2019年 第2章门电路ppt课件.ppt

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1、第2章门电路概述2.1半导体二极管、三极管和MOS管的开关特性2.2分立元器件门电路2.3CMOS集成门电路2.4TTL集成门电路本章小结概述一、门电路的概念实现基本和常用逻辑运算的电子电路，叫做逻辑门电路，简称为门电路。例如，实现与运算的叫与门，实现或运算的叫或门，实现非运算的叫非门，也叫做反相器。类似地，实现与非、或非、与或非、异或等运算的，分别叫做与非门、或非门、与或非门、异或门。二、逻辑变量与两状态开关在二值逻辑中，逻辑变量的取值不是0就是1，是一种二值量。在数字电路中，与之对应的是电子开关的两种状态。二值量与数字电

2、路的结合点，就是这种两状态的电子开关。而半导体二极管、三极管和MOS管，则是构成这种电子开关的基本开关元件。三、高、低电平与正、负逻辑高电平和低电平：高电平和低电平是两种状态，是两个不同的可以截然区别开来的电压范围。正逻辑和负逻辑：在数字电路中，用1表示高电平，用0表示低电平，叫做正逻辑赋值，简称为正逻辑。在后面各章中，若无特殊说明，使用的就是正逻辑。四、分立元件门电路和集成门电路分立元件门电路：用分立的元器件和导线连接起来构成的门电路，叫做分立元件门电路。目前虽不使用，但可做为入门、做为认识台阶来处理。集成门电路：把构成门

3、电路的元器件和连线，都制作在一块半导体芯片上，再封装起来，便构成了集成门电路。现在使用最多的是CMOS和TTL集成门电路。五、数字集成电路的集成度集成度：一般把在一块芯片中含有等效逻辑门的个数，或元器件的个数，定义为集成度。2.1二极管、三极管和MOS管的开关特性2.1.1理想开关的开关特性一、静态特性(1)断开时，无论UAK在多大范围内变化，其等效电阻ROFF=∞，通过其中的电流IOFF=0。(2)闭合时，无论流过其中的电流在多大范围内变化，其等效电阻RON=0，电压UAK=0。二、动态特性(1)开通时间ton=0，即开关

4、S由断开状态转换到闭合状态不需要时间，可以瞬间完成。(2)关断时间toff=0，即开关S由闭合状态转换到断开状态也不需要时间，亦可以瞬间完成。2.1.2半导体二极管的开关特性半导体二极管最显著的特点是具有单向导电性一、静态特性1.半导体二极管结构示意图、符号和伏安特性（1）结构示意图和符号如图2.1.2所示。（2）伏安特性如图2.1.3所示。2.半导体二极管的开关作用（1）开关应用举例如图2.1.4所示。（2）静态开关特性通过对最简单的二极管开关电路的分析可知硅半导体二极管具有下列静态开关特性：导通条件及导通时的特点当外加正

5、向电压UD＞0.7V时，二极管导通，一旦导通之后，如同一个具有0.7V压降的闭合了的开关。当uI=UIH很大时，便可近似地认为uO≈UIH，即忽略二极管导通压降。截止条件及截止时的特点当外加电压UD＜0.5V时，二极管截止，一旦截止之后，就近似地认为ID≈0，如同一个断开了的开关。二、动态特性1.二极管的电容效应（1）结电容Cj二极管中的PN结里有电荷存在，其电荷量的多少是受外加电压影响的，当外加电压改变时，PN结里电荷量也随之改变，这种现象与电容的作用很相似，并用电容Cj表示，称之为结电容。（2）扩散电容CD当二极管外加正

6、向电压时，P区中的多数载流子空穴，N区中的多数载流子电子，越过PN结后，并不是立即全部复合掉，而是在PN结两边积累起来，形成一定的浓度梯度分布，靠近结边界处浓度高，离边界越远浓度越低。也即在PN结边界两边，因扩散运动而积累了电荷，而且其电荷量也是随外加电压改变的，当外加电压增大，流过二极管中的电流增加时，这种积累起来的电荷量（存储电荷量）也随之成比例地增加。这种现象与电容的作用也很相似，并用CD表示，称之为扩散电容。2.二极管的开关时间（1）简单二极管开关电路及uI和iD的波形其仿真如图2.1.5所示。（2）开通时间ton当

7、输入电压uI由UIL跳变到UIH时，二极管D要经过导通延迟时间td=t2-t1、上升时间tr=t3-t2之后，才能由截止状态转换到导通状态。ton=td-tr（3）关断时间toff当输入电压uI由UIH跳变到UIL时，二极管D经过存储时间ts=t5-t4、下降时间（也叫做渡越时间）tf=t6-t5之后，才能由导通状态转换到截止状态。2.1.3半导体三极管的开关特性一、静态特性1.结构示意图、符号和输入、输出特性（1）结构示意图和符号（2）输入特性（3）输出特性2.半导体三极管的开关应用（1）开关应用举例如图2.1.9所示仿真

8、图2.1.9所示（2）静态开关特性饱和导通条件：iB＞IBS≈VCC/βRC时，三极管一定饱和。饱和导通特点：饱和导通以后uBE≈0.7V，uCE=UCES≤0.3V如同闭合了的开关。截止条件:uBE＜UO=0.5V截止时的特点:iB≈0，iC≈0如同断开的开关。二、动态特性1.开关电路中