CMOS与非门、或门电路解析及与TTL逻辑门比较

"CMOS逻辑门电路的系列-二极管与门和或门电路" CMOS逻辑门电路是数字电子系统中的基础元件，主要用于实现逻辑运算。本篇内容主要涉及了CMOS逻辑门的不同系列以及它们的主要参数特点，同时讲解了二极管与门和或门的工作原理和存在的问题。 首先，CMOS逻辑门电路有三个主要系列：基本的4000系列，高速的HC系列，以及与TTL兼容的高速HCT系列。这些系列根据不同的性能需求和速度要求进行设计，例如4000系列适用于通用应用，HC系列提供更快的运行速度，而HCT系列则可以与传统的TTL电路兼容，方便混合使用。 在CMOS逻辑门电路的主要参数方面，有以下几个关键点： 1. VOH(min) = 0.9VDD和VOL(max) = 0.01VDD，这表示CMOS门电路的逻辑摆幅较大，有利于提高信号传输的稳定性。 2. 阈值电压Vth约为VDD/2，这是CMOS电路能正常工作的关键，决定了输入信号的最小有效值。 3. CMOS非门的关门电平VOFF和开门电平VON分别约为0.45VDD和0.55VDD，这意味着高、低电平噪声容限较大，提高了电路的抗干扰能力。 4. CMOS电路的功耗极小，通常每门电路的功耗小于1毫瓦，这使得CMOS电路在节能方面具有显著优势。 5. CMOS门电路具有很高的输入阻抗，因此扇出系数（一个门驱动其他门的数量）很高，可以达到50，这使得CMOS电路适合于大规模集成电路的设计。 二极管与门和或门是简单的逻辑门电路，由二极管构成。与门的输出只有当所有输入端都为高电平时才为高电平，用公式表示为L=A·B；或门则只要有任一输入端为高电平，输出就为高电平，用公式表示为L=A+B。然而，这类电路存在一些缺点，如低电平偏离标准值和负载能力弱。这些问题可以通过结合三极管非门来改善，形成更复杂的逻辑门结构，如DTL与非门。 DTL（Diode-Transistor Logic，二极管晶体管逻辑）与非门通过二极管和晶体管的组合实现逻辑功能。当所有输入为高电平时，二极管截止，晶体管导通，输出低电平；若有任意输入为低电平，二极管导通，晶体管截止，输出高电平，从而满足与非逻辑关系。 TTL（Transistor-Transistor Logic，晶体管晶体管逻辑）是另一种常见的逻辑门电路，它的基本结构包括输入级、中间级和输出级。TTL与非门在所有输入为高电平时，输出为低电平，反之，只要有任一输入为低电平，输出即为高电平。TTL电路具有较高的工作速度，但相对CMOS，其功耗较大。 CMOS逻辑门电路以其低功耗、高扇出和宽摆幅等特性在现代数字系统中占据主导地位，而二极管与门和或门以及DTL和TTL逻辑门则作为早期或特定应用场景下的选择。理解这些基本概念对于深入学习数字电子学至关重要。