數(shù)字電路基礎(chǔ)-閻石-第三章-門電路課件

1、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）教學(xué)課件數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）教學(xué)課件補(bǔ)：半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)補(bǔ)：半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)（1）本征半導(dǎo)體：純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。常用：硅Si，鍺Ge兩種載流子半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)（1）本征半導(dǎo)體：純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)（2）雜質(zhì)半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體多子：自由電子少子：空穴半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)（2）雜質(zhì)半導(dǎo)體半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)（2）雜質(zhì)半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體多子：空穴少子：自由電子半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)（2）雜質(zhì)半導(dǎo)體半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)（3）PN結(jié)的形成空間電荷區(qū)（耗盡層）擴(kuò)散和漂移半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)（3）PN結(jié)的形成半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)（4）PN結(jié)的單向?qū)щ娦酝饧诱螂妷喊雽?dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

2、（4）PN結(jié)的單向?qū)щ娦园雽?dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)（4）PN結(jié)的單向?qū)щ娦酝饧臃聪螂妷喊雽?dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)（4）PN結(jié)的單向?qū)щ娦园雽?dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)（5）PN結(jié)的伏安特性正向?qū)▍^(qū)反向截止區(qū)反向擊穿區(qū)K:波耳茲曼常數(shù)T:熱力學(xué)溫度q: 電子電荷半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)（5）PN結(jié)的伏安特性正向?qū)▍^(qū)反向截止區(qū)反向第三章 門電路第三章 門電路3.1 概述門電路：實(shí)現(xiàn)基本運(yùn)算、復(fù)合運(yùn)算的單元電路，如與門、與非門、或門 門電路中以高/低電平表示邏輯狀態(tài)的1/03.1 概述門電路中以高/低電平表示邏輯狀態(tài)的1/0獲得高、低電平的基本原理高/低電平都允許有一定的變化范圍獲得高、低電平的基本原理高/低電平都允許有一定的變化范圍正邏輯：高

3、電平表示1，低電平表示0負(fù)邏輯：高電平表示0，低電平表示1正邏輯：高電平表示1，低電平表示0負(fù)邏輯：高電平表示0，低3.2半導(dǎo)體二極管門電路半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和外特性（Diode）二極管的結(jié)構(gòu)： PN結(jié) + 引線 + 封裝構(gòu)成PN3.2半導(dǎo)體二極管門電路半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和外特性（Di3.2.1二極管的開(kāi)關(guān)特性：高電平：VIH=VCC低電平：VIL=0 VI=VIH D截止，VO=VOH=VCCVI=VIL D導(dǎo)通，VO=VOL=0.7V3.2.1二極管的開(kāi)關(guān)特性：高電平：VIH=VCCVI=VI二極管的開(kāi)關(guān)等效電路：二極管的開(kāi)關(guān)等效電路：二極管的動(dòng)態(tài)電流波形：二極管的動(dòng)態(tài)電流波形：3.2.2

4、 二極管與門設(shè)VCC = 5V加到A,B的 VIH=3V VIL=0V二極管導(dǎo)通時(shí) VDF=0.7VABY0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7VABY000010100111規(guī)定3V以上為10.7V以下為03.2.2 二極管與門設(shè)VCC = 5VABY0V0V0.73.2.3 二極管或門設(shè)VCC = 5V加到A,B的 VIH=3V VIL=0V二極管導(dǎo)通時(shí) VDF=0.7VABY0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3VABY000011101111規(guī)定2.3V以上為10V以下為03.2.3 二極管或門設(shè)VCC = 5VABY0V0V0V0二極管構(gòu)成

