穩(wěn)壓二極管工作原理及故障特點(diǎn)(20220215154853)

1、穩(wěn)壓二極管工作原理及故障特點(diǎn)穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓原理：穩(wěn)壓二極管的特點(diǎn)就是擊穿后，其兩端的電壓根本保持不變。 這樣，當(dāng)把穩(wěn)壓 管接入電路以后，假設(shè)由于電源電壓發(fā)生波動(dòng)，或其它原因造成電路中各點(diǎn)電 壓變動(dòng)時(shí)，負(fù)載兩端的電壓將根本保持不變。穩(wěn)壓二極管在電路中常用“ ZD加數(shù)字表示，如：ZD5表示編號(hào)為5的穩(wěn)壓管。故障特點(diǎn)：穩(wěn)壓二極管的故障主要表現(xiàn)在開(kāi)路、短路和穩(wěn)壓值不穩(wěn)定。在這 3種故障中， 前一種故障表現(xiàn)出電源電壓升高；后 2 種故障表現(xiàn)為電源電壓變低到零伏或輸 出不穩(wěn)定。常用穩(wěn)壓二極管的型號(hào)及穩(wěn)壓值如下表：型 號(hào) 1N4728 1N4729 1N4730 1N4732 1N4733 1N4734

2、1N4735 1N47441N4750 1N47511N4761穩(wěn)壓值 3.3V3.6V3.9V4.7V5.1V5.6V6.2V15V27V30V75V穩(wěn)壓管也是一種晶體二極管，它是利用PN結(jié)的擊穿區(qū)具有穩(wěn)定電壓的特性來(lái)工 作的。穩(wěn)壓管在穩(wěn)壓設(shè)備和一些電子電路中獲得廣泛的應(yīng)用。我們把這種類型 的二極管稱為穩(wěn)壓管，以區(qū)別用在整流、檢波和其他單向?qū)щ妶?chǎng)合的二極管。 如圖畫(huà)出了穩(wěn)壓管的伏安特性及其符號(hào)。(1) 穩(wěn)定電壓Uz Uz就是PN結(jié)的擊穿電壓，它隨工作電流和溫度的不同而略有 變化。對(duì)于同一型號(hào)的穩(wěn)壓管來(lái)說(shuō)，穩(wěn)壓值有一定的離散性。(2) 穩(wěn)定電流Iz穩(wěn)壓管工作時(shí)的參考電流值。它通常有一定的范圍，

3、即IzminIzmax。(3) 動(dòng)態(tài)電阻rz它是穩(wěn)壓管兩端電壓變化與電流變化的比值，如上圖所示，即 這個(gè)數(shù)值隨工作電流的不同而改變。通常工作電流越大，動(dòng)態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓 性能越好。(4) 電壓溫度系數(shù) 它是用來(lái)說(shuō)明穩(wěn)定電壓值受溫度變化影響的系數(shù)。不同型號(hào) 的穩(wěn)壓管有不同的穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù)，且有正負(fù)之分。穩(wěn)壓值低于4v的穩(wěn)壓管，穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù)為負(fù)值；穩(wěn)壓值高于 6v的穩(wěn)壓管，其穩(wěn)定電壓的溫度 系數(shù)為正值；介于4V和6V之間的，可能為正，也可能為負(fù)。在要求高的場(chǎng)合， 可以用兩個(gè)溫度系數(shù)相反的管子串聯(lián)進(jìn)行補(bǔ)償(如2DW7) 額定功耗Pz前已指出，工作電流越大，動(dòng)態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓性能越好，但 是

