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文檔簡介
邏輯門電路
第一節(jié)邏輯狀態(tài)與正負邏輯一.邏輯狀態(tài)和正負邏輯的規(guī)定1.邏輯狀態(tài):在邏輯電路中,邏輯狀態(tài)即指電位的高低,用邏輯1和邏輯0表示。2.正負邏輯
正邏輯:高電平表示有信號,用邏輯1表示,低電平表示無信號,用邏輯0表示。
負邏輯:低電平表示有信號,用邏輯1表示,高電平表示無信號,用邏輯0表示。
注:同一個電路可采用正邏輯,也可采用負邏輯,選擇不同,功能也不相同。二.標(biāo)準(zhǔn)高低電平的規(guī)定
標(biāo)準(zhǔn)高電平USH:高電平的下限值實用中UH≥USH②標(biāo)準(zhǔn)低電平USL:低電平的下限值實用中UL≤USL10USHUSL+VCC0V01USHUSL+VCC0V正邏輯負邏輯第二節(jié)分立元件門電路一.二極管門電路一)二極管的開關(guān)特性1.二極管的靜態(tài)特性①靜態(tài)特性:在不考慮信號電壓突變的情況下,二極管穩(wěn)定導(dǎo)通或截止的特性稱靜態(tài)特性。②二極管的單向?qū)щ娦?/p>
施正向電壓:導(dǎo)通,充分導(dǎo)通時管壓降隨電流的增加變化很小,基本為一定值。硅管約為0.7V,鍺管約為0.3V。
施反向電壓:截止,反向電流IS很小,且基本不變,呈現(xiàn)很高的反向電阻。硅管IS≤1μA,反向電阻10MΩ以上;鍺管IS在幾十微安~上百微安,反向電阻為幾百千歐~幾兆歐。
二極管開關(guān)電路UDuiRu0+++___uo++RUD__導(dǎo)通等效電路+RS_截止等效電路
注:二極管在電路中具有開關(guān)作用,可作為開關(guān),但不是一個理想的開關(guān)。2.二極管的動態(tài)特性①動態(tài)特性:信號電壓突然變化,二極管從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)時的轉(zhuǎn)換特性稱為動態(tài)特性。
兩種轉(zhuǎn)換:截止導(dǎo)通導(dǎo)通截止開通時間反向恢復(fù)時間
注:開通時間﹤﹤反向恢復(fù)時間,通??珊雎?。②反向恢復(fù)時間u0+_UDuiR++__(a)t1IDiIS(c)ttUF-UR0t1(b)ui
若二極管是一個理想開關(guān),則為圖(c)正向?qū)?UF-UD
RUFRID=≈t1以后反向截止:IS≈0
實際為(d)圖
在t=t1時刻,先有一個較大的反向電流UR+UDRURRIR=≈itID-IRt1IS0.1IR·tStf(d)
反向電流IR維持一小段時間tS后,開始減小,最后達IS,二極管截止。
反向恢復(fù)時間tre
由輸入電壓負跳變開始到反向電流減小到0.1IR所需的時間叫反向恢復(fù)時間。
維持較大反向電流IR的時間叫存儲時間ts。
反向電流從IR減小到0.1IR所需的時間叫下降時間tf。則;tre=ts+tf
一般在幾納秒至幾十納秒之間③產(chǎn)生反向恢復(fù)時間的原因④反向恢復(fù)時間會影響電路的工作頻率
若方波T﹤2tre二極管就起不到開關(guān)作用。tSttUF-UR-IRIDT⑤提高轉(zhuǎn)換速度的措施減小二極管正偏時存儲電荷,即控制ID不要過大。選擇結(jié)電容小、反向恢復(fù)時間小的二極管。如開關(guān)管、肖特基二極管。3.二極管的開關(guān)參數(shù)1)最大反向電流IF:二極管正向電流最大值。當(dāng)ID﹥IF時,二極管結(jié)溫將超過允許值。2)最大反向工作電壓UR:二極管反向電壓最大允許值。當(dāng)U反﹥UR時,二極管的PN結(jié)將會有擊穿的危險。3)最大反向恢復(fù)時間tre:指二極管在規(guī)定的負載、正向電流及最大反向瞬時電流下,所測出的反向恢復(fù)時間。4)零偏壓電容C0:指二極管在兩端電壓為零時的等效電容,C0越大,反向特性越差?!纠?-1】圖a)電路,輸入電壓的波形如b)所示,二極管為理想二極管,試求uo電壓波形。u0+_uiR+VD_3V(a)uiR3V(a)+6-6+3uD/v(b)t+6-6+3uD/v(c)t解:uI﹥3V時,二極管截止,
uo=3V;
uI﹤3V時,二極管導(dǎo)通,
uo=uI。(二)二極管與門電路1.電路·RABVD1VD2Y+12V&ABY2.工作原理
設(shè);低電平高電平5VUIH=0VUIL=輸出①當(dāng)均導(dǎo)通。
,
1BA2VDVD
0VU0VU==
1BAVD
5VU0VU==②當(dāng)優(yōu)先導(dǎo)通,輸出電壓被鉗位在0.7V,反向截止
2VD輸出
BA
0VU5VU==③當(dāng)優(yōu)先導(dǎo)通,輸出電壓被鉗位在0.7V,反向截止1VD
2VD輸出
BA
5VU5VU==④當(dāng)均導(dǎo)通,輸出電壓1VD
,2VD5.7VUY=
設(shè)4V以上為高電平,1V以下為低電平,采用正邏輯時,可得與門電平關(guān)系表和與門真值表。5.7550.7500.7050.700UY/VUA/VUB/V與門電平關(guān)系表111010001000YAB與門真值表由真值表可得,Y與A、B是與邏輯關(guān)系:Y=AB(三)二極管或門電路1.電路Y·RABVD1VD2-12V≥1ABY2.工作原理
設(shè);低電平高電平5VUIH=0VUIL=①當(dāng)均導(dǎo)通。
,
1BA2VDVD
0VU0VU==輸出
0.7VUY=
-
BA1VD
5VU0VU==②當(dāng)優(yōu)先導(dǎo)通,輸出電壓被鉗位在4.3V,反向截止,
2VD輸出
4.3VUY=
-
BA
0VU5VU==③當(dāng)優(yōu)先導(dǎo)通,輸出電壓被鉗位在4.3V,反向截止,1VD
2VD輸出
4.3VUY=
BA
5VU5VU==④當(dāng)均導(dǎo)通,輸出電壓1VD
,2VD4.3VUY=4.3554.3504.305-0.700UY/VUA/VUB/V或門電平關(guān)系表111110101000YAB或門真值表
由真值表可得,Y與A、B是與邏輯關(guān)系:
Y=A+B二.三極管門電路一).三極管的開關(guān)特性1.三極管的三種工作狀態(tài)1)截止?fàn)顟B(tài)S置1位;UBE<UT,IB≈0,IC≈0,UCE≈VCCUBC<0,此時,三極管集電極與發(fā)射極之間近似開路,相當(dāng)于開關(guān)斷開。V+VCCRCRB+3V12u0s開關(guān)工作狀態(tài)2)放大狀態(tài)
UUIRBBEIHB-=IB0>UBE
7V.0=IBRB
若較大,較小時,三極管工作在放大區(qū):ICIBb=S置2為:V+VCCRCRB+3V12u0s開關(guān)工作狀態(tài)IVUCCCCEVCCIRCBb-=-=RC3)飽和狀態(tài)IBICS仍置2位:若減小,增加,增加,IBIC減小,若<時,則>0,三極管進入飽和區(qū),失去電流的比例放大作用,即≠
,若進一步減小,增加,而幾乎不再增加,此時=≈0.3V,c、e極間等效電阻很小,近似短路,極間相當(dāng)于開關(guān)閉合狀態(tài).UCEUBCUCEICUCESIBIBICII三極管飽和條件:
飽和時與、無關(guān),與成反比,此時集電極電流稱,,>,≠
因此三極管飽和條件是:即發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)正偏.
