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数字电子技术

数字电子技术. 自动化系：李思光 E-mail:siguang.li@163.com. 第三章 门电路. 3.1 概述. 门电路： 实现基本运算、复合运算的单元电路，如与门、与非门、或门 ······. 逻辑 0,1 的实现：高、低电平 开关电路. 带负载能力提供了. 高低电平实现的方法. 正逻辑：高电平表示 1 ，低电平表示 0 负逻辑：高电平表示 0 ，低电平表示 1. 3.2 半导体二极管门电路. 3.2.1 半导体器件开关特性. 1 、二极管的开关特性. 静态特性. V I =V IH D 截止， V O =V OH =V CC

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  1. 数字电子技术 自动化系：李思光E-mail:siguang.li@163.com

  2. 第三章 门电路

  3. 3.1 概述 门电路：实现基本运算、复合运算的单元电路，如与门、与非门、或门 ······ 逻辑0,1的实现：高、低电平开关电路 带负载能力提供了

  4. 高低电平实现的方法 正逻辑：高电平表示1，低电平表示0负逻辑：高电平表示0，低电平表示1

  5. 3.2半导体二极管门电路 3.2.1 半导体器件开关特性 1、二极管的开关特性 静态特性 • VI=VIH D截止，VO=VOH=VCC • VI=VIL D导通，VO=VOL=0.7V

  6. 3.2半导体二极管门电路 1、二极管的开关特性 动态特性

  7. 3.2半导体二极管门电路 2、场效应管的开关特性 静态开关特性 D-S间开关打开 D-S间开关闭合

  8. 3.2半导体二极管门电路 2、场效应管的开关特性 动态开关特性： 场效应管由导通到截止和由截止到导通需要一定的时间

  9. 3.2半导体二极管门电路 3、三极管的开关特性 静态开关特性： 只要参数合理： VI=VIL时，T截止，VO=VOH VI=VIH时，T导通，VO=VOL

  10. 3.2半导体二极管门电路 3、三极管的开关特性 动态开关特性：

  11. 3.2.2 二极管与门 规定3V以上为1 0.7V以下为0

  12. 3.2.3 二极管或门 规定2.3V以上为1 0V以下为0

  13. 二极管构成的门电路的缺点 • 电平有偏移 • 带负载能力差 • 只用于IC内部电路

  14. 3.3 CMOS门电路 3.3.1 MOS管的开关特性

  15. 3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理 一、电路结构、工作原理 输入高电平：vI=VIH=VDD 输入低电平：vI=VIL=0 74HC04 六反相器

  16. 二、电压、电流传输特性

  17. 三、输入噪声容限 在保证输出高、低电平基本不变的条件下允许输入高、低电平的波动范围，称为输入端噪声容限。 输出高低电平变化不大于限定的10%VDD，噪声容限VNL=VNH=30%VDD

  18. 结论：可以通过提高VDD来提高噪声容限

  19. 3.3.3 CMOS 反相器的静态输入和输出特性 一、输入特性---保护二极管的特性 分布式二极管结构 74HC系列 4000系列 分布式二极管结构 可以通过较大电流

  20. 二、输出特性 低电平输出电流IOL== IOL（max） 高电平输出电流IOH== IOH（max）

  21. 3.3.4 CMOS反相器的动态特性 一、传输延迟时间

  22. 二、交流噪声容限 负载电容和MOS管极间电容，在输入信号状态变化时，必须有足够的变化幅度和作用时间才能使输出改变状态。--充放电过程 交流噪声容限 当输入信号为窄脉冲且脉冲宽度接近于门电路传输延迟时间时，为使输出状态改变，需要的脉冲幅度将远大于直流输入信号的幅度。 噪声持续时间 交流噪声容限：反相器对窄脉冲的噪声容限。

