2022-2023学年高二物理竞赛课件：门电路

　门电路 概 述 　门电路 半导体管的开关特性 简单的与、或、非门电路 TTL集成门电路 本章介绍两种类型：TTL和MOS门电路的内部结构、工作原理、逻辑功能、电气特性、主要参数等。 3 TTL 即 Transistor-Transistor Logic CMOS 即 Complementary Metal-Oxide-Semiconductor TTL 集成门电路 CMOS 集成门电路 　　输入端和输出端都用三极管的逻辑门电路。 　　用互补对称 MOS 管构成的逻辑门电路。 ●TTL电路的致命缺点是：功耗大，只能制造SSI，MSI，而无法制作LSI和VLSI。 ★CMOS突出优点是：功耗极低，非常适合制作VLSI。随着其工艺不断进步，无论在工作速度还是驱动能力上，都已不比TTL逊色。 ★CMOS已经取代TTL，成为IC的主导技术 ●不过现有的旧设备中，有的仍在用TTL，因此了解TTL的某些知识仍有必要。 条件开关 输入信号满足一定条件时，门开启，允许信号通过 。 开门状态： 关门状态： 输入信号条件不满足，门关闭，信号通不过 。 一、什么是门电路？ －－用来实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。 与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等。 门 （数字电路最基本的单元） §2.1 概述 输出和输入之间存在着一定的逻辑关系。 不同的门电路，输出与输入之间的逻辑关系也不同，如： 二、集成门的一般特性 1、电源电压？ 2、输入和输出的“1”、“0”对应的电压范围？ 3、抗干扰能力如何？ 4、工作速度快不快？ 5、功耗大不大？ 6、带负载能力是否强？ 1、电源特性： TTL: （1±5％）×5V; CMOS : (3～18）V 2、输入和输出的高、低电平： TTL 高电平 低电平 2.4V~5V，典型值:3.6V 0V~0.4V，典型值:0.3V CMOS 74HC: ≥0.7VDD 74HC: ≤0.3VDD 手册一般给出四种逻辑电平： 输入高电平的下限值：VIH(min) 输入低电平的上限值：VIL(max) 输出高电平的下限值：VOH(min) 低电平的上限值：VOL(max) VI Lmax VOHmin VIHmin VOLmax 输入 输出 VI Lmax VOHmin VIHmin VOLmax 输入 输出 3、噪声容限： 定量说明 抗干扰能力 在数字电路中，即使有噪声电压叠加在输入信号的高、低电平上，只要噪声电压的幅度不超过允许的界限，输出端的逻辑状态就不会受到影响; 通常把这个不允许超过的界限叫做噪声容限。电路噪声容限越大，抗干扰能力越强。 A Y1 & B Y2 & （1）高电平噪声容限： VNH= VOHmin-VIHmin VNH VNL （2）低电平噪声容限： VNL= VILmax-VOLmax ▲数字电路中，无论对元、器件参数精度，还是对电源稳定度的要求，都比模拟电路要低。 ▲提高数字电路的运算精度，可通过增加数字信号的位数达到。 4、传输延迟时间： 表征门电路开关速度 输入 tw tr 10% 50% 90% tf tr：上升时间 tf：下降时间 tw：脉冲宽度 输出 tPHL tPLH 上升沿 下降沿 tPHL：导通传输时间 tPLH：截止传输时间 平均传输延迟时间 （Propagation delay) tpd= tpHL+ tpLH 2 0 1 5、功耗： 静态功耗：电路的输出没有状态转换时的功耗。 动态功耗：电路在输出发生状态转换时的功耗。 延时－功耗积: $