ICIBICS
IBICIBIB>ICSIB>UCE=≈0.3V=0.7V此時,,,4)工作狀態(tài)的判斷方法
截止:從計算基極電位著手,<
0.5v(硅)就可截止,可靠截止<0.
飽和:從計算著手.先計算,再計算
,然后求,若>
,則三極管工作在飽和狀態(tài),輸出=≈0.3V,比大得越多,飽和深度越深.ICSIBIBS
U0IBIBIBSIBIBS
注:若計算的<
,則三極管工作在放大狀態(tài).【例2-2】RCUOUIVCC+
如圖示電路,已知:=50,=10v,=2k?=20k?,管子飽和時,=0.7v,=0.3v.試求:1)當(dāng)=0.3v時,三極管的工作狀態(tài);2)當(dāng)=5v時,三極管VCCRC
UILUIHUO的工作狀態(tài);并求.
解:1)當(dāng)=0.3v時,=0.3v<0.5v,則三極管截止,=10v.
UILUOUIH2)當(dāng)=5v時,
則>,所以三極管工作在飽和狀態(tài),
IBIBS=≈0.3vUO2.三極管的動態(tài)特性1)動態(tài)特性:三極管在飽和導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)之間轉(zhuǎn)換的特性,稱動態(tài)特性.2)開關(guān)時間參數(shù)
開啟時間ton:由截止到飽和導(dǎo)通的時間.
關(guān)閉時間toff:由飽和導(dǎo)通到截止的時間.RCUOUIVCC+(a)(a)圖輸入端加入理想矩形波(b)0-U2+U1t1t2tuI(a)圖輸入端加入理想矩形波(b).0t1t2ticICS(c)
理想情況下:波形應(yīng)如圖(c),uI=+U1時,飽和,ic=ICS,當(dāng)UI=-U2
時,截止,ic=0.
實際:ic
波形如(d)圖.當(dāng)uI從-U2跳變到U1時,ic經(jīng)過ton后才上升到ICS,當(dāng)uI從U1負跳變到-U2時,ic經(jīng)過toff后才下降到0.0t2tICSt1.tdtrtstftofftonic.(d)0.1ICS0.9ICS①延遲時間td:從正跳變瞬間(t1)開始,到ic上升到0.1Ics所需的時間。②上升時間tr:ic從0.1Ics上升到0.9Ics所需的時間。③存儲時間ts:從負跳變瞬間(t2)開始,ic從ICS下降到0.9Ics所需的時間。④下降時間tf:ic從0.9Ics下降到0.1Ics所需的時間。
則:
開關(guān)時間,不同的管子有很大差別。通常:
注:幾個時間常數(shù)產(chǎn)生的原因。3)減小時間參數(shù)的方法td:減小反向電壓,選擇結(jié)電容小的三極管,另外,加大正向驅(qū)動電流ib。tr:加大正向驅(qū)動電流ib,減小基區(qū)寬度。ts:減小飽和深度,減小基區(qū)寬度,加大反向基極電流,另外在基區(qū)適量參金,以形成復(fù)合中心。tf:加大反向基極電流。3.三極管的開關(guān)參數(shù)1)飽和壓降UBES、UCES。硅管:│UBES│
≈0.7V│UCES│≈0.3V鍺管:│UBES│
≈0.3V
│UCES│≈0.1V2)開啟時間ton和關(guān)閉時間toff
注:手冊中給出的這兩個參數(shù)是在規(guī)定的正向?qū)娏骱头聪蝌?qū)動電流條件下測得,所以一定要注意測試條件。一般在幾十納秒至幾十微秒內(nèi)。二)晶體三極管反向器1.反向器的工作原理tUoHt2UOLt1uoc)R2uI+VCCVRCR1a)tUILUIHb)t1t2b)t1t2uIR2SVR1
KA
VD
+12V繼電器驅(qū)動電路2.反相器的改進電路u0R2uI+VCCVRCR1CSicsa)uIt1t2UIHUIL0icst1t20ict1t2ICS0uOt2UOHUOL0t1b)c)d)e)Cs稱為加速電容,增加加速電容,縮短了ton,toff提高反相器的工作速度。3.反相器的帶負載能力
灌電流負載:其電流方向是由有源負載流入反相器的輸出端。
拉電流負載:其電流方向從反相器流向負載。1)帶灌電流負載的能力R2uI+VCCVRCR1+VCCRVD3VD2VD1iL.uO①當(dāng)uI為高電平,V飽和,uo=0.3v,ic=IRC+iL﹤βiB若iL太大,ic增大,可能會破壞三極管飽和條件(ic﹤βiB)使三極管進入放大狀態(tài),集電極電壓上升,超出低電平的最大允許值USL。
另外,ic=IRC+iL≤ICM,iL的最大允許值,取決于三極管的飽和程度,飽和越深,允許灌電流越大,但iL再大也不應(yīng)使ic超過晶體管的最大集電極電流ICM。②當(dāng)輸出高電平時,灌電流負載的電流很小,所以反相器帶灌電流負載時,帶負載能力主要考慮輸出為低電平時灌電流能力,與ICM、β飽和深度有關(guān)。2)帶拉電流負載的能力RR2uI+VCCVRCR1-VEiLuOVD2VD1V截止,uo=UOH=VCC-
iLRC(ic=0
)
iL增大,輸出高電平將下降,反相器正常工作,即:要滿足uo=vcc-iLRC≥USH。①當(dāng)uI為低電平時當(dāng)uI為高電平時,三極管V飽和導(dǎo)通
uo=UOL=0.3v
ic=IRC–iL
