数电第4版 课件 10CMOS门电路的电气特性

什么是电气特性？

门电路的外部特性，包括电压传输特性、输入特性、输出特性、动态特性。2.4.3CMOS门电路的静态特性CD4011数据手册

电气特性包括静态特性和动态特性两方面。1．电压传输特性

用来描述输入电压和输出电压关系的曲线，就称为门电路的电压传输特性。V2vIvOV112.4.3CMOS门电路的静态特性实验电路vI/V5.03.51.5AB5.00CDvO/VAB段：vI＜VT，VTN截止，VTP导通，输出电压vO≈VDD

CD段：vI＞VDD-

VT，VTN导通，VTP截止，输出电压vO≈0VBC段：VT≤vI≤VDD-VT

，VTP、VTN均导通。当vI=VDD／2时，VTP和VTN

导通程度相当。2.1.3CMOS门电路的静态特性AB段：VTN管截止，流过VTN和VTP管的漏极电流几乎为0。CD段：VTP管截止，流过VTN和VTP管的漏极电流几乎为0。BC段：VTP、VTN同时导通。有电流流过VTN和VTP管，当vI=1/2VDD时，漏极电流最大。电流传输特性

2.4.3CMOS门电路的静态特性CMOS门电路的高低电平电压范围2.4.3CMOS门电路的静态特性VIH(min)：保证能被识别为高电平的最小输入电压；VIL(max)：保证能被识别为低电平的最大输入电压；VOH(min)：输出为高电平时的最小输出电压；VOL(max)：输出为低电平时的最大输出电压。vI/V5.03.51.5AB5.00CDvO/VCMOS门电路的高低电平参数(74HC04)2.4.3CMOS门电路的静态特性符号参数测试条件最小值最大值单位VIH输入高电平电压VDD=4.5V3.15—VVIL输入低电平电压VDD=4.5V—1.35VVOH输出高电平电压VDD=4.5V，IOH=-20μA4.4—VVDD=4.5V，IOH=-4mA3.84—VVOL输出低电平电压VDD=4.5V，IOL=20μA—0.1VVDD=4.5V，IOL=4mA0.33V噪声容限低电平噪声容限高电平噪声容限VNL=VIL（max）－VOL（max）VNH=VOH（min）－VIH（min）G111G2VOL（max）VIH（min）VOH（min）VIL（max）2.4.3CMOS门电路的静态特性例1：门电路参数由大到小排列正确的是

。A．VOH（min）、VIH（min）、VIL（max）、VOL（max）

B．VIH（min）、VOH（min）、VOL（max）、VIL（max）C．VOH（min）、VIH（min）、VOL（max）、VIL（max）D．VIH（min）、VOH（min）、VIL（max）、VOL（max）2.4.3CMOS门电路的静态特性例2：根据数据手册提供的参数，计算74HC04在VDD=6V时的低电平噪声容限VNL和高电平噪声容限VNH。2.4.3CMOS门电路的静态特性VIH(min)=70%VDD=4.2VVIL(max)=30%VDD=1.8VVNL=VIL(max)

-VOL(max)=1.8-0.1=1.7VVNH=VOH(min)

-VIH(min)=5.9-

4.2=1.7VVOL(max)=0.1VVOH(min)=6V-0.1V=5.9V2.输入特性输入电压和输入电流的关系。特点：输入阻抗非常大。高电平输入电流IIH≤1µA，低电平输入电流IIL≤1µA。缺点：容易接收干扰甚至损坏门电路。措施：输入级加保护电路。2.4.3CMOS门电路的静态特性

例3：将2输入的CMOS逻辑门转换成CMOS反相器，其中的一个引脚多余，请分析以下4种处理方法的合理性。结论：CMOS门电路多余引脚不能悬空；输入引脚接一电阻到地相当于输入低电平。2.4.3CMOS门电路的静态特性3.输出特性输出特性：输出电压和输出电流的关系。灌电流（sinkingcurrent）负载越大，输出电压越高。2.4.3CMOS门电路的静态特性

当门电路输出低电平时

当门电路输出高电平时拉电流（sourcingcurrent）负载越大，输出电压越低。

2.4.3CMOS门电路的静态特性

扇出系数低电平时扇出系数：高电平时扇出系数：2.4.3CMOS门电路的静态特性2.4.4CMOS门电路的动态特性分析门电路动态特性时要考虑寄生电容的影响。动态特性：门电路输入信号发生变化时所表现出来的电气特性。描述动态特性的主要指标有：延迟时间（速度）和动态功耗。2.4.4CMOS门电路的动态特性1.传输时间（TransitionDelay）与交流负载有关，与导通电阻有关。vO从10%变化到90%所需要的时间称为上升时间tr；

vO从90%变化到10%所需要的时间称为下降时间tf，两者统称为传输时间tt。2.

延迟时间（PopagationDelay）平均延迟时间

tPHLtPLHvIvO2.4.4CMOS门电路的动态特性3.动态功耗（1）由负载电容产生的动态功耗动态功耗分为两部分：2.4.4CMOS门电路的动态特性（2）由短路电流产生的瞬时动态功耗（3）总的动态功耗2.4.4CMOS门电路的动态特性例4：有一CMOS反相器，已知电源电压VDD=5V，静态电源电流IDD=1μA