电子技术基础 数字部分第六版 康华光第3章逻辑门电路共9节.ppt

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1、3逻辑门电路3.1逻辑门电路简介3.2基本CMOS逻辑门电路3.3CMOS逻辑门电路的不同输出结构及参数3.4类NMOS和BiCMOS逻辑门电路3.5TTL逻辑门电路*3.6ECL逻辑门电路3.7逻辑描述中的几个问题3.8逻辑门电路使用中的几个实际问题3.9用VerilogHDL描述CMOS逻辑门电路教学基本要求：1、了解半导体器件的开关特性。2、熟练掌握基本逻辑门（与、或、与非、或非、异或门）、三态门、OD门（OC门）和传输门的逻辑功能。3、学会门电路逻辑功能分析方法。4、掌握逻辑门的主要参数及在应用中的

2、接口问题。3.逻辑门电路3.1逻辑门电路简介3.1.1各种逻辑门电路系列简介3.1.2开关电路1、逻辑门:实现基本逻辑运算和常用逻辑运算的单元电路。2、逻辑门电路的分类二极管门电路三极管门电路TTL门电路MOS门电路PMOS门CMOS门逻辑门电路分立门电路集成门电路NMOS门3.1.1各种逻辑门电路系列简介BiCMOS门电路1.CMOS集成电路:广泛应用于超大规模、甚大规模集成电路4000系列74HC74HCT74VHC74VHCT速度慢与TTL不兼容抗干扰功耗低74LVC74AUC速度加快与TTL兼容负载

3、能力强抗干扰功耗低速度两倍于74HC与TTL兼容负载能力强抗干扰功耗低低(超低)电压速度更加快负载能力强抗干扰功耗低74系列74LS系列74AS系列74ALS2.TTL集成电路:广泛应用于中大规模集成电路3.1.1数字集成电路简介逻辑变量取值0或1，对应电路中电子器件的“闭合”与“断开”。3.1.2开关电路(a)输出逻辑1(b)输出逻辑0MOS管或BJT管可以作为开关。3.2基本CMOS逻辑门电路3.2.1MOS管及其开关特性3.2.2CMOS反相器3.2.3其他基本CMOS逻辑门电路3.2.4CMOS传输

4、门CMOS门电路是以MOS管为开关器件。MOS管的分类：N沟道P沟道P沟道N沟道MOS增强型耗尽型3.2.1MOS管及其开关特性1.N沟道增强型MOS管的结构和工作原理MOS管的分类：源极栅极漏极p-型半导体n-型半导体符号1.N沟道增强型MOS管的结构和工作原理(1)VGS控制沟道的导电性vGS=0,vDS0,等效背靠背连接的两个二极管,iD0。vGS>0,建立电场反型层vDS>0,iD0。沟道建立的最小vGS值称为开启电压VT.1.N沟道增强型MOS管的结构和工作原理(2)VGS和VDS共同作

5、用vGS>VT,vDS>0,靠近漏极的电压减小。当VGS>VT,iD随VDS增加几乎成线性增加。当vDSvGD=(vGSvDS)VT,漏极处出现夹断。继续增加VDS夹断区域变大，iD饱和。2.N沟道增强型MOS管的输出特性和转移特性输出特性分为截止区：可变电阻区：沟道产生，iD随vDS线性增加，rds为受vGS控制可变电阻。饱和区：(a)输出特性曲线（b）转移特性曲线3.其他类型的MOS管(1)P沟道增强型MOS管结构与NMOS管相反。vGS、vDS电压极性与NMOS管相反。开启电压vT为负值(

6、2)N沟道耗尽型MOS管绝缘层掺入正离子，使衬底表面形成N沟道。vGS电压可以是正值、零或负值。vGS达到某一负值vP，沟道被夹断，iD=0。(2)N沟道耗尽型MOS管N沟道耗尽型MOS管符号如图。(3)P沟道耗尽型MOS管结构与N沟道耗尽型MOS管相反。符号如图所示。4.MOS管开关电路：MOS管工作在可变电阻区，输出低电平:MOS管截止，输出高电平当υIVTMOS管相当于一个由vGS控制的无触点开关。MOS管工作在可变电阻区，相当于开关“闭合”，输出为低电平。MOS管截止，相当于开关“断开

7、”，输出为高电平。当υI为低电平时：当υI为高电平时：由于MOS管栅极、漏极与衬底间电容，栅极与漏极之间的电容存在，电路在状态转换之间有电容充、放电过程。输出波形上升沿、下降沿变得缓慢。5.MOS管开关电路的动态特性3.2.2CMOS反相器1.工作原理+VDD+5VD1S1vivOTNTPD2S20V+5VvivGSNvGSPTNTPvO0V0V5V截止导通5V5V5V0V导通截止0VVTN=2VVTP=-2V逻辑图逻辑表达式vi(A)0vO(L)1逻辑真值表10AL第一，vI是高电平还是低电平，TN和T

8、P中总是一个导通而另一个截止。CMOS反相器的静态功耗几乎为零。第二，MOS管导通电阻低，截止电阻高。使充、放电时间常数小，开关速度更快，具有更强的带负载能力。第三，MOS管的，IG≈0，输入电阻高。理论上可以带任意同类门，但负载门输入杂散电容会影响开关速度。CMOS反相器的重要特点：2.电压传输特性和电流传输特性VTN电压传输特性电流传输特性(Transfercharacteristic)3.输入逻辑电平和输出