2022-2023学年高二物理竞赛课件：CMOS逻辑门

CMOS逻辑门 CMOS逻辑门 在CMOS反相器的基础上可以构成各种CMOS逻辑门。图3-23是CMOS与非门电路，它由四个MOS管组成。V1、V2为两只串联的NMOS管，V3、V4为两只并联的PMOS管。当输入A、B中有一个或者两个均为低电平时，V1、 V2中有一个或两个截止，输出UO总为高电平。只有当A、 B均为高电平输入时，输出UO(F)才为低电平。设高电平为逻辑 1，低电平为逻辑 0，则输出F和输入A、 B之间是与非关系，即F=A·B 第3章 集 成 逻 辑 门 图 3-24 CMOS或非门 第3章 集 成 逻 辑 门 3.3.3 CMOS传输门 图 3-25 CMOS传输门 (a) 电路结构； (b) 逻辑符号 第3章 集 成 逻 辑 门 图 3-26 CMOS传输门中两个MOS管的工作状态 第3章 集 成 逻 辑 门 当在控制端C加0V，在C端加UDD时，只要输入信号的变化范围不超出0~UDD，则V1和V2同时截止，输入与输出之间呈高阻态(＞109Ω)，传输门截止。  反之，若C=UDD，C=0V，而且在RL远大于V1、V2的导通电阻的情况下，则当0＜UI＜UDD-UTN时V1将导通，而当|UTP|＜UI＜UDD时V2导通。因此，UI在0~UDD之间变化时，V1和V2至少有一个是导通的，使UI与UO两端之间呈低阻态(小于1kΩ)，传输门导通。 由于V1、V2管的结构形式是对称的，即漏极和源极可互换使用，因而CMOS传输门属于双向器件，它的输入端和输出端也可以互易使用。 第3章 集 成 逻 辑 门 传输门的一个重要用途是作模拟开关，它可以用来传输连续变化的模拟电压信号。 模拟开关的基本电路由CMOS传输门和一个CMOS反相器组成，如图3-27所示。当C=1时，开关接通，C=0时，开关断开，因此只要一个控制电压即可工作。和CMOS传输门一样，模拟开关也是双向器件。 图 3-27 CMOS双向模拟开关 (a) 电路结构； (b) 逻辑符号 第3章 集 成 逻 辑 门 3.3.4 CMOS逻辑门系列 CMOS逻辑门器件有三大系列：  ① 4000系列。  ② 74C××系列。  ③ 硅-氧化铝系列。 第3章 集 成 逻 辑 门 表 3-3 4000B系列部分器件 编 号 说 明 CD4001B CD4002B CD4011B CD4012B CD4030B CD4050B CD4066B CD4069B CD4085B 四—2输入或非门 二—4输入或非门 四—2输入与非门 二—4输入与非门 四—2输入异或门 六缓冲器 六双向模拟开关 六反相器 二—2-2与或非门 第3章 集 成 逻 辑 门 表 3-4 各系列CMOS电路的技术参数 逻辑系列 电源电压/V 功耗/mW每门 传输延迟/ns每门 4000B 74HC/HCT×× 74AC/ACT×× 3~18 2~6 2~6 2.5 1.2 0.9 25~100 10 5 第3章 集 成 逻 辑 门 表 3-5 TTL、CMOS电路的输入、输出特性参数 第3章 集 成 逻 辑 门 1) 用TTL电路驱动CMOS电路 ① 当用TTL电路驱动4000系列和HC系列CMOS电路时，必须设法将TTL电路的输出高电平提升到3.5V以上。此时可以在TTL电路的输出端接一个上拉电阻(例如3.3 kΩ)至电源UCC(+5V)。此时，CMOS电路相当于一个同类TTL电路的负载。 如果CMOS电路的电源较高，TTL的输出端仍可接一上拉电阻，但需使用集电极开路门(如T1006)电路，如图3-28(a)所示。应注意，上拉电阻的大小对工作速度有一定的影响，这是由于门电路的输入和输出端均存在杂散电容的缘故。上拉电阻的计算与OC门外接上拉电阻的计算方法相同。 第3章 集 成 逻 辑 门 $