS管的基本开关电路;选择合适的电路参数，则可以保证: 1.当uI=UIH时，MOS管导通，uo=0=UOL － 开关闭合 2.当uI=UIL时，MOS管截止，uO=VDD=UOH － 开关断开 ;四、MOS管的开关等效电路;五、MOS管的四种类型;四种类型的CMOS管的比较;3.3.2CMOS反相器的电路结构和工作原理;一、CMOS反相器的电路结构;二、电压传输特性和电流传输特性;3.输入端噪声容限;CMOS反相器输入噪声容限与VDD的关系;3.3.3 CMOS反相器的静态输入特性和输出特性;CMOS反相器的输入特性;输出特性是指从反相器输出端看进去输出电压和输入电流的关系;高电平输出特性;3.3.4 CMOS反相器的动态特性;二、交流噪声容限 ;三、动态功耗 动态功耗：CMOS反相器从一种稳定的工作状态转变到另一种稳定状态的过程中，将产生的附加功耗。 动态功耗分为两部分： PC对负载电容充、放电所消耗的功率； PT由于两个MOS管T1和T2在短时间内同时导通所消耗的瞬时导通功耗。;CMOS反相器对负载电容的充、放电电流波形; 瞬时导通电流iT流过T1和T2,瞬时导通功耗PT和电源电压VDD、输入信号的重复频率f以及电路内部参数有关。;CMOS反相器的静态漏电流;CMOS反相器的工作时的全部功耗PTOT等于动态功耗PD和静态功耗PS之和。 静态功耗PS随温度的改变而改变，通常时以指定电源电压下的静态漏电流的形式给出。 ;例题;自己做练习;一、其它逻辑功能的CMOS门电路 在CMOS门电路的系列产品中，除反相器外常用的还有或非门、与非门、或门、与门、与或非门、异或门等几种。;A;特点：需外接上拉电阻。 应用：满足输出电平转换、吸收大负载电流 以及输出端可以并接，实现“线与”功能。 ;OD门的应用：实现线与逻辑; 上拉电阻RL的计算： 如每个OD门输出管截止时的漏电流为IOH，负载门每个输入端的高电平输入电流为IIH,要求输出高电平不低于VOH,则可得到RL的最大容许值： 其中n时并联OD门的数目，m是负载门电路高电平