数字电路第三章门电路.ppt

3、CMOS传输门 A、电路结构： CMOS传输门电路结构逻辑符号如图所示： B、电路分析： 1）控制端C加0V，在端加UDD时： 只要输入信号的变化范围不超出0～UDD，则V1和V2同时截止，输入与输出之间呈高阻态(＞109Ω)，传输门截止。 2）若C=UDD，，而且在RL远大于V1、V2的导通电阻的情况下： 当0＜UI＜UDD-UTN时V1将导通，而当|UTP|＜UI＜ UDD时V2导通。因此，UI在0～UDD之间变化时，V1和V2至少有一个是导通的，使UI与UO两端之间呈低阻态(小1kΩ)，传输门导通。3）由于V1、V2管的结构形式是对称的，即漏极和源 极可互换使用，因而CMOS传输门属于双向器件， 它的输入端和输出端也可以互易使用。 4、模拟开关 A、电路结构： 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由CMOS传输门和一个CMOS 反相器组成，电路如图所示。B、电路分析：当C=1时，开关接通。当C=0时，开关断开。因此只要一个控制电压即可工作。和CMOS传输门 一样，模拟开关也是双向器件。CMOS逻辑门系列CMOS逻辑门器件有三大系列：4000系列，74C××系列，硅-氧化铝系列。4000B系列部分器件：各系列CMOS电路的技术参数： D、输入负载特性 输入负载特性如图示。输入电流流过RI，在RI上产生压降而形成输入端电位UI，UI随RI变化的规律即为输入端负载特性。1)、当RI很小时UI很小，相当于输入低电平，输出高电平。为了保持电路稳定地输出高电平，必须使 UI≤UOFF，即：若UOFF=0.8V，R1=3kΩ，可求得RI≤0.69kΩ，这个电阻值称为关门电阻ROFF。可见，要使与非门稳定地工作在截止状态，必须选取RI＜ROFF。同理，为了保证与非门稳定地输出低电平，应该有UI≥UON。此时求得的输入电阻称为开门电阻RON。对于典型TTL与非门，RON=2kΩ，即：RI≥RON时，才能保证与非门可靠导通。E、输出特性（输出端)输出低电平的输出特性：当输出为低电平时，V5饱和、V4截止，输出电流IL从负载流进V5，形成灌电流；当灌电流增加时，V5饱和程度减轻，因而UOL随IL增加略有增加。V5输出电阻约10～20Ω。若灌电流很大，使V5脱离饱和进入放大状态，UOL将很快增加，这是不允许的。通常为了保证输出低电平UOL≤0.35V，应使IL≤25mA。 2)、输出高电平时的输出特性：当输出为高电平时，V5截止，V3微饱和，V4导通，负载电流为拉电流，当拉电流IL＜5mA时，V3、V4处于射随器状态，因而输出高电平UOH变化不大。 当IL＞5mA时，V3进入深饱和，由于IR5≈IL，UOH≈UCC-Uces4-ILR5，故UOH将随着IL的增加而降低。 因此，为保证稳定地输出高电平，要求负载电流IL≤14mA，允许的最小负载电阻RL约为170Ω。注意：由于受到功耗的限制，74系列门电路的运用条件规定，输出为高电平时，最大负载电流不能超过0.4mA。 F、扇出系数：表示门电路能驱动同类型门的个数，是衡量门电路负载能力的指标。分低电平输出扇出系数和高电平输出扇出系数。（一般为2～8个）1）低电平输出扇出系数NL：驱动门的最大灌电流与负载门的低电平输入电流之比。2）高电平输出扇出系数NH：驱动门的最大拉电流与负载门的高电平输入电流之比。 4、举例： A、在由74系TTL与非门组成的电路中，计算门G1能 驱动多少同样的与非门。要求G1输出的高、低电平满足VOH≥3.2V，VOL≤0.4V。与非门的输入电流为IIL≤-1.6mA，IIH40μA。 VOL≤0.4V时输出电流最大值为IOL=16mA，VOH≥3.2V时输出电流最大值为IOH=-0.4mA。 G1的输出电阻可忽略不计。解：当UO=VOL=0.4V时，可求得： 当UO=VOH=3.2V时，可求得： 故G1能驱动5个同样的与非门。 B、在图示电路中，为保证U01=0.2V时U12≤0.5V，试 计算G1和G2为74系列与非门时R的最大允许值。 解： 对74系列而言，输入端的 电路结构如图示， R的最大允许值为： 已知74系列TTL与非门的R1为3K，