數(shù)字邏輯(第3章一二講).ppt

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1、第三章門電路教學(xué)目的理解：CMOS門電路和TTL門電路結(jié)構(gòu)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(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：晶體管的開關(guān)特性；基本邏輯門電路；TTL門電路和MOS門電路。難點(diǎn):TTL門電路和CMOS門電路。教學(xué)內(nèi)容1.半導(dǎo)體二極管門電路2.CMOS門電路3.TTL門電路復(fù)習(xí)：半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)本征半導(dǎo)體：純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)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(dǎo)體共價(jià)鍵中的價(jià)電子獲得足夠的能量而掙脫共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子的現(xiàn)象

2、。兩種載流子多子：自由電子少子：空穴雜質(zhì)半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)形成的半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體：在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入磷、砷等5價(jià)元素。施主雜質(zhì)：因?yàn)槲鍍r(jià)元素的雜質(zhì)在半導(dǎo)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(dǎo)體：在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入硼等3價(jià)元素。受主雜質(zhì)：因?yàn)槿齼r(jià)元素的雜質(zhì)在半導(dǎo)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(yùn)動(dòng)方式：擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：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(yùn)動(dòng)。漂移運(yùn)動(dòng)：載流子在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)。

3、⑵PN結(jié)的形成：將一塊半導(dǎo)體的一側(cè)摻雜成P型半導(dǎo)體，另一側(cè)摻雜成N型半導(dǎo)體，在兩種半導(dǎo)體的交界面處將形成一個(gè)特殊的薄層→PN結(jié)。PN結(jié)的形成PN結(jié)形成示意圖多子擴(kuò)散形成空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng)少子漂移促使阻止擴(kuò)散與漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡形成一定寬度的PN結(jié)①外加正向電壓（也叫正向偏置）外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，內(nèi)電場(chǎng)削弱，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大大超過漂移運(yùn)動(dòng)，N區(qū)電子不斷擴(kuò)散到P區(qū)，P區(qū)空穴不斷擴(kuò)散到N區(qū)，形成較大的正向電流，這時(shí)稱PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。PN結(jié)的單向?qū)щ娦寓谕饧臃聪螂妷海ㄒ步蟹聪蚱茫┩饧与妶?chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相同，增強(qiáng)了

4、內(nèi)電場(chǎng)，多子擴(kuò)散難以進(jìn)行，少子在電場(chǎng)作用下形成反向電流，因?yàn)槭巧僮悠七\(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，反向電流很小，這時(shí)稱PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。PN結(jié)的伏安特性正向?qū)▍^(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(xué)溫度q:電子電荷邏輯門電路：用以實(shí)現(xiàn)基本和常用邏輯運(yùn)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(dǎo)體開關(guān)元件的導(dǎo)通、截止（即開、關(guān)）兩種工作狀態(tài)。正邏輯與負(fù)邏輯的表示方法：正邏輯：高電平用1表示

5、，低電平用0表示。負(fù)邏輯：高電平用0表示，低電平用1表示。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(dǎo)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(bǔ)金屬氧化物CMOS第一節(jié)半導(dǎo)體二極管門電路二極管的開關(guān)特性二極管與門和或門電路硅：0.5V鍺：0.1V導(dǎo)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(dǎo)體二極管的靜態(tài)特性3.1.1二極管的開關(guān)特性二極

6、管的開關(guān)特性：高電平：VIH=VCC低電平：VIL=0VI=VIH,D截止，VO=VOH=VCCVI=VIL,D導(dǎo)通，VO=VOL=0.7V產(chǎn)生反向恢復(fù)過程的原因：反向恢復(fù)時(shí)間tre就是存儲(chǔ)電荷消散所需要的時(shí)間。二、二極管開關(guān)的動(dòng)態(tài)特性給二極管電路加入一個(gè)方波信號(hào)，研究電流的波形。tre稱為反向恢復(fù)時(shí)間+-DLRvIi導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)間轉(zhuǎn)換需要一定時(shí)間，轉(zhuǎn)換的特性即為動(dòng)態(tài)特性。vitVF-VRIF-IRt1tstt0.1IRit存儲(chǔ)時(shí)間渡越時(shí)間0V3V3V0V3.1.2二極管與門和或門電路0.7V0.7V0.7

7、V3.7V0V3V0V3V0V0V3V3VVB（V）VY（V）VA（V）輸入輸出0101BYA0011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(guān)特性CMOS反相器其他類型的CMOS門電路一、MOS管的結(jié)構(gòu)S(Source)：源極G(Gate)：柵極D

8、(Drain)：漏極B(Substrate):襯底金屬層氧化物層半導(dǎo)體層PN結(jié)3.2.1MOS管的開關(guān)特性二、MOS管的工作原理以N溝道增強(qiáng)型為例：當(dāng)加+VDS時(shí)，VGS=0時(shí)，D-S間是兩個(gè)背向PN結(jié)串聯(lián)，iD=0加上+VGS，且足夠大至VGS>VGS(th),D-S間形成導(dǎo)電溝道（N型層）開啟電壓iD(mA)0uDS(V)uGS=10V8V6V4V2V轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線夾斷區(qū)恒流區(qū)0UGS