4、最大工作電流受到額定功耗 Pz的限制，超過(guò)P2將會(huì)使穩(wěn)壓管損壞。選擇穩(wěn)壓管時(shí)應(yīng)注意：流過(guò)穩(wěn)壓管的電流 Iz不能過(guò)大，應(yīng)使Iz Izmin，否那么不能穩(wěn)定輸 出電壓，這樣使輸入電壓和負(fù)載電流的變化范圍都受到一定限制。以下列圖示出 了穩(wěn)壓管工作時(shí)的動(dòng)態(tài)等效電路，圖中二極管為理想二極管。穩(wěn)壓管吞效電路光敏二極管和光敏三極管符號(hào):光敏二極管和光敏三極管是光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體 器件，與光敏電阻器相比具有靈敏度高、高頻 性能好，可靠性好、體積小、使用方便等優(yōu)。一、光敏二極管1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與符號(hào)光敏二極管和普通二極管相比雖 然都屬于單向?qū)щ姷姆蔷€性半導(dǎo)體器件， 但在 結(jié)構(gòu)上有其特殊的地方。光敏二極管在電路中的符號(hào)如

5、圖Z0129所示。光敏二極管使用時(shí)要反向接入電路中，即正極接電源負(fù)極，負(fù) 極接電源正極。2 .光電轉(zhuǎn)換原理根據(jù)PN結(jié)反向特性可知，在一定反向電壓范圍內(nèi)，反向電流很 小且處于飽和狀態(tài)。此時(shí)，如果無(wú)光照射 PN結(jié)，那么因本征激發(fā)產(chǎn)生的電子- 空穴對(duì)數(shù)量有限，反向飽和電流保持不變，在光敏二極管中稱為暗電流。當(dāng) 有光照射PN結(jié)時(shí)，結(jié)內(nèi)將產(chǎn)生附加的大量電子空穴對(duì)稱之為光生載流子， 使流過(guò)PN結(jié)的電流隨著光照強(qiáng)度的增加而劇增，此時(shí)的反向電流稱為光電流。 不同波長(zhǎng)的光蘭光、紅光、紅外光在光敏二極管的不同區(qū)域被吸收形成 光電流。被外表P型擴(kuò)散層所吸收的主要是波長(zhǎng)較短的蘭光，在這一區(qū)域， 因光照產(chǎn)生的光生載流子

6、電子，一旦漂移到耗盡層界面，光敬三極管具育腐AFN結(jié)* 其屋未匣理與二械管相同但它 靶址信E燮弍巴信舅苗同村，還 曲大了信號(hào)電逾，30有更高 的典壊度.一服光裁二極蒼的基 験已在管內(nèi)遙摟，只育匚利社韻 劌出鏡也有將基?？傄龅?亠光戰(zhàn)營(yíng)也升有硅吾和諸普 tor 2AU 二樣譽(yù)J . 3ALI 尊犀 館管；2CU. 2D1L 30J，3DLTS g晉里甲光靈童時(shí)不証從外 也來(lái)區(qū)別是二機(jī)皆玉是三極管 貝駝?dòng)男吞?hào)集判定.型號(hào)； 3D(J5B (NPH)符號(hào),或就會(huì)在結(jié)電場(chǎng)作用下，被拉 向N區(qū)，形成局部光電流； 彼長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光，將透過(guò)P 型層在耗盡層激發(fā)出電子 一空穴對(duì)，這些新生的電子 和空穴載流子也

7、會(huì)在結(jié)電 場(chǎng)作用下，分別到達(dá)N區(qū)和 P區(qū)，形成光電流。波長(zhǎng)更 長(zhǎng)的紅外光，將透過(guò)P型層 和耗盡層，直接被N區(qū)吸 收。在N區(qū)內(nèi)因光照產(chǎn)生的 光生載流子空穴一旦漂移到耗盡區(qū)界面，就會(huì)在結(jié)電場(chǎng)作用下被拉向 P區(qū)，形成光電流。因此，光 照射時(shí)，流過(guò)PN結(jié)的光電流應(yīng)是三局部光電流之和。二、光敏三極管 光敏三極管和普通三極管的結(jié)構(gòu)相類似。不同之處是光敏三極管 必須有一個(gè)對(duì)光敏感的PN結(jié)作為感光面，一般用集電結(jié)作為受光結(jié)，因此， 光敏二極管實(shí)質(zhì)上是一種相當(dāng)于在基極和集電極之間接有光敏二極管的普通 二極管。其結(jié)構(gòu) 及符號(hào)如圖Z0130所示。三、光敏二極管的兩種工作狀態(tài)光敏二極管又稱光電二極管，它是一種光電轉(zhuǎn)換