  23. 三、动态功耗

  24. 三、动态功耗 CPD功耗电容

  25. 三、动态功耗

  26. 3.3.5 其他类型的CMOS门电路 一、其他逻辑功能的门电路 1.与非门、2.或非门 CD4001

  27. 3.3.5 其他类型的CMOS门电路 一、其他逻辑功能的门电路 1.与非门、2.或非门 CD4011 缺点：不同门电路输出电阻差距大 电平偏移现象

  28. 带缓冲极的CMOS门----摩根定律思维

  29. 二、漏极开路的门电路（OD门） 普通CMOS门输出端并联使用的问题？？？

  30. 二、漏极开路的门电路（OD门）

  31. 对A、B、C、D变量而言实现了？？？

  32. 输出低电平分析 输出高电平分析 保证输出低电平 保证输出高电平 N是并联OD门的数目，m是负载门电路高电平输入电流的数目

  33. 三、 CMOS传输门及双向模拟开关 1. 传输门 电压传输系数 双向模拟开关

  34. 2. 双向模拟开关 74HC4066:四双向模拟开关

  35. 四、三态输出门 74HC125 四总线缓冲门（三态） 输出缓冲器

  36. 三态门的用途 总线结构 数据双向传输

  37. 3.3.6 CMOS们电路的正确使用 一、输入电路静态防护 1、金属屏蔽层包装 2、仪器、仪表、工具良好接地 3、不用的输入端不应悬空（怎么处理） 二、输入电路过流保护 1、接低内阻信号源，串接保护电阻，保证输入电流小于1mA 2、输入端接大电容，应串入保护电阻，限流 3、输入端接长线，在们电路的输入端接入保护电阻RP。（由于引线电容、电感，阻抗不匹配时产生正、负振荡脉冲。）

  38. 3.3.6 CMOS电路正确使用 三、多余或暂时不用的输入端的处理 （1）多余或暂时不用的输入端的不能悬空； （2）与其它输入端并联使用。 （3）将不用的输入端按照电路功能要求接电源或接地。比如将与门、与非门的多余输入端接电源，将或门、或非门的多余输入端接地。一般，接电源时需接上拉电阻；接地时需接下拉电阻。典型值1-10k。

  39. A +5V F A F B B 1k C C F C 1k A B 3.3 CMOS门电路 例： • An unused inputscan be tied to another. An unused AND or NAND input can be tied to logic 1. An unused OR or NOR input can be tied to logic 0. pull-up resistor pull-down resistor

  40. 3.3.6 CMOS电路的正确使用 四、 CMOS电路的优点 （1）微功耗。 CMOS电路静态电流很小，约为纳安数量级。 （2）抗干扰能力很强。 输入噪声容限可达到VDD/2。 （3）电源电压范围宽。 多数CMOS电路可在3～18V的电源电压范围内正常工作。 （4）输入阻抗高。 （5）负载能力强。 CMOS电路可以带50个同类门以上。 （6）逻辑摆幅大。（低电平0V，高电平VDD ）

  41. 3.3.7 CMOS集成电路各种系列 广泛应用于超大规模、甚大规模集成电路 速度慢tpd大于100ns；与TTL不兼容；带负载能力弱VDD=5V，IOL、IOH=0.5mA 4000系列 74HC 74HCT 速度加快tpd为10ns；负载能力强IOL、IOH=4mA ；功耗低 与TTL兼容，单一5V供电 High-Speed CMOS/ High-Speed CMOS,TTL compatible 74AHC 74AHCT 速度两倍于74HC；；负载能力比74HC提高了近一倍 与TTL兼容 Adwanced High-Speed CMOS/Advanced High-Speed CMOS,TTL compatible 低(超低)电压1.65V~3.3V；速度更加快tpd=3.8ns；负载能力强VDD=3V，负载电流可达24mA；实现5V与3V信号转换。 ALVC速度更高，总线驱动器件性能更优越。 74LVC 74ALVC Low-Voltage CMOS/Advanced Low-Voltage CMOS

  42. 各种CMOS系列门电路性能的比较

  43. 3.5 TTL门电路 3.5.1 三极管非门 实际应用中，为保证VI=VIL时T可靠截止，常在输入接入负压。 参数合理？ VI=VIL时，T截止，VO=VOH VI=VIH时，T饱和，VO=VOL

  44. 例3.5.1：计算参数设计是否合理 5V VIH=5V VIL=0V 1KΩ 3.3KΩ β=20 VCE(sat) = 0.1V 10KΩ -8V

  45. 3.5.2 TTL反相器的电路结构和工作原理 一、电路结构 设 T1导通T2基极反相电流很小，对T1为高电阻状态T1饱和VB2=0.5VT2截止T5截止 VCC、R2、R4、T4、D2构成射极输出电路（T4、D2导通）VCCR2R4T4D2

  46. 3.5.2 TTL反相器的电路结构和工作原理 一、电路结构 设 T1导通vB1=4.1VT1集电结、T2、T5发射结导通二极管钳位作用vB1=2.1V:T1倒置工作状态。 iB1电流大T2饱和T5饱和vC2=0.8VT4、D2截止

  47. 二、电压传输特性

  48. 二、电压传输特性

  49. 需要说明的几个问题：

  50. 三、输入噪声容限

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