脉冲与数字电路第3章

1、东北石油大学东北石油大学脉冲与数字电路脉冲与数字电路东北石油大学东北石油大学第三章第三章 门电路门电路东北石油大学东北石油大学门电路：门电路： 用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。单元电路。 基本逻辑门电路：基本逻辑门电路： 与门、或门、非门、与非门、或非门、与与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门。或非门、异或门。 正逻辑：正逻辑：1代表高电平、代表高电平、0代表低电平。代表低电平。 负逻辑：负逻辑： 0代表高电平、代表高电平、1代表低电平。代表低电平。 1100东北石油大学东北石油大学SRV C CG N DV oV i开关特性开关

2、特性ViVoGNDVCCS2S1互补开关互补开关东北石油大学东北石油大学半导体二极管的开关特性：半导体二极管的开关特性： R11kD11N1202C120VCC5VVCCCCIHVVViD截止截止 CCOHVVVo0ILVViD导通导通 0OLVVo) 1(/TVvSeIii0vivov东北石油大学东北石油大学D1D2RGNDVCCABY二极管与门二极管与门VIA VIB VOA B Y0 0 0.70 3 0.73 0 0.73 3 3.70 0 00 1 01 0 01 1 1（+5V）东北石油大学东北石油大学D1D2RGNDABY二极管或门二极管或门VIA VIB VOA B Y0 0

3、0 0 3 2.33 0 2.33 3 2.3 0 0 00 1 11 0 11 1 1东北石油大学东北石油大学半导体场效应管的开关特性半导体场效应管的开关特性 MOS管的结构管的结构：MOS(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)金属金属氧化物氧化物半导体场效应管半导体场效应管源极源极S(Source)、漏极、漏极D(Drain)、栅极、栅极G(Gate)东北石油大学东北石油大学N沟道增强型沟道增强型东北石油大学东北石油大学GSVDi0)(thGSVDiVvGS2DSvV3V4V50N沟道增强型场效应管输入输出特性曲线沟道增强型场

4、效应管输入输出特性曲线截止区截止区可变电阻区可变电阻区恒流区恒流区东北石油大学东北石油大学P沟道增强型沟道增强型东北石油大学东北石油大学P沟道增强型场效应管输入输出特性曲线沟道增强型场效应管输入输出特性曲线东北石油大学东北石油大学MOS管的符号管的符号东北石油大学东北石油大学NRGNDVDDViVoMOS管的基本开关电路管的基本开关电路ViVo状态VILVIHVOHVOL截止导通东北石油大学东北石油大学MOS管的开关等效电路：管的开关等效电路：SWSSDCIGDRONGCI 截止状态 导通状态 东北石油大学东北石油大学CMOS反相器反相器ViVo状态VILVIHVOHVOLTP导通TN导通AY

5、(A)(Y)东北石油大学东北石油大学电压传输特性和电流传输特性：电压传输特性和电流传输特性：电流传输特性：电流传输特性： io = f (vi) 电压传输特性：电压传输特性：vo = f (vi) 东北石油大学东北石油大学输入端噪声容限：输入端噪声容限：DDNLNHVVV%30VoViHLHLVNHVNL东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学CMOS反相器的静态输入特性和输出特性反相器的静态输入特性和输出特性输入特性输入特性C1、C2是是TP、TN管栅管栅极等效电容。极等效电容。R是限流电阻，是限流电阻，阻值阻值13k 。D1、D2是保护二极是保护二极管，正向压降管，正向压降1V，反

6、向击穿电压反向击穿电压30V东北石油大学东北石油大学加保护电路的输入特性加保护电路的输入特性 当输入当输入 0 VI VDD时：输入电流时：输入电流 i I = 0,在正常在正常工作范围内，保护二极管不起作用。工作范围内，保护二极管不起作用。 东北石油大学东北石油大学低电平输出特性低电平输出特性 东北石油大学东北石油大学 由于栅极电压越大，由于栅极电压越大，导通内阻越小，在导通内阻越小，在IOL相相同的情况下，同的情况下，VDD越高，越高，VOL越低。越低。东北石油大学东北石油大学高电平输出特性高电平输出特性 东北石油大学东北石油大学 由于栅极电压越大，由于栅极电压越大，导通内阻越小，故在导通

7、内阻越小，故在IOL相同的情况下，相同的情况下，VDD越高，越高，VOH下降的越少。下降的越少。东北石油大学东北石油大学CMOS反相器的动态特性反相器的动态特性 传输延迟时间传输延迟时间CMOS的传输延迟时的传输延迟时间是以输入输出波形间是以输入输出波形对应边上等于最大幅对应边上等于最大幅度度50%的两点之间的的两点之间的时间间隔来定义的。时间间隔来定义的。 东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学交流噪声容限：交流噪声容限： （1）C不变，不变，VDD越大，越大， VNA越大；越大； （2）tW越小，越小， VNA越大越大。东北石油大学东北石油大学动态功耗：动态功耗： 当当CMOS反

8、相器从一种稳定状态突然转变到另反相器从一种稳定状态突然转变到另一种稳定状态的过程中，将产生附加的功耗，我一种稳定状态的过程中，将产生附加的功耗，我们称之为动态功耗。们称之为动态功耗。组成：组成：PCPT东北石油大学东北石油大学tVItVOtiNtiP东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学其他类型的其他类型的CMOS门电路门电路U3A7400NYAB)(Y AB东北石油大学东北石油大学U2A7402NYAB)B(Y A东北石油大学东北石油大学U3A7406NAU2A7402NU3A7406NBU3A7406NY东北石油大学东北石油大学U3A7406NAU3A7406NBU3A7406N

9、YU3A7400N东北石油大学东北石油大学312AABY123A12AGNDRVDD2VDD1ABY东北石油大学东北石油大学线与逻辑接法线与逻辑接法东北石油大学东北石油大学RL的计算方法的计算方法)()()max)(IHOHOHDDLILOLOLDDmInIVVRImIVV（东北石油大学东北石油大学CC东北石油大学东北石油大学CC东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学三态输出的三态输出的CMOS门电路门电路东北石油大学东北石油大学半导体三极管的开关特性：半导体三极管的开关特性：双极型三极管的开关特性：双极型三极管的开关特性： 输入特性：输入特性：VON开启电压

10、开启电压硅管硅管VON 0.50.7V锗管锗管VON 0.20.3V BiBEv0CEvCi0BiBiBEvQ12N2222AGND34GND+_CEvCi东北石油大学东北石油大学1iV0OLOVV双极型三极管的基本开关电路双极型三极管的基本开关电路 0iVCCOHOVVVR BR CGNDVC CViVo东北石油大学东北石油大学TTLTTL集成门电路集成门电路推拉式电路推拉式电路输入端悬空输入端悬空为高电平为高电平东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学