第6章门电路.ppt

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1、第6章门电路门电路是实现逻辑的电路，常由二极管、三极管或场效应管组成。逻辑门是所有数字电路的基础，本章介绍CMOS与TTL逻辑门电路的基本工作原理与技术参数。6.1数字逻辑信号1．数字逻辑值“0”和“1”与数字逻辑信号电平之间的关系数字逻辑信号是具有“低电平”和“高电平”的电压值，要想用数字电路来操作数字逻辑值“0”和“1”，就必须使数字逻辑值“0”和“1”与数字逻辑信号“低电平”和“高电平”之间有对应关系。按照正逻辑约定，逻辑“0”用低电平信号表示；逻辑“1”用高电平信号表示。按照负逻辑约定，“0”用高电平信号表示；“1”用低电平信号表示，这种逻辑约定不太符合人们的习惯思维方式。

2、2．数字逻辑信号电平数字逻辑信号电平分为高电平和低电平输出的高电平表示逻辑1输出的高电平表示逻辑0输出的低电平表示逻辑0输出的低电平表示逻辑1需要注意的是逻辑高电平和低电平都是一个范围VLmaxVHmin6.2CMOS门电路6.2.1MOS晶体管金属-氧化物-半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor，简称MOS管）是外加电压控制导电沟道宽窄的器件，依据参与导电的载流子分类，若空穴参与导电称为PMOS管，若是电子参与导电称为NMOS管。由于导电沟道的宽窄与导电沟道呈现的电阻成比例，所以MOS管可以模型化为输

3、入电压控制的可变电阻，其输入电压可以控制电阻阻值的大小。确定的输入电压可以使电阻的阻值很大，使MOS管夹断（off）；或是使电阻的阻值很小，使MOS管导通（on）。若MOS管在无控制电压时，不具有导电沟道，加控制电压形成导电沟道，则称为增强型MOS管；若MOS管在无控制电压时，具有导电沟道，加控制电压使导电沟道变窄，则为耗尽型MOS管。控制栅极和源极之间的电压Vgs，就可以控制漏极和源极之间的电阻Rds，当Vgs=0时，就是栅极电压与源极电压相等时，Rds电阻很大，至少有106Ω；当Vgs增加到足够大，就是栅极电压减去源极电压的数值很大时，Rds电阻可以很小。PMOS管的栅极与源极

4、之间的电压Vgs也可以控制漏极和源极之间的电阻Rds。当Vgs=0时，就是栅极电压与源极电压相等时，Rds电阻很大，至少有106Ω；当Vgs减小到足够大的负值，就是栅极电压减去源极电压的数值是负值，Rds电阻可以很小。简化符号中栅极上的小圈表示栅极电压低于源极电压时，PMOS管导通。6.2.2基本CMOS非门当VIN是0 V时，NMOS管Q1的Vgs=0 V，所以截止；而PMOS管Q2由于Vgs=-5 V，所以导通。导通后的Q2管呈现小的电阻值，使输出端VOUT=VDD=5 V。当VIN是5 V时，NMOS管Q1的Vgs=5 V，所以导通；而PMOS管Q2由于Vgs=0 V，所以截

5、止。导通后的Q1管呈现小的电阻值，使输出端与地之间相连，VOUT=0 V。NMOS管PMOS管具有动作电平表示的MOS管非门电路，PMOS和NMOS管的符号除了在PMOS管的栅极加一个小圈以外是完全相同的。如果小圈代表该管在输入电压为低电平L时漏极和源极之间导通，而没有小圈代表在输入电压为高电平H时漏极和源极导通，则可以知道：在VIN=L时，Q2导通，Q1截止，VOUT=H；在VIN=H时，Q1导通，Q2截止，VOUT=L。6.2.3CMOS与非门和或非门1．CMOS与非门2．CMOS或非门6.374HC系列门电路的电特性6.3.174HC系列门电路的极限电参数当芯片使用条件超出极

6、限电参数时，就会使芯片特性变差，甚至造成永久的损坏。输入电压VI的最高极限值与VCC有关，当VCC降低时，输入电压也必须降低，直流输出电压VO也是有极限值的，外加到输出引脚的电压值不能超VCC+0.5 V。输入保护二极管电流IIK值不能超出±20mA，输出端的保护二极管电流IOK也不能超出±20mA，输出电流IO也不能超出极限值符号参数数值单位VCC电源电压-0.5～7VVI直流输入电压-0.5～VCC+0.5VVO直流输出电压-0.5～VCC+0.5VIIK输入保护二极管电流±20mAIOK输出保护二极管电流±20mAIO直流输出电流±25mA6.3.274HC系列门电路的推荐工

7、作条件推荐工作条件是芯片制造厂向芯片用户提供的芯片正常工作条件。只要保证芯片在推荐工作条件下工作，芯片就能够实现正确的逻辑功能。从推荐工作条件可以看出，74HC系列芯片正常工作的电源电压范围是2～6 V。符号参数数值单位VCC电源电压范围2～6VVI直流输入电压范围0～VCCVVO直流输出电压范围0～VCCV6.3.374HC系列门电路的静态电特性1．静态电特性静态电特性有时又称为直流特性，静态电特性给出芯片的输入电平、输入电流、输出电平以及负载特性等参数。符号参数实