CMOS集成逻辑门电路
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数字电子技术基础
CMOS集成逻辑 门电路
CMOS集成逻辑门电路
1.1 MOS开关及其等效电路 1.2 常用CMOS逻辑门电路 1.3 CMOS逻辑门系列
MOS电路 --由金属氧化物绝缘栅型场效应（MOS）管 构成的单极型集成电路。
主要有三种类型： NMOS门电路、PMOS门电路和CMOS门电路。
换会受到电容充放电的影响，使输出波形边沿变得缓
慢，输出电压的变化也会滞后于输入电压的变化。
为减小开关时间，可以用P沟道MOS管来代替电阻RD， 就构成所谓的CMOS开关。
1.2 常用CMOS逻辑门电路
1.CMOS反相器
（1）工作原理。
TN管为工作管，N沟道MOS增强 型场效应管，开启电压UTN 。 TP管为负载管（作漏极负载Rd）， P沟道MOS增强型场效应管，开启 电压UTP。 栅极g接在一起，作为输入端 ； 漏极d接在一起，作为输出端 。
CMOS电路较之TTL电路具有以下优点： 功耗低、 静态电流小（约为纳安数量级）、抗干扰能力强、 电源电压范围宽、输入阻抗高、负载能力强等，应 用广泛。
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1.1 MOS开关及其等效电路
1.MOS管开关等效电路
电路
输出特性曲线
当输入电压 较小时，有
，
MOS管截止， ,
当 增加，使
，
MOS管工作在可变电阻区。
此时的MOS管相当于受控制的可变电阻， 且 越大，输出特性曲线越陡峭，RON ， （导通电阻）越小。
即MOS管分别工作在截 止区和可变电阻区时， 相当于受 控制的一个 无触点开关 。
2.MOS管开关特性 uI
uIH
O
uO
UDD
O
tpH
tpLH
由于MOS管本身存在电容效应及L 导通电阻，在输入端
加入一个理想脉冲信号时，导通闭合两种状态之间转
数字电子技术基础
谢谢观看！
即C=1时，传输门打开
1.3 CMOS逻辑门系列
4000系列：早期基本的CMOS集成逻辑门系列，后 来发展为4000B，应用十分广泛。其工作电压宽 （3~18V）、功耗低、抗干扰能力强，但工作速度 较慢，平均传输延迟时间为几十纳秒，最高工作频 率小于5MHz，且与TTL不兼容。
74HC和74HCT系列：74HC系列的其工作电压为 2~6V。与4000B系列相比，其工作速度快，且带负 载能力强。74HCT系列工作电压为4.5V~5.5V，并 可与TTL兼容。
74VHC和74VHCT系列：保持74HC和74HCT系列 的功耗低等优点，并且在工作速度达到74HC和 74HCT系列的两倍。
74LVC和74AUC系列：这种系列是近年来随着便携 设备的发展，要求使用体积小，功耗低、电池耗电 小的半导体器件，因此先后推出了低电压CMOS器 件74LVC系列，及超低压CMOS器件74AUC系列， 并且半导体制造工艺可以使它们的成本更低、速度 更快，同时大多数低电压器件的输入输出电平可以 与5V的CMOS或TTL电平兼容。
电源UDD须大于两只MOS管的开启 电压的绝对值之和
即UDD > UTN +∣UTP∣
当输入电压 为低电平“0”时， 工作管TN因其UGS小于开启电压 UTN而截止，负载管TP因其UGS小 于开启电压UTP而导通。 工作管TN截止，漏极电流近似为 零，输出电压 为高电平“1”。
当输入电压 为高电平“1”时，工作管TN因其UGS大 于开启电压UTN而导通，负载管TP因其UGS大于开启电 压UTP而截止，输出电压 为低电平“0”。 即电路实现反相器功能，工作管TN和负载管TP总是 工作在互补的开关工作状态，即TN 和TP的工作状态 互补，所以CMOS电路称为互补型MOS电路。
（2）CMOS反相器电压传输特性和电流传输特性。
2.漏极开路门（OD门） 3.三态（TSL）输出门电路
4.CMOS传输门
又称模拟开关，既可以传输数字信号，也可以传输 模拟信号。
C=0时，传输门关闭，输入和输 出之间呈现出高阻抗状态，不能 进行信号传输。
C=1时， 在整个输入电压范围-5V~+5V内， 至少有一个场效应管导通。场效应 管导通，漏源间的沟道导通电阻 RON小于1kΩ，典型值为80Ω，漏极和源极之间相 当于短路，输出等于输入。
