晶体管1PPT课件下载推荐.ppt

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2、逻辑门电路的分类逻辑门电路的分类二极管门电路二极管门电路三极管门电路三极管门电路TTL门电路门电路MOS门电路门电路PMOS门门CMOS门门逻辑门逻辑门电路电路分立门电路分立门电路集成门电路集成门电路NMOS门门3.13.1概概述述11/4/202231.CMOS集成电路集成电路:

广泛应用于超大规模、甚大规模集成电路广泛应用于超大规模、甚大规模集成电路40004000系列系列74HC74HCT74VHC74VHCT速度慢速度慢与与TTL不不兼容兼容抗干扰抗干扰功耗低功耗低74LVC74VAUC速度加快速度加快与与TTL兼容兼容负载能力强负载能力强抗干扰抗干扰功耗低功耗低速度两倍于速度两倍于74HC与与TTL兼容兼容负载能力强负载能力强抗干扰抗干扰功耗低功耗低低低（超低超低）电压电压速度更加快速度更加快与与TTL兼容兼容负载能力强负载能力强抗干扰功耗低抗干扰功耗低7474系列系列74LS系列系列74AS系列系列74ALS2.TTL集成电路集成电路:

广泛应用于中大规模集成电路广泛应用于中大规模集成电路3.1.13.1.1数字集成电路简介数字集成电路简介11/4/202243.1.23.1.2逻辑门电路的一般特性逻辑门电路的一般特性1.1.输入输入/输出的高、低电平输出的高、低电平vOvI驱动门驱动门G1负载门负载门G211输出高电平的下输出高电平的下限值限值VOH（min）输入低电平的上输入低电平的上限值限值VIL（max）输入高电平的下输入高电平的下限值限值VIH（min）输出低电平的上输出低电平的上限值限值VOL（max）输出输出高电平高电平+VDDVOH（min）VOL（max）0G1门门vO范围范围vO输出输出低电平低电平输入输入高电平高电平VIH（min）VIL（max）+VDD0G2门门vI范围范围输入输入低电平低电平vI11/4/202252.2.噪声容限噪声容限在保证输出电平不变在保证输出电平不变的条件下，输入电平允许的条件下，输入电平允许波动的范围。

它波动的范围。

它表示门电表示门电路的抗干扰能力。

路的抗干扰能力。

VNH当前级门输出高电平的当前级门输出高电平的最小值时最小值时允许负向噪声电压的允许负向噪声电压的最大值最大值。

负载门输入高电平时的噪声容限负载门输入高电平时的噪声容限VNH=VOH（min）VIH（min）1驱动门驱动门vo1负载门负载门vI噪声噪声11/4/20226VNL当前级门输出低当前级门输出低电平的最大值时电平的最大值时允许正允许正向噪声电压的最大值向噪声电压的最大值负载门输入低电平时的噪声容限负载门输入低电平时的噪声容限VNL=VIL（max）VOL（max）1驱动门驱动门vo1负载门负载门vI噪声噪声11/4/20227类型型参数参数74HCVDD=5V74HCTVDD=5V74LVCVDD=3.3V74AUCVDD=1.8VtPLH或或tPHL（ns）782.10.93.3.传输延迟时间传输延迟时间传输延迟时间是表征门传输延迟时间是表征门电路开关速度的参数，它说电路开关速度的参数，它说明门电路在输入脉冲的作用明门电路在输入脉冲的作用下，其输出波形相对于输入下，其输出波形相对于输入延迟了多长的时间延迟了多长的时间。

CMOS电路传电路传输延迟时间输延迟时间tPHL输出输出50%90%50%10%tPLHtftr输入输入50%50%10%90%11/4/202284.4.功耗功耗静态功耗：

静态功耗：

指的是当电路没有状态转换时的功指的是当电路没有状态转换时的功耗，即门电路空载时电源总电流耗，即门电路空载时电源总电流ID与电源电压与电源电压VDD的乘积。

的乘积。

动态功耗：

指的是电路在输出状态转换时的指的是电路在输出状态转换时的功耗。

功耗。

对于对于TTLTTL门电路来说，静态功耗是主要的。

门电路来说，静态功耗是主要的。

CMOSCMOS电路的静态功耗非常低，电路的静态功耗非常低，CMOSCMOS门电路动门电路动态功耗较态功耗较TTLTTL门电路要低的多。

门电路要低的多。

11/4/20229扇入系数：

扇入系数：

逻辑门电路输入端的个数。

5.5.扇入与扇出系数扇入与扇出系数扇出系数：

扇出系数：

是在正常工作情况下，所能带是在正常工作情况下，所能带同类门电路的最大数目。

同类门电路的最大数目。

（a）a）带拉电流负载带拉电流负载当负载门的个数增加时，总的拉电流将增加，会当负载门的个数增加时，总的拉电流将增加，会引起输出高电压的降低。

但不得低于输出高电平引起输出高电压的降低。

但不得低于输出高电平的下限值，这就限制了负载门的个数。

的下限值，这就限制了负载门的个数。

11/4/202210高电平高电平扇出系数扇出系数IOH:

驱动门输出端为高电平时的电流驱动门输出端为高电平时的电流IIH:

负载门的输入电流负载门的输入电流11/4/202211（b）（b）带灌电流负载带灌电流负载当负载门的个数增加时，总的灌电流当负载门的个数增加时，总的灌电流IOL将增加，将增加，同时也将引起输出低电压同时也将引起输出低电压VOL的升高。