當(dāng)iL增大時,ic減小,V的飽和深度加深,有利于管子的飽和,因此,主要考慮輸出高電平時帶拉電流的能力。
第三節(jié)晶體管—晶體管集成電路邏輯門電路TTL:指電路的輸入端和輸出端都采用晶體管。
TTL:是一種雙極性集成邏輯電路,以雙極性半導(dǎo)體管和電阻為基本元件,集成在一塊硅片上。
TTL電路有不同系列的產(chǎn)品,各系列產(chǎn)品的參數(shù)不同,其中LSTTL系列產(chǎn)品綜合性能較好,應(yīng)用最廣。
一.TTL與非門電路&&&&1311876543219101214VCCGND74TS00引腳圖14腳接Vcc(+5v)7腳接GND··R3R4R5R2R1R6V3V6V4V5V2YVD6VD5VD4VD3VD1VD220KΩ3KΩ1.5KΩ120Ω8KΩ4KΩAB+VCC74LS00(與非門)內(nèi)部電路:.抗飽和技術(shù):(提高速度)
肖特基抗飽和三極管:由普通的雙極型三極管和肖特基勢壘二極管SBD組合而成。如圖:iDiibSBD
注:肖特基二極管是利用金屬和半導(dǎo)體之間的接觸勢類所構(gòu)成的,其正向壓降約為0.3~0.4v,且開關(guān)時間極短(小于普通開關(guān)管的十分之一),在晶體管的bc結(jié)上并聯(lián)一個SBD便構(gòu)成抗飽和晶體管或稱肖特基晶體管。當(dāng)三極管飽和時,集電極正偏,肖特基二極管導(dǎo)通,將集電極正向偏壓鉗制在0.3~0.4之間,使三極管處于淺飽和狀態(tài)(或稱抗飽和狀態(tài)),另外,由于肖特基二極管的分流,三極管基極電流減小,飽和深度降低,開關(guān)時間減少,工作速度提高。
一)電路的組成
三部分:輸入級、中間倒相級、輸出級。1.輸入級
由R、VD1、VD2、VD3、VD4組成。
VD1、VD2
為輸入端鉗位二極管,它們能限制輸入端可能出現(xiàn)的負極性干擾脈沖,以保護輸入級,當(dāng)輸入級為正時,二極管截止,不起作用。
輸入級完成與邏輯功能。2.中間倒相級
由V2、
R2
、V6、R3、R6組成。
兩路輸出:
一路是,V2的發(fā)射極,它與基極輸入信號同相,并供給輸出管V5必要的驅(qū)動電流;另一路是,V2的集電極,與基極輸入信號反相,稱為倒相。V6、R3、R6組成V5的有源泄放電路(提高開關(guān)速度)
分析:當(dāng)輸入由低電平變成高電平時,與非門應(yīng)開通,這時由于有源泄放的三極管V6基極是通過電阻R3接到V2的發(fā)射極,而輸出管V5的基極直接接在V2的發(fā)射極,所以在跳變的瞬間IE2絕大部分流入V5的基極(V5優(yōu)先導(dǎo)通)V5會迅速飽和,從而縮短了開通時間ton,V5飽和后,IE2被V6所分流,使V5的基極電流減小,而減輕了V5的飽和程度。
當(dāng)輸入由高電平變成低電平時,V2截止,V5、V6隨之截止,輸出由低電平變?yōu)楦唠娖?,由圖可知,V6的基極和集電極分別通過R3、R6連至V5的基極,在V5未截止時,V6仍導(dǎo)通,V5基區(qū)存貯的電荷可通過R3、R6、V6的低阻回路進行泄放,使V5加快截止。
由此可見,有源泄放回路在轉(zhuǎn)換過程中能提高開關(guān)速度的原因是它的等效電阻是可變的,在輸入由低電平變?yōu)楦唠娖降乃查g呈現(xiàn)的電阻很大,而在輸入由高電平變?yōu)榈碗娖降乃查g呈現(xiàn)的電阻很小。
V3、V4為達林頓上拉電路,它和V5組成推拉式輸出電路,R5為限流電阻。推拉工作方式有利于提高電路的工作速度和減小損耗。3.輸出級
由V3、
V4、V5和VD5、VD6、R4、R5組成。①當(dāng)輸入全部為高電平時,V2、V5飽和導(dǎo)通,由圖可知V3、V4的發(fā)射極串聯(lián)在V2、V5的集電極之間,其電位差為VC2-VC5=1-0.3=0.7V,不足以使V3、V4同時飽和,但V3、V4也不會同時截止,因為V3的發(fā)射極通過R4接V5的集電極,即UBE3≈0.7V,因此V3的發(fā)射極電位VE3≈1-0.7=0.3V,說明V3的電流很小,處于微導(dǎo)通狀態(tài),V4的基極電位VB4≈VE3≈0.3V;發(fā)射極電位VE4=VC5=0.3V。則UBE4﹤UT,V4截止,呈現(xiàn)很大的等效電阻,V5的集電極只流過很小的漏電流和V3微導(dǎo)通狀態(tài)下很小的電流,從而允許灌入的負載電流較大。
注:若V3、V4同時截止,則R4僅流過漏電流(因漏電流一般僅為幾微安),R4兩端電壓則為毫伏級,V3的基-射間UBE=0.7V即:V3必導(dǎo)通。
推拉輸出分析:②當(dāng)有一個(或幾個)輸入端接低電平時,V2的基極被鉗位在0.7V,所以V2、V5、V6都截止,VC2為高電平,近似為VCC。
V3、V4工作狀態(tài)由于V2、V5截止,可將電路簡化為下圖:V3、V4導(dǎo)通,V3、V4組成射隨器。VC5≈VCC-0.7-0.7=3.6VIE3≈0.7/4=0.175mA若β3=20IB3≈9μAVC3=
VCC-IC3R5≈4.979VVB3=
VCC-IB3R2≈4.928V
V5的集電極電位:截止RLR4R5R2V4V3V2VD5VD6.+VCCY截止V5.
