数电-第三章-逻辑门电路

1、 信息工程学院信息工程学院 3 . 逻辑门电路逻辑门电路3.1 MOS开关开关及其等效电路及其等效电路3.2 CMOS反相器反相器3.3 CMOS逻辑门电路逻辑门电路3.4 CMOS三态输出三态输出门电路门电路3.5 CMOS传输门传输门3.6 基本逻辑门电路的等效符号及其应用基本逻辑门电路的等效符号及其应用 信息工程学院信息工程学院 教学基本要求：教学基本要求：1、了解半导体器件的开关特性。了解半导体器件的开关特性。2、熟练掌握熟练掌握基本逻辑门（与、或、与非、或非、异基本逻辑门（与、或、与非、或非、异或门）、三态门和传输门的逻辑功能。或门）、三态门和传输门的逻辑功能。3、学会门电路逻辑功能

2、分析方法。学会门电路逻辑功能分析方法。 信息工程学院信息工程学院 3.1 MOS开关及其等效电路开关及其等效电路：MOS管工作在可变电阻区，输出低电平管工作在可变电阻区，输出低电平: : MOS管截止，管截止， 输出高电平输出高电平当当I VT 信息工程学院信息工程学院 MOS管相当于一个由管相当于一个由vGS控制的控制的无触点开关。无触点开关。MOS管工作在可变电阻区，管工作在可变电阻区，相当于开关相当于开关“闭合闭合”，输出为低电平。输出为低电平。MOS管截止，管截止，相当于开关相当于开关“断开断开”输出为高电平。输出为高电平。当输入为低电平时：当输入为低电平时：当输入为高电平时：当输入为

3、高电平时： 信息工程学院信息工程学院 3.2 CMOS 反相器反相器1.1.工作原理工作原理AL1+VDD+10VD1S1vivOTNTPD2S20V+10VvivGSNvGSPTNTPvO0 V 0V-10V截止截止导通导通 10 V10 V 10V 0V导通导通截止截止0 VVTN = 2 VVTP = - - 2 V逻辑图逻辑图AL 逻辑表达式逻辑表达式vi (A)0vO(L)1逻辑真值表逻辑真值表10)VVVTPTNDD( 信息工程学院信息工程学院 P沟道沟道MOS管输出特性曲线坐标变换管输出特性曲线坐标变换输入高电平时的工作情况输入高电平时的工作情况输入低电平时的工作情况输入低电平时

4、的工作情况作图分析：作图分析： 信息工程学院信息工程学院 2. 电压电压传输特性和电流传输特性传输特性和电流传输特性)v(fvIO 电压传输特性电压传输特性 信息工程学院信息工程学院 3.CMOS反相器反相器的工作速度的工作速度在由于电路具有互补对称的性质，它的开通时间与关在由于电路具有互补对称的性质，它的开通时间与关闭时间是相等的。平均延迟时间：闭时间是相等的。平均延迟时间：10 ns。 带电容负载带电容负载 信息工程学院信息工程学院 A BTN1 TP1 TN2 TP2L0 00 11 01 1截止截止 导通导通 截止截止导通导通 导通导通导通导通导通导通截止截止截止截止导通导通截止截止截

5、止截止截止截止 截止截止导通导通导通导通1110与非门与非门1.CMOS 与非门与非门vA+VDD+10VTP1TN1TP2TN2ABLvBvLAB&(a)(a)电路结构电路结构(b)(b)工作原理工作原理VTN = 2 VVTP = - - 2 V0V10V3.3 CMOS 逻辑门逻辑门 信息工程学院信息工程学院 或非门或非门BAL 2.2.CMOS 或非门或非门+VDD+10VTP1TN1TN2TP2ABLA B TN1 TP1 TN2 TP2L0 00 11 01 1截止截止导通导通截止截止导通导通 导通导通导通导通导通导通截止截止截止截止导通导通截止截止截止截止截止截止截止截止

6、导通导通导通导通1000AB10V10VVTN = 2 VVTP = - - 2 V 信息工程学院信息工程学院 3. 异或门电路异或门电路BA BABAXBAL BABA BA =A B 信息工程学院信息工程学院 4.4.输入保护电路和缓冲电路输入保护电路和缓冲电路 基基本本逻逻辑辑功功能能电电路路 基基本本逻逻辑辑功功能能电电路路 输输入入保保护护缓缓冲冲电电路路 输输出出缓缓冲冲电电路路 vi vo 采用缓冲电路能统一参数，使不同内部逻辑集成逻辑门电路采用缓冲电路能统一参数，使不同内部逻辑集成逻辑门电路具有相同的输入和输出特性。具有相同的输入和输出特性。 信息工程学院信息工程学院 （1 1

