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1、数字电子技术第六讲,第 3 章逻辑门电路,CMOS 集成逻辑门,集成逻辑门的应用,小结,是由增强型 PMOS 管和增强型 NMOS 管组成的互补对称 MOS 门电路。比之 TTL，其突出优点为：微功耗、抗干扰能力强。,主要要求：,掌握 CMOS 反相器的电路、工作原理和主要外特性。,了解 CMOS 数字集成电路的应用要点。,了解 CMOS 与非门、或非门、开路门、三态门和传输门的电路和逻辑功能。,3.4CMOS 集成逻辑门,一、CMOS 反相器,(一)电路基本结构,要求VDD UGS(th)N+UGS(th)P且 UGS(th)N=UGS(th)P,UGS(th)N,增强型 NMOS 管开启电
2、压,增强型 PMOS 管开启电压,UGS(th)P,UIL=0 V，UIH=VDD,(二)工作原理,可见该电路构成 CMOS 非门，又称 CMOS 反相器。,无论输入高低，VN、VP 中总有一管截止，使静态漏极电流 iD 0。因此 CMOS 反相器静态功耗极微小。,uO VDD 为高电平。,uO 0 V，为低电平。,二、其他功能的 CMOS 门电路,(一)CMOS 与非门和或非门,1.CMOS 与非门,CMOS 与非门工作原理,2.CMOS 或非门,(二)漏极开路的 CMOS 门,简称 OD 门,与 OC 门相似，常用作驱动器、电平转换器和实现线与等。,需外接上拉电阻 RD,由一对参数对称一致
3、的增强型 NMOS 管和 PMOS 管并联构成。,(三)CMOS 传输门,工作原理,MOS 管的漏极和源极结构对称，可互换使用，因此 CMOS 传输门的输出端和输入端也可互换。,当 C=0V，uI=0 VDD 时，VN、VP 均截止，输出与输入之间呈现高电阻，相当于开关断开。,uI 不能传输到输出端，称传输门关闭。,当 C=VDD，uI=0 VDD 时，VN、VP 中至少有一管导通，输出与输入之间呈现低电阻，相当于开关闭合。,uO=uI，称传输门开通。,传输门是一个理想的双向开关，可传输模拟信号，也可传输数字信号。,TG 即 Transmission Gate 的缩写,(三)CMOS 传输门,
4、(四)CMOS 三态输出门,工作原理,因此构成使能端低电平有效的三态门。,三、CMOS 数字集成电路应用要点,(一)CMOS 数字集成电路系列,提高速度措施：减小MOS 管的极间电容。,由于CMOS电路 UTH VDD/2，噪声容限UNL UNH VDD/2，因此抗干扰能力很强。电源电压越高，抗干扰能力越强。,民品,军品,VDD=2 6 V,T 表示与 TTL 兼容VDD=4.5 5.5 V,1.注意不同系列 CMOS 电路允许的电源电压范围不同，一般多用+5 V。电源电压越高，抗干扰能力也越强。,(二)CMOS 集成逻辑门使用要点,2.闲置输入端的处理,不允许悬空。,可与使用输入端并联使用。
5、但这样会增大输入电容，使速度下降，因此工作频率高时不宜这样用。,与门和与非门的闲置输入端可接正电源或高电平；或门和或非门的闲置输入端可接地或低电平。,主要要求：,了解 TTL 和 CMOS 电路的主要差异。,了解集成门电路的选用和应用。,3.5 集成逻辑门电路的应用,一、CMOS 门电路比之 TTL 的主要特点,注意：CMOS 电路的扇出系数大是由于其负载门的输入阻抗很高，所需驱动功率极小，并非 CMOS 电路的驱动能力比 TTL 强。实际上 CMOS4000 系列驱动能力远小于 TTL，HCMOS 驱动能力与 TTL 相近。,二、集成逻辑门电路的选用,根据电路工作要求和市场因素等综合决定,若