V3處于放大狀態(tài),V4基極VB4=VE3=4.3V,VC3=VC4=4.979V,VC4處于放大狀態(tài),空載時RL=∞,V4的發(fā)射極上因接有很大的負載電阻(截止管V5),所以V4是工作在電流很小的放大狀態(tài),這時V4的發(fā)射極電位,即輸出為高電平UOH。
由以上分析結(jié)果,根據(jù)所接負載的不同,輸出極的工作情況可歸納如下:
(1)輸出為低電平時,輸出級V3微導(dǎo)通,V4截止,V5飽和,與非門的輸出電阻就是V5的飽和電阻,這時可驅(qū)動灌電流負載,但不能驅(qū)動拉電流負載。
(2)輸出為高電平時,根據(jù)所接負載不同,其工作情況可分為以下幾種。
①拉電流負載較小時,(帶少數(shù)同類與非門)V3工作在放大區(qū)(或微飽和)V4工作在放大區(qū),這時V3和V4組成的復(fù)合管使與非門輸出電阻很?。╒3、V4工作在射隨器狀態(tài),其輸出電阻很?。?,輸出高電平穩(wěn)定。
②拉電流負載較大時,IC4、IC3都比空載時增加較多IL=IE3+IE4,導(dǎo)致R5上壓降增加,使VC3下降,迫使V3進入飽和,而V4則工作在放大區(qū),由于V3進入飽和,變小,V3和V4組成的復(fù)合管使與非門的輸出電阻增大(射隨器輸出電阻與復(fù)合管β的成反比,β=β3β4)輸出高電平降低,所以使用時,拉電流不能太大。③輸出端接有電容C0(包括雜散電容和外接負載電容)時,當(dāng)輸出由低電平跳變到高電平瞬間,V2、V5由飽和轉(zhuǎn)為截止,由于V2比V5更早脫離飽和,于是V2的集電極電位VC2比V5的集電極電位VC5上升更快,同時C0兩端的電壓不能突變,使VC2和VC5之間電位差增加,因而使V4在此瞬間基流很大,V4集電極與發(fā)射極之間呈現(xiàn)低電阻(V4飽和),故VCC經(jīng)R5和V4的飽和電阻對C0迅速充電,其時間常數(shù)很小,使輸出波形上升邊陡直,提高了工作速度。輸出級V5導(dǎo)通時,V4截止,V4導(dǎo)通時,V5截止,形成推拉工作狀態(tài),減小了損耗.VD5、VD6的功能:
當(dāng)輸出端由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r,
VD6
經(jīng)V2的集電極和V5的基極為輸出端的負載電容提供了放電回路,即加快了負載電容的放電速度,又為V5增加了基極驅(qū)動電流,加速了V5的導(dǎo)通過程,同時,VD5也通過V2為V4的基極提供了一個附加的低內(nèi)阻放電通路,使V4更快地截止,也有利于縮短傳輸延遲時間。(二)工作原理1.輸入有低電平
若UA=0.35V
VD3
正偏
UB=3.4V
VD4
反偏
IR1經(jīng)VD3流入A端
設(shè)UVD3
=0.35V
則UB2=0.7V
V2、
V5、V6截止
UC2≈5V
V3、V4導(dǎo)通
輸出高電平UOH=UC2-UBE3-UBE4=5-0.7-0.7=3.6V
考慮R4上存在電壓,應(yīng)產(chǎn)生一定的電流,V3的基極也有一定的電流,在R2上會產(chǎn)生一定的壓降,實際輸出高電平約UOH≈3.4V
V5截止——稱截止?fàn)顟B(tài)或關(guān)門狀態(tài)。
V3、V4導(dǎo)通,從輸出端看進去的等效電阻很小,相當(dāng)于射隨器的輸出電阻。2.輸入全為高電平
VD3、VD4截止,UB2=1.4V
V2、V5飽和導(dǎo)通,輸出低電平UOL≈0.35V
此時,UE2=0.7VUC2=UE2+UCE2≈1V則UC2不足以使V3、V4都導(dǎo)通,所以V3微導(dǎo)通,V4截止,輸出端和電源間可看成開路,減少了功耗。
輸出管V5飽和導(dǎo)通—導(dǎo)通狀態(tài)或開門狀態(tài)。3.電路的邏輯功能
當(dāng)電路的任一輸入有低電平時,輸出為高電平,當(dāng)輸入全為高電平時,輸出為低電平,即有0出1,全1出0,輸入與輸出之間為與非邏輯關(guān)系。Y=AB二.TTL與非門的主要外部特性1.電壓傳輸特性曲線
在空載的條件下,輸入電壓uI與輸出電壓uO之間的關(guān)系曲線。uo=f(uI)uo(v)uI(v)3.532.521.510.50.511.522.533.54b)特性曲線(一)電壓傳輸特性uOV&V5VuI-+-+5V+a)測試電路E2.LSTTL與非門的抗干擾能力1)閾值電壓UT(門坎電壓)
是V5管截止和飽和的分界線,即輸出由高電平變?yōu)榈碗娖交蛴傻碗娖阶優(yōu)楦唠娖降姆纸缇€。含義為,當(dāng)輸入電壓高于閾值電壓時與非門導(dǎo)通(V5飽和導(dǎo)通),輸出低電平0.35V,反之,但輸入電壓低于閾值電平時,與非門截止(V5截止),V3、V4導(dǎo)通,輸出高電平3.4V。實際上閾值電壓是有一定范圍的。2)關(guān)門電平UOFF
空載情況下,輸出電壓達生產(chǎn)廠家所規(guī)定的輸出高電平的下限值——標(biāo)準(zhǔn)高電平USH時,所允許的最大輸入電平值稱關(guān)門電平UOFF。是輸入端的特性參數(shù)。3)開門電平UON
指電路帶有額定負載情況下,輸出電平達到低電平的上限值——標(biāo)準(zhǔn)低電平USL時,所允許輸入的最小電平值稱開門電平UON。
指通常用UILmax代替UOFF,UIHmin代替UON。4)噪聲容限
低電平噪聲容限UNL=UOFF-UIL