8、器件，其根本原理是光照到P-N結(jié)上時(shí)，吸收光能并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。它具有兩種工作狀態(tài)：1當(dāng)光敏二極管加上反向電壓時(shí)，管子中的反向電流隨著光照強(qiáng)度的改變 而改變，光照強(qiáng)度越大，反向電流越大，大多數(shù)都工作在這種狀態(tài)。2光敏二極管上不加電壓，利用 P-N結(jié)在受光照時(shí)產(chǎn)生正向電壓的原理， 把它用作微型光電池。這種工作狀態(tài)，一般作光電檢測(cè)器。光敏二極管分有P-N結(jié)型、PIN結(jié)型、雪崩型和肖特基結(jié)型，其中用得最多的 是P-N結(jié)型，價(jià)格廉價(jià)。光信號(hào)放大和開(kāi)關(guān)電路集成線性穩(wěn)壓電路如果將前述的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路全部集成在一塊硅片上，加以封裝后引岀三端引腳，就成了三端集成穩(wěn)壓電源了。正電壓輸岀的78XX系列，負(fù)電壓輸岀

9、的79XX系列。其中XX表示固定電壓輸岀的數(shù)值。如:7805、7806、7809、7812、7815、7818、7824 等，指輸岀電壓是 +5V、+6V、+9V、+12V、+15V、+ 18V、+24V。79XX系列也與之對(duì)應(yīng)，只不過(guò)是負(fù)電壓輸岀。這類穩(wěn)壓器的最大輸岀電流為，塑料封裝仃0-220最大功耗為10W加散熱器；金屬殼封裝TO-3外形，最大功耗為 20W加散熱 器。2. 78系列三端集成穩(wěn)壓器內(nèi)部電路框圖3. 三端集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用固定輸出連接片一T780(1-iq了 gooI Gc 一cJGND 丄G0 33對(duì)工uf0 1 p_L_L78XX系列正固定輸出連接 79XX系列負(fù)固定

10、輸出連接在使用時(shí)必須注意：(VI)和(Vo)之間的關(guān)系，以W7805為例，該三端穩(wěn)壓器的固 定輸出電壓是5V,而輸入電壓至少大于8V，這樣輸入/輸出之間有3V的壓差。使調(diào)整管保證工作在放大區(qū)。但壓差取得大時(shí)，又會(huì)增加集成塊的功耗，所以， 兩者應(yīng)兼顧，即既保證在最大負(fù)載電流時(shí)調(diào)整管不進(jìn)入飽和， 又不致于功耗偏大。固定雙組輸出連接擴(kuò)大輸出電流連接，原輸出二極管D以低消T管VBE壓降而設(shè)置，擴(kuò)大的輸岀電流為: 電流是Io，現(xiàn)可以近似擴(kuò)大 B倍。擴(kuò)大輸出電壓范圍78 x x三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓電路其型號(hào)有正輸岀三端可調(diào)式、負(fù)輸岀三端可調(diào)式兩種。如LM317型是正電壓輸岀型，LM337是負(fù)電壓輸岀可調(diào)式。

