半导体二极管门电路.ppt

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1、第一节半导体二极管门电路半导体二极管的开关特性二极管与门二极管或门概述下页总目录推出1下页返回一、概述1.门电路的概念用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路，通称为逻辑门电路，简称门电路。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。上页2下页返回上页在二值逻辑中，逻辑变量的取值不是１就是０，在数字电路中，与之对应的是：电子开关的两种状态。半导体二极管、三极管和MOS管，则是构成这种电子开关的基本开关元件。2.逻辑变量与状态开关3下页返回上页高电平和低电平是两种状态，是两个不同的可以截然区别

2、开来的电压范围。在电子电路中用高、低电平，分别表示二值逻辑的1和0两种逻辑状态。3.高、低电平与正、负逻辑控制开关SS断开时，输出高电平S接通时，输出低电平输入信号获得高，低电平的基本原理输出信号RvOSvIVcc4下页返回上页4.正逻辑和负逻辑10正逻辑01负逻辑用１表示高电平用０表示低电平用0表示高电平用1表示低电平今后除非特别说明，本书中一律采用正逻辑。5下页返回上页5.门电路的发展在最初的数字逻辑电路中，每个门电路都是用若干个分立的半导体器件和电阻、电容连接而成的。用这种单元电路组成大规模的数字电路是非常困难的，这就严重地制

3、约了数字电路的普遍应用。随着数字集成电路的问世和大规模集成电路工艺水平的不断提高，今天已经能把大量的门电路集成在一块很小的半导体芯片上，构成功能复杂的“片上系统”。从制造工艺上可以将目前使用的数字集成电路分为双极型、单极型和混合型三种。6下页返回上页1961年美国得克萨斯仪器公司率先将数字电路的元、器件制作在同一硅片上，制成了数字集成电路（IntegratedCircuits，简称IC）。由于集成电路体积小、重量轻、可靠性好，因而在大多数领域里迅速取代了分立器件组成的数字电路。直到20世纪80年代初，采用双极型三极管组成的TTL型集

4、成电路一直是数字集成电路的主流产品。TTL电路存在着一个严重的缺点，这就是它的功耗比较大。因此，用TTL电路只能做成小规模集成电路(简称SSI，其中仅包含10个以内的门电路）和中规模集成电路(简称MSI，其中包含10~100个门电路）。7下页返回上页CMOS集成电路出现于20世纪60年代后期，它最突出的优点在于功耗极低，所以非常适合制作大规模集成电路。随着CMOS制作工艺的不断进步，无论是在工作速度还是在驱动能力上，CMOS电路都已经不比TTL电路逊色。因此，CMOS电路便逐渐取代TTL电路而成为当前数字集成电路的主流产品。但在现有

5、的一些设备中仍旧在使用TTL电路。8下页返回上页二、半导体二极管的开关特性1.理想开关的开关特性静态：断开时，其等效电阻ROFF=∞，通过其中的电流IOFF=0。闭合时，其等效电阻ROFF=0，其上的电压UAK=0。动态：开通时间tON=0。关断时间tOFF=0。9下页返回上页2.半导体二极管的开关特性时，二极管导通时，二极管截止控制二极管的开关状态二极管开关电路VCCRD+--+vOvI假定二极管D为理想二极管动画10下页返回上页二极管的伏安特性vio在分析各种实际的二极管电路时，由于二极管的特性并不是理想的开关特性，所以并不是任

6、何时候都能假定二极管为理想二极管。反向电阻不是无穷大正向电阻不是0为简化分析和计算，常用近似的二极管特性。11下页返回上页+-3.二极管伏安特性的几种近似方法RL+-VONrD+-VONOivVONOivVONVCC和RL都很小时VON和rD不能忽略Oiv与VCC和RL相比VON不能忽略rD可以忽略与VCC和RL相比VON和rD均可忽略i+--+VCCv12返回三、二极管与门二极管与门的逻辑电平A/V0033B/V0303Y/V0.70.70.73.7D1、D2导通D1导通D2截止D1截止D2导通D1、D2导通1.电路组成及工作原理

7、最简单的与门可以由二极管和电阻组成。图中A、B为两个输入变量，Y为输出变量。设输入的高、低电平分别为3V、0V，二极管的正向导通压降为0.7V。Y二极管与门VCC（5V）RD1D2AB下页上页13下页返回上页A0011B0101Y0001二极管与门的真值表如果规定3V以上为高电平，用逻辑1状态表示，0.7V以下为低电平，用逻辑0状态表示，则可得如下真值表。逻辑函数式2.真值表这种与门电路虽然简单，但输出的高、低电平数值和输入的高、低电平数值不相等，负载电阻的改变有时会影响输出高电平。仅用作集成电路内部的逻辑单元。ABY逻辑符号仿真1

8、4下页返回上页四、二极管或门A/V0033B/V0303Y/V02.32.32.3二极管或门的逻辑电平D1、D2截止D1截止D2导通D1导通D2截止D1、D2导通1.电路组成及工作原理最简单的或门也是由二极管和电阻组成。图中A、B为两