第6次课——第3章-门电路解析.pptx
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1、第第3章章 门电路门电路复习复习:3.1 概述概述3.2 半导体二极管门电路半导体二极管门电路3.3.1 MOS管的开关特性管的开关特性门电路、正负逻辑系统、高低电平的实现、门电路、正负逻辑系统、高低电平的实现、数字电路的优点及分类数字电路的优点及分类门电路的动态特性、二极管与门与或门、门电路的动态特性、二极管与门与或门、二极管门电路的缺点二极管门电路的缺点vGS VGS(th)管子导通,管子导通,VGS(th)0;vGS VGS(off)管子导通,管子导通,VGS(off)0;vGS VGS(th)管子导通,管子导通,VGS(th)0;vGS VGS(off)管子导通,管子导通,VGS(of
2、f)|VGS(th)P|+VGS(th)N2.2.工作原理工作原理当当vIVIL0为低电平时,为低电平时,T2截止,截止,T1导通,导通,输出电压为高电平输出电压为高电平,即,即一一.电路结构和工作原理:电路结构和工作原理:第第3章章 门电路门电路当当vIVIHVDD为高电平时,为高电平时,T2导通导通,T1管截止,输出管截止,输出电压为低电平电压为低电平,即,即图图3.3.10 CMOS反相器电路反相器电路第第3章章 门电路门电路特点特点 1.无论无论 vI 是高电平还是低电平,是高电平还是低电平,T1和和T2管总是一个管总是一个 导通一个截止的工作状态,称为导通一个截止的工作状态,称为互补
3、结构互补结构CMOS 电路电路;2.由于无论输入为低电平还是高电平,由于无论输入为低电平还是高电平,T1和和T2总是有总是有 一个截止的,其一个截止的,其截止电阻很高截止电阻很高,故流过,故流过T1和和T2的静的静 态电流很小,故其态电流很小,故其静态功耗很小静态功耗很小。CMOS电电路最突出路最突出优点之一优点之一第第3章章 门电路门电路二、电压传输特性和电流传输特性二、电压传输特性和电流传输特性 反相器电压传输特性是输反相器电压传输特性是输出电压出电压vo和输入和输入vI之间的关系之间的关系曲线,如图曲线,如图3.3.11所示。并设所示。并设1.1.电压传输特性电压传输特性图图3.3.11
4、 CMOS反相器的电压传输特性反相器的电压传输特性第第3章章 门电路门电路图图3.3.11 CMOS反相器的电压传输特性反相器的电压传输特性AB段段:输入低电平:输入低电平T1管导通,管导通,T2截止截止,输出电压为高电平输出电压为高电平,即即CD段段:输入高电平:输入高电平T1管截止,管截止,T2导通,输导通,输出电压为低电平,即出电压为低电平,即第第3章章 门电路门电路BC段段:图图3.3.11 CMOS反相器的电压传输特性反相器的电压传输特性T1、T2同时导通,若同时导通,若T1、T2参数完全相同,则参数完全相同,则电压传输特性转折区中点对应电压传输特性转折区中点对应的输入电压称为反相器
5、的的输入电压称为反相器的阈值阈值电压电压,用,用VTH表示。表示。第第3章章 门电路门电路2.2.电流传输特性电流传输特性图图3.3.12 CMOS反相器的电流传输特性反相器的电流传输特性AB段段:输入低电平:输入低电平T1管导通管导通,T2截止截止,输输出漏极电流近似为零出漏极电流近似为零 电流传输特性是反相器的电流传输特性是反相器的漏极电流漏极电流随随输入电压输入电压变化曲变化曲线,如图线,如图3.3.12所示。也分成所示。也分成三段:三段:第第3章章 门电路门电路CD段:段:输入高电平输入高电平T1管截止管截止,T2导通导通,输输出漏极电流近似为零出漏极电流近似为零图图3.3.12 CM
6、OS反相器的电流传输特性反相器的电流传输特性BC段:段:T1、T2同时导通同时导通,有电流有电流iD同时同时通过通过,且在且在vIVDD/2附近处附近处,漏极电流最大漏极电流最大,故在故在使用输入使用输入电压不应长时间工作在这段,电压不应长时间工作在这段,以防由于功耗过大而损坏以防由于功耗过大而损坏。第第3章章 门电路门电路三、输入端噪声容限三、输入端噪声容限图图3.3.11 CMOS反相器的电压传输特性反相器的电压传输特性由图由图3.3.11 CMOS反相器电压传输特反相器电压传输特性可知,在输入电压性可知,在输入电压vI偏离正常低电偏离正常低电平或高电平时,输出电压平或高电平时,输出电压v
7、o并不随之并不随之马上改变,允许输入电压有一定的马上改变,允许输入电压有一定的变化范围。变化范围。输入端噪声容限:输入端噪声容限:是指在保证输是指在保证输出高、低电平基本不变出高、低电平基本不变(不超过规不超过规定范围定范围)时,允许输入信号高、低时,允许输入信号高、低电平的波动范围电平的波动范围.1.1.定义:定义:第第3章章 门电路门电路CMOS反相器的特点:反相器的特点:静态功耗极低;静态功耗极低;抗干扰能力强;抗干扰能力强;电源利用率高,且有较大的允许范围;电源利用率高,且有较大的允许范围;输入阻抗高,带负载能力强;输入阻抗高,带负载能力强;电压传输特性接近理想开关。电压传输特性接近理
8、想开关。第第3章章 门电路门电路3.3.3 CMOS 反相器的静态输入和输出特性反相器的静态输入和输出特性CMOS 反相器的静态(不考率输入输出延迟)反相器的静态(不考率输入输出延迟)输入和输出特性为输入端和输出端的伏安特性输入和输出特性为输入端和输出端的伏安特性.一、输入特性一、输入特性 输入特性是从输入特性是从CMOS反相器输入端看其输入电压反相器输入端看其输入电压与电流的关系。与电流的关系。由于由于MOS管的栅极和衬底之间存在管的栅极和衬底之间存在SiO2为介质的输为介质的输入电容,而绝缘介质又很薄,非常容易被击穿,所以对入电容,而绝缘介质又很薄,非常容易被击穿,所以对由由MOS管所组成
9、的管所组成的CMOS电路,必须采取电路,必须采取保护措施保护措施。第第3章章 门电路门电路图图3.3.15 CMOS反相器的两种常用保护电路反相器的两种常用保护电路其中其中D1和和D2,正向导通压降为,正向导通压降为VDF0.5V0.7V,反向击穿电压约为,反向击穿电压约为30V,D2为为分布式二极管分布式二极管,可以可以通过较大的电流通过较大的电流,RS的值一般在的值一般在1.52.5K之间。之间。C1和和C2为为T1和和T2的栅极等效电容。的栅极等效电容。第第3章章 门电路门电路在输入信号正常工作范围内,即在输入信号正常工作范围内,即0vI VDD,输入端,输入端保护电路不起作用。保护电路
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