11、其輸岀電壓可在1.2540V之間調(diào)節(jié)。QUIADJ叫=張丸咎W =皿1煜R2就能在一定范圍其中，VREF=1.25V,而ladj很小，通常略去，所以，由公式可得，只要調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)輸岀電壓的大小。具有正負(fù)輸岀的實(shí)際應(yīng)用電路如以下列圖所示。 * o丄 H 1.2-201 VLM137更多請(qǐng)進(jìn)入相關(guān)分類本空間資料均是由于個(gè)人愛(ài)好，經(jīng)過(guò)收集整理而成，不排除一局部資料來(lái)源于其它媒體書(shū)籍， 雜志，網(wǎng)絡(luò)等，并且由于需要，可能對(duì)原文有所改動(dòng)，由于人力有限，無(wú)法一一通知原作者及 驗(yàn)證其岀處，不便之處敬請(qǐng)見(jiàn)諒！如原作者不愿將其文章登于我站，請(qǐng)來(lái)信告知，本站將盡快集成線性穩(wěn)壓電路如果將前述的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路全部集成

12、在一塊硅片上，加以封裝后引岀三端引腳，就成了三端集成穩(wěn)壓電源了。正電壓輸岀的78XX系列，負(fù)電壓輸岀的79XX系列。其中XX表示固定電壓輸岀的數(shù)值。如:7805、7806、7809、7812、7815、7818、7824 等，指輸岀電壓是 +5V、+6V、+9V、+12V、+15V、+ 18V、+24V。79XX系列也與之對(duì)應(yīng)，只不過(guò)是負(fù)電壓輸岀。這類穩(wěn)壓器的最大輸岀電流為，塑料封裝仃0-220最大功耗為10W加散熱器；金屬殼封裝TO-3外形，最大功耗為 20W加散熱 器。2. 78系列三端集成穩(wěn)壓器內(nèi)部電路框圖3.三端集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用固定輸出連接78XX系列正固定輸出連接79XX系列負(fù)固

13、定輸出連接在使用時(shí)必須注意：VI和Vo之間的關(guān)系，以W7805為例，該三端穩(wěn)壓器的固 定輸出電壓是5V,而輸入電壓至少大于8V，這樣輸入/輸出之間有3V的壓差。 使調(diào)整管保證工作在放大區(qū)。但壓差取得大時(shí)，又會(huì)增加集成塊的功耗，所以， 兩者應(yīng)兼顧，即既保證在最大負(fù)載電流時(shí)調(diào)整管不進(jìn)入飽和， 又不致于功耗偏大。固定雙組輸出連接擴(kuò)大輸出電流連接 二極管D以低消T管VBE壓降而設(shè)置，擴(kuò)大的輸岀電流為： “二用啟二0點(diǎn)，原輸岀電流是Io，現(xiàn)可以近似擴(kuò)大 B倍。r78 X X 0 厶I擴(kuò)大輸出電壓范圍，所以三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓電路其型號(hào)有正輸岀三端可調(diào)式、負(fù)輸岀三端可調(diào)式兩種。如LM317型是正電壓輸岀型，

14、LM337是負(fù)電壓輸岀可調(diào)式。其輸岀電壓可在1.2540V之間調(diào)節(jié)。其中，VREF=1.25V,而ladj很小，通常略去，所以，由公式可得，只要調(diào)節(jié)R2就能在一定范圍調(diào)節(jié)輸岀電壓的大小。具有正負(fù)輸岀的實(shí)際應(yīng)用電路如以下列圖所示。 空+2.4 U2輸出低電平Uol。與非門所有輸入端都接高電平時(shí)，輸出電壓的值稱為輸出低電平UOL。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)值為Uol8。4平均傳輸延遲時(shí)間tpd。在與非門輸入端加上一個(gè)脈沖電壓，那么輸岀電壓將對(duì)輸入電壓有一定的時(shí)間延遲，從輸入脈沖上升沿的50%處起到輸出脈沖下降沿的 50%處的時(shí)間叫做上升延遲時(shí)間 tpdl;從輸入脈沖下降沿的 50%處到輸出脈 沖上升沿的50%處的時(shí)

