数字电路基础-阎石-第三章-门电路课件

1、数字电子技术基础（第五版）教学课件数字电子技术基础（第五版）教学课件补：半导体基础知识补：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（1）本征半导体：纯净的具有晶体结构的半导体。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（2）杂质半导体半导体基础知识（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（3）PN结的形成半导体基础知识（4）PN结的单向导电性外加正向电压半导体基础知识

2、（4）PN结的单向导电性半导体基础知识（4）PN结的单向导电性外加反向电压半导体基础知识（4）PN结的单向导电性半导体基础知识（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第三章 门电路第三章 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、或门 门电路中以高/低电平表示逻辑状态的1/03.1 概述门电路中以高/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

3、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3.2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半导体二极管门电路半导体二极管的结构和外特性（Di3.2.1二极管的开关特性：高电平：VIH=VCC低电平：VIL=0 VI=VIH D截止，VO=VOH=VCCVI=VIL D导通，VO=VOL=0.7V3.2.1二极管的开关特性：高电平：VIH=VCCVI=VI二极管的开关等效电路：二极管的开关等效电路：二极管的动态电流波形：二极管的动态电流波形：3.2.2

4、 二极管与门设VCC = 5V加到A,B的 VIH=3V VIL=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03.2.2 二极管与门设VCC = 5VABY0V0V0.73.2.3 二极管或门设VCC = 5V加到A,B的 VIH=3V VIL=0V二极管导通时 VDF=0.7VABY0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3VABY000011101111规定2.3V以上为10V以下为03.2.3 二极管或门设VCC = 5VABY0V0V0V0二极管构成

5、的门电路的缺点电平有偏移带负载能力差只用于IC内部电路二极管构成的门电路的缺点电平有偏移3.3 CMOS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3.3 CMOS门电路3.3.1MOS管的开关特性一、MO以N沟道增强型为例：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）开启电压以N沟道增强型为例：开启电压二、输入

6、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 。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）截止区漏极特性曲线（分三个区域）截止区：VGS 109漏极特性曲线（分三个区域）截止区：VGSVBBbe 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以NPN为例说明工作原理：当VCC VBB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，

7、0.5 0.7V锗管，0.2 0.3V近似认为:VBE 0.7V以后，基本为水平直线三极管的输出特性固定一个IB值，即得一条曲线，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， iC=iB。饱和区：条件VCE 0, VCE 很低，iC 随iB增加变缓，趋于“饱和”。截止区：条件VBE = 0V, iB = 0, iC = 0, ce间“断开” 。特性曲线分三个部分三、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三、双极型三极管的基本开关电路只要参数合理：工作状态分析：工作状态分析：图解分析

8、法：图解分析法：四、三极管的开关等效电路截止状态饱和导通状态四、三极管的开关等效电路截止状态饱和导通状态五、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。五、动态开关特性从二极管已知，PN结存在电容效应。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六 、三极管反相器三极管的基本开关电路就是非门参数合理？例3.5.1：计算参数设计是否合理5V-8V3.3K10K1K=

9、20VCE(sat) = 0.1VVIH=5VVIL=0V例3.5.1：计算参数设计是否合理5V-8V3.3K10K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当当又因此，参数设计合理当3.5.2 TTL反相器的电路结构和工作原理一、电路结构设 3.5.2 TTL反相器的电路结构和工作原理二、电压传输特性二、电压传输特性二、电压传输特性二、电压传输特性二、电压传输特性二、电压传输特性需要说明的几个问题： 需要说明的几个问题：三、输入噪声容限三、输入噪声容限3.5.3 TTL反相器的静态输入特性和输出特性例

10、：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。3.5.3 TTL反相器的静态输入特性和输出特性例：扇出系输入输入输出输出3.5.4 TTL反相器的动态特性一、传输延迟时间1、现象3.5.4 TTL反相器的动态特性一、传输延迟时间二、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。二、交流噪声容限（b）负脉冲噪声容限（a）正脉冲噪声容限 三、电源的动态尖峰电流三、电源的动态尖峰电流2、动态尖峰电流2、动态尖峰电流数字电路基础-阎石-第三章-门电路课件3.5.5其他类

11、型的TTL门电路一、其他逻辑功能的门电路1. 与非门3.5.5其他类型的TTL门电路一、其他逻辑功能的门电路2. 或非门3.与或非门2. 或非门3.与或非门4. 异或门4. 异或门二、集电极开路的门电路1、推拉式输出电路结构的局限性 输出电平不可调 负载能力不强，尤其是高电平输出 输出端不能并联使用 OC门二、集电极开路的门电路1、推拉式输出电路结构的局限性2、OC门的结构特点2、OC门的结构特点OC门实现的线与OC门实现的线与3、外接负载电阻RL的计算3、外接负载电阻RL的计算3、外接负载电阻RL的计算3、外接负载电阻RL的计算3、外接负载电阻RL的计算3、外接负载电阻RL的计算三、三态输出

12、门（Three state Output Gate ,TS）三、三态输出门（Three state Output Gat三态门的用途三态门的用途一、高速系列74H/54H （High-Speed TTL）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 2.4.5 TTL电路的改进系列（改进指标： )一、高速系列74H/54H （High-Speed TT二、肖特基系列74S/54S（Schottky TTL）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，功耗增大二、肖特基系列74S/54S（Schottky TTL）电路三、低功耗肖特基系列74LS/54LS （Low