CMOS集成逻辑 门电路
CMOS集成逻辑门电路
1.1 MOS开关及其等效电路 1.2 常用CMOS逻辑门电路 1.3 CMOS逻辑门系列
MOS电路 --由金属氧化物绝缘栅型场效应（MOS）管 构成的单极型集成电路。
主要有三种类型： NMOS门电路、PMOS门电路和CMOS门电路。
换会受到电容充放电的影响，使输出波形边沿变得缓
慢，输出电压的变化也会滞后于输入电压的变化。
为减小开关时间，可以用P沟道MOS管来代替电阻RD， 就构成所谓的CMOS开关。
1.2 常用CMOS逻辑门电路
1.CMOS反相器
（1）工作原理。
TN管为工作管，N沟道MOS增强 型场效应管，开启电压UTN 。 TP管为负载管（作漏极负载Rd）， P沟道MOS增强型场效应管，开启 电压UTP。 栅极g接在一起，作为输入端 ； 漏极d接在一起，作为输出端 。
CMOS电路较之TTL电路具有以下优点： 功耗低、 静态电流小（约为纳安数量级）、抗干扰能力强、 电源电压范围宽、输入阻抗高、负载能力强等，应 用广泛。
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1.1 MOS开关及其等效电路
1.MOS管开关等效电路
电路
输出特性曲线
当输入电压 较小时，有
，
MOS管截止， ,
当 增加，使
，
MOS管工作在可变电阻区。
此时的MOS管相当于受控制的可变电阻， 且 越大，输出特性曲线越陡峭，RON ， （导通电阻）越小。
即MOS管分别工作在截 止区和可变电阻区时， 相当于受 控制的一个 无触点开关 。
2.MOS管开关特性 uI
uIH
O
uO
UDD
O
tpH
tpLH
由于MOS管本身存在电容效应及L 导通电阻，在输入端
加入一个理想脉冲信号时，导通闭合两种状态之间转
数字电子技术基础
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即C=1时，传输门打开
1.3 CMOS逻辑门系列
4000系列：早期基本的CMOS集成逻辑门系列，后 来发展为4000B，应用十分广泛。其工作电压宽 （3~18V）、功耗低、抗干扰能力强，但工作速度 较慢，平均传输延迟时间为几十纳秒，最高工作频 率小于5MHz，且与TTL不兼容。
74HC和74HCT系列：74HC系列的其工作电压为 2~6V。与4000B系列相比，其工作速度快，且带负 载能力强。74HCT系列工作电压为4.5V~5.5V，并 可与TTL兼容。
74VHC和74VHCT系列：保持74HC和74HCT系列 的功耗低等优点，并且在工作速度达到74HC和 74HCT系列的两倍。
74LVC和74AUC系列：这种系列是近年来随着便携 设备的发展，要求使用体积小，功耗低、电池耗电 小的半导体器件，因此先后推出了低电压CMOS器 件74LVC系列，及超低压CMOS器件74AUC系列， 并且半导体制造工艺可以使它们的成本更低、速度 更快，同时大多数低电压器件的输入输出电平可以 与5V的CMOS或TTL电平兼容。
电源UDD须大于两只MOS管的开启 电压的绝对值之和
即UDD > UTN +∣UTP∣
当输入电压 为低电平“0”时， 工作管TN因其UGS小于开启电压 UTN而截止，负载管TP因其UGS小 于开启电压UTP而导通。 工作管TN截止，漏极电流近似为 零，输出电压 为高电平“1”。
当输入电压 为高电平“1”时，工作管TN因其UGS大 于开启电压UTN而导通，负载管TP因其UGS大于开启电 压UTP而截止，输出电压 为低电平“0”。 即电路实现反相器功能，工作管TN和负载管TP总是 工作在互补的开关工作状态，即TN 和TP的工作状态 互补，所以CMOS电路称为互补型MOS电路。
（2）CMOS反相器电压传输特性和电流传输特性。
2.漏极开路门（OD门） 3.三态（TSL）输出门电路
4.CMOS传输门
又称模拟开关，既可以传输数字信号，也可以传输 模拟信号。
C=0时，传输门关闭，输入和输 出之间呈现出高阻抗状态，不能 进行信号传输。
C=1时， 在整个输入电压范围-5V~+5V内， 至少有一个场效应管导通。场效应 管导通，漏源间的沟道导通电阻 RON小于1kΩ，典型值为80Ω，漏极和源极之间相 当于短路，输出等于输入。