閻石教材專題培訓(xùn)課件清華專題培訓(xùn)課件版專題培訓(xùn)課件

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閻石教材_03_清華_5版

1補(bǔ)：半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識

2半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識（1）本征半導(dǎo)體：純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。常用：硅Si，鍺Ge兩種載流子

3半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識（2）雜質(zhì)半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體多子：自由電子少子：空穴

4半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識（2）雜質(zhì)半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體多子：空穴少子：自由電子

5半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識（3）PN結(jié)的形成空間電荷區(qū)（耗盡層）擴(kuò)散和漂移

6半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識（4）PN結(jié)的單向?qū)щ娦酝饧诱螂妷?/p>

7半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識（4）PN結(jié)的單向?qū)щ娦酝饧臃聪螂妷?/p>

8半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識（5）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

9第三章門電路

103.1概述門電路：實現(xiàn)基本運(yùn)算、復(fù)合運(yùn)算的單元電路，如與門、與非門、或門······門電路中以高/低電平表示邏輯狀態(tài)的1/0

11獲得高、低電平的基本原理高/低電平都允許有一定的變化范圍

12正邏輯：高電平表示1，低電平表示0負(fù)邏輯：高電平表示0，低電平表示1

133.2半導(dǎo)體二極管門電路半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和外特性（Diode）二極管的結(jié)構(gòu)：PN結(jié)+引線+封裝構(gòu)成PN

143.2.1二極管的開關(guān)特性：高電平：VIH=VCC低電平：VIL=0VI=VIHD截止，VO=VOH=VCCVI=VILD導(dǎo)通，VO=VOL=0.7V

15二極管的開關(guān)等效電路：

16二極管的動態(tài)電流波形：

173.2.2二極管與門設(shè)VCC=5V加到A,B的VIH=3VVIL=0V二極管導(dǎo)通時VDF=0.7VABY0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7VABY000010100111規(guī)定3V以上為10.7V以下為0

183.2.3二極管或門設(shè)VCC=5V加到A,B的VIH=3VVIL=0V二極管導(dǎo)通時VDF=0.7VABY0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3VABY000011101111規(guī)定2.3V以上為10V以下為0

19二極管構(gòu)成的門電路的缺點電平有偏移帶負(fù)載能力差只用于IC內(nèi)部電路

203.3CMOS門電路3.3.1MOS管的開關(guān)特性一、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)

21以N溝道增強(qiáng)型為例：

22以N溝道增強(qiáng)型為例：當(dāng)加+VDS時，VGS=0時，D-S間是兩個背向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

23二、輸入特性和輸出特性輸入特性：直流電流為0，看進(jìn)去有一個輸入電容CI，對動態(tài)有影響。輸出特性：iD=f(VDS)對應(yīng)不同的VGS下得一族曲線。

24漏極特性曲線（分三個區(qū)域）截止區(qū)恒流區(qū)可變電阻區(qū)

25漏極特性曲線（分三個區(qū)域）截止區(qū)：VGS109Ω

26漏極特性曲線（分三個區(qū)域）恒流區(qū)：iD基本上由VGS決定，與VDS關(guān)系不大

27漏極特性曲線（分三個區(qū)域）可變電阻區(qū)：當(dāng)VDS較低（近似為0），VGS一定時，這個電阻受VGS控制、可變。

28三、MOS管的基本開關(guān)電路

29四、等效電路OFF，截止?fàn)顟B(tài)ON，導(dǎo)通狀態(tài)

30五、MOS管的四種類型增強(qiáng)型耗盡型大量正離子導(dǎo)電溝道

313.3.2CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理一、電路結(jié)構(gòu)

32二、電壓、電流傳輸特性

33三、輸入噪聲容限

34結(jié)論：可以通過提高VDD來提高噪聲容限

353.3.3CMOS反相器的靜態(tài)輸入和輸出特性一、輸入特性

36二、輸出特性

37二、輸出特性

383.3.4CMOS反相器的動態(tài)特性一、傳輸延遲時間

39二、交流噪聲容限三、動態(tài)功耗

40三、動態(tài)功耗

413.3.5其他類型的CMOS門電路一、其他邏輯功能的門電路1.與非門2.或非門

42帶緩沖極的CMOS門1、與非門

43帶緩沖極的CMOS門2.解決方法

44二、漏極開路的門電路（OD門）

45

46

47三、CMOS傳輸門及雙向模擬開關(guān)1.傳輸門

482.雙向模擬開關(guān)

49四、三態(tài)輸出門

50三態(tài)門的用途

51雙極型三極管的開關(guān)特性（BJT,BipolarJunctionTransistor）3.5TTL門電路3.5.1半導(dǎo)體三極管的開關(guān)特性

52一、雙極型三極管的結(jié)構(gòu)管芯+三個引出電極+外殼

53基區(qū)薄低摻雜發(fā)射區(qū)高摻雜集電區(qū)低摻雜

54以NPN為例說明工作原理：當(dāng)VCC>>VBBbe結(jié)正偏,bc結(jié)反偏e區(qū)發(fā)射大量的電子b區(qū)薄，只有少量的空穴bc反偏，大量電子形成IC

