反相器
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基本逻辑闸 | |
缓冲 | 非 |
与 | 与非 |
或 | 或非 |
异或 | 同或 |
蕴含 | 蕴含非 |
输入 A |
输出 NOT A |
0 | 1 |
1 | 0 |
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9f/Not-gate-en.svg/128px-Not-gate-en.svg.png)
反相器(英语:Inverter)也称非门(英语:NOT gate),是数字逻辑中实现逻辑非的逻辑门,功能见右侧真值表。
这种功能代表了数字电路中理想开关表现的假定,但是在实际的反相器设计中,元件有其需要特别关注的电气特性。实际上,CMOS反相器的非理想过渡区表现使其能在模拟电路中用作A类功率放大器(如作为运算放大器的输出级[1])。
概述
[编辑]下列包括逻辑门的3种符号:形状特征型符号(ANSI/IEEE Std 91-1984)、IEC矩形国标符号(IEC 60617-12)和不再使用的DIN符号(DIN 40700)。其他的逻辑门符号见逻辑门符号表。
表达式 | 符号 | 功能表 | ||||||||
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ANSI/IEEE Std 91-1984 | IEC 60617-12 | DIN 40700 | ||||||||
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电路实现
[编辑]-
NMOS反相器
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PMOS反相器
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TTL反相器
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静态CMOS反相器
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饱和负载数字反相器
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三极管反相器
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开关实现的反相器
反相器电路输出电压所代表的逻辑电平与输入相反。反相器可以仅用一个NMOS晶体管或一个PMOS连接一个电阻来构建。因为这种“阻性漏极”方式只需要使用一种类型的晶体管,其制造成本非常小。不过,由于电流以两种状态之一流过电阻,这种阻性漏极配置有功耗和状态改变的处理速率问题。另外,反相器可以用两个互补晶体管配置成CMOS反相器。这种配置可以大幅降低功耗,因为在两种逻辑状态中,两个晶体管中的一个总是截止的。处理速率也能得到很好的提高,因为与NMOS型和PMOS型反相器相比,CMOS反相器的电阻相对较低。反相器也可以电阻-晶体管逻辑(RTL)或晶体管-晶体管逻辑(TTL)使用双极性晶体管(BJT)构建。
数码电子电路在逻辑0和1(二进制)对应的固定电压电平范围内进行运算。反相器电路是基本的逻辑门,可以在两个电压电平间变换。实际构建的反相器的电压都是不同的,例如TTL电路中0是低电平,+5V是高电平。
数字功能模块
[编辑]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/79/CMOS_4049_diagram.svg/150px-CMOS_4049_diagram.svg.png)
反相器是数字电路中的一种基本功能模块。将两个串行反相器的输出作为一位寄存器的输入就构成了锁存器。锁存器、数据选择器、译码器和状态机等精密数字元件都需要使用基本反相器。
六反相器是一种包含6个反相器的集成电路。例如,7404 TTL芯片有14个引脚,4049 CMOS芯片有16个引脚,两种芯片都各有2个引脚用于电源供电/基准电压,12个引脚用于6个反相器的输入和输出(4049有2个引脚悬空)。[2]
性能测定
[编辑]反相器性能常用表示输入-输出电压关系的电压传输特性曲线(VTC)来测定。曲线图能反映出元件的参数,包括噪声容限、增益和操作逻辑电平。
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/81/Inverter_voltage_transfer_curve.png/300px-Inverter_voltage_transfer_curve.png)
反相器理想化的电压传输特性曲线是单位阶跃函数,这表明反相器能在高电平和低电平间无延迟精确的翻转,但在实际元件中,曲线存在过渡区。曲线表明若输入为低电压,则输出为高电压;若输入为高电压,则输出电压逐渐接近0V。过渡区的斜率是性能测量的指标,过渡区越陡峭,即斜率越大,性能越好,若斜率接近无穷,则电路能在高电平和低电平间精确翻转,反相器就是理想的。
噪声容限可以通过每一工作区中的最大输出电压VOH和最小输入电压VIL的比值来测定。
输出电压VOH可以在级联多个元件时测定信号驱动强度。
参考文献
[编辑]- ^ Intersil数据表:CA3130 BiMOS运算放大器 (页面存档备份,存于互联网档案馆)和CA3160 BiMOS运算放大器 (页面存档备份,存于互联网档案馆)
- ^ Texas Instruments:4049 CMOS六反相缓冲器/转换器 (页面存档备份,存于互联网档案馆),数据表:[1] (页面存档备份,存于互联网档案馆)
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