正向干擾
高電平噪聲容限UNH=UIH-UON
負向干擾
(二)TTL與非門的輸入特性1.輸入伏安特性
輸入伏安特性是用以描述輸入電壓與輸入電流間的關(guān)系曲線。&V5VuI-+E5V+a)測試電路iImA3210.20-0.2-0.4uI/viI/mAb)輸入伏安特性曲線當(dāng)uI=0時,內(nèi)部電路截止
電阻R1的電流全部流入輸入端,IIS稱輸入短路電流?!??iIuI
當(dāng)uI
>1時,開始導(dǎo)通,
的一部分流入
的基極,減小的速度加快,足夠大,反偏,由負變正(方向改變),數(shù)值較小,小于20
(二極管反向截止電流),以后,僅微小增加,基本保持不變。iIIR1V2V2uIVD3iIiIuIiIAm
注:LSTTL與非門帶同類門負載時,輸出低電平時有灌電流流入,此時電流較大,輸出高電平時,只有較小的拉電流。2.輸入端負載特性a)測試電路&V5VuI-+RI5V+b)負載特性曲線426810120.51RI/K?uI/VuIRI
當(dāng)較小時(內(nèi)部電路截止),隨的增加而上升(這時電路就類似一個分壓電路),當(dāng)上升到1V左右時,再增加時,由于鉗位在1.4V不變(、飽和導(dǎo)通),則也將保持不變,此時輸出為低電平0.35V。uIV2uIRIuB2V5V2uI=-=1vuB2uVDuI
當(dāng)較小時(內(nèi)部電路截止),隨的增加而上升(這時電路就類似一個分壓電路),當(dāng)上升到1V左右時,再增加時,由于鉗位在1.4V不變(、飽和導(dǎo)通),則也將保持不變,此時輸出為低電平0.35V。uIV2uIRIuB2V5V2uI=-=1vuB2uVD1)關(guān)門電阻ROFFuI=
UOFF所對應(yīng)的RI值為ROFF,若RI﹤ROFF,則uI﹤UOFF,電路處于關(guān)門狀態(tài),輸出高電平。2)開門電阻RON
輸出低電平時,輸入端所接電阻RI的最小值為開門電阻RON,若RI≥RON,則開門,輸出低電平。
注:LSTTL懸空相當(dāng)于接高電平,希望輸入低電平時,下拉電阻RI﹤
ROFF。
(三)TTL與非門的輸出特性
輸出特性是描述與非門輸出電壓uO與負載電流iL的關(guān)系曲線。a)測試電路&V0.3V-uo5V+mAiL+RL.uo/ViL/mA543216123b)輸出高電平時的特性曲線1.輸出高電平(拉電流負載)uI=0.35VuO=3.4V①當(dāng)iL較小時,V3、V4工作在射隨狀態(tài),輸出電阻很小,因此,輸出電壓隨負載變化較小。②當(dāng)iL較大時,V3飽和,輸出電阻增大(輸出電阻與β有關(guān)),uO將隨iL增大而下降。
注:74LS00:uo=3.4V,允許拉電流iL=4mA左右,大于此值,uo下降較快。2.輸出低電平(灌電流負載)
V5飽和,V3微導(dǎo)通,V4截止,V5的iC5即為負載電流,從外電路流入V5管。
當(dāng)輸入全為高電平時,uo=0.35V。a)測試電路V&-uo5V+mAiL+RL.b)輸出低電平特性曲線uo/ViL/mA1241028612
注:輸出特性為一個三極管在基極電流恒定時的共射接法的輸出特性,灌電流太大,V5會脫離飽和進入放大區(qū),uo則會上升。74LS00:uo=0.35V,允許灌電流iL=8mA左右。
四)TTL門電路的主要參數(shù)1.輸出高電平UOH
UOH是指輸入端有一個或一個以上為低電平時的輸出高電平值。
注:手冊給出的是一定條件下所測最小值。正常工作時,輸出高電平應(yīng)高于手冊給的UOH。2.輸出低電平UOL
UOL是指輸入端全部接高電平時的輸出低電平值。
注:UOL是在額定負載條件下測試的,應(yīng)注意手冊中的測試條件。手冊給出的通常是最大值,正常工作時,輸出低電平應(yīng)低于手冊給出值。3.低電平輸出時的電源電流ICCL
ICCL指輸入端全部開路,輸出端也開路的情況下,電源提供的總電流。
空載導(dǎo)通功耗Pon=VCCICCLICCL≤4.4mA(74LS00)4.高電平輸出時的電源電流ICCH
ICCH指輸入端接地,輸出端空載時電源提供的總電流。
空載截止功耗Poff=VCCICCHICCH≤1.6mA(74LS00)5.輸入短路電流IIS
IIS指輸入端有一個接地,其余輸入端開路時,流出接地輸入端的電流。
注:在多級電路連接時,IIS實際上就是灌入前級的負載電流。IIS大,則前級代同類與非門的能力下降。
IIS≤0.4mA(74LS00)6.高電平輸入電流IIH
IIH指一個輸入端接高電平,其余輸入端接地時,流入該輸入端的電流。
注:IIH實際上就是前級電路的拉電流負載。IIH≤20μA
(74LS00)7.輸入高電平最小值UIHmin
注:當(dāng)UI≥UIHmin時,UI為高電平,UIHmin略高于UON。UIHmin=2V(74LS00)8.輸入低電平最小值UIHmax
注:當(dāng)UI≤UILmax時,UI為低電平,UILmax略低于UOFF。UIHmax=0.8V(74LS00)9.扇出系數(shù)NO
NO指與非門正常工作時,能夠驅(qū)動同類與非門的個數(shù)
74LS00:輸出低電平時,灌電流負載204.08=3NO
輸出低電平時,灌電流負載1004000=3NO202×10.平均傳輸時間tpdtpd指電路導(dǎo)通傳輸延遲時間trd和截止延遲時間tfd的平均值。2ttfdrdtpd+=
