门电路课件PPT推荐.pptx

1、右图2.45V范围内的电压，都称为高电平，用UH表示。00.8V范围内的电压，都称 为低电平，用UL表示。2、正逻辑和负逻辑：用1表示 高电平，用0表示低电平，称为 正逻辑赋值，简称正逻辑。用1 表示低电平，用0表示高电平，称为负逻辑赋值，简称负逻辑。三、高、低电平与正、负逻辑5半导体二极管最显著的特点是具有单向导电性能。2.1.2半导体二极管的开关特性相当于 开关断 开R相当于 开关闭 合S导截3通止V0VSRRD3V80V一、静态特性1、半导体二极管的结构示意图、符号和伏安特性 半导体二极管的结构示意图、符号和伏安特性如下图所示。92、半导体二极管的开关作用硅半导体二极管具有下列静态开关特

2、性：导通条件及导通时的特点：当外加正向电压UD0.7V时，二极管导通，硅半导体二极管如同一个具有0.7V压降、闭合了的开关。截止条件及截止时的特点：当外加正向电压UD0.7V时，二极管截止，硅半导体二极管如同一个断开 了的开关。10二、动态特性1、二极管的电容效应二极管存在结电容Cj和扩散电容CD，Cj和CD的存在极 大地影响了二极管的动态特性，无论是开通还是关伴断随，着Cj、CD的充、放电过程，都要经过一段延迟时间 才能完成。2、二极管的开关时间下图所示是一个简单的二极管开关电路及相应的uI和iD的波形。11 开通时间当输入电压uI由UIL跳变到UIH时，二极管D要经过延迟时间td、上升时间

3、tr之后，才能由截止状态转换到导通状态。半导体二极的 管开通时间为：ton=tdtr 关断时间当输入电压uI由UIH跳变到UIL时，二极管D要经过存储时下间降ts、时间（也称为渡越时间）tf之后，才能由导通状态转换到截状 止态。半导体二极管的关断时间为：toff=tstf122.1.3半导体三极管的开关特性截 饱 止 和3V0VuO0相当于 开关断 开相当于 开关闭 合uOUCC+UCCuiRBRCuOT+UCCRCuOCEuO+UCCRCC E133V0V一、静态特性1、结构示意图、符号和输入、输出特性半导体三极管的结构示意图、符号如下图所示。14半导体三极管的输入、输出特性如下图所示。输入

4、特性指的是基极电流iB和基极-发射极间电压uBE之间的关系曲线。输出特性指的是基极电流iC和集电极-发射极间电压uCE之间的关系曲线。在数字电路中，半导体三极管是 不工作在截止区，就是工作在饱和区，而放大区仅仅 是一种瞬间即逝的工作状态。152、半导体三极管的静态开关特性 饱和导通条件及饱和时的特点饱和导通条件：三极管基极电流iB大于其临界饱和 时的数值IBS时，饱和导通。饱和导通时的特点：对于硅三极管，饱和导通后uBE0.7V，uCEUCES0.3V如同闭合的开关。16 截止条件及截止时的特点 截止条件：uBEUo0.5V式中，Uo是硅三极管发射结的死区电压。截止时的特点：iB0，iC0如同

5、断开的开关。17二、动态特性半导体三极管和二极管一样，在开关过程中也存在电 容效应，都伴随着相应电荷的建立和消散过程，因此都 需要一定时间。右图所示是三极管开关电路中uI为矩形脉冲时，相 应iC和uO的波形。1819 开通时间当输入电压uI由UIL2V跳变到UIH3V时，三极要 管需经过延迟时间td和上升时间tr之后，才能由截止状态 转换到饱和导通状态。开通时间为ton=tdtr 关断时间当输入电压uI由UIH3V 跳变到UIL2V时，三极需 管要经过存储时间ts、下降时间tf之后，才能由饱和导 通状态转换到截止状态。半导体三极管的关断时间为toff=tstf半导体三极管开关时间的存在，影响了

6、开关电路的工 作速度。由于toffton，所以减少饱和时基区存储电荷 的数量，尽可能地加速其消散过程，即缩短存储时间是 tS，提高半导体三极管开关速度的关键。MOS管最显著的特点也是具有放大能力。不过它 是通过栅极电压uGS控制其工作状态的，是一种具有 放大特性的由电压uGS控制的开关元件。一、静态特性1、结构示意图、符号、漏极特性和转移特性N沟道增强型MOS管的结构示意图、符号如下图所示。2.1.4MOS管的开关特性N+N+SGD二氧化硅P-Si（a）结构示意图金属铝S（b）符号20GDN沟道增强MOS管的漏极特性和转移特性如下图所 示。反映漏极电流iD和漏极-源极电压uDS之间的关系曲 线

7、族称为漏极特性。反映漏极电流iD和栅极-源极电压uGS之间的关系曲 线称为转移特性。212、MOS管的静态开关特性 截止条件和截止时的特点截止条件：当MOS管栅源电压uGS小于其开启电压UTN时，将处于截止状态。iD0，MOS管如同一个断开了的关 开。22 导通条件和导通时的特点导通条件：当uGS大于UTN时，MOS管将处于导通态 状。导通时的特点：MOS管导通之后，如同一个具有一 定导通电阻RON闭合了的开关。23二、动态特性1、MOS管极间电容MOS管三个电极之间，均有电容存在，它们分别是 栅源电容CGS、栅漏电容CGD和漏源电容CDS。在数字路 电中，MOS管的动态特性，即开关速度是受这

