门电路教学用ppt课件.ppt

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1、第二章门电路2.1概述2.2半导体二极管门电路2.3CMOS门电路2.4TTL门电路本章重点1、半导体二极管和三极管开关状态下的等效电路和外特性；2、TTL电路的外特性及其应用；3、CMOS电路的外特性及其应用。2.1概述门电路：是用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。门电路的主要类型：与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等。门电路的状态与赋值对应关系：正逻辑：高电平对应“1”；低电平对应“0”。一般采用正逻辑负逻辑：高电平对应“0”；低电平对应“1”。如何获得高、低电平呢？在数字电路中，电

2、压值为多少并不重要，只要能判断高低电平即可。高低电平都有一个允许的范围。S开-----VO输出高电平，对应“1”。S合-----VO输出低电平，对应“0”。图2.1.1获得高、低电平的基本原理电子开关（二极管、三极管）Vcc100VV1V22.2半导体二极管门电路反向截止：正向导通：开关接通开关断开2.2.1半导体二极管的开关特性图2.2.1二极管开关电路半导体二极管相当于一个受外加电压极性控制的开关。高电平：VIH=VCC低电平：VIL=0VI=VIHD截止，VO=VOH=VCCVI=VILD导通

3、，VO=VOL=0V图2.2.3二极管伏安特性的几种近似方法正向导通压降和正向电阻不能忽略仅忽略正向电阻正向导通压降和正向电阻都忽略√二极管的伏安特性图2.2.4二极管的动态电流波形半导体二极管的动态工作情况:(1)二极管外加电压由反向变正向时，正向导通电流的建立稍微滞后一点；(2)二极管外加电压由正向变反向时，产生较大的瞬态反向电流，并持续一定的时间；反向恢复时间tre：反向电流从峰值衰减到峰值的十分之一所经过的时间二极管产生反向恢复过程的原因是：电荷存储效应。tre在纳秒数量级.动态情况：加在二极管

4、两端的电压突然反向。YD1D2AB+5VABY0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V输入变量输出变量(VDF=0.7V)0000101001112.2.2二极管与门0V3V规定3V以上为10.7V以下为0ABY0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3V0000111011112.2.3二极管或门YD1D2ABR0V3V(VDF=0.7V)规定2.3V以上为10V以下为0二极管构成的门电路的缺点(1)电平有偏移(2)带负载能力差只用于IC内部电路2.3CMOS门

5、电路一、MOS门电路的特点：２.是电压控制元件，静态功耗小。3.允许电源电压范围宽（318V）。4.扇出系数大，抗噪声容限大。优点１.工艺简单，集成度高。缺点：工作速度比TTL门电路低。CMOS门电路均采用MOS场效应晶体管(MOSFET)制作。MOS场效应管是金属-氧化物-半导体场效应管的简称。工作时，只有一种极性的载流子参与导电，所以又称为单极型晶体管。2.3.1MOS管的开关特性二、MOS场效应管介绍MOS场效应管的类型：N沟道增强型MOS管P沟道增强型MOS管N沟道耗尽型MOS管P沟道耗尽型M

6、OS管增强型：耗尽型：√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结图2.3.2N沟道MOS管共源接法及其输出特性曲线(a)共源接法(b)输出特性曲线可变电阻区恒流区截止区图2.3.3NMOS管的转移特性可以通过改变vGS控制iD的大小三、MOS管的基本开关电路图3.3.4MOS管的基本开关电路四、等效电路OFF，截止状态ON，导通状态图2.3.6P沟道增强型MOS管图2.3.8用P沟道增强型MOS管接成的开关

7、电路五、MOSFET的开关作用MOSFET的D、S极之间的开关状态受UGS的控制:增强型：N沟道P沟道UGS>VGS(th)>0(开启电压）UGSVGS(th)DS导通（几百欧）DS断开+VDDRDDSGG-VDDRDDS2.3.2CMOS反相器电路结构与工作原理CMOS电路Complementary-SymmetryMOS互补对称式MOST1T2PMOS管NMOS管T1:ONT2:OFFOFFON同一电平:+VDD

8、SDADSGF一、电路结构：“0”(0V)UGS10截止“1”(+VDD)①UA=0V工作原理：令VDD>VGS(th)N+VGS(th)P“0”(0V)UGS1>VGS(th)P截止+VDDSDADSGT1T2PMOSNMOSUGS2>VGS(th)N>0导通“1”(+VDD)F②UA=VDD0VVDD真值表：AFT1T2F+VDDSDAD