5、的門電路的缺點(diǎn)電平有偏移帶負(fù)載能力差只用于IC內(nèi)部電路二極管構(gòu)成的門電路的缺點(diǎn)電平有偏移3.3 CMOS門電路3.3.1MOS管的開(kāi)關(guān)特性一、MOS管的結(jié)構(gòu)S (Source)：源極G (Gate)：柵極D (Drain)：漏極B (Substrate):襯底金屬層氧化物層半導(dǎo)體層PN結(jié)3.3 CMOS門電路3.3.1MOS管的開(kāi)關(guān)特性一、MO以N溝道增強(qiáng)型為例：以N溝道增強(qiáng)型為例：以N溝道增強(qiáng)型為例：當(dāng)加+VDS時(shí)，VGS=0時(shí)，D-S間是兩個(gè)背向PN結(jié)串聯(lián)，iD=0加上+VGS，且足夠大至VGS VGS (th), D-S間形成導(dǎo)電溝道（N型層）開(kāi)啟電壓以N溝道增強(qiáng)型為例：開(kāi)啟電壓二、輸入

6、特性和輸出特性輸入特性：直流電流為0，看進(jìn)去有一個(gè)輸入電容CI，對(duì)動(dòng)態(tài)有影響。輸出特性：iD = f (VDS) 對(duì)應(yīng)不同的VGS下得一族曲線 。二、輸入特性和輸出特性輸入特性：直流電流為0，看進(jìn)去有一個(gè)輸漏極特性曲線（分三個(gè)區(qū)域）截止區(qū)恒流區(qū)可變電阻區(qū)漏極特性曲線（分三個(gè)區(qū)域）截止區(qū)漏極特性曲線（分三個(gè)區(qū)域）截止區(qū)：VGS 109漏極特性曲線（分三個(gè)區(qū)域）截止區(qū)：VGSVBBbe 結(jié)正偏, bc結(jié)反偏e區(qū)發(fā)射大量的電子b區(qū)薄，只有少量的空穴bc反偏，大量電子形成IC以NPN為例說(shuō)明工作原理：當(dāng)VCC VBB二、三極管的輸入特性和輸出特性 三極管的輸入特性曲線（NPN）VON ：開(kāi)啟電壓硅管，

7、0.5 0.7V鍺管，0.2 0.3V近似認(rèn)為:VBE 0.7V以后，基本為水平直線三極管的輸出特性固定一個(gè)IB值，即得一條曲線，特性曲線分三個(gè)部分放大區(qū)：條件VCE 0.7V, iB 0, iC隨iB成正比變化， iC=iB。飽和區(qū)：條件VCE 0, VCE 很低，iC 隨iB增加變緩，趨于“飽和”。截止區(qū)：條件VBE = 0V, iB = 0, iC = 0, ce間“斷開(kāi)” 。特性曲線分三個(gè)部分三、雙極型三極管的基本開(kāi)關(guān)電路只要參數(shù)合理：VI=VIL時(shí)，T截止，VO=VOHVI=VIH時(shí)，T導(dǎo)通，VO=VOL三、雙極型三極管的基本開(kāi)關(guān)電路只要參數(shù)合理：工作狀態(tài)分析：工作狀態(tài)分析：圖解分析

8、法：圖解分析法：四、三極管的開(kāi)關(guān)等效電路截止?fàn)顟B(tài)飽和導(dǎo)通狀態(tài)四、三極管的開(kāi)關(guān)等效電路截止?fàn)顟B(tài)飽和導(dǎo)通狀態(tài)五、動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)特性從二極管已知，PN結(jié)存在電容效應(yīng)。在飽和與截止兩個(gè)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時(shí)，iC的變化將滯后于VI，則VO的變化也滯后于VI。五、動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)特性從二極管已知，PN結(jié)存在電容效應(yīng)。六 、三極管反相器三極管的基本開(kāi)關(guān)電路就是非門實(shí)際應(yīng)用中，為保證VI=VIL時(shí)T可靠截止，常在 輸入接入負(fù)壓。 參數(shù)合理？VI=VIL時(shí)，T截止，VO=VOHVI=VIH時(shí)，T截止，VO=VOL六 、三極管反相器三極管的基本開(kāi)關(guān)電路就是非門參數(shù)合理？例3.5.1：計(jì)算參數(shù)設(shè)計(jì)是否合理5V-8V3.3K10K1K=

