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教案.第六讲_常用CMOS逻辑门电路与74LS系列TTL逻辑门电路
•CMOS集成电路的集成度比TTL电路高。
•CMOS电路容易受静电感应而击穿,在使用和存放时应注意静电屏蔽,焊接时电烙铁应接地良好,尤其是CMOS电路多余不用输入端不能悬空,应根据需要接地或接高电平。
1.常用逻辑功能的CMOS门电路
(一)CMOS逻辑与非和或非门电路
①与非门
②或非门
(二)CMOS漏极开路输出门电路(OD门)
为什么需要OD门?能否将普通2个及以上的CMOS门电路的输出直接连在一起,进而实现“线与”!
是否可以如此连接与应用?
漏极开路输出CMOS门电路(OD门)
用途:输出缓冲/驱动器;输出电平的变换;满足大功率负载电流的需要;实现线与逻辑。
T6电路的作用
T2由截止变导通,先驱动T5饱和导通,然后T6才导通,对T5进行分流,饱和度将变浅。使其从饱和变截止时更加迅速。
T5变截止的瞬态,由于T6比T5晚截止,使T5有很好的泄放回路而很快脱离饱和,提高了电路工作速度。
(二)LSTTL门电路的相当于接高电平。为了防止干扰,一般应将定义为高电平的悬空输入引脚,通过一个几千欧的电阻接电源。也可以根据逻辑情况与其它输入引脚接在一起使用。
3.1.5介绍CMOS电路的特点与使用注意问题。
3.2讲解74LS系列TTL门电路结构与工作原理。
3.2.1讲解LSTTL非门结构与工作原理。
3.2.2讲解LSTTL门电路的特性曲线和一些规定参数。
3.2.3讲解TTL功耗问题。
3.2.4讲解LSTTL与非门结构和原理。
3.2.5介绍CMOS门电路与TTL门电路两者特点比较。
为了节约课时采用课件PPT演示方式组织教学。
2.提出问题,导入常用CMOS及TTL门电路问题的讨论。
1)CMOS构成常用逻辑门结构是什么样的,工作原理如何;
2)两个CMOS门的输出是否可以并联使用;
3)CMOS异或门是如何构成的,电路工作原理又如何;
4)用双极性三极管构成的集成逻辑门电路结构是什么样的,工作原理又如何?
输入电路的静电保护
•所有与CMOS电路直接接触的工具、仪表等必须可靠接地。
•存储和运输CMOS电路,最好采用金属屏蔽层做包装材料。
多余的输入端不能悬空
•可以按功能要求接电源或接地,或与其它输入端并联使用。
输入电路需过流保护
•低阻信号源时,输入端与信号源之间串进保护电阻;
•输入端接有大电容时,应在输入端和电容之间串联接入保护电阻;
(四)LSTTL与非门74LS00
(五)CMOS门电路与TTL门电路两者特点比较
•CMOS工作速度一般比TTL低,HCMOS与TTL相当。
•CMOS扇出系数比TTL电路大。
•CMOS电路的电源电压允许围较大,约在1.5~20V,抗干扰能力比TTL电路强。
•CMOS电路的功耗比TTL电路小得多。TTL功耗几mW、CMOS的功耗只有几个μW。
•输入端接长线时,应在门电路的输入端串联接入保护电阻。
2.74LS系列TTL门电路
(一)LSTTL非门结构与工作原理
TTL集成门电路发展主要经历了四个系列,74系列、74H系列、74S系列、74LS系列。前三个系列已经被淘汰,74LS系列虽面临淘汰,但是目前仍有使用,故课程仅简单介绍74LS系列原理。
3.74LS系列TTL逻辑门电路原理及应用特点。
教学手段
本讲宜教师主导讲授,用多媒体演示为主、板书为辅。
教学步骤
教学容
设计意图
表达方式
1.回顾上一讲CMOS反相器容为本次课做准备。
上一讲容回顾:
CMOS反相器结构和工作原理
电压传输特性和电流传输特性
为了与前次课容衔接,需要进行复习与回顾,加深学生印象。之后,引入新容,如此处理教学效果会更好。
第六讲常用CMOS逻辑门电路及74LS系列TTL逻辑门电路
本讲重点
1.CMOS与非及或非逻辑门电路原理;
2.漏极开路CMOS门电路结构及应用方法;
3.CMOS传输门及异或逻辑门电路原理;
4.74LS系列TTL逻辑门电路原理及特性。
本讲难点
1.漏极开路OD门电路原理及“线与”逻辑概念与应用原则;
2.CMOS传输门构成逻辑门电路工作原理;
用问题激发学生听课的兴趣。
3.对上述问题的逐一讲解、解答。
3.1讲解常用逻辑功能的CMOS门电路。
3.1.1讲解CMOS逻辑与非门和或非门电路结构及工作原理。
3.1.2讲解CMOS漏极开路输出门电路OD门结构、工作原理及其应用。
3.1.3讲解CMOS传输门和双向模拟开关以及异或门结构与工作原理。
3.1.4讲解三态输出CMOS门电路结构与工作原理及其应用。
应用举例
RL的选择
(三)CMOS传输门和双向模拟开关及CMOS异或门
传输门的一个用途可作模拟开关,用来传输连续变化的模拟电压信号。
C=1时开关接通;C=0时开关截止。
利用CMOS传输门和CMOS反相器可以组合成各种复杂的逻辑电路,如:异或门、同或门、触发器等。
用反相器和传输门构成异或门电路
(四)三态输出CMOS门电路
利用肖特基管的低导通电压(0.3V~0.4V)和多数载流子形成电流特性抗深饱和提高速度。
D2、D3的作用
D2在T5导通的瞬间起作用,可抽取T4的基区电荷,加速其截止过程。
D3在T5导通的过程中起作用,此时T2的集电极电位比T5的集电极电位低,可以通过D3给负载电容放电,而这个放电电流又去驱动T5,减小了电路的导通延迟。
(三)TTL功耗问题
TTL功耗有静态功耗PD和动态功耗PT。由于静态时TTL工作需要的电流很大,所以说对于TTL电路静态功耗是主要的。但是动态工作时电流会出现很大的尖峰干扰和电源瞬态大电流输出,应用时必须加大电源功率,一般为2~3倍平均功率!
平均功耗=PD+PT=VCC×IccAV。其中,电源平均电流IccAV约为:IccAV=(IccH+IccL)/2+f·tPLH·(IccM-IccL)/2
三态输出的CMOS反相器
控制端低电平有效三态门:
控制端高电平有效三态门:
三态门有三种状态:高电平、低电平、高阻态。
注意:高阻状态不是逻辑状态!
三态输出反相器应用举例
(五)CMOS电路的特点与使用注意问题
①CMOS电路的优点
•静态功耗小;允许电源电压围宽(1.520V);扇出系数大,噪声容限大。
②CMOS电路的正确使用