55二、三極管的輸入特性和輸出特性三極管的輸入特性曲線（NPN）VON：開啟電壓硅管，0.5~0.7V鍺管，0.2~0.3V近似認(rèn)為:VBE

56三極管的輸出特性固定一個IB值，即得一條曲線，在VCE>0.7V以后，基本為水平直線

57特性曲線分三個部分放大區(qū)：條件VCE>0.7V,iB>0,iC隨iB成正比變化，ΔiC=βΔiB。飽和區(qū)：條件VCE<0.7V,iB>0,VCE很低，ΔiC隨ΔiB增加變緩，趨于“飽和”。截止區(qū)：條件VBE=0V,iB=0,iC=0,c—e間“斷開”。

58三、雙極型三極管的基本開關(guān)電路只要參數(shù)合理：VI=VIL時，T截止，VO=VOHVI=VIH時，T導(dǎo)通，VO=VOL

59工作狀態(tài)分析：

60圖解分析法：

61四、三極管的開關(guān)等效電路截止?fàn)顟B(tài)飽和導(dǎo)通狀態(tài)

62五、動態(tài)開關(guān)特性從二極管已知，PN結(jié)存在電容效應(yīng)。在飽和與截止兩個狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時，iC的變化將滯后于VI，則VO的變化也滯后于VI。

63六、三極管反相器三極管的基本開關(guān)電路就是非門實際應(yīng)用中，為保證VI=VIL時T可靠截止，常在輸入接入負(fù)壓。參數(shù)合理？VI=VIL時，T截止，VO=VOHVI=VIH時，T截止，VO=VOL

64例3.5.1：計算參數(shù)設(shè)計是否合理5V-8V3.3KΩ10KΩ1KΩβ=20VCE(sat)=0.1VVIH=5VVIL=0V

65例3.5.1：計算參數(shù)設(shè)計是否合理將發(fā)射極外接電路化為等效的VB與RB電路

66當(dāng)當(dāng)又因此，參數(shù)設(shè)計合理

673.5.2TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理一、電路結(jié)構(gòu)設(shè)

68二、電壓傳輸特性

69二、電壓傳輸特性

70二、電壓傳輸特性

71需要說明的幾個問題：

72三、輸入噪聲容限

733.5.3TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性例：扇出系數(shù)（Fan-out），試計算門G1能驅(qū)動多少個同樣的門電路負(fù)載。

74輸入

75輸出

763.5.4TTL反相器的動態(tài)特性一、傳輸延遲時間1、現(xiàn)象

77二、交流噪聲容限（b）負(fù)脈沖噪聲容限（a）正脈沖噪聲容限當(dāng)輸入信號為窄脈沖，且接近于tpd時，輸出變化跟不上，變化很小，因此交流噪聲容限遠(yuǎn)大于直流噪聲容限。

78三、電源的動態(tài)尖峰電流

792、動態(tài)尖峰電流

80

813.5.5其他類型的TTL門電路一、其他邏輯功能的門電路1.與非門

822.或非門3.與或非門

834.異或門

84二、集電極開路的門電路1、推拉式輸出電路結(jié)構(gòu)的局限性①輸出電平不可調(diào)②負(fù)載能力不強(qiáng)，尤其是高電平輸出③輸出端不能并聯(lián)使用OC門

852、OC門的結(jié)構(gòu)特點

86OC門實現(xiàn)的線與

873、外接負(fù)載電阻RL的計算

883、外接負(fù)載電阻RL的計算

893、外接負(fù)載電阻RL的計算

90三、三態(tài)輸出門（ThreestateOutputGate,TS）

91三態(tài)門的用途

92一、高速系列74H/54H（High-SpeedTTL）電路的改進(jìn)(1)輸出級采用復(fù)合管（減小輸出電阻Ro）(2)減少各電阻值2.性能特點速度提高的同時功耗也增加2.4.5TTL電路的改進(jìn)系列（改進(jìn)指標(biāo)：)

93二、肖特基系列74S/54S（SchottkyTTL）電路改進(jìn)采用抗飽和三極管用有源泄放電路代替74H系列中的R3減小電阻值2.性能特點速度進(jìn)一步提高，電壓傳輸特性沒有線性區(qū)，功耗增大

94三、低功耗肖特基系列74LS/54LS（Low-PowerSchottkyTTL）四、74AS,74ALS（AdvancedLow-PowerSchottkyTTL）···2.5其他類型的雙極型數(shù)字集成電路*DTL：輸入為二極管門電路，速度低，已經(jīng)不用HTL：電源電壓高，Vth高，抗干擾性好，已被CMOS替代ECL：非飽和邏輯，速度快，用于高速系統(tǒng)I2L：屬飽和邏輯，電路簡單，用于LSI內(nèi)部電路···