門電路教學(xué)用ppt課件.ppt

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1、第二章門電路2.1概述2.2半導(dǎo)體二極管門電路2.3CMOS門電路2.4TTL門電路本章重點1、半導(dǎo)體二極管和三極管開關(guān)狀態(tài)下的等效電路和外特性；2、TTL電路的外特性及其應(yīng)用；3、CMOS電路的外特性及其應(yīng)用。2.1概述門電路：是用以實現(xiàn)基本邏輯運算和復(fù)合邏輯運算的單元電路。門電路的主要類型：與門、或門、非門、與非門、或非門、異或門等。門電路的狀態(tài)與賦值對應(yīng)關(guān)系：正邏輯：高電平對應(yīng)“1”；低電平對應(yīng)“0”。一般采用正邏輯負(fù)邏輯：高電平對應(yīng)“0”；低電平對應(yīng)“1”。如何獲得高、低電平呢？在數(shù)字電路中，電

2、壓值為多少并不重要，只要能判斷高低電平即可。高低電平都有一個允許的范圍。S開-----VO輸出高電平，對應(yīng)“1”。S合-----VO輸出低電平，對應(yīng)“0”。圖2.1.1獲得高、低電平的基本原理電子開關(guān)（二極管、三極管）Vcc100V?V1?V22.2半導(dǎo)體二極管門電路反向截止：正向?qū)ǎ洪_關(guān)接通開關(guān)斷開2.2.1半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性圖2.2.1二極管開關(guān)電路半導(dǎo)體二極管相當(dāng)于一個受外加電壓極性控制的開關(guān)。高電平：VIH=VCC低電平：VIL=0VI=VIHD截止，VO=VOH=VCCVI=VILD導(dǎo)通

3、，VO=VOL=0V圖2.2.3二極管伏安特性的幾種近似方法正向?qū)▔航岛驼螂娮璨荒芎雎詢H忽略正向電阻正向?qū)▔航岛驼螂娮瓒己雎浴潭O管的伏安特性圖2.2.4二極管的動態(tài)電流波形半導(dǎo)體二極管的動態(tài)工作情況:(1)二極管外加電壓由反向變正向時，正向?qū)娏鞯慕⑸晕笠稽c；(2)二極管外加電壓由正向變反向時，產(chǎn)生較大的瞬態(tài)反向電流，并持續(xù)一定的時間；反向恢復(fù)時間tre：反向電流從峰值衰減到峰值的十分之一所經(jīng)過的時間二極管產(chǎn)生反向恢復(fù)過程的原因是：電荷存儲效應(yīng)。tre在納秒數(shù)量級.動態(tài)情況：加在二極管

4、兩端的電壓突然反向。YD1D2AB+5VABY0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V輸入變量輸出變量(VDF=0.7V)0000101001112.2.2二極管與門0V3V規(guī)定3V以上為10.7V以下為0ABY0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3V0000111011112.2.3二極管或門YD1D2ABR0V3V(VDF=0.7V)規(guī)定2.3V以上為10V以下為0二極管構(gòu)成的門電路的缺點(1)電平有偏移(2)帶負(fù)載能力差只用于IC內(nèi)部電路2.3CMOS門

5、電路一、MOS門電路的特點：２.是電壓控制元件，靜態(tài)功耗小。3.允許電源電壓范圍寬（3?18V）。4.扇出系數(shù)大，抗噪聲容限大。優(yōu)點１.工藝簡單，集成度高。缺點：工作速度比TTL門電路低。CMOS門電路均采用MOS場效應(yīng)晶體管(MOSFET)制作。MOS場效應(yīng)管是金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管的簡稱。工作時，只有一種極性的載流子參與導(dǎo)電，所以又稱為單極型晶體管。2.3.1MOS管的開關(guān)特性二、MOS場效應(yīng)管介紹MOS場效應(yīng)管的類型：N溝道增強(qiáng)型MOS管P溝道增強(qiáng)型MOS管N溝道耗盡型MOS管P溝道耗盡型M

6、OS管增強(qiáng)型：耗盡型：√MOS管的結(jié)構(gòu)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(dǎo)體層PN結(jié)圖2.3.2N溝道MOS管共源接法及其輸出特性曲線(a)共源接法(b)輸出特性曲線可變電阻區(qū)恒流區(qū)截止區(qū)圖2.3.3NMOS管的轉(zhuǎn)移特性可以通過改變vGS控制iD的大小三、MOS管的基本開關(guān)電路圖3.3.4MOS管的基本開關(guān)電路四、等效電路OFF，截止?fàn)顟B(tài)ON，導(dǎo)通狀態(tài)圖2.3.6P溝道增強(qiáng)型MOS管圖2.3.8用P溝道增強(qiáng)型MOS管接成的開關(guān)

7、電路五、MOSFET的開關(guān)作用MOSFET的D、S極之間的開關(guān)狀態(tài)受UGS的控制:增強(qiáng)型：N溝道P溝道UGS>VGS(th)>0(開啟電壓）UGSVGS(th)DS導(dǎo)通（幾百歐）DS斷開+VDDRDDSGG-VDDRDDS2.3.2CMOS反相器電路結(jié)構(gòu)與工作原理CMOS電路Complementary-SymmetryMOS互補(bǔ)對稱式MOST1T2PMOS管NMOS管T1:ONT2:OFFOFFON同一電平:+VDD

8、SDADSGF一、電路結(jié)構(gòu)：“0”(0V)UGS10截止“1”(+VDD)①UA=0V工作原理：令VDD>VGS(th)N+VGS(th)P“0”(0V)UGS1>VGS(th)P截止+VDDSDADSGT1T2PMOSNMOSUGS2>VGS(th)N>0導(dǎo)通“1”(+VDD)F②UA=VDD0VVDD真值表：AFT1T2F+VDDSDAD