数字电子技术基础课件-第3章.ppt

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1、第三章门电路补：半导体基础知识半导体基础知识（1）本征半导体：纯净的具有晶体结构的半导体。常用：硅Si，锗Ge两种载流子半导体基础知识（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）扩散和漂移半导体基础知识（4）PN结的单向导电性外加正向电压半导体基础知识（4）PN结的单向导电性外加反向电压半导体基础知识（5）PN结的伏安特性正向导通区反向截止区反向击穿区K:波耳兹曼常数T:热力学温度q:电子电荷第三章门电路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

2、、或门······门电路中以高/低电平表示逻辑状态的1/0获得高、低电平的基本原理高/低电平都允许有一定的变化范围正逻辑：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13.2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：PN结+引线+封装构成PN3.2.1二极管的开关特性：高电平：VIH=VCC低电平：VIL=0VI=VIHD截止，VO=VOH=VCCVI=VILD导通，VO=VOL=0.7V二极管的开关等效电路：二极管的动态电流波形：3.2.2二极管与门设VCC=5V加到A,B的VIH=3VVIL=0V二极管导通时VDF=0.7VABY0V0V0

3、.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7VABY000010100111规定3V以上为10.7V以下为03.2.3二极管或门设VCC=5V加到A,B的VIH=3VVIL=0V二极管导通时VDF=0.7VABY0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3VABY000011101111规定2.3V以上为10V以下为0二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3.3CMOS门电路3.3.1MOS管的开关特性一、MOS管的结构S(Source)：源极G(Gate)：栅极D(Drain)：漏极B(Substrate):衬底金属层氧化物层半导体层PN结

4、以N沟道增强型为例：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）开启电压二、输入特性和输出特性输入特性：直流电流为0，看进去有一个输入电容CI，对动态有影响。输出特性：iD=f(VDS)对应不同的VGS下得一族曲线。漏极特性曲线（分三个区域）截止区恒流区可变电阻区漏极特性曲线（分三个区域）截止区：VGS109Ω漏极特性曲线（分三个区域）恒流区：iD基本上由VGS决定，与VDS关系不大漏极特性曲线（分三个区域）可变电阻区：当VDS较低

5、（近似为0），VGS一定时，这个电阻受VGS控制、可变。三、MOS管的基本开关电路四、等效电路OFF，截止状态ON，导通状态五、MOS管的四种类型增强型耗尽型大量正离子导电沟道3.3.2CMOS反相器的电路结构和工作原理一、电路结构二、电压、电流传输特性三、输入噪声容限结论：可以通过提高VDD来提高噪声容限3.3.3CMOS反相器的静态输入和输出特性一、输入特性二、输出特性二、输出特性3.3.4CMOS反相器的动态特性一、传输延迟时间二、交流噪声容限三、动态功耗三、动态功耗3.3.5其他类型的CMOS门电路一、其他逻辑功能的门电路1.与非门2.或非门带缓冲极的CMOS门1、与非门带缓冲极的

6、CMOS门2.解决方法二、漏极开路的门电路（OD门）三、CMOS传输门及双向模拟开关1.传输门2.双向模拟开关四、三态输出门三态门的用途双极型三极管的开关特性（BJT,BipolarJunctionTransistor）3.5TTL门电路3.5.1半导体三极管的开关特性一、双极型三极管的结构管芯+三个引出电极+外壳基区薄低掺杂发射区高掺杂集电区低掺杂以NPN为例说明工作原理：当VCC>>VBBbe结正偏,bc结反偏e区发射大量的电子b区薄，只有少量的空穴bc反偏，大量电子形成IC二、三极管的输入特性和输出特性三极管的输入特性曲线（NPN）VON：开启电压硅管，0.5~0.7V锗管，0.2~

7、0.3V近似认为:VBE0.7V以后，基本为水平直线特性曲线分三个部分放大区：条件VCE>0.7V,iB>0,iC随iB成正比变化，ΔiC=βΔiB。饱和区：条件VCE<0.7V,iB>0,VCE很低，ΔiC随ΔiB增加变缓，趋于“饱和”。截止区：条件VBE=0V,iB=0,iC=0,c—e间“断开”。三