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1、2.3 CMOS 集成门电路,2.3.1 CMOS 反相器,一、电路组成及工作原理,uA,uGSN,uGSP,TN,TP,uY,0 V,UTN,UTP,截止,导通,10 V,10 V,UTN,UTP,导通,截止,0 V,UTN=2 V,UTP=-2 V,输入端保护电路:,C1、C2 栅极等效输入电容,0 uA VDD+uDF,uA VDD+uDF,D 导通电压：uDF=0.5 0.7 V,uA-uDF,二极管导通时，限制了电容两端电压的增加。,保护网络,D1、D2、D3 截止,D2、D3 导通,uG=VDD+uDF,D1 导通,uG=-uDF,二、静态特性,1.电压传输特性：,iD,A,B,C
2、,D,E,F,UTN,VDD,UTH,UTP,UNL,UNH,AB 段：,uI UTN，,uO=VDD、iD 0，功耗极小。,TN 截止、TP 导通，,BC 段：,TN 导通，uO 略下降。,CD 段：,TN、TP 均导通。,DE、EF 段：,与 BC、AB 段对应，TN、TP 的状态与之相反。,转折电压,指为规定值时，允许波动的最大范围。,UNL：,输入为低电平时的噪声容限。,UNH：,输入为高电平时的噪声容限。,=0.3VDD,噪声容限：,2.电流传输特性：,iD,UTH,电压传输特性,电流传输特性,AB、EF 段：TN、TP总有一个为截止状态，故 iD 0。,CD 段：TN、Tp 均导通
3、，流过两管的漏极电流达到最大值 iD=iD（max)。,阈值电压：,UTH=0.5 VDD,（VDD=3 18 V）,2.3.2 CMOS 与非门、或非门、与门和或门,A B,TN1 TP1 TN2 TP2,Y,0 0,0 1,1 0,1 1,截,通,截,通,通,通,通,截,截,通,截,截,截,截,通,通,1,1,1,0,与非门,一、CMOS 与非门,Y=,或非门,二、CMOS 或非门,A B,TN1 TP1 TN2 TP2,Y,0 0,0 1,1 0,1 1,截,通,截,通,通,通,通,截,截,通,截,截,截,截,通,通,1,0,0,0,三、CMOS 与门和或门,1.CMOS 与门,2.CM
4、OS 或门,四、带缓冲的 CMOS 与非门和或非门,1.基本电路的主要缺点,电路的输出特性不对称：,当输入状态不同时，输出等效电阻不同。,电压传输特性发生偏移，导致噪声容限下降。,2.带缓冲的门电路,在原电路的输入端和输出端加反相器。,A,B,Y,与非门,或非门,同理,缓冲,或非门,与非门,缓冲,2.3.3 CMOS 与或非门和异或门,一、CMOS 与或非门,1.电路组成：,A,B,C,D,Y,2.工作原理：,由CMOS 基本电路(与非门和反相器)组成。,二、CMOS 异或门,1.电路组成：,A,B,Y,2.工作原理：,由CMOS 基本电路(与非门)组成。,2.3.4 CMOS 传输门、三态门
5、和漏极开路门,一、CMOS传输门,(双向模拟开关),1.电路组成及符号：,2.工作原理：,TN、TP均导通，,TN、TP均截止，,导通电阻小(几百欧姆),关断电阻大(109),(TG 门 Transmission Gate),二、CMOS 三态门,1.电路组成,2.工作原理,Y 与上、下都断开,TP2、TN2 均截止,Y=Z(高阻态 非 1 非 0),TP2、TN2 均导通,1,使能端,0,控制端低电平有效,(1 或 0),3.逻辑符号,或,控制端高电平有效,三、CMOS 漏极开路门,(OD门 Open Drain),1.电路组成,B,A,+VDD,RD,外接,符号,漏极开路，工作时必须外接电
6、源和电阻。,2.主要特点,可以实现线与功能：,输出端用导线连接起来实现与运算。,P1,P2,+VDD,Y,RD,可实现逻辑电平变换：,带负载能力强。,2.3.5 CMOS 电路使用中应注意的几个问题,一、CC4000 和 C000 系列集成电路,1.CC4000 系列：,符合国家标准，电源电压为 3 18 V，功能和外部引线排列与对应序号的国外产品相同。,2.C000 系列：,早期集成电路，电源电压为 7 15 V，外部引线排列顺序与 CC4000 不同，用时需查阅有关手册。,传输延迟时间 tpd,标准门=100 ns,HCMOS=9ns,HCMOS:54/74 系列,54/74 HC(带缓冲
7、输出),54/74 HCU(不带缓冲输出),54/74 HCT(与 LSTTL 兼容),二、高速 CMOS(HCMOS)集成电路,三、CMOS 集成电路的主要特点,功耗极低。,LSI：几个 W，MSI：100 W,电源电压范围宽。,CC4000 系列：VDD=3 18 V,抗干扰能力强。,输入端噪声容限=0.3VDD 0.45VDD,逻辑摆幅大。,输入阻抗极高。,扇出能力强。,扇出系数：带同类门电路的个数，其大小 反映了门电路的带负载能力。,集成度很高，温度稳定性好。,抗辐射能力强。,成本低。,CC4000系列：50个,四、CMOS 电路使用中应注意的几个问题,1.注意输入端的静电防护。,2.注意输入电路的过流保护。,3.注意电源电压极性。,5.多余的输入端不应悬空。,6.输入端外接电阻的大小不会引起输入电平的变化。,与门、与非门：接电源 或 与其他输入端并联,或门、或非门：接地 或 与其他输入端并联,多余输入端 的处理,思考原因？,4.输出端不能和电源、地短接。,因为输入阻抗极高（108）,故 输入电流 0，电阻上的压降 0。,