15、間叫做下降延遲時(shí)間 tpd2。平均傳輸延遲時(shí)間tpd定義為tpdl與tpd2的平均值，即:平均傳輸延遲時(shí)間是衡量與非門開(kāi)關(guān)速度的一個(gè)重要參數(shù)，此參數(shù)值愈小愈好。除了與非門外，TTL門電路還有與門、或門、非門、或非門、異或門等多種不同功能的產(chǎn)品。如圖8-17所示介紹的是幾種常用的TTL門電路芯片。或非門電路圖或非門的邏輯符號(hào)及波形圖如圖8-14所示。或非門的邏輯功能是：輸入全為0,輸岀才為1 ;只要有一個(gè)輸入為1,輸岀就為0?；蚍情T真值表如表8-5所示。表8-5或非門真值表ABY001010100110或非門的邏輯功能用邏輯表達(dá)式描述那么為:Y-AB(8-5)或非門也可有兩個(gè)或兩個(gè)以上的輸入端。

16、或非門邏輯符號(hào)圖或非門的邏輯功能 是：輸入全為0,輸岀才為1 ;只要有一個(gè)輸入為1,輸岀就為0?；蚍情T真值表如表所示。表8-5或非門真值表ABY001010100110或非門的邏輯功能用邏輯表達(dá)式描述那么為：f 一e或非門也可有兩個(gè)或兩個(gè)以上的輸入端CMOS邏輯門電路CMOS邏輯門電路是在TTL電路問(wèn)世之后，所開(kāi)發(fā)出的第二種廣泛應(yīng)用的數(shù)字集成器件，從開(kāi)展趨勢(shì)來(lái)看，由于制造工藝的改進(jìn)，CMOS電路的性能有可能超越 TTL而成為占主導(dǎo)地位的邏輯器件。CMOS電路的工作速度可與 TTL相比擬，而它的功耗和抗干擾能力那么遠(yuǎn)優(yōu)于TTL。此外，幾乎所有的超大規(guī)模存儲(chǔ)器件，以及PLD器件都采用CMOS藝制造

17、，且費(fèi)用較低。早期生產(chǎn)的CMOS門電路為4000系列，隨后開(kāi)展為4000B系列。當(dāng)前與TTL兼容的CMO器件如74HCT系列等可與TTL器件交換使用。下面首先討論 CMOS反相器，然后介紹其他 CMO邏輯門電路r;MOS管結(jié)構(gòu)圖MOS管主要參數(shù):T開(kāi)啟電壓又稱閾值電壓：使得源極S和漏極D之間開(kāi)始形成導(dǎo)電溝道所需的柵極電壓；標(biāo)準(zhǔn)的N溝道MOS管，Vt約為36V ;通過(guò)工藝上的改進(jìn)，可以使 MOS管的Vt值降到23V。2. 直流輸入電阻Rgs即在柵源極之間加的電壓與柵極電流之比這一特性有時(shí)以流過(guò)柵極的柵流表示MOS管的Rgs可以很容易地超過(guò) 1010Q。3. 漏源擊穿電壓BVds在Vgs=0增強(qiáng)型

18、的條件下，在增加漏源電壓過(guò)程中使 Id開(kāi)始劇增時(shí)的Vds稱為漏源擊穿電壓 BVdsI D劇增的原因有以下兩個(gè)方面：1漏極附近耗盡層的雪崩擊穿2漏源極間的穿通擊穿有些MOS管中，其溝道長(zhǎng)度較短，不斷增加Vds會(huì)使漏區(qū)的耗盡層一直擴(kuò)展到源區(qū)，使溝道長(zhǎng)度為零，即產(chǎn)生漏源間的穿通，穿通后，源區(qū)中的多數(shù)載流子，將直接受耗盡層電場(chǎng)的吸引，到達(dá)漏區(qū)，產(chǎn)生大的Id4. 柵源擊穿電壓BVgs在增加?xùn)旁措妷哼^(guò)程中，使柵極電流Ig由零開(kāi)始劇增時(shí)的 Vgs，稱為柵源擊穿電壓 BVgs。5. 低頻跨導(dǎo)gm在Vds為某一固定數(shù)值的條件下，漏極電流的微變量和引起這個(gè)變化的柵源電壓微變量之比稱為跨導(dǎo)gm反映了柵源電壓對(duì)漏極電

