CMOS逻辑门

计数实践：以二进制、八进制和十六进制从零计数到三十一：

学习分析数字电路需要大量的学习和实践。通常情况下，学生通过做大量的例题并对照课本或老师提供的答案进行练习。虽然这很好，但还有更好的方法。

事实上，你会学到更多构建和分析真实电路，让您的测试设备提供“答案”，而不是书本或其他人。要成功进行回路构建练习，请执行以下步骤：

1. 绘制待分析数字电路的原理图。
2. 在面包板或其他方便的介质上仔细地构造这个电路。
3. 检查电路结构的准确性，将每条导线连接到每个连接点，并在图上逐一验证这些元件。
4. 分析电路，确定给定输入条件下的所有输出逻辑状态。
5. 仔细测量这些逻辑状态，以验证分析的准确性。
6. 如果有任何错误，请根据图表仔细检查电路结构，然后仔细重新分析电路并重新测量。

始终确保电源电压水平在您计划使用的逻辑电路的规格范围内。如果TTL，电源必须为5伏稳压电源，调节至尽可能接近5.0伏直流电的值。

一种方式可以节省时间并减少错误的可能性是以非常简单的电路开始，逐步添加组件以增加其在每个分析后的复杂性，而不是为每个实践问题构建全新电路。另一种节省的技术是在各种不同电路配置中重新使用相同的组件。这样，您不必多次测量任何组件的值。

按名称识别每一个逻辑门，并完成它们各自的真值表:

最简单的数字逻辑电路类型是逆变器，也称为反相缓冲， 或者非门．这是一个由互补mosfet (CMOS)构成的逆变器门的原理图，显示连接到SPDT开关和LED:

确定输入开关两个位置的每个LED的状态。以真值表的形式表示开关和LED的逻辑电平：

实用的CMOS逻辑门不仅仅包含mosfet。这是一个典型的带保护的逆变器门电路的原理图二极管：

解释每个二极管保护的具体情况。

学生在无焊试验板（“原型板”）上构建以下数字电路：

DIP电路是一个十六进制逆变器（它包含六个“逆变器”或“非”逻辑门)，但只有一个这些门被用于这个电路。该学生的目的是构建一个逻辑电路，当按钮开关不启动时，使LED通电，当开关被按下时，使LED断电:这样，LED指示开关本身的反向状态。学生构建了这个电路，发现它运行得非常好。

解释电阻在逆变器输入端的作用。它在那里有什么用?如果它被从电路中移除会发生什么?

同时，解释为什么该集成电路中所有未使用的逆变器门的输入要么连接到地，要么连接到V_DD．这是电路是否正常工作，或者只是一种预防措施？

以下是CMOS逻辑门的内部示意图。根据您对的分析晶体管电路，确定它是什么类型的门(与、或、与非、NOR、异或等):

CD4xxx系列(或MC4xxx系列)CMOS逻辑门的典型电源电压范围是什么?这与标准(5伏)TTL逻辑门的允许电源电压范围相比如何?请查阅数据表获取答案。

一个逻辑探针是一个非常有用的工具，工作与数字逻辑电路。它通过LED指示“高”和“低”逻辑状态，只有当电压水平适合每个状态时，才会给出视觉指示。

下面是使用比较器．每个比较器都有一个阈值调整电位器，因此只有当信号电压完全在逻辑制造商规定的范围内时，才可以将其设置为指示各自的逻辑状态:

当此逻辑探针电路连接到V_DD和V_SS.供电的CMOS电路的电源端子，测试点TP1和TP2应该调整到什么电压水平，以便探头正确指示CMOS逻辑状态的“高”和“低”?请参阅编号为4011的四轴NAND门的数据表。这是一个传统的CMOS集成电路。

以下是一种简单的电子组合锁定的示意图，控制门锁电磁阀的电源：

四个按钮开关（a、b、c和d）可供想要进门的人使用。四个拨动开关（A、B、C和D）位于车门后面，用于设置进入所需的代码。

解释这个系统应该如何工作。当通过按钮开关输入匹配代码时，各闸门输出的逻辑状态是什么？输入不匹配的代码时如何？

你觉得这个门锁电路有安全问题吗?一个不知道四比特码的人要想进去会有多容易?你对改进这个锁的设计有什么建议吗?

许多现代CMOS门电路是缓冲输出端带有附加晶体管级。例如，此处所示为无缓冲与门，其晶体管数不超过实现“与”逻辑功能所需的晶体管数：

一种类型的“缓冲”CMOS与门如下所示：

就基本逻辑功能而言，附加晶体管是不必要的。然而，它们提供的“缓冲”功能确实有用。这个函数是什么？与非缓冲逻辑门相比，缓冲逻辑门有什么缺点吗？

在固态逻辑门电路技术的早期，TTL和CMOS之间有着非常明显的区别。TTL门能够非常快速地打开和关闭，需要严格调节电源电压，并使用大量电源。CMOS门的速度不如TTL快，但可以承受更大范围的电源电压，并且对电源的浪费也小得多。