74LS00:
tpd=9.5nS
UmtuI/V50%UmtuO/Vtrdtfd【例2-3】某溫度控制器電路如圖示,Rt為熱敏電阻,求繼電器K的吸合條件。SVRt
K
VD
+24V&&
+5V10kΩ10kΩ74LS00
解:1)S閉合,門2輸出低電平,三極管截止,K不吸合控制電路不工作。2)S斷開,門1輸出電平由熱敏電阻Rt決定。當(dāng)Rt≥RON時,門2輸出為高電平,三極管飽和,繼電器工作。所以只有當(dāng)溫度降低到使Rt達到10KΩ以上時,繼電器才吸合?!纠?-4】圖示電路為74LS00與非門構(gòu)成的電路,A端為信號輸入端,B端為控制端,試根據(jù)輸入波形畫出輸出波形。A&&BLYABY
解:B=1L=AB=A1=AY=L=A=A..B=0無論A為什么狀態(tài),輸出端L總為高電平,Y總為低電平,信號不能通過。三.TTL其它類型的門電路(一)或非門(74LS27)——對應(yīng)型號CT40271.引腳圖1BVCCGND≥1≥1≥11A2A2B2C2Y1C1Y3A3B3C3Y≥1ABCY2.原理圖ABC+VCC··YV3V4120Ω8KΩ10KΩ.V5V63KΩ1.5KΩV2′10KΩV2′′′·10KΩR1′′R1V2R1′.4KΩ
當(dāng)A、B、C、中有一個或一個以上為高電平時,對應(yīng)的肖特基二極管反偏截止,對應(yīng)的V2飽和導(dǎo)通,則V5飽和導(dǎo)通,輸出為低電平,UOL=0.35V
當(dāng)A、B、C、全為低電平時,V2、V’2、V”2均截止,則V5截止,輸出為高電平,UOH=3.4V
邏輯關(guān)系:全低出1,有1出0,為或非關(guān)系。
Y=A+B+C3.或非門無用端的處理
Y1=A+B+0=A+B
Y2=C+C+D=C+D
Y3=E+E+E=EBVCC≥1≥1≥1ADCY2EY1Y3.(二)異或門(74LS86)——內(nèi)部有四個異或門內(nèi)部邏輯電路:≥1≥1&ABYY=AB+A+B=AB+AB=A⊙B=AB=1ABY例:異或門構(gòu)成的正碼/反碼電路Y5Y6=1A0B=1=1=1=1=1=1=1A1A2A3A4A5A6A7Y1Y0Y2Y3Y4Y7當(dāng)B=0時Yi=AiB+AiB=Ai0+Ai0=Ai輸出為原碼當(dāng)B=1時Yi=AiB+AiB=Ai1+Ai1=Ai輸出為反碼(三)三態(tài)門(TSL)
輸出:高電平、低電平、高阻狀態(tài)(禁止?fàn)顟B(tài))——輸出端相當(dāng)于懸空1.三態(tài)門工作原理①三態(tài)LSTTL與非門原理圖:+VCC·YV3V4V5V6·VD1VD2VD3V2EBA
E稱為使能端或控制端。
E為高電平時VD1、鉗位二極管VD3截止,此時三態(tài)門的工作狀態(tài)和普通與非門一樣,Y=AB。E為低電平時,VD1導(dǎo)通,V2、V5截止;VD3導(dǎo)通,V3、V4截止,三態(tài)門輸出為高阻狀態(tài)。(或V3微導(dǎo)通,V4截止。)
邏輯符號:&BAEY②三態(tài)門的二種控制模式
使能端高電平時,電路處于工作狀態(tài),反之高阻。
使能端低電平時,電路處于工作狀態(tài),反之高阻。
邏輯符號:&BAEY
高電平有效&BAEY
低電平有效
真值表:高阻××00111110110111001YABE高阻××10110110010101000YABE
高電平有效
低電平有效2.三態(tài)門的用途1)三態(tài)門可以實現(xiàn)用同一根數(shù)據(jù)總線傳輸n組不同數(shù)據(jù)或控制信號。
例:M&BA&DC&GFE3E2E1LL—M母線或總線E1、E2、E3按時間順序輪流出現(xiàn)低電平。AB、CD、FG三組信號就會輪流送到總線上。
注意:①任意時刻只能有一個控制端為低電平,該門信號進入總線,其余門處于高阻狀態(tài)。
②工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換為高阻狀態(tài)的速度應(yīng)高于高阻狀態(tài)轉(zhuǎn)換為工作狀態(tài)的速度。2)三態(tài)門實現(xiàn)雙向傳輸
例:&E&BAE高電平:A→BE低電平:A←B
(四)集電極開路輸出門(OC門)1.電路組成邏輯符號:&BAY原理圖:RLVD2YBAV4+VCC+VCC2
注:OC門使用時,必須外接負載電阻RL或其它(如繼電器,發(fā)光二極管等)和電源VCC2后才能正常工作,否則,僅兩種輸出,低電平和高阻。2.OC門主要用途1)實現(xiàn)“線與”功能V3V4V5V2+VCC門1門2UO
注:幾個一般的TTL門電路,輸出端是不允許直接接在一起的,因為在具有推拉式輸出級的電路中,無論輸出高電平還是低電平,輸出電阻都很小,所以不能將輸出端并聯(lián)。
例:若一個門輸出是高電平,而另一個輸出是低電平時,則輸出并聯(lián)后必將有很大的負載電流同時流過兩個門電路的輸出級,這個電流遠超過正常工作電流,甚至?xí)归T電路損壞,同時輸出電平發(fā)生變化,截止門電平降低,飽和門電平升高。
OC門的“線與”功能V4V4.Y2Y1YRL+VCC
當(dāng)Y1、Y2中有低電平時其對應(yīng)的輸出V5飽和,Y被鉗位在低電平。
當(dāng)Y1、Y2全為高電平時,輸出管V5全部截止,Y才為高電平,故邏輯關(guān)系為:Y=Y1Y2=ABCD=AB+CD.