19、流的控制能力是表征MOS管放大能力的一個(gè)重要參數(shù)一般在十分之幾至幾 mA/V的范圍內(nèi)6. 導(dǎo)通電阻Ron導(dǎo)通電阻Ron說(shuō)明了 Vds對(duì)Id的影響，是漏極特性某一點(diǎn)切線的斜率的倒數(shù)在飽和區(qū)，Id幾乎不隨Vds改變，Ron的數(shù)值很大，一般在幾十千歐到幾百千歐之間由于在數(shù)字電路中，MOS管導(dǎo)通時(shí)經(jīng)常工作在 Vds=0的狀態(tài)下，所以這時(shí)的導(dǎo)通電阻 Ron可用原點(diǎn)的Ron來(lái)近似對(duì)一般的MOS管而言，Ron的數(shù)值在幾百歐以內(nèi)7. 極間電容三個(gè)電極之間都存在著極間電容：柵源電容Cgs、柵漏電容Cgd和漏源電容CDSCgs和Cgd約為13pFCds約在0.11pF之間 8低頻噪聲系數(shù)NF噪聲是由管子內(nèi)部載流子

20、運(yùn)動(dòng)的不規(guī)那么性所引起的由于它的存在，就使一個(gè)放大器即便在沒(méi)有信號(hào)輸人時(shí)，在輸出端也出現(xiàn)不規(guī)那么的電壓或電流變化噪聲性能的大小通常用噪聲系數(shù) NF來(lái)表示，它的單位為分貝dB這個(gè)數(shù)值越小，代表管子所產(chǎn)生的噪聲越小低頻噪聲系數(shù)是在低頻范圍內(nèi)測(cè)岀的噪聲系數(shù)場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲系數(shù)約為幾個(gè)分貝，它比雙極性三極管的要小一、CMOS反相器由本書(shū)模擬局部，MOSFET有P溝道和N溝道兩種，每種中又有耗盡型和增強(qiáng)型兩類。由N溝道和P溝道兩種MOSFET組成的電路稱為互補(bǔ) MOS或CMOS電路。以下列圖表示CMOS反相器電路，由兩只增強(qiáng)型 MOSFET組成，其中一個(gè)為 N溝道結(jié)構(gòu)，另一個(gè)為 P 溝道結(jié)構(gòu)。為了電路能正

21、常工作，要求電源電壓Vdd大于兩個(gè)管子的開(kāi)啟電壓的絕對(duì)值之和，即VDD (VTN + |VTP|)。Vll B電路簡(jiǎn)化電路首先考慮兩種極限情況：當(dāng)VI處于邏輯0時(shí)，相應(yīng)的電壓近似為 0V ;而當(dāng)VI處于邏輯1時(shí)，相應(yīng)的電壓近似為Vdd。假設(shè)在兩種情況下 N溝道管Tn為工作管P溝道管TP為負(fù)載管。但是，由于電路是互補(bǔ) 對(duì)稱的，這種假設(shè)可以是任意的，相反的情況亦將導(dǎo)致相同的結(jié)果。以下列圖分析了當(dāng)vi=V DD時(shí)的工作情況。在 TN的輸出特性iD VDS VGSN= V DD(注意VDSN=VO)上， 疊加一條負(fù)載線，它是負(fù)載管T P在VsgP=0V時(shí)的輸出特性iD Vsd。由于VsgpV Vt V

