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阎石教材_03_清华_5版
1补：半导体基础知识
2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
3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
4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
5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
6半导体基础知识（4）PN结的单向导电性外加正向电压
7半导体基础知识（4）PN结的单向导电性外加反向电压
8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
9第三章门电路
103.1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、或门······门电路中以高/低电平表示逻辑状态的1/0
11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
12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1
133.2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PN
143.2.1二极管的开关特性：高电平：VIH=VCC低电平：VIL=0VI=VIHD截止，VO=VOH=VCCVI=VILD导通，VO=VOL=0.7V
15二极管的开关等效电路：
16二极管的动态电流波形：
173.2.2二极管与门设VCC=5V加到A,B的VIH=3VVIL=0V二极管导通时VDF=0.7VABY0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7VABY000010100111规定3V以上为10.7V以下为0
183.2.3二极管或门设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
19二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
203.3CMOS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
21以N沟道增强型为例：
22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
23二、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。
24漏极特性曲线（分三个区域）截止区恒流区可变电阻区
25漏极特性曲线（分三个区域）截止区：VGS109Ω
26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
27漏极特性曲线（分三个区域）可变电阻区：当VDS较低（近似为0），VGS一定时，这个电阻受VGS控制、可变。
28三、MOS管的基本开关电路
29四、等效电路OFF，截止状态ON，导通状态
30五、MOS管的四种类型增强型耗尽型大量正离子导电沟道
313.3.2CMOS反相器的电路结构和工作原理一、电路结构
32二、电压、电流传输特性
33三、输入噪声容限
34结论：可以通过提高VDD来提高噪声容限
353.3.3CMOS反相器的静态输入和输出特性一、输入特性
36二、输出特性
37二、输出特性
383.3.4CMOS反相器的动态特性一、传输延迟时间
39二、交流噪声容限三、动态功耗
40三、动态功耗
413.3.5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
42带缓冲极的CMOS门1、与非门
43带缓冲极的CMOS门2.解决方法
44二、漏极开路的门电路（OD门）
45
46
47三、CMOS传输门及双向模拟开关1.传输门
482.双向模拟开关
49四、三态输出门
50三态门的用途
51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
52一、双极型三极管的结构管芯+三个引出电极+外壳
53基区薄低掺杂发射区高掺杂集电区低掺杂
54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
55二、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，0.2~0.3V近似认为:VBE56三极管的输出特性固定一个IB值，即得一条曲线，在VCE>0.7V以后，基本为水平直线
57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”。
58三、双极型三极管的基本开关电路只要参数合理：VI=VIL时，T截止，VO=VOHVI=VIH时，T导通，VO=VOL
59工作状态分析：
60图解分析法：
61四、三极管的开关等效电路截止状态饱和导通状态
62五、动态开关特性从二极管已知，PN结存在电容效应。在饱和与截止两个状态之间转换时，iC的变化将滞后于VI，则VO的变化也滞后于VI。
63六、三极管反相器三极管的基本开关电路就是非门实际应用中，为保证VI=VIL时T可靠截止，常在输入接入负压。参数合理？VI=VIL时，T截止，VO=VOHVI=VIH时，T截止，VO=VOL
64例3.5.1：计算参数设计是否合理5V-8V3.3KΩ10KΩ1KΩβ=20VCE(sat)=0.1VVIH=5VVIL=0V
65例3.5.1：计算参数设计是否合理将发射极外接电路化为等效的VB与RB电路
66当当又因此，参数设计合理
673.5.2TTL反相器的电路结构和工作原理一、电路结构设
68二、电压传输特性
69二、电压传输特性
70二、电压传输特性
71需要说明的几个问题：
72三、输入噪声容限
733.5.3TTL反相器的静态输入特性和输出特性例：扇出系数（Fan-out），试计算门G1能驱动多少个同样的门电路负载。
74输入
75输出
763.5.4TTL反相器的动态特性一、传输延迟时间1、现象
77二、交流噪声容限（b）负脉冲噪声容限（a）正脉冲噪声容限当输入信号为窄脉冲，且接近于tpd时，输出变化跟不上，变化很小，因此交流噪声容限远大于直流噪声容限。
78三、电源的动态尖峰电流
792、动态尖峰电流
80
813.5.5其他类型的TTL门电路一、其他逻辑功能的门电路1.与非门
822.或非门3.与或非门
834.异或门
84二、集电极开路的门电路1、推拉式输出电路结构的局限性①输出电平不可调②负载能力不强，尤其是高电平输出③输出端不能并联使用OC门
852、OC门的结构特点
86OC门实现的线与
873、外接负载电阻RL的计算
883、外接负载电阻RL的计算
893、外接负载电阻RL的计算
90三、三态输出门（ThreestateOutputGate,TS）
91三态门的用途
92一、高速系列74H/54H（High-SpeedTTL）电路的改进(1)输出级采用复合管（减小输出电阻Ro）(2)减少各电阻值2.性能特点速度提高的同时功耗也增加2.4.5TTL电路的改进系列 （改进指标：)
93二、肖特基系列74S/54S（SchottkyTTL）电路改进采用抗饱和三极管用有源泄放电路代替74H系列中的R3减小电阻值2.性能特点速度进一步提高，电压传输特性没有线性区，功耗增大
94三、低功耗肖特基系列74LS/54LS（Low-PowerSchottkyTTL）四、74AS,74ALS（AdvancedLow-PowerSchottkyTTL）···2.5其他类型的双极型数字集成电路*DTL：输入为二极管门电路，速度低，已经不用HTL：电源电压高，Vth高，抗干扰性好，已被CMOS替代ECL：非饱和逻辑，速度快，用于高速系统I2L：属饱和逻辑，电路简单，用于LSI内部电路···
