第3章门电路ppt课件.ppt

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1、第三章门电路本章内容3.1概述3.2半导体二极管门电路3.3CMOS门电路3.5TTL门电路本章总的要求：了解TTL和CMOS非门电路主要参数的测试方法及OC门、TS门的“线与”功能。掌握各类集成电子器件正确的使用方法。重点：TTL电路与CMOS电路的结构与特点.第7讲3.1概述3.2半导体二极管门电路3.3CMOS门电路§3.3.1MOS管的开关特性§3.3.2CMOS反相器工作原理复习PN结的形成过程PN结的单项导电性硅和锗的原子结构和共价键结构本征激发产生电子空穴对束缚电子填补空穴的运动N型半导体的共价键结构P型半导

2、体共价键结构P型和N型半导体交界处载流子的扩散PN结的形成PN结外加正向电压PN结外加反向电压归纳PN结的导电特性外加正向电压时，PN结导通，有较大电流流过。外加反向电压时，PN结截至，电流几乎为0。3.1概述门电路是用以实现逻辑运算的电子电路，与已经讲过的逻辑运算相对应。常用的门电路在逻辑功能上有与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等。正逻辑：高电平表示逻辑1、低电平表示逻辑0。负逻辑：高电平表示逻辑0、低电平表示逻辑1。电压数字电路的输入和输出信号只有高电平（UIH和U0H）和低电平（UIL和U0L）两种

3、状态。正负逻辑问题用1表示高电平，用0表示低电平，称为正逻辑用0表示高电平，用1表示低电平，称为负逻辑通常采用正逻辑，除非特殊声明。高电平和低电平是相对的，不是一个定值。理想开关的静态特性：闭合时电阻为0断开时电阻为∞开关动作在瞬间完成实际上开关闭合时总是有一个很小的电阻，断开时电阻不可能为∞，转换过程总要花一定的时间获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导通、截止（即开、关）两种工作状态。3.2半导体二极管门电路§3.2.1半导体二极管的开关特性Ui>0.5V时，二极管导通。Ui<0.5V时，二极管截止，iD=0

4、。ui＝0V时，二极管截止，如同开关断开，uo＝0V。ui＝5V时，二极管导通，如同0.7V的电压源，uo＝4.3V。当外加电压突然由正向变为反向时，存储电荷反向电场的作用下，形成较大的反向电流。经过ts后，存储电荷显著减少，反向电流迅速衰减并趋于稳态时的反向饱和电流。当外加电压由反向突然变为正向时，要等到PN结内部建立起足够的电荷梯度后才开始有扩散电流形成，因而正向电流的建立稍微滞后一点。反向恢复时间（几纳秒内）反向恢复时间即存储电荷消失所需要的时间，它远大于正向导通所需要的时间。这就是说，二极管的开通时间是很短的，它对

5、开关速度的影响很小，以致可以忽略不计。因此，影响二极管的开关时间主要是反向恢复时间，而不是开通时间。§3.2.2二极管与门Y=A·BABY§3.2.3二极管或门Y=A+B3.3CMOS门电路§3.3.1MOS管的开关特性在CMOS集成电路中，以金属－氧化物－半导体场效应管（MOS管或绝缘栅场效应管)作为开关器件。一、MOS管的结构和工作原理PNNGSD金属铝两个N区SiO2绝缘层P型衬底导电沟道GSDN沟道增强型源极栅极漏极vGS=0时PNNGSDvGSvDSiD=0衬底的接法需要注意SDB两个背向的PN结，始终有一个处于

6、反向状态，不论VDDD、S间有无电压，D、S间无电流，均无法导通，不能导电。D、S间相当于两个背靠背的PN结。PNNGSDVDSVGSvGS>0时vGS足够大时（vGS>VGS(th)），形成电场G—B,把衬底中的电子吸引到栅极下面的金属表面，除复合外，剩余的电子在上表面形成了N型层，与衬底的类型相反又称（反型层），为D、S间的导通提供了通道，所以又把N型的反型层称导电沟道。VGS(th)称为阈值电压(开启电压）：即产生沟道的栅极电压称开启电压。源极与衬底接在一起N沟道可以通过改变vGS的大小来控制导电沟道的宽度，进而控制

7、iD的大小。归纳MOS管的工作原理当vGSVGS(th）时D、S间有导电沟道，MOS管导通，改变vGS可以控制的大小。衬底应接至低于或等于源极底电位。二、MOS管的输入、输出特性1、输入特性曲线：对于共源极接法的电路，栅极和衬底之间被二氧化硅绝缘层隔离，所以栅极电流为零。2、输出特性曲线（漏极特性曲线）夹断区（截止区）：基本和横轴重合的部分用途：做无触点的、断开状态的电子开关。条件：整个沟道都夹断特点：可变电阻区：特性曲线靠近纵轴的区域特点:(1)当vGS为定值

8、时,该区域的曲线接近直线，iD是vDS的线性函数，管子的漏源间呈现为线性电阻，这些曲线斜率不同，即其阻值受vGS控制。（2）管压降vDS很小。用途：做压控线性电阻和无触点的、闭合状态的电子开关。条件：源端与漏端沟道都不夹断恒流区：特性曲线的水平区(又称饱和区或放大区）特点:(1)受控性：输入电压vGS控