6、对功耗和抗干扰能力要求一般，可选用 TTL 电路。目前多用 74LS 系列，它的功耗较小，工作频率一般可用至 20 MHz；如工作频率较高，可选用 CT74ALS 系列，其工作频率一般可至 50 MHz。,若要求功耗低、抗干扰能力强，则应选用 CMOS 电路。其中 CMOS4000 系列一般用于工作频率 1 MHz 以下、驱动能力要求不高的场合；HCMOS 常用于工作频率 20 MHz 以下、要求较强驱动能力的场合。,三、集成逻辑门电路应用举例,例 试改正下图电路的错误，使其正常工作。,VDD,可用两级电路 2 个与非门实现之,例 试分别采用与非门和或非门实现与门和或门。,解：(1)用与非门实
7、现与门,设法将 Y=AB 用与非式表示,因此，用与非门实现的与门电路为,Y=AB,可用两级电路 3 个与非门实现,(2)用与非门实现或门,因此，用与非门实现的或门电路为,Y=A+B,设法将 Y=A+B 用与非式表示,可用两级电路 3 个或非门实现之。,(3)用或非门实现与门,设法将 Y=AB 用或非式表示,因此，用或非门实现的与门电路为,将或非门多余输入端与有用端并联使用构成非门,可用两级电路 2 个或非门实现之,(4)用或非门实现或门,设法将 Y=A+B 用或非式表示,因此，用或非门实现的或门电路为,Y=A+B,例 有一个火灾报警系统，设有烟感、温感和紫外光感三种不同类型的火灾探测器。为了防
8、止误报警，只有当其中两种或三种探测器发出探测信号时，报警系统才产生报警信号，试用与非门设计产生报警信号的电路。,解：(1)分析设计要求，建立真值表,感三种不同类型的火灾探测器,有烟感、温感和紫外光,产生报警信号,两种或三种探测器发出探测信号时，报警系统才,与非门设计,报警电路的输入信号为烟感、温感和紫外光感三种探测器的输出信号，设用 A、B、C 表示，且规定有火灾探测信号时用 1 表示，否则用 0 表示。,报警电路的输出用 Y 表示，且规定需报警时Y 为 1，否则 Y 为 0。,由此可列出真值表如右图所示,(2)根据真值表画函数卡诺图,1,1,1,1,(3)用卡诺图化简法求出输出逻辑函数的最简
9、与或表达式，再变换为与非表达式。,Y=AB,+AC,+BC,(4)画逻辑图,根据 Y 的与非表达式画逻辑图,Y,小结,CMOS 数字集成电路主要有 CMOS4000 系列和HCMOS 系列。CMOS4000 系列工作速度低，负载能力差，但功耗极低、抗干扰能力强，电源电压范围宽，在工作频率不高的情况下应用很多。CC74HC 和 CC74HCT 两个系列的工作频率和负载能力都已CT74LS的水平，但功耗、抗干扰能力和对电源电压变化的适应性等比 CT74LS 更优越。CMOS 电路在大规模集成电路应用更广泛。,应用集成门电路时，应注意：,TTL电路只能用5 V(74系列允许误差5%)；CMOS400
10、0 系列可用 3 15 V；HCMOS系列可用 2 6 V；CTMOS 系列用 4.5 5.5 V。一般情况下，CMOS 门多用 5 V，以便与 TTL 电路兼容。,(1)电源电压的正确使用,(2)输出端的连接,开路门的输出端可并联使用实现线与，还可用来驱动需要一定功率的负载。,三态输出门的输出端也可并联，用来实现总线结构，但三态输出门必须分时使能。使用三态门时，需注意使能端的有效电平。,普通门(具有推拉式输出结构)的输出端不允许直接并联实现线与。,(3)闲置输入端的处理,(4)信号的正确使用,TTL 电路输入端悬空时相当于输入高电平，CMOS 电路多余输入端不允许悬空。,CMOS电路多余输入端与有用输入端的并接仅适用于工作频率很低的场合。,数字电路中的信号有高电平和低电平两种取值，高电平和低电平为某规定范围的电位值，而非一固定值。门电路种类不同，高电平和低电平的允许范围也不同。,或门和或非门,与门和与非门,多余输入端接地或与有用输入端并接,多余输入端接正电源或与有用输入端并接,
