数字电子技术-逻辑门电路---CMOS

CMOS常用系列
电源电压VDD范围
3～15V，极限值为18V
54/74HC系列 高速CMOS
2～6V，极限值7V
54/74HCT系列 与TTL兼容的高速CMOS 5V±10%
54/74AC系列 先进CMOS
2～6V，极限值7V
54/74ACT系列 与TTL兼容的先进CMOS 5V±10%
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3. CMOS门电路的常用系列和型号命名方法
3
表1-36 常用集成门电路
系列 CMOS
型号
名
称
CC4001 2输入四或非门
CC4002 4输入双或非门
CC4011 2输入四与非门
CC4030 四异或门
CC4049/69 六反相器
CC4071 2输入四或门
CC4073 3输入三与门
CC4078 8输入或非门
CC4086 2-2-2-2输入与或非门（可扩展）
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4. CMOS门电路的使用注意事项
（1）闲置输入端的处理 ①严禁悬空，因为输入端悬空极易产生感应较高的静电电压，造成器件的 永久损坏。对多余的输入端，可以按功能要求接电源或接地，或者与其它输入端 并联使用。 ②不宜与有用输入端并联使用，否则会增大输入电容，降低工作速度。 ③对于相“与”关系的闲置输入端，可直接接正电源。 ④对于相“或”关系的闲置输入端，可直接接地。
截止
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（3） CMOS与非门(NAND Gate)
负载管并联 （并联开关）
驱动管串联 （串联开关）
有0必1 全1才0
图1-30（c） CMOS与非门
该电路具有与非逻辑功能，即 Y=AB
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2. CMOS电路的优点
（1）微功耗。 CMOS电路静态电流很小，约为纳安数量级。
（2）抗干扰能力很强。 输入噪声容限可达到VDD/2。
VTN导通， VTP截止，
uO =UOL≈0V
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③ 逻辑功能 实现反相器功能（非逻辑）。 ④ 工作特点 VTP和VTN总是一管导通而另一管截止，流过VTP和VTN的静
态电流极小（纳安数量级），因而CMOS反相器的静态功耗极小。 这是CMOS电路最突出的优点之一。
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（2） CMOS或非门(NOR Gate)
在数字电路中，均采用增强型MOS管且工作在开关状态。
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1. CMOS反相器、或非门和与非门的电路组成及工作原理
（1）CMOS反相器
① 电路 MOS管有NMOS管和
PMOS管两种。
PMOS管 负载管
当NMOS管和PMOS 管成对出现在电路中，且二 者在工作中互补，称为
NMOS管 驱动管
CMOS管(意为互补)。
图1-30（a） CMOS反相器
开启电压|UTP|=UTN，且VDD>UTN+|UTP|。
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② 工作原理
UIL=0V
导通
UOH≈VDD
截止
当uI= UIL=0V时，
VTN截止， VTP导通，
uO = UOH≈VDD
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② 工作原理
UIH= VDD
截止
UOL≈ 0V
导通
当uI =UIH = VDD ，
表1-43 4000系列CMOS器件型号组成符号及意
第义1部分
第2部分
第3部分
第4部分
产品制造单位
器件系列
器件品种 工作温度范围
符号
意义
符号
CC：中国制造CMOS 40
CD：美国无线电公司 45
产品
145
TC：日本东芝公司产品
意义
系列符 号
符号 意义
阿拉 器件 伯数 功能
字
符号 意义
C：0～70℃ E：-40～85℃ R：-55～85℃ M：-55～ 125℃
（2）输入电路的静电保护 虽然CMOS电路的输入端设置了保护电路，但是CMOS电路的输入阻抗高 ，极易产生感应较高的静电电压，击穿MOS管栅极极薄的绝缘层，造成器件的 永久损坏。为避免静电损坏，应注意以下几点： ①所有工具、仪表、工作台面等必须良好接地。 ②存储和运输时，应放在导电容器或金属容器中。 ③焊接时，最好将电烙铁断电，用余热焊接。
2～6
5±0.5
≥4.4
≥3.98
≤0.1
≤0.26
≥0.7VCC ≤0.3VCC
≤0.1
≥2 ≤0.8 ≤0.1
≤0.1
≤0.1