9、20VCE(sat) = 0.1VVIH=5VVIL=0V例3.5.1：計(jì)算參數(shù)設(shè)計(jì)是否合理5V-8V3.3K10K例3.5.1：計(jì)算參數(shù)設(shè)計(jì)是否合理將發(fā)射極外接電路化為等效的VB與RB電路例3.5.1：計(jì)算參數(shù)設(shè)計(jì)是否合理將發(fā)射極外接電路化為等效的當(dāng)當(dāng)又因此，參數(shù)設(shè)計(jì)合理當(dāng)3.5.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理一、電路結(jié)構(gòu)設(shè) 3.5.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理二、電壓傳輸特性二、電壓傳輸特性二、電壓傳輸特性二、電壓傳輸特性二、電壓傳輸特性二、電壓傳輸特性需要說(shuō)明的幾個(gè)問(wèn)題： 需要說(shuō)明的幾個(gè)問(wèn)題：三、輸入噪聲容限三、輸入噪聲容限3.5.3 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性例

10、：扇出系數(shù)（Fan-out），試計(jì)算門G1能驅(qū)動(dòng)多少個(gè)同樣的門電路負(fù)載。3.5.3 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性例：扇出系輸入輸入輸出輸出3.5.4 TTL反相器的動(dòng)態(tài)特性一、傳輸延遲時(shí)間1、現(xiàn)象3.5.4 TTL反相器的動(dòng)態(tài)特性一、傳輸延遲時(shí)間二、交流噪聲容限（b）負(fù)脈沖噪聲容限（a）正脈沖噪聲容限 當(dāng)輸入信號(hào)為窄脈沖，且接近于tpd時(shí)，輸出變化跟不上，變化很小，因此交流噪聲容限遠(yuǎn)大于直流噪聲容限。二、交流噪聲容限（b）負(fù)脈沖噪聲容限（a）正脈沖噪聲容限 三、電源的動(dòng)態(tài)尖峰電流三、電源的動(dòng)態(tài)尖峰電流2、動(dòng)態(tài)尖峰電流2、動(dòng)態(tài)尖峰電流數(shù)字電路基礎(chǔ)-閻石-第三章-門電路課件3.5.5其他類

11、型的TTL門電路一、其他邏輯功能的門電路1. 與非門3.5.5其他類型的TTL門電路一、其他邏輯功能的門電路2. 或非門3.與或非門2. 或非門3.與或非門4. 異或門4. 異或門二、集電極開(kāi)路的門電路1、推拉式輸出電路結(jié)構(gòu)的局限性 輸出電平不可調(diào) 負(fù)載能力不強(qiáng)，尤其是高電平輸出 輸出端不能并聯(lián)使用 OC門二、集電極開(kāi)路的門電路1、推拉式輸出電路結(jié)構(gòu)的局限性2、OC門的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2、OC門的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)OC門實(shí)現(xiàn)的線與OC門實(shí)現(xiàn)的線與3、外接負(fù)載電阻RL的計(jì)算3、外接負(fù)載電阻RL的計(jì)算3、外接負(fù)載電阻RL的計(jì)算3、外接負(fù)載電阻RL的計(jì)算3、外接負(fù)載電阻RL的計(jì)算3、外接負(fù)載電阻RL的計(jì)算三、三態(tài)輸出

12、門（Three state Output Gate ,TS）三、三態(tài)輸出門（Three state Output Gat三態(tài)門的用途三態(tài)門的用途一、高速系列74H/54H （High-Speed TTL）電路的改進(jìn)(1)輸出級(jí)采用復(fù)合管（減小輸出電阻Ro）(2)減少各電阻值2. 性能特點(diǎn)速度提高 的同時(shí)功耗也增加 2.4.5 TTL電路的改進(jìn)系列（改進(jìn)指標(biāo)： )一、高速系列74H/54H （High-Speed TT二、肖特基系列74S/54S（Schottky TTL）電路改進(jìn)采用抗飽和三極管用有源泄放電路代替74H系列中的R3減小電阻值2. 性能特點(diǎn)速度進(jìn)一步提高，電壓傳輸特性沒(méi)有線性區(qū)，功耗增大二、肖特基系列74S/54S（Schottky TTL）電路三、低功耗肖特基系列74LS/54LS （Low