反相器




























基本逻辑门
BUF
NOT
AND
NAND
OR
NOR
XOR
XNOR
IMP
NIMP















输入
A
输出
NOT A
0 1
1 0



非门标志


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]）。




目录






  • 1 概述


  • 2 电路实现


    • 2.1 数字功能模块


    • 2.2 性能测定




  • 3 參考文獻





概述


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
ANSI/IEEE Std 91-1984
 IEC 60617-12
 DIN 40700

Y=X¯{displaystyle Y={overline {X}}}Y = overline{X}
NOT ANSI.svg
NOT IEC.svg


IEC NOT.svg
NOT DIN.svg













X
Y=X¯{displaystyle Y={overline {X}}}Y = overline{X}
0
1
1
0



电路实现






  • NMOS反相器







  • PMOS反相器







  • TTL反相器







  • 静态CMOS反相器







  • 饱和负载数字反相器







  • 三极管反相器







  • 开关实现的反相器







标准7404 TTL六反相器中非门的排列


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，由於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）使用三极管（BJT）构建。


數碼电子电路在逻辑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




标准4049 CMOS六反相缓冲器中非门的排列


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个引脚用於电源供电/基准电压，12个引脚用於6个反相器的输入和输出（4049有2个引脚悬空）。[2]



性能测定


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。





北卡罗来纳州立大学组建的20微米反相器的电压传输特性曲线


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。



參考文獻





  1. ^ Intersil数据表：CA3130 BiMOS运算放大器和CA3160 BiMOS运算放大器


  2. ^ Texas Instruments：4049 CMOS六反相缓冲器/转换器，数据表：[1]







维基共享资源中相关的多媒体资源：反相器




















  • 查

  • 论

  • 编


数字电路

概念

数字信号 · 布尔代数 · 開關 · 组合逻辑电路 · 时序逻辑电路（同步 · 異步） · 真值表 · 卡诺图 · 有限状态机（米利机 · 摩尔机）
硬件模块

邏輯閘（与 · 或 · 非 · 同 · 与非 · 或非 · 异或 · 同或 · 蘊含） · TTL · CMOS · 加法器 · 乘法器 · 编码器 · 译码器 · 数据选择器 · 锁存器 · 寄存器 · 触发器（D · T · RS · JK） · 儲存裝置（ROM · RAM） · 類比數位轉換器 · 數位類比轉換器

IC、VLSI

定制程度（半、全）、PLD（PAL · PLA · GAL · CPLD · FPGA） · ASIC · 设计 · 验证 · 电子设计自动化 · 硬件描述语言（Verilog · VHDL） · 逻辑综合 · 硬件验证语言（SystemVerilog）


















  • 查

  • 论

  • 编


逻辑联结词


恆真（⊤{displaystyle top }top ）
Logical connectives Hasse diagram.svg

与非（↑{displaystyle uparrow }uparrow ） · 反蕴涵（←{displaystyle leftarrow }leftarrow ） · 蕴涵（→{displaystyle rightarrow }rightarrow ） · 或（∨{displaystyle lor }lor ）

非（¬{displaystyle neg }neg ） · 异或（⊕{displaystyle oplus }oplus ） · 双条件（↔{displaystyle leftrightarrow }leftrightarrow ） · 命题

或非（↓{displaystyle downarrow }downarrow ） · 非蕴涵（↛{displaystyle nrightarrow }nrightarrow ） · 反非蕴涵（↚{displaystyle nleftarrow }nleftarrow ） · 与（∧{displaystyle land }land ）

恆假（⊥{displaystyle bot }bot ）



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