然后，在20世纪80年代，一种新技术被称为高速CMOS，或HCMOS进入现场。解释HCMOS是什么，它与较旧的TTL和CMOS系列（分别为54/74xx和4xxx数字系列）相比如何，以及它的常用位置。提示：高速CMOS具有与旧TTL 54xx和74xx系列IC相同的数字代码（例如74HC00而不是7400）。

在高速数字电路中，一个非常重要的逻辑门参数是传播延迟：门输入上的状态变化与该门输出上的相应状态变化之间的延迟时间。请查阅任何CMOS逻辑门的制造商数据表，并报告其中公布的典型传播延迟时间。

另外，解释逻辑门中传播延迟的原因。为什么当输入更改状态时输出状态的变化不是瞬间？

逻辑门在一个输出可以可靠驱动的门输入数量上受到限制。此限制称为扇出：

解释为什么这个极限存在。CMOS逻辑门的构造本质上限制了任何一个CMOS输出可以驱动的CMOS输入的数量，这是什么?如果超过这个限制会发生什么?

CMOS的扇出与TTL的扇出完全不同。最重要的是，CMOS扇出与工作频率成反比。解释原因。

逻辑门电路的一个重要参数是噪声容限．什么是“噪声边界”，它是如何定义逻辑门的?

具体而言，专门由CMOS门组成的数字电路有多少噪声裕度？这与All-TTL电路的噪声裕度相比如何？

注：您需要查阅CMOS门数据表以正确回答此问题。ag亚博科技

CMOS逻辑门的发展趋势是工作电压越来越低。例如，“AUC”系列CMOS逻辑能够在低于2伏V的电压下工作_DD！

解释为什么这是现代逻辑电路设计的趋势。较低的工作电压会导致什么好处？还有什么可能的缺点？

预测该逻辑门电路的操作将如何受到以下故障的影响。独立地考虑每个故障（即一次一次，没有多个故障）：

二极管D₁失败开放：

二极管D₁短路故障：

二极管D₂失败开放：

二极管D₂短路故障：

晶体管问₁无法打开(排水至源头):

晶体管问₂无法打开(排水至源头):

对于这些条件中的每一个，解释为什么？由此产生的影响将会发生。

找出至少三个不同的晶体管故障，在这个CMOS逻辑门，可能导致输出失败低的：

学生构建以下电路以演示与非门的行为：

然而，当学生测试电路时，有些东西出了问题:

两个开关均低，无灯。

一个开关高，其他开关低;LED亮起。

一个开关低，另一个开关高；LED灯亮起。

两个开关都高，没有灯。

它不应该充当与非门，而应该表现为一个异或门！通过检查电路是否存在错误，学生发现芯片的电源连接缺失——换句话说，V_DD和V_SS.连接到电源。

虽然这肯定是一个问题，但学生留下了奇迹，“电路是如何运作的完全没有电源连接到芯片上，LED怎么可能点亮任何条件?

如果在原理图中看到一个逻辑门符号，里面画了一个奇怪的“S”形，这意味着什么？

在CMOS电路中，直流电源的一侧通常被标记为“V”_DD，而另一面则被标记为“V”_SS.“。为什么是这样？下标“DD”和“SS”代表了什么？

在数字电路中，一个非常重要的概念是要理解的区别目前的采购和电流下沉．例如，检查这个CMOS反相缓冲门电路，连接到负载:

该门电路是否配置为来源负载电流,下沉负载电流，或两者？

假设一个CMOS反相缓冲门要驱动一个主要的电感负载，例如一个小继电器线圈:

通常，将整流二极管与继电器线圈并联，以防止线圈断电时出现高压瞬变，这将被视为良好的设计实践。然而，当CMOS栅极驱动线圈时，这不是必需的。解释原因。

特定类型的CMOS逻辑门所特有的问题叫做可控硅封锁. 这是一种能够破坏电路的异常情况，或者至少会导致电路中的操作问题。解释这种现象是什么，是什么原因造成的。

浮动CMOS门输入自然地假设什么逻辑状态？这与传统的TTL相比如何？

作为一名电子yabosports官网教师，我有机会看到许多学生在学习构建电路时所犯的创造性错误。在CMOS电路构造中一个非常常见的错误表现为不稳定的行为:电路可能在一段时间内正常工作，但突然和随机地停止了。然后，只要在电路旁边挥一挥手，它就又开始工作了!

这个问题在空气湿度低的日子里尤其普遍，静电很容易在物体和人身上积累。解释什么类型的CMOS布线错误会导致供电逻辑门由于附近的静电场而表现不稳定，以及如何解决这个问题。

逻辑探头是诊断数字逻辑门电路故障的有用工具，但它们肯定有局限性。例如，在这个简单的电路中，一个逻辑探头会在测试点1 (TP1)给出正确的“高”和“低”读数，但在测试点2 (TP2)它总是读“低”(即使LED是开着的):

现在，很明显，当LED是亮着的时候，门的输出是“高”的，否则它将接收不到足够的电压来照明。那么，为什么逻辑探测器不能在TP2处显示高逻辑状态?