数字逻辑(第3章一二讲).ppt

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1、第三章门电路教学目的理解：CMOS门电路和TTL门电路结构与工作原理。掌握：CMOS门电路和TTL门电路外特性，正确使用CMOS门电路和TTL门电路。重点与难点重点：晶体管的开关特性；基本逻辑门电路；TTL门电路和MOS门电路。难点:TTL门电路和CMOS门电路。教学内容1.半导体二极管门电路2.CMOS门电路3.TTL门电路复习：半导体基础知识本征半导体：纯净的具有晶体结构的半导体。本征激发(热激发）：在受温度、光照等环境因素的影响，半导体共价键中的价电子获得足够的能量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子的现象

2、。两种载流子多子：自由电子少子：空穴杂质半导体：在本征半导体中掺入微量的杂质形成的半导体。N型半导体：在纯净半导体硅或锗中掺入磷、砷等5价元素。施主杂质：因为五价元素的杂质在半导体中能够产生多余的电子，故称之为施主杂质或N型杂质。多子：空穴少子：自由电子P型半导体：在纯净半导体硅或锗中掺入硼等3价元素。受主杂质：因为三价元素的杂质在半导体中能够接受电子，故称之为受主杂质或P型杂质。⑴载流子的两种运动方式：扩散运动：由于存在浓度差，载流子从浓度高的区域向浓度低的区域运动。漂移运动：载流子在电场作用下的定向运动。

3、⑵PN结的形成：将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层→PN结。PN结的形成PN结形成示意图多子扩散形成空间电荷区产生内电场少子漂移促使阻止扩散与漂移达到动态平衡形成一定宽度的PN结①外加正向电压（也叫正向偏置）外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运动大大超过漂移运动，N区电子不断扩散到P区，P区空穴不断扩散到N区，形成较大的正向电流，这时称PN结处于导通状态。PN结的单向导电性②外加反向电压（也叫反向偏置）外加电场与内电场方向相同，增强了

4、内电场，多子扩散难以进行，少子在电场作用下形成反向电流，因为是少子漂移运动产生的，反向电流很小，这时称PN结处于截止状态。PN结的伏安特性正向导通区反向截止区反向击穿区K:波耳兹曼常数T:热力学温度q:电子电荷逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。基本和常用门电路有与门、或门、非门（反相器）、与非门、或非门、与或非门和异或门等。逻辑0和1：电子电路中用高、低电平来表示。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。正逻辑与负逻辑的表示方法：正逻辑：高电平用1表示

5、，低电平用0表示。负逻辑：高电平用0表示，低电平用1表示。门电路的分类。门电路的分类双极型集成电路（采用双极型半导体元件）晶体管–晶体管逻辑TTL射极偶合逻辑ECL集成注入逻辑I2LMOS集成电路（采用金属氧化物元件）P沟道金属氧化物PMOSN沟道金属氧化物NMOS互补金属氧化物CMOS第一节半导体二极管门电路二极管的开关特性二极管与门和或门电路硅：0.5V锗：0.1V导通压降反向饱和电流死区电压击穿电压UBR锗硅：0.7V锗：0.3VuEiVmA+-R一、半导体二极管的静态特性3.1.1二极管的开关特性二极

6、管的开关特性：高电平：VIH=VCC低电平：VIL=0VI=VIH,D截止，VO=VOH=VCCVI=VIL,D导通，VO=VOL=0.7V产生反向恢复过程的原因：反向恢复时间tre就是存储电荷消散所需要的时间。二、二极管开关的动态特性给二极管电路加入一个方波信号，研究电流的波形。tre称为反向恢复时间+-DLRvIi导通和截止状态间转换需要一定时间，转换的特性即为动态特性。vitVF-VRIF-IRt1tstt0.1IRit存储时间渡越时间0V3V3V0V3.1.2二极管与门和或门电路0.7V0.7V0.7

7、V3.7V0V3V0V3V0V0V3V3VVB（V）VY（V）VA（V）输入输出0101BYA0011输入0001输出与逻辑真值表B+VAYDD3kΩR(+5V)CC12一、与门电路0V3V3V0V0V2.3V2.3V2.3V0V3V0V3V0V0V3V3VVB（V）VY（V）VA（V）输入输出二、或门电路YABDD21R0101BYA0011输入0111输出或逻辑真值表第二节CMOS门电路MOS管的开关特性CMOS反相器其他类型的CMOS门电路一、MOS管的结构S(Source)：源极G(Gate)：栅极D

8、(Drain)：漏极B(Substrate):衬底金属层氧化物层半导体层PN结3.2.1MOS管的开关特性二、MOS管的工作原理以N沟道增强型为例：当加+VDS时，VGS=0时，D-S间是两个背向PN结串联，iD=0加上+VGS，且足够大至VGS>VGS(th),D-S间形成导电沟道（N型层）开启电压iD(mA)0uDS(V)uGS=10V8V6V4V2V转移特性曲线输出特性曲线夹断区恒流区0UGS