22、TN=|V Tp|=Vt，負(fù)VOL 0V典型載曲線幾乎是一條與橫軸重合的水平線。兩條曲線的交點(diǎn)即工作點(diǎn)。顯然，這時(shí)的輸岀電壓 值v 10mV，而通過(guò)兩管的電流接近于零。這就是說(shuō)，電路的功耗很小微瓦量級(jí)以下列圖分析了另一種極限情況， 此時(shí)對(duì)應(yīng)于VI = 0V。此時(shí)工作管Tn在VGSN= 0的情況下運(yùn)用，其輸出 特性ip Vds幾乎與橫軸重合，負(fù)載曲線是負(fù)載管 T P在VsGP= V DD時(shí)的輸出特性iD Vds。由圖可知，工作 點(diǎn)決定了 Vo= Voh-Vdd;通過(guò)兩器件的電流接近零值 。可見(jiàn)上述兩種極限情況下的功耗都很低。由此可知，根本CMOS反相器近似于一理想的邏輯單元，其輸出電壓接近于零或

23、 +Vdd，而功耗幾乎為零。以下列圖為CMOS反相器的傳輸特性圖。圖中Vdd=10V，Vtn=|Vtp|=Vt=2V。由于 Vdd Vtn + |Vtp|，因此，當(dāng) Vdd-|Vtp|vIV tn時(shí),Tn和Tp兩管同時(shí)導(dǎo)通。考慮到電路是互補(bǔ)對(duì)稱的，一器件可將另一器件視為它的漏極負(fù)載。還應(yīng)注意到，器件在放大區(qū)飽和區(qū)呈現(xiàn)恒流特性，兩器件之一可當(dāng)作高阻值的負(fù)載。因此，在過(guò)渡區(qū)域，傳輸特性變化比擬急劇。兩管在V=Vdd/2處轉(zhuǎn)換狀態(tài)。Th樹(shù)止g左tfi和區(qū)匚卜yj s在可變電阻區(qū):B !i, tkWtp均在飽和區(qū)iC丁衛(wèi)在飽和區(qū)/一0在可變電阻區(qū)246810門丹CMOS反相器在電容負(fù)載情況下，它的開(kāi)通

24、時(shí)間與關(guān)閉時(shí)間是相等的，這是因?yàn)殡娐肪哂谢パa(bǔ)對(duì)稱的性質(zhì)。以下列圖表示當(dāng)S反相器中，兩管的Vi=0V時(shí)，Tn截止，Tp導(dǎo)通，由Vdd通過(guò)Tp向負(fù)載電容Cl充電的情況。由于 CMO電容Cl的放電過(guò)程。CMOS反相器的平均傳輸延遲時(shí)間約為10ns。gm值均設(shè)計(jì)得較大，其導(dǎo)通電阻較小，充電回路的時(shí)間常數(shù)較小。類似地，亦可分析、CMOS門電路以下列圖是2輸入端CMOS與非門電路，其中包括兩個(gè)串聯(lián)的 N溝道增強(qiáng)型MOS管和兩個(gè)并聯(lián)的P溝 道增強(qiáng)型MOS管。每個(gè)輸入端連到一個(gè) N溝道和一個(gè)P溝道MOS管的柵極。當(dāng)輸入端 A、B中只要有一個(gè)為低電平時(shí)，就會(huì)使與它相連的全為高電平時(shí)，才會(huì)使兩個(gè)串聯(lián)的NMOS管截

25、止，與它相連的 PMOS管導(dǎo)通，輸出為高電平；僅當(dāng) A、BNMOS管都導(dǎo)通，使兩個(gè)并聯(lián)的 PMOS管都截止，輸出為低電平。因此，這種電路具有與非的邏輯功能，即n個(gè)輸入端的與非門必須有 n個(gè)NMOS管串聯(lián)和n個(gè)PMOS管并聯(lián)以下列圖是2輸入端CMOS或非門電路。其中包括兩個(gè)并聯(lián)的 N溝道增強(qiáng)型MOS管和兩個(gè)串聯(lián)的 道增強(qiáng)型MOS管。當(dāng)輸入端A、B中只要有一個(gè)為高電平時(shí)，就會(huì)使與它相連的NMOS管導(dǎo)通，與它相連的PMOS管截止，輸出為低電平；僅當(dāng) A、B全為低電平時(shí)，兩個(gè)并聯(lián) NMOS管都截止，兩個(gè)串聯(lián)的 PMOS管都導(dǎo)通， 輸岀為高電平。因此，這種電路具有或非的邏輯功能，其邏輯表達(dá)式為顯然，n個(gè)

