數(shù)字邏輯(第3章一二講)

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1、第三章門電路教學目的理解：CMOS門電路和TTL門電路結構與工作原理。掌握：CMOS門電路和TTL門電路外特性，正確使用CMOS門電路和TTL門電路。重點與難點重點：晶體管的開關特性；基本邏輯門電路；TTL門電路和MOS門電路。難點:TTL門電路和CMOS門電路。教學內(nèi)容1.半導體二極管門電路2.CMOS門電路3.TTL門電路復習：半導體基礎知識本征半導體：純凈的具有晶體結構的半導體。本征激發(fā)(熱激發(fā)）：在受溫度、光照等環(huán)境因素的影響，半導體共價鍵中的價電子獲得足夠的能量而掙脫共價鍵的束縛，成為自由電子的現(xiàn)象。兩種載流子多

2、子：自由電子少子：空穴雜質(zhì)半導體：在本征半導體中摻入微量的雜質(zhì)形成的半導體。N型半導體：在純凈半導體硅或鍺中摻入磷、砷等5價元素。施主雜質(zhì)：因為五價元素的雜質(zhì)在半導體中能夠產(chǎn)生多余的電子，故稱之為施主雜質(zhì)或N型雜質(zhì)。多子：空穴少子：自由電子P型半導體：在純凈半導體硅或鍺中摻入硼等3價元素。受主雜質(zhì)：因為三價元素的雜質(zhì)在半導體中能夠接受電子，故稱之為受主雜質(zhì)或P型雜質(zhì)。⑴載流子的兩種運動方式：擴散運動：由于存在濃度差，載流子從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運動。漂移運動：載流子在電場作用下的定向運動。⑵PN結的形成：將一塊半導體

3、的一側摻雜成P型半導體，另一側摻雜成N型半導體，在兩種半導體的交界面處將形成一個特殊的薄層→PN結。PN結的形成PN結形成示意圖多子擴散形成空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場少子漂移促使阻止擴散與漂移達到動態(tài)平衡形成一定寬度的PN結①外加正向電壓（也叫正向偏置）外加電場與內(nèi)電場方向相反，內(nèi)電場削弱，擴散運動大大超過漂移運動，N區(qū)電子不斷擴散到P區(qū)，P區(qū)空穴不斷擴散到N區(qū)，形成較大的正向電流，這時稱PN結處于導通狀態(tài)。PN結的單向導電性②外加反向電壓（也叫反向偏置）外加電場與內(nèi)電場方向相同，增強了內(nèi)電場，多子擴散難以進行，少子在電場作用下

4、形成反向電流，因為是少子漂移運動產(chǎn)生的，反向電流很小，這時稱PN結處于截止狀態(tài)。PN結的伏安特性正向導通區(qū)反向截止區(qū)反向擊穿區(qū)K:波耳茲曼常數(shù)T:熱力學溫度q:電子電荷邏輯門電路：用以實現(xiàn)基本和常用邏輯運算的電子電路?；竞统Ｓ瞄T電路有與門、或門、非門（反相器）、與非門、或非門、與或非門和異或門等。邏輯0和1：電子電路中用高、低電平來表示。獲得高、低電平的基本方法：利用半導體開關元件的導通、截止（即開、關）兩種工作狀態(tài)。正邏輯與負邏輯的表示方法：正邏輯：高電平用1表示，低電平用0表示。負邏輯：高電平用0表示，低電平用1表示

5、。門電路的分類。門電路的分類雙極型集成電路（采用雙極型半導體元件）晶體管–晶體管邏輯TTL射極偶合邏輯ECL集成注入邏輯I2LMOS集成電路（采用金屬氧化物元件）P溝道金屬氧化物PMOSN溝道金屬氧化物NMOS互補金屬氧化物CMOS第一節(jié)半導體二極管門電路二極管的開關特性二極管與門和或門電路硅：0.5V鍺：0.1V導通壓降反向飽和電流死區(qū)電壓擊穿電壓UBR鍺硅：0.7V鍺：0.3VuEiVmA+-R一、半導體二極管的靜態(tài)特性3.1.1二極管的開關特性二極管的開關特性：高電平：VIH=VCC低電平：VIL=0VI=VIH,D

6、截止，VO=VOH=VCCVI=VIL,D導通，VO=VOL=0.7V產(chǎn)生反向恢復過程的原因：反向恢復時間tre就是存儲電荷消散所需要的時間。二、二極管開關的動態(tài)特性給二極管電路加入一個方波信號，研究電流的波形。tre稱為反向恢復時間+-DLRvIi導通和截止狀態(tài)間轉換需要一定時間，轉換的特性即為動態(tài)特性。vitVF-VRIF-IRt1tstt0.1IRit存儲時間渡越時間0V3V3V0V3.1.2二極管與門和或門電路0.7V0.7V0.7V3.7V0V3V0V3V0V0V3V3VVB（V）VY（V）VA（V）輸入輸出01

7、01BYA0011輸入0001輸出與邏輯真值表B+VAYDD3kΩR(+5V)CC12一、與門電路0V3V3V0V0V2.3V2.3V2.3V0V3V0V3V0V0V3V3VVB（V）VY（V）VA（V）輸入輸出二、或門電路YABDD21R0101BYA0011輸入0111輸出或邏輯真值表第二節(jié)CMOS門電路MOS管的開關特性CMOS反相器其他類型的CMOS門電路一、MOS管的結構S(Source)：源極G(Gate)：柵極D(Drain)：漏極B(Substrate):襯底金屬層氧化物層半導體層PN結3.2.1MOS管的

8、開關特性二、MOS管的工作原理以N溝道增強型為例：當加+VDS時，VGS=0時，D-S間是兩個背向PN結串聯(lián)，iD=0加上+VGS，且足夠大至VGS>VGS(th),D-S間形成導電溝道（N型層）開啟電壓iD(mA)0uDS(V)uGS=10V8V6V4V2V轉移特性曲線輸出特性曲線夾斷區(qū)恒流區(qū)0UGS