直接連線形成與邏輯的關(guān)系,稱線與,利用線與可實現(xiàn)與或非邏輯關(guān)系。多個OC門連接時,總的輸出等于各個與非門輸出的與邏輯,總的輸出等于輸入的與或非。&BAY&DCRL.+VCCY1Y22)實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換
OC門輸入有低電平,V4截止,輸出等于VCC2,即實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。
OC門輸入全部高電平,V4飽和,輸出等于0.35V。3)驅(qū)動顯示器件和執(zhí)行機構(gòu)
驅(qū)動較大電流的執(zhí)行機構(gòu)。
例:6高壓OC輸出緩沖/驅(qū)動器7406,低電平電流可達40mA,VCC2可高達30V。A=0VD滅A=1VD亮&+VCCARVD
例:3.外接負載電阻RL的估算1)OC門相連后輸出高電平+VCC&RL.&&&&&m個輸入端n個OC門IOH—OC門(V4)截止時的漏電流
IIH—負載門每個輸入端的高電平輸入電流IIHIOHp個與非門+VCC&RL.&&&&&+3.6VIISIOL2)OC門輸出低電平ILM—導(dǎo)通OC門允許的最大灌電流,若IOL>ILM
,則UO升高,即退出飽和。IIS—負載輸入短路電流P—與非門個數(shù)RL值應(yīng)滿足RLmin<RL<RLmax
四.TTL的不同系列一)74系列:PCC=10mwtpd=10ns—CT1000二)74L系列:PCC=1mwtpd=33ns三)74H系列:PCC=22mwtpd=6ns—CT2000四)74S系列:PCC=19mwtpd=3ns—CT3000五)74LS系列:PCC=2mwtpd=9.5ns—CT4000六)74AS系列:PCC=2mwtpd=1.5ns性能優(yōu)良,我國無相應(yīng)國產(chǎn)系列與之對應(yīng)。七)74ALS系列:PCC=1mwtpd=4ns無相應(yīng)國產(chǎn)系列與之對應(yīng)。74系列為民用產(chǎn)品,54系列為軍用產(chǎn)品。74LS中綜合性能較好,現(xiàn)較多使用。已淘汰很少使用第四節(jié)CMOS集成門電路
場效應(yīng)管:是利用改變電場來控制固體材料的導(dǎo)電能力。
分類:結(jié)型場效應(yīng)管、絕緣柵場效應(yīng)管。
絕緣柵場效應(yīng)管:是利用半導(dǎo)體表面的電場效應(yīng)進行工作的,也稱“表面場效應(yīng)器件”,它的柵極處于不導(dǎo)電(絕緣)狀態(tài),則輸入電阻可大大提高。
MOS管:根據(jù)柵極(金屬)與半導(dǎo)體材料之間絕緣層所用材料不同,絕緣柵場效應(yīng)管有各種類型,目前應(yīng)用最廣泛的一種金屬—氧化物—半導(dǎo)體場效應(yīng)管是以二氧化硅為絕緣層的,這種管子稱為MOS管。
NMOS——電子導(dǎo)電(N溝道)速度慢。
PMOS——空穴導(dǎo)電(P溝道)速度慢。
CMOS——NMOS+PMOS74HC與TTL速率大體相同一.MOS管的開關(guān)特性MOS管按工作特性可分為增強型和耗盡型,CMOS電路只適用增強型MOS管。1.N溝道增強型絕緣柵場效應(yīng)管(NMOS)1)結(jié)構(gòu)襯底引線Bs源極d漏極g柵極N+N+p型硅襯板二氧化硅s源極g柵極d漏極襯底B2)工作原理(導(dǎo)電溝道形成)柵源短接:vGS=0
源區(qū)、襯底、漏區(qū)形成兩個背靠背的PN結(jié),不管vDS的極性如何,其中一個PN結(jié)反接,則iD=0,相當(dāng)于漏源間電阻大。柵源間加上正向電壓:vGS>
0
介質(zhì)中便產(chǎn)生了一個垂直于半導(dǎo)體表面的由柵極指向襯底的電場,這個電場是排斥空穴的,在此電場作用下,它排斥P型硅靠近柵極一側(cè)的多數(shù)載流子(空穴),而少數(shù)載流子(電子)卻受到電場力的吸引匯集到表面層中來,當(dāng)柵源電壓達一定數(shù)值時,就有可能把P型硅表面層中的多數(shù)載流子幾乎全部被趕走,形成耗盡層,若進一步增大柵源電壓,一方面由于強電場將源區(qū)的電子誘導(dǎo)(感應(yīng))到柵極下面的半導(dǎo)體表面,同時襯底上的少數(shù)載流子電子也受到這個電場地吸引,這些電子在柵極附近的P型硅表面便形成了一個N型薄層,這個薄層(反型層)就組成了源極和漏極間的N型導(dǎo)電溝道,VGS越大,溝道越厚,溝道電阻越小。VGS=0時,沒有導(dǎo)電溝道,VGS>0才能形成溝道的MOS稱為“增強型”,VGS=0時已經(jīng)存在導(dǎo)電溝道的MOS稱“耗盡型”。BsdgN+N+pEDEG.耗盡層b)VGS<VT出現(xiàn)耗盡層。BsdgN+N+pED.a(chǎn))VGS=0
無導(dǎo)電溝道。BsdgN+N+pEDEG......................N型溝道耗盡層c)VGS≥
VT出現(xiàn)N型溝道。3)特性曲線輸出特性:Ⅰ區(qū)48121620242134VDS(V)iD(mA)VGS=3VVGS=4VVGS=6VⅢ區(qū)Ⅱ區(qū)42682134VGS(V)iD(mA)VDS=
10V轉(zhuǎn)移特性:
在絕緣柵場效應(yīng)管中,存在縱向和橫向兩個不同的電場,一個是柵源電壓產(chǎn)生的縱向電場,它主要產(chǎn)生一個把源區(qū)和漏區(qū)連接起來的導(dǎo)電溝道,在VGS小于開啟電壓VT時,從源區(qū)到漏區(qū)沒有導(dǎo)電溝道,漏源間電阻很大,隨著VGS增加,當(dāng)VGS≥VT時,將有一個感生溝道把漏源兩極連通起來,而且VGS越大(正)溝道越厚,因此溝道電阻隨VGS的上升而減小。另一個是由漏源電壓VDS產(chǎn)生的橫向電場,當(dāng)有VDS時,這個橫向電場使源區(qū)來的電子向漏區(qū)漂移,形成iD,顯然,由于VGS一定時,溝道電阻一定,所以Ⅰ區(qū)內(nèi),iD基本與VDS成線性關(guān)系,隨VGS增大,溝道電阻變小,在相同VDS下,iD越大,特性曲線就越陡,故Ⅰ區(qū)可看作一個受柵源電壓VGS控制的可變電阻區(qū)??勺冸娮鑵^(qū)(Ⅰ區(qū)):飽和區(qū)(Ⅱ區(qū)):
