数字电子技术 清华大学课件 第03章

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1、《数字电子技术基础》第五版《数字电子技术基础》（第五版）教学课件清华大学阎石王红《数字电子技术基础》第五版补：半导体基础知识《数字电子技术基础》第五版半导体基础知识（1）两种载流子•本征半导体：纯净的具有晶体结构的半导体。•常用：硅Si，锗Ge《数字电子技术基础》第五版半导体基础知识（2）•杂质半导体•N型半导体多子：自由电子少子：空穴《数字电子技术基础》第五版半导体基础知识（2）•杂质半导体•P型半导体多子：空穴少子：自由电子《数字电子技术基础》第五版半导体基础知识（3）•PN结的形成•空间电荷区（耗尽层）•扩散和漂移《数字电子技术

2、基础》第五版半导体基础知识（4）•PN结的单向导电性•外加正向电压《数字电子技术基础》第五版半导体基础知识（4）•PN结的单向导电性•外加反向电压《数字电子技术基础》第五版半导体基础知识（5）•PN结的伏安特性正向导通区反向截止区VVTi=I(e-1)SV=nkTTqK:波耳兹曼常数T:热力学温度q:电子电荷反向击穿区《数字电子技术基础》第五版第三章门电路《数字电子技术基础》第五版3.1概述•门电路：实现基本运算、复合运算的单元电路，如与门、与非门、或门······门电路中以高/低电平表示逻辑状态的1/0《数字电子技术基础》第五版获得

3、高、低电平的基本原理高/低电平都允许有一定的变化范围《数字电子技术基础》第五版正逻辑：高电平表示1，低电平表示0负逻辑：高电平表示0，低电平表示1《数字电子技术基础》第五版3.2半导体二极管门电路半导体二极管的结构和外特性（Diode）•二极管的结构：PNPN结+引线+封装构成《数字电子技术基础》第五版3.2.1二极管的开关特性：高电平：V=VIHCC低电平：V=0IL•V=VIIHD截止，V=V=VOOHCC•V=VIILD导通，V=V=0.7VOOL《数字电子技术基础》第五版二极管的开关等效电路：《数字电子技术基础》第五版二极管的

4、动态电流波形：《数字电子技术基础》第五版3.2.2二极管与门设V=5VCC加到A,B的V=3VIHV=0VIL二极管导通时V=0.7VDFABYABY0V0V0.7V000规定3V以上为10V3V0.7V0103V0V0.7V0.7V以下为01003V3V3.7V111《数字电子技术基础》第五版3.2.3二极管或门设V=5VCC加到A,B的V=3VIHV=0VIL二极管导通时V=0.7VDFABYABY0V0V0V000规定2.3V以上为10V3V2.3V0113V0V2.3V0V以下为01013V3V2.3V111《数字电子技术基础

5、》第五版二极管构成的门电路的缺点•电平有偏移•带负载能力差•只用于IC内部电路《数字电子技术基础》第五版3.3CMOS门电路3.3.1MOS管的开关特性氧化物层金属层一、MOS管的结构半导体层PN结S(Source)：源极G(Gate)：栅极D(Drain)：漏极B(Substrate):衬底《数字电子技术基础》第五版以N沟道增强型为例：《数字电子技术基础》第五版开启电压以N沟道增强型为例：当加+V时，DSV=0时，D-S间是两个背向PN结串联，i=0GSD加上+V，且足够大至V>V,D-S间形成导电沟道GSGSGS(th)（N型层）

6、《数字电子技术基础》第五版二、输入特性和输出特性①输入特性：直流电流为0，看进去有一个输入电容C，I对动态有影响。②输出特性：i=f(V)对应不同的V下得一族曲线。DDSGS《数字电子技术基础》第五版漏极特性曲线（分三个区域）①截止区②恒流区③可变电阻区《数字电子技术基础》第五版漏极特性曲线（分三个区域）截止区：VGS109Ω《数字电子技术基础》第五版漏极特性曲线（分三个区域）恒流区：iD基本上由VGS决定，与VDS关系不大VGS2i=I(-1)DDSVGS(th)2当V>>V下，iµVGSGS(

7、th)DGS《数字电子技术基础》第五版漏极特性曲线（分三个区域）可变电阻区：当V较低（近似为0），V一定时，DSGSVi»常数（电阻）这个电阻受VGS控制、可变。DSD《数字电子技术基础》第五版三、MOS管的基本开关电路9因为R>10W,R<1KWOFFON只要R<V(th)¾¾®T导通¾¾®V=V»0IIHGSOOL所以MOS管D-S间相当于一个受V控制的开关。I《数字电子技术基础》第五版四、等效电路OFF，截止状态ON，导通状

8、态《数字电子技术基础》第五版五、MOS管的四种类型•增强型大量正离子•耗尽型导电沟道《数字电子技术基础》第五版3.3.2CMOS反相器的电路结构和工作原理一、电路结构V=VGS(th)NGS(th)P《数字电子技术基础》