≤4
≤0.5
≤4
≤0.5
10
20
1×10－3 1×10－3
74AC 2～6
≥4.4 ≤0.1 ≥0.7VCC ≤0.3VCC ≤0.1 ≤0.1 ≤24 ≤24
4 2×10－5
（3）电源电压范围宽。 多数CMOS电路可在3～18V的电源电压范围
内正常工作。 （4）输入阻抗高。 （5）负载能力强。 CMOS电路可以带50个同类门以上。 （6）逻辑摆幅大。（低电平0V，高电平VDD ）
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3. CMOS门电路的常用系列和型号命名方法
系列分类 4000系列
表1-42 含义 普通CMOS
5±0.25 5±0.25
≥2.4
≥2.7
≤0.4
≤0.5
≥2
≥2
≤0.8
≤0.8
≤40
≤20
≤1600 ≤400
≤0.4
≤2
4000 3～15
≥4.6 ≤0.05 ≥0.7VCC ≤0.3VCC ≤0.1 ≤0.1 ≤0.5 ≤0.5
45 5×10－3
CMOS
74HC 74HCT
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小结
门电路是构成各种复杂数字电路的基本逻辑单元，掌握各种集 成逻辑门电路的逻辑功能和主要参数，对于正确使用数字集成电路 是十分必要的。
本节介绍了目前应用最广泛的TTL和CMOS两类集成逻辑门电 路。在学习这些集成电路时，应把重点放在它们的产品型号知识和 外部特性上。外部特性包含两个内容，一个是输出与输入间的逻辑 关系，即所谓逻辑功能；另一个是外部的主要参数。
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A、B有高电平，
则驱动管导通、
负载管截止，
输出为低电平。
有1必0
导通
负载管串联 截止 （串联开关）
0 驱动管并联 （并联开关）
图1-30（b） CMOS或非门 11
0 当输入全为低电平， 两个驱动管均截止， 0 两个负载管均导通， 输出为高电平。 全0才1
该电路具有或非逻辑功能,即 Y=A+B
导通 1
2
表1-36 常用集成门 电路
系列
型号
名
称
74LS00/01
2输入四与非门/（OC门）
74LS02
2输入四或非门
74LS04/05
六反相器/（OC门）
74LS08/09
2输入四与门/（OC门）
74LS10/12
3输入三与非门/（OC门）
74LS11/15
3输入三与门/（OC门）
74LS20/22/40 4输入双与非门/（OC门）/（功率输出）
本节也讲一些集成逻辑门电路内部结构和工作原理，但目的是 帮助读者加深对器件外特性的理解，以便更好地利用这些器件，不 必深究。
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作业题
习题集：画逻辑门电路的工作波形。
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THANKS
CMOS集成逻辑门电路
表1-35 几种系列逻辑门电路的主要参数（VCC=5V，25℃）
系列参数
VCC范围 (V) UOH (V) UOL (V) UIH (V) UIL (V) IIH (μA) IIL (μA) IOH (mA) IOL (mA) tpd (ns)
P/ 门(mw)
TTL
74
74LS
74LS30
8输入与非门
TTL
74LS32
2输入四或门
74LS51
2-2、3-3输入双与或非门
74LS54
2-3-3-2输入与或非门
74LS55
4-4输入与或非门
74LS64
2-2-3-4输入与或非门
74LS133
13输入与非门
74LS86/136 四异或门/（OC输出）
74LS260
5输入双或非门
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第1章 表决器 （逻辑代数与SSI组合逻辑电路）
1.4 集成逻辑门电路
1.4.1 TTL集成逻辑门电路 1.4.2 CMOS集成逻辑门电路
1.5 SSI组合逻辑电路的分析与设计
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1.4.2 CMOS 集成逻辑门电路
CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互补型金属-氧化物-半导体) 门电路是以单极型 NMOS管和PMOS管作为开关元件。由于制造工艺的改进，CMOS 电路的性能已经超越TTL而成为占主导地位的逻辑器件。CMOS电路 的工作速度可与TTL相当，而它的功耗和抗干扰能力则远远优于TTL。 此外，由于制造工艺简单，集成度高，抗干扰能力强、功耗低，几 乎所有的超大规模存储器件，以及PLD器件都采用CMOS工艺制造， 且费用较低。当前与TTL兼容的CMOS器件如74HCT系列等可与 TTL器件交换使用。