清华大学数电3门电路

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1、VCC0V第三章门电路第一节概述门电路：实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。门电路的两种输入，输出电平：高电平、低电平。它们分别对应逻辑电路的1,0状态。正逻辑：1代表高电平；0代表低电平。负逻辑：0代表高电平；1代表低电平。VCC0V高电平低电平1根据制造工艺不同可分为单极型和双极型两大类。门电路中晶体管均工作在开关状态。其中包括介绍晶体管和场效应管的开关特性。本章介绍两类门电路。要点：各种门电路的工作原理，只要求一般掌握；而各种门电路的外部特性和应用是要求重点。当代门电路（所有数字电路）均已集成化。【题3.12】，【题3.16】，【题3.18】，【题3.19】，【题3.20】，

2、【题3.29】2第二节半导体二极管门电路一、二极管的开关特性1.开关电路举例2.静态特性伏安特性等效电路在数字电路中重点在判断二极管开关状态，因此必须把特性曲线简化。（见右侧电路图）有三种简化方法：输入信号慢变化时的特性。3第三种+-第二种VON0.7V第一种0.5V43.动态特性当外加电压突然由正向变为反向时，二极管会短时间导通。tre这段时间用tre表示，称为反向恢复时间。输入信号快变化时的特性。它是由于二极管正向导通时PN结两侧的多数载流子扩散到对方形成电荷存储引起的。DRLi5由于二极管门电路有严重的缺点，在集成电路中并不使用，但可帮助理解集成门的工作原理。二、二极管与门设：VC

3、C=5V,VIH=3V,VIL=0VVA=VB=0VD1,D2导通，VY=0.7VVA=VB=3VD1,D2导通，VY=3.7V+_+_VA=3V,VB=0VD2导通，D1截止，VY=0.7VVA=0V,VB=3VD1导通，D2截止，VY=0.7VVAVBVY000.7030.7300.7333.7ABY000010100111缺点：1.电平偏移；2.负载能力差。BAY6三、二极管或门ABY000011101111VAVBVY000032.3302.3332.3D1,D2截止D1,D2导通D1截止,D2导通D1导通,D2截止ABYABY7GSD一.MOS管的开关特性1.MOS管的工作原理

4、(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor)称为：金属—氧化物—半导体场效应管或绝缘栅场效应管导电沟道(反型层)源极Source漏极Drain栅极Gate当大于VGS(th)时，将出现导电沟道。VGS(th)称为开启电压，与管子构造有关。SDB导电沟道将源区和漏区连成一体。此时在D,S间加电压，将形成漏极电流iD。称为N沟道增强型场效应管第三节CMOS门电路8显然，导电沟道的厚度与栅源电压大小有关。而沟道越厚，管子的导通电阻RON越小。因而，若不变，就可控制漏极电流iD。因此把MOS管称为电压控制器件。输出特性2.输入输出特性输入特性

5、可不讨论。9123恒流区恒流区中iD只受控制，其关系式为：相应曲线称为转移特性。空间电荷区截止区VDS=0V出现沟道。VDS增加，则沟道“倾斜”（阻值增加）。VGD=VGS(th)时，沟道“夹断”。VDS再增加时，夹断点向源区移动，但iD不变。可变电阻区夹断点VGS(th)=2V设＝5V同理可求出栅源电压为4V和3V时的夹断点。固定电阻夹断它也有三个工作区10RONN+N+3.MOS管的基本开关电路当=VDD时，MOS管导通，其内阻用RON表示。当=0V时，MOS管截止，=VDD；MOS管工作在可变电阻区。若，则回下页VDD注意：VDD必须为正。11D静态特性—三个工作区。等效电路如图，

6、其中CI为栅极输入电容。约为几皮法。动态特性—延迟作用（书上没有）。由于是单极型器件，无电荷存储效应。动态情况下，主要是输入电容和负载电容起作用，使漏极电流和漏源电压都滞后于输入电压的变化。其延迟时间比双极型三极管还要长。可变电阻区：截止区：恒流区：4.MOS管的开关特性及等效电路电路图125.MOS管的四种类型(1)N沟道增强型(2)P沟道增强型(3)N沟道耗尽型(4)P沟道耗尽型开启电压夹断电压P沟道增强型：13请参阅79页，表3.3.1141961年美国德克萨斯仪器公司首先制成集成电路。英文IntegratedCircuit,简称IC。集成电路的优点：体积小、重量轻、可靠性高，功耗

7、低。目前单个集成电路上已能作出数千万个三极管，而其面积只有数十平方毫米。按集成度分类：小规模集成电路SSI:SmallScaleIntegration;中规模集成电路MSI:MediumScaleIntegration;大规模集成电路LSI:LargeScaleIntegration;超大规模集成电路VLSI:VeryLargeScaleIntegration,按制造工艺分类：双极型集成电路；单极型集成电路；我们介绍TTL电路。我们