电子科技大学-数字电路资料ppt课件.ppt

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1、第三章逻辑器件(门电路)概述3.1PN结3.2晶体管开关特性3.3晶体管反相器3.4分立元件门电路3.5TTL门电路3.6其它类型的TTL门3.7MOS集成门电路TTL:VCC=+5V;VL=0.2V;VH=3.6V常用的逻辑器件有三种系列:双值电路“VL”“VH”符号“0”“1”前面介绍了逻辑变量是双值变量概述ECL:VEE=-5.2V；VL=-1.6V；VH=-0.8VCMOS:VDD=+3V～+18V；VL=0V;VH=VDD工程上：用“0”表示VL，用“1”表示VH称正逻辑。用“0”表示

2、VH，用“1”表示VL称负逻辑。3.1PN结一、PN结内部载流子的运动P型半导体（空穴是多子，电子是少子）和N型半半导体（电子是多子，空穴是少子）结合在一起时，由于交界处多子和少子的浓度有很大的差别，N区的电子向P区运动（扩散运动），扩散到P区的电子因在一块完整的硅片上，用不同的掺杂工艺使其一边形成N型（Negative)半导体，另一边形成P型(Positive)半导体，那么就在两种半导体的交界面附近形成了PN结与空穴复合而消失。同样P区的空穴也向N区扩散，且与N区中的电子复合。这样在交界面就出

3、现了不能移动的带电离子组成的空间电荷区。耗尽层负离子正离子电子空穴P区N区空间电荷区内电场平衡状态下的PN结二、PN结的单向导电性加正向电压时（正偏），多子被推向耗尽层，结果耗尽层变窄，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移。多子的扩散电流通过回路形成正向电流。在外电场的作用下，耗尽层两端的电位差变小（零点几伏），所以不大的正向电压就可以产生相当大的电流。耗尽层URI内电场外电场+-P区N区耗尽层URIS内电场外电场-+PN结加反向电压时，也称反偏。此时外电场使耗尽层变宽，加强了内电场。结果阻止了多

4、子的扩散，促使了少子的漂移，在回路中形成反向电流IS。由于少子的浓度很低，并且温度一定时少子的浓度不变，所以反向电流不但很小，且基本不随外加电压的增加而增加，故称为反向饱和电流IS。P区N区总之，PN结加正向电压时，形成较大的正向电流；而在加反向电压时，反向电流很小，这种特性称为单向导电性。3.2.1半导体二极管（Diode)一、基本结构PN结加上管壳和引线就构成了二极管。PNP阳极N阴极二、伏安特性UDID死区电压：硅管0.5V锗管0.2V。反向击穿电压V(BR)导通压降:硅管0.6～0.7V

5、,锗管0.2～0.3V。反向饱和电流（很小，A级）UDIDRDUiUottRLUiUO二极管半波整流例：硅二极管：死区电压（0.5V），正向压降（0.7V）理想二极管：死区电压（0V），正向压降（0V）3.2.2晶体二极管开关特性ABUR△t动态特性:△t0(断开闭合)断开RAB=∞静态特性闭合RAB=0开关电路见右图一、理想开关二极管开关电路及特性曲线如图所示:1、静态特性二、二极管开关UDIDRABUDIDVTHVBR1/rDⅠⅡⅢIS为反向饱和电流，与晶体管材料及制作工艺有关。UD为外加

6、电压，VT在常温下≈26mV。当晶体管加正向电压，且VD大于VT几倍时式中的1可以忽略，故流过二极管的电流与电压呈指数关系。二极管分区等效电路UD+-IDKⅠⅡⅢUBRUTHISrDr0rZ近似特性。二极管导通时，可以根据使用情况选用以下的一般在工程上我们都做近似处理，以简化分析。电压和电流之间是指数关系而不是线性关系。但从二极管的伏安特性看实际的二极管并非理想开关，它的正向导通电阻rD不是0(约为数十欧)，反向截止电阻r0也不是无穷大(数百千欧)。AB0.7VAB0.7VrDUDIDVTHUB

7、R1/rDⅠⅡⅢ1/r0ABUDIDrD=0r0=∞0二极管反向截止时，仍有反向漏(饱和)电流is(少数载流子漂移形成的电流，和温度有关。一般为0.2μA左右。)，但理想化后可忽略is。isBBAARD2、动态特性当外加电压由反向突然变为正向时，须等待PN结内部建立起足够的电荷浓度梯度才会有扩散电流形成，因而ID滞后于VD的跳变。当外加电压突然由正向变成反向时，由于PN结内部尚有一定数量的存储电荷，因而瞬间有较大的反向电流，此后以指数规律趋于0。(实际有反向漏电流is)。ttUDIDt1t2ID

8、=UD/R由图可见,反向恢复时间Δt2>Δt1。影响二极管开关速度的主要是Δt2。例：试分析下列电路。设电路参数满足条件：τ1=RC>>T，τ2=rDC<