当输出的升高。

当输出为低电平，并且保证不超过输出低电平的上限为低电平，并且保证不超过输出低电平的上限值。

值。

IOL：

驱动门的输出端为低电平电流驱动门的输出端为低电平电流IIL：

负载门输入端电流之和负载门输入端电流之和11/4/202212电路类型电路类型电源电电源电压压/V传输延传输延迟时间迟时间/ns静态功耗静态功耗/mW功耗延迟积功耗延迟积/mW-ns直流噪声容限直流噪声容限输出逻输出逻辑摆幅辑摆幅/VVNL/VVNH/VTTLCT54/74510151501.22.23.5CT54LS/74LS57.52150.40.53.5HTL158530255077.513ECLCE10K系列系列5.2225500.1550.1250.8CE100K系列系列4.50.7540300.1350.1300.8CMOSVDD=5V54551032251032.23.45VDD=15V1512151031801036.59.015高速高速CMOS58110381031.01.55各类数字集成电路主要性能参数的比较各类数字集成电路主要性能参数的比较11/4/2022133.23.2半导体二极管门电路半导体二极管门电路3.2.1开关器件开关器件逻辑门电路是依赖具体的物理器件实现逻辑门电路是依赖具体的物理器件实现的，要体现逻辑状态中的的，要体现逻辑状态中的“0”、“1”，这，这一器件就必须具有两个可明显区分的状态。

一器件就必须具有两个可明显区分的状态。

能产生两种截然不同状态的器件称为能产生两种截然不同状态的器件称为开关开关。

11/4/202214一、理想开关一、理想开关1、稳态特性、稳态特性当当开关开关K合上时，开关的状态为合上时，开关的状态为“接通接通”，称开关处于，称开关处于“开态开态”。

RK+Us开关处于开关处于“开态开态”时，电路中时，电路中的的U为零，在特性曲线上属为零，在特性曲线上属A0段。

段。

uiAB0当当开关开关K打开时，开关的状态为打开时，开关的状态为“关闭关闭”，称开关处于，称开关处于“关态关态”。

开关处于开关处于“关态关态”时，电路中的时，电路中的I为零，在特性曲线上属为零，在特性曲线上属0B段。

11/4/20221522、过渡特性、过渡特性是是指指开关从开关从开态开态到到关态关态或由关态到开态所或由关态到开态所需要的时间，也就是上升时间和下降时间。

在需要的时间，也就是上升时间和下降时间。

在理想开关时这两者均为零。

理想开关时这两者均为零。

从理想开关的伏安关系上可知，从理想开关的伏安关系上可知，A0段为段为开关的开关的导通区导通区；

0B段为开关的段为开关的截止区截止区。

11/4/202216二、晶体二极管开关二、晶体二极管开关在前续课程中已知，晶体二极管具有单在前续课程中已知，晶体二极管具有单向导电的特性，可作开关对待，当晶体二极向导电的特性，可作开关对待，当晶体二极管正偏时，处于导通状态属管正偏时，处于导通状态属“开态开态”；

反偏；

反偏时处于截止状态属时处于截止状态属“关态关态”。

1、稳态特性、稳态特性uiAB0UTUT为为门限电压门限电压，锗是，锗是0.3V，硅是硅是0.7V。

与理想开与理想开关的特性比较，这里也有两关的特性比较，这里也有两个区段：

个区段：

11/4/202217AB段为导通区，即段为导通区，即开态开态，特性为特性为B0段为截止区，即段为截止区，即关态关态，特性为特性为可得两个等效电路。

可得两个等效电路。

RIrs+Us-IfUfIr11、稳态特性、稳态特性uiAB0UT11/4/20221822、过渡特性、过渡特性当外加电压当外加电压UiUT时，开关需要经过时，开关需要经过“正向正向导通时间导通时间”来建立载流子梯度，使开关接通。

来建立载流子梯度，使开关接通。

当外加电压当外加电压UiUT时，晶体二极管处于时，晶体二极管处于“开态开态”即即导通导通；

当外加电压；

当外加电压UiIbs（临界饱和电流临界饱和电流），晶体），晶体管处于饱和状态（管处于饱和状态（开态开态）有：

）有：

其中：

o是共发射极组态直流短路电流放大是共发射极组态直流短路电流放大倍数。

输出阻抗很小。

倍数。

11/4/202223当基极电流当基极电流Ib=0时，（时，（UbUT，一般有一般有UbeVGS（th）,D-S间形成导电沟道（间形成导电沟道（N型层）。

型层）。

以以NN沟道增强型沟道增强型为例为例11/4/202235漏极特性曲线漏极特性曲线（分三个区域）（分三个区域）截止区：

截止区：

VGS10911/4/202236恒流区恒流区iD基本上由基本上由VGS决定，与决定，与VDS关系不大关系不大11/4/202237可变电阻区可变电阻区当当VDS较低（近似为较低（近似为0），），VGS一定时，一定时，这个电阻受这个电阻受VGS控制、可变。

控制、可变。

11/4/202238MOS管相当于一个由管相当于一个由VGS控制的无触点开关控制的无触点开关当输入为高电平（当输入为高电平（ViVGS）时：

）时：

MOS管管工作在可变电阻区，相当于开关工作在可变电阻区，相当于开关“闭合闭合”，输，输出为高电平。

出为高电平。

当输入为低电平（当输入为低电平（ViVGS）时：

MOS管管截止，相当于开关截止，相当于开关“断开断开”，输出为低电平。

，输出为低电平。

二、二、MOSMOS管的基本开关电路管的基本开关电路11/4/202239三、等效电路三、等效电路OFF，截止状态，截止状态输出低电平输出低电平ON，导通状态，导通状态输出高电平输出高电平11/4/202240四、四、MOSMOS管的四种类型管的四种类型增强型增强型耗尽型耗尽型大量正离子大量正离子导电沟道导电沟道11/4/2022413.3.23.3.2CMOSCMOS反相器反相器一、电路结构一、电路结构T2为增强型为