在VDS作用下,沿源極溝道漏極將產(chǎn)生一個橫向電位梯度,故溝道從靠近源區(qū)端的0電位逐漸升高到漏極的正電位VDS,這樣,溝道在從源端到漏端的不同位置上,柵極與溝道之間的電位差不相等,靠近源端,柵極與溝道間電位差最大,感生溝道最厚,而靠近漏端,柵極峪溝道間電位差最小,溝道最薄,隨著VDS增加,溝道厚度的不均勻性就越明顯,因此靠近漏端電阻越大。VDS上升還有另一個作用,使溝道內(nèi)橫向電場強度提高,溝道電流密度增加,在可變電阻區(qū),由于VDS很小,VDS增加引起的電流增加起主要作用,因此iD隨VDS增加而線性上升,隨著VDS的上升,溝道面積將變小,截面積變化率越來越大,溝道電阻隨VDS上升而增加就成了主要矛盾,所以iD隨VDS上升的速度變慢了,當(dāng)VDS增加到VDS=VGS-VT,這時靠近漏端的柵極和溝道間的電位差剛好為VT(=VGS-VDS),即漏端溝道已經(jīng)減少到剛夠開啟的臨界值,若再增大VDS,則VGS-VDS將小于VT,溝道在漏端被夾斷,VDS進一步增大,使VDS>VGS-VT,靠近漏端就有一個夾斷區(qū),在夾斷區(qū)中溝道電阻最大,VDS進一步增加的數(shù)值就幾乎全部降落在這里,夾斷區(qū)的電場強度最強,當(dāng)電子從源極經(jīng)溝道靠近夾斷區(qū)時,就被上述強電場迅速拉向漏極,而夾斷區(qū)以外的溝道內(nèi)電阻較小,其兩端電壓基本不變,即溝道電場幾乎不隨VDS的上升而改變(忽略溝道長度隨VDS的變化),所以經(jīng)過溝道進入夾斷區(qū)的電子流基本不隨VDS的進一步增加而改變,當(dāng)然漏極電流iD就不變,結(jié)果當(dāng)VDS>VGS-VT后,iD就趨于飽和,故可變電阻區(qū)和飽和區(qū)的分界線為VDS=VGS-VT。VDS越大,可變電阻區(qū)部分的VDS越大,iD也越大。擊穿區(qū)(Ⅲ區(qū)):VDS進一步增加,夾斷區(qū)電場很強,造成漏端PN擊穿,iD迅速上升。
a)VDS<VGS-VT
EGBsdgN+N+pED..N型溝道BsdgN+N+pED..N型溝道EGb)VDS=VGS-VT
BsdgN+N+pED..N型溝道夾斷區(qū)EGc)VDS>VGS-VT
2.MOS管的開關(guān)特性
當(dāng)uIL<VGS(th)時(一般為1.5~2V),MOS管截止,漏電流iD約等于0,等效電阻非常大,一般大于107Ω,相當(dāng)于開關(guān)的斷開。
當(dāng)uIH>VGS(th)時,MOS管導(dǎo)通,VIH比VGS(th)大多時,MOS管處于溝道的歐姆區(qū),等效電阻很小,約為1KΩ,相當(dāng)于開關(guān)閉合。uIV+VDDuouI>VGS(th)RDuIV+VDDRDuIV+VDDuouI<VGS(th)RDNMOS管
即:NMOS管的漏源間相當(dāng)于受柵源電壓VGS控制的開關(guān),當(dāng)VGS<VGS(th)時,開關(guān)斷開,VGS>VGS(th)時,開關(guān)閉合。
PMOS管與NMOS管類似,只是VGS、VDS、VGS(th)均為負值,當(dāng)|VGS|<|VGS(th)|時,管子截止,當(dāng)|VGS|>|
VGS(th)|時,管子導(dǎo)通。
二.
CMOS集成門電路VN+VDDuIVPuO+VDDuIuOs1s2
一)CMOS反相器1.結(jié)構(gòu)
CMOS管反相器由一個NMOS(VN)和一個PMOS(VP)組成,VN與VP的漏極連在一起為輸出端uO,柵極連在一起為反相器輸入端uI,VN的源極接地,VP的源極接+VDD,要求:
VDD
>|VGS(th)P|+|VGS(th)N|一般|VGS(th)P|=|VGS(th)N|通常VDD=5V
便與TTL電路兼容2.工作原理
當(dāng)uI為高電平時,VN柵源間的電壓大于開啟VGS(th)N,則VN導(dǎo)通,對VP來說,由于柵極電位較高,使柵源間的電壓│VGSP│<│VGS(th)P│,則VP截止,VN導(dǎo)通。VP截止,使反相器輸出低電平。
當(dāng)uI為低電平時,VN柵源間VGSN<VGS(th)N,VN截止,對VP來說,柵極電位較低,使柵源間的電壓│VGSP│>│VGS(th)P│,則VP導(dǎo)通。VP導(dǎo)通,使反相器輸出高電平。3.CMOS反相器的特點1)靜態(tài)功耗小
當(dāng)反相器處于穩(wěn)態(tài)時,無論是輸出高電平還是低電平,VN和VP其中一個截止,電源只向反相器提供納安數(shù)量級的漏電流,功耗在微瓦以下,故CMOS電路具有功耗低的優(yōu)點。
注:VN和VP在開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時,會出現(xiàn)兩管同時導(dǎo)通的過渡過程,工作電流較大,所以CMOS在高頻重復(fù)脈沖下,功耗較高,接近TTL。2)工作速度較高
無論輸出高電平還是低電平,VN、VP總一個導(dǎo)通,輸出電阻都較小,因此對負載電容充、放電過程較快,縮短了輸出波形上升沿和下降沿的時間,工作速度提高,比NMOS、PMOS電路高,但略低于TTL。3)靜態(tài)傳輸特性好,抗干擾能力強。因VDD>│VGS(th)N│+│VGS(th)P│設(shè)兩管參數(shù)對稱,則,當(dāng)uI=?VDD時,
VGSN=uI=?VDD
>VGS(th)N│VGSP│=│uI-VDD│=?VDD>│VGS(th)P│
VN、VP均導(dǎo)通,導(dǎo)通電阻也相等,則uo=?VDD,此時VN、VP均工作于飽和區(qū)(∵VGSN-uO=0<VGS(th)N,VGSP-VDSP=0<│VGS(th)P│)
若uI增加,則VGSN
>?VDD
│VGSP│=│uI-VDD│<?VDD
VP管│VGSP│減小,導(dǎo)通電阻增大(導(dǎo)電電流應(yīng)減?。?,而導(dǎo)通電流受VP管限制,不能隨之增加(二管為串聯(lián)),因此VN管進入溝道歐姆區(qū),導(dǎo)通電阻急劇減小,即兩管導(dǎo)通電阻的比值變化很大,所以,在使反相器的兩管狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變的范圍內(nèi),輸入電壓的微小變化就會引起輸出電壓急劇變化。故傳輸特性陡峭。
例:當(dāng)uI在0至略小于?VDD(2.5V)范圍內(nèi)變化時,uO為高電平,約為4.95V,當(dāng)uI略高于2.5V時,uO立即翻轉(zhuǎn)為低電平,約為0.05V。?VDD?VDDuIuO
注:①實際VN、VP不可能完全對稱,傳輸特性要差一些。②UNH、UNL高低電平抗干擾能力相等,近似等于VDD,且可通過提高VDD來提高抗干擾能力。4)扇出系數(shù)CMOS的輸入直流電阻非常大,對上一級電路而言負載主要是電容性負載。CMOS的輸出電阻較小,連接較短(連接電阻小),低頻時N0>50,高頻時N0大為減少。(∵N0多,時間常數(shù)大)5)允許的電源電壓波動范圍大
電源電壓3~18之間變化時,CMOS反相器均能正常工作。
CMOS:uOH≈VDD
uOL≈0
——
邏輯擺幅大6)CMOS的主要缺點
輸入端易被靜電擊穿,易在使用不當(dāng)時損壞。4.常用的CMOS反相器CD4
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