數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)全套課件-3上課講義.ppt

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1、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)全套課件-33.1概述門電路是用以實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算的電子電路，與已經(jīng)講過的邏輯運(yùn)算相對應(yīng)。常用的門電路在邏輯功能上有與門、或門、非門、與非門、或非門、與或非門、異或門等。正邏輯：高電平表示邏輯1、低電平表示邏輯0。負(fù)邏輯：高電平表示邏輯0、低電平表示邏輯1。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)。3.2半導(dǎo)體二極管門電路§3.2.1半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性Ui>0.5V時，二極管導(dǎo)通。Ui<0.5V時，二極管截止，iD=0。ui＝0V時，二極管截止，如同開關(guān)斷開，uo＝0V。ui＝5V時，二極管導(dǎo)通

2、，如同0.7V的電壓源，uo＝4.3V。當(dāng)外加電壓突然由正向變?yōu)榉聪驎r，存儲電荷反向電場的作用下，形成較大的反向電流。經(jīng)過ts后，存儲電荷顯著減少，反向電流迅速衰減并趨于穩(wěn)態(tài)時的反向飽和電流。當(dāng)外加電壓由反向突然變?yōu)檎驎r，要等到PN結(jié)內(nèi)部建立起足夠的電荷梯度后才開始有擴(kuò)散電流形成，因而正向電流的建立稍微滯后一點(diǎn)。反向恢復(fù)時間（幾納秒內(nèi)）反向恢復(fù)時間即存儲電荷消失所需要的時間，它遠(yuǎn)大于正向?qū)ㄋ枰臅r間。這就是說，二極管的開通時間是很短的，它對開關(guān)速度的影響很小，以致可以忽略不計。因此，影響二極管的開關(guān)時間主要是反向恢復(fù)時間，而不是開通時間?！?.

3、2.2二極管與門Y=A·BABY§3.2.3二極管或門Y=A+B3.3CMOS門電路§3.3.1MOS管的開關(guān)特性在CMOS集成電路中，以金屬－氧化物－半導(dǎo)體場效應(yīng)管（MOS管)作為開關(guān)器件。一、MOS管的結(jié)構(gòu)和工作原理PNNGSD金屬鋁兩個N區(qū)SiO2絕緣層P型襯底導(dǎo)電溝道GSDN溝道增強(qiáng)型源極柵極漏極vGS=0時PNNGSDvGSvDSiD=0D、S間相當(dāng)于兩個背靠背的PN結(jié)SDB不論D、S間有無電壓，均無法導(dǎo)通，不能導(dǎo)電。PNNGSDVDSVGSvGS>0時vGS足夠大時（vGS>VGS(th)），形成電場G—B,把襯底中的電子吸引到上表面，除

4、復(fù)合外，剩余的電子在上表面形成了N型層（反型層）為D、S間的導(dǎo)通提供了通道。VGS(th)稱為閾值電壓(開啟電壓）源極與襯底接在一起N溝道可以通過改變vGS的大小來控制iD的大小。二、MOS管的輸入、輸出特性對于共源極接法的電路，柵極和襯底之間被二氧化硅絕緣層隔離，所以柵極電流為零。輸出特性曲線（漏極特性曲線）夾斷區(qū)（截止區(qū)）用途：做無觸點(diǎn)的、斷開狀態(tài)的電子開關(guān)。條件：整個溝道都夾斷特點(diǎn)：可變電阻區(qū)特點(diǎn):(1)當(dāng)vGS為定值時,iD是vDS的線性函數(shù)，管子的漏源間呈現(xiàn)為線性電阻，且其阻值受vGS控制。（2）管壓降vDS很小。用途：做壓控線性電阻和無觸

5、點(diǎn)的、閉合狀態(tài)的電子開關(guān)。條件：源端與漏端溝道都不夾斷恒流區(qū)：(又稱飽和區(qū)或放大區(qū)）特點(diǎn):(1)受控性：輸入電壓vGS控制輸出電流(2)恒流性：輸出電流iD基本上不受輸出電壓vDS的影響。條件:(1)源端溝道未夾斷(2)漏端溝道予夾斷用途:可做放大器和恒流源。三、MOS管的基本開關(guān)電路當(dāng)vI=vGSVGS(th)且vI繼續(xù)升高時，MOS管工作在可變電阻區(qū)。MOS管導(dǎo)通內(nèi)阻RON很小，D-S間相當(dāng)于閉合的開關(guān),vO≈0。四、MOS管的四種基本類型GSDN溝道耗盡型

6、GSDN溝道增強(qiáng)型GSDP溝道增強(qiáng)型GSDP溝道耗盡型在數(shù)字電路中，多采用增強(qiáng)型。§3.3.2CMOS反相器工作原理PMOS管NMOS管CMOS電路VDDT1T2vIvO一、電路結(jié)構(gòu)當(dāng)NMOS管和PMOS管成對出現(xiàn)在電路中，且二者在工作中互補(bǔ)，稱為CMOS管(意為互補(bǔ))。VDDTPTNvIvOvI=0截止vo=“１”導(dǎo)通vI=1VDDT1T2vIvO導(dǎo)通vo=“０”截止靜態(tài)下，無論vI是高電平還是低電平，T1、T2總有一個截止，因此CMOS反相器的靜態(tài)功耗極小。二、電壓傳輸特性和電流傳輸特性電壓傳輸特性閾值電壓VTHT1導(dǎo)通T2截止T2導(dǎo)通T1截止T

7、1T2同時導(dǎo)通電流傳輸特性T2截止T1截止CMOS反相器在使用時應(yīng)盡量避免長期工作在BC段。輸入低電平時噪聲容限：在保證輸出高、低電平基本不變的條件下,輸入電平的允許波動范圍稱為輸入端噪聲容限。輸入高電平時噪聲容限：三、輸入端噪聲容限噪聲容限－－衡量門電路的抗干擾能力。噪聲容限越大，表明電路抗干擾能力越強(qiáng)。測試表明：CMOS電路噪聲容限VNH=VNL＝30％VDD，且隨VDD的增加而加大。因?yàn)镸OS管的柵極和襯底之間存在著以SiO2為介質(zhì)的輸入電容，而絕緣介質(zhì)非常薄，極易被擊穿，所以應(yīng)采取保護(hù)措施?！?.3.3CMOS反相器的靜態(tài)輸入輸出特性一、輸入

8、特性iI(mA)-0.70VDD+0.7vI(V)在正常的輸入信號范圍內(nèi)，即–0.7V