26、輸入端的或非門必須有 n個(gè)NMOS管并聯(lián)和n個(gè)PMOS管并聯(lián)。比擬CMOS與非門和或非門可知，與非門的工作管是彼此串聯(lián)的，其輸岀電壓隨管子個(gè)數(shù)的增加而增 加；或非門那么相反，工作管彼此并聯(lián)，對(duì)輸出電壓不致有明顯的影響。因而或非門用得較多。上圖為CMOS異或門電路。它由一級(jí)或非門和一級(jí)與或非門組成?；蚍情T的輸出或非門的輸岀L即為輸入A、B的異或L = A-B+X=A- B+ Av B=B + 月 F= AB如在異或門的后面增加一級(jí)反相器就構(gòu)成異或非門，由于具有-上t一二二的功能，因而稱為同或門同或門。異成門和同或門的邏輯符號(hào)如以下列圖所示。昇或門三、BiCMOS門電路雙極型CMOS或BiCMOS

27、的特點(diǎn)在于，利用了雙極型器件的速度快和MOSFET的功耗低兩方面的優(yōu)勢(shì)，因而這種邏輯門電路受到用戶的重視VtjdCSV)上圖表示根本的BiCMOS反相器電路，為了清楚起見(jiàn)， MOSFET用符號(hào)M表示BJT用T表示。和 T2構(gòu)成推拉式輸出級(jí)。而 Mp、Mn、Mi、M2所組成的輸入級(jí)與根本的 CMOS反相器很相似。輸入信號(hào) vi 同時(shí)作用于Mp和Mn的柵極。當(dāng)vi為高電壓時(shí)Mn導(dǎo)通而Mp截止；而當(dāng)vi為低電壓時(shí)，情況那么相反，Mp 導(dǎo)通，Mn截止。當(dāng)輸岀端接有同類 BiCMOS門電路時(shí)，輸岀級(jí)能提供足夠大的電流為電容性負(fù)載充電。同理，已充電的電容負(fù)載也能迅速地通過(guò)T2放電。上述電路中Ti和T2的基

28、區(qū)存儲(chǔ)電荷亦可通過(guò) Mi和M2釋放，以加快電路的開(kāi)關(guān)速度。當(dāng)vi為高電壓時(shí)Mi導(dǎo)通，Ti基區(qū)的存儲(chǔ)電荷迅速消散。這種作用與TTL門電路的輸入級(jí)中Ti類似。同理，當(dāng)vi為低電壓時(shí)，電源電壓 Vdd通過(guò)Mp以鼓勵(lì)M2使M?導(dǎo)通，顯然T?基區(qū)的存儲(chǔ) 電荷通過(guò)M2而消散?？梢?jiàn)，門電路的開(kāi)關(guān)速度可得到改善。根據(jù)前述的CMOS門電路的結(jié)構(gòu)和工作原理， 同樣可以用BiCMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)或非門和與非門。如果要實(shí)現(xiàn)或非邏輯關(guān)系，輸入信號(hào)用來(lái)驅(qū)動(dòng)并聯(lián)的N溝道MOSFET，而P溝道MOSFET那么彼此串聯(lián)。正如以下列圖所示的2輸入端或非門當(dāng)A和B均為低電平時(shí)，那么兩個(gè)MOSFET Mpa和Mpb均導(dǎo)通，導(dǎo)通而Mna和Mnb均截止，輸出L 為高電平。與