7、）输入端保护电路）输入端保护电路: :(1) 0 vA VDD + vDF 二极管导通电压：二极管导通电压：vDF(3) vA - - vDF 当输入电压不在正常电压范围时当输入电压不在正常电压范围时, ,二极管导通，限制了电容两端二极管导通，限制了电容两端电压的增加电压的增加, ,保护了输入电路。保护了输入电路。D1、D2截止截止D1导通导通, D2截止截止vG = VDD + vDFD2导通导通, D1截止截止vG = - - vDFRS和和MOS管的栅极电容组成积分网络，使输入信号的过冲电压管的栅极电容组成积分网络，使输入信号的过冲电压延迟且衰减后到栅极。延迟且衰减后到栅极。 D2 -分

8、布式二极管分布式二极管(iD大大) VDD vI CN TP Rs D2 D1 TN CP vO 信息工程学院信息工程学院 BABAL （2）CMOS逻辑门的缓冲电路逻辑门的缓冲电路输入、输出端加了反相器作为缓冲电路，所以电路输入、输出端加了反相器作为缓冲电路，所以电路的逻辑功能也发生了变化。增加了缓冲器后的逻辑功的逻辑功能也发生了变化。增加了缓冲器后的逻辑功能为与非功能能为与非功能 信息工程学院信息工程学院 1TP TN VDD L A EN & 1 1 EN A L 1 0011截止截止导通导通111高阻高阻 0 输出输出L输入输入A使能使能EN0011 10 00截止截止导通导通

9、010截止截止截止截止X1逻辑功能：高电平有效的同相逻辑门逻辑功能：高电平有效的同相逻辑门0 13.4 CMOS三态输出门电路三态输出门电路 信息工程学院信息工程学院 3.5 CMOS传输门传输门( (双向模拟开关双向模拟开关) ) 1 1. CMOS传输门电路传输门电路vI /vO vO /vI C C T G 逻辑符号逻辑符号I / Oo/ IC等效电路等效电路 C TP vO/vI vI/vO +5V 0 TN C 信息工程学院信息工程学院 2、CMOS传输门电路的工作原理 设设TP:|VTP|=2V， TN:VTN=2V I的变化范围为的变化范围为0V到到+5V。 0V+5V0V到到+

10、5V GSN0, TP截止截止1）当）当c=0， c =1时时 C TP vO/vI vI/vO +5V 0V TN C 信息工程学院信息工程学院 C TP vO/vI vI/vO +5V 5V TN C +5V0V GSP= 0V - - (2V5V)=- -2V - -5V GSN=5V - - (0V+3V)=(52)V b、 I=2V5V GSNVTN, TN导通导通a、 I=0V3V GSP |VT|, TP导通导通结果：结果：IOvv 2）当）当c=1， c =0时时0到到+5V 信息工程学院信息工程学院 传输门组成的数据选择器传输门组成的数据选择器C=0TG1（上）导通（上）导通

11、, TG2断开断开 L=XTG2导通导通, TG1断开断开 L=YC=1传输门的应用传输门的应用 信息工程学院信息工程学院 3.6 基本逻辑门电路的等效符号及其应用基本逻辑门电路的等效符号及其应用1、 基本逻辑门电路的等效符号基本逻辑门电路的等效符号ABL LA B & B A 与非门及其等效符号与非门及其等效符号 B A BAL 1 系统输入信号中，有的是高电平有效，有的是低电平有效。系统输入信号中，有的是高电平有效，有的是低电平有效。低电平有效，输入端加小圆圈；高电平有效，输入端不加低电平有效，输入端加小圆圈；高电平有效，输入端不加小圆圈。小圆圈。BA 信息工程学院信息工程学院 B

12、ABAL B A LAB 1 或非门及其等效符号或非门及其等效符号BAL & B A 信息工程学院信息工程学院 & B A B A ABBAL 1 L=AB BABAL B A 1 & B A L=A+B BAABL BABAL 信息工程学院信息工程学院 & B A L 1 & B A & B A L 1 & B A & B A L & & B A 逻辑门等效符号的应用逻辑门等效符号的应用利用逻辑门等效符号，可实现对逻辑电路进行变换，利用逻辑门等效符号，可实现对逻辑电路进行变换，以简化电路，能减少实现电路的门的种类。以简化电路，能减少实现电路的门的种类。LA B & B A 信息工程学院信息工程学院 RE & 1 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 IC L EN AL G1 G2 控制电路控制电路LREAL 0 AL1 RE逻辑门等效符号强调低