8、些电容 充、放电过程制约的。2、开关时间右图所示MOS管开关 电路中，当uI为矩形波相 时应，iD和uO的波形。2425 开通时间当输入电压uI由UIL0V跳变到U VIHDD时，MOS管需要经过导通延迟时间td1r和上升时间t 之后，才能由截止状态转换到饱和导通状态。开通时间为ton=td1tr 关断时间当输入电压uI由UIHVDD跳变到要经UI L过关0 V断时延，迟MtdO2、S管下需降时间tf之后，才能由导通状态 转换到截止状态。关断时间为toff=td2tfMOS管电容上电压不能突变是造成iD（uO）滞后uI变化 的主要原因。而且，由于MOS管的导通电阻比三极管 的饱和导通电阻要大得

9、多，RD也比RC大，所以它的开 通和关断时间也比三极管长，即其动态特性较差。2.2分立元器件门电路2.2.1二极管与门和或门一、二极管与门1、电路与符号262、工作原理 电压关系表 uA=uB=0时，D1、D2均导通 uY=uA+uD1=uB+uD2=0+0.7V=0.7V uA=0、uB=3V时，由于uA、uB电平不 同，当D1导通后，使uY=uA+uD1=0+0.7V=0.7V导致 uD2=uYuB=0.732.3V，故D2截D止1。导通后，uY被钳位在0.7V。uA=3V、uB=0V时，与类似，通 D，导D1截止，D2导通后，uY被钳位在0.7V。AB122 u=3V、u=3V时，D、D

10、 都导通。uY被钳位在3.7V。整理上述估算结果，可得左下表所示电压关系表。uA/V uB/VuY/VABY000.7000030.7010300.7100333.7111 设定变量、状态赋值、列真值表 设定变量：用A、B、Y分别表示uA、uB、uY。状态赋值：用0表示低电平，用1表示高电平。列真值表：根据设定的变量和状态赋值情况，由 电压关系表可列出右下表所示的与门的逻辑真值表。综上所述，该电路确实实现了与的逻辑功能Y=AB，所以是一个二极管与门。电压关系表与门逻辑真值表27二、二极管或门1、电路与符号2、工作原理 电压关系表 uA=uB=0时，D1、D2均导通uY=00.7V=0.7V。u

11、A=0V、uB=3V时，D2导通，D1截止，uY=30.7V=2.3V。uA=3V、uB=0V时，D1导通，D2截止，uY=30.7V=2.3V。uA=3V、uB=3V时，D1、D2均 导通。uY=30.7V=2.3V。整理分析估算结果，即可得到电压关系表如右表所示。uA/V uB/VuY/V000.7032.3302.3332.3电压关系表28ABY000011101111 设定变量、状态赋值、列真值表 设定变量：29 状态赋值：综上所述，该电路确实实现了或的逻辑功能 所以Y=是 A一+B个，二极管或门。或门逻辑真值表对于图2.2.1（a）所示电路的电压关系表（如下），在状态赋值时若采用正逻

12、辑，即用1表示高电平、用0表 示低电平，就得到前面所讲的正与门逻辑真值表。00033033uA/V uB/VuY/V 0.70.70.73.7电压关系表正与门逻辑真值表Y 0111AB00011011111负或门逻辑真值表若在状态赋值时若采用负逻辑，即用0表示高电平、用1表示低电就平得，到下面的负或门逻辑真值表。A0B0Y0010100所以说图 2.2.1（a）二极管电既路是，正与门又 是负或门。302.2.2三极管非门（反相器）一、半导体三极管非门1、电路与符号2、工作原理 uI=uIL=0V时，三极管T截止，i =0、i=0，Ou=UOHCCV=5V。II HBC u=u=5V时，由于i

13、IBBS，T饱和导有通，uO =UOLUCES 0.3V。整理分析估算结果，即可得 到电压关系表如下表所示。uO/V 50.3uI/V 0531若用A、Y分别表示uI、uO，用0表示低电平，用1表高 示电平。则可由左下表所示的电压关系表得到右下表所 示的真值表。由右下表可知，图2.2.3（a）所示电路实 现了非逻辑功能，是一个三极管组成的非门。uO/V 50.3uI/V 05非门电压关系表Y10A01非门真值表32图2.2.3（a）半导体三极管饱和导通以后也有钳位作用。如果发射 极电位是不变的，那么它的集电极电位就被固定在比发 射极高0.3V的电位上；反之，若其集电极电位是不变那的么，它的发射

14、极电位就被固定在比集电极低0.3V的电位上。二、MOS三极管非门1、电路与符号2、工作原理 uI=uIL=0V时，uGS=uIL=0V，于 小开启电压UTN2V，所以MOS管截 是止的，故uO=UOHVDD=10V uI=uIH=10V时，uGS=uIH=10大 V，于开启电压UTN2V，MOS管导且 通工作在可变电阻区，导通电阻很 小，只有几百欧，故整理分析估算结果，即 可得到电压关系表如下 表所示。uO/V 100uI/V 01033若用A、Y分别表示uI、uY且采用正逻辑后得到的逻真 辑值表如右下表。uO/V 100uI/V 010MOS管非门电压关系表Y10A01非门真值表由右上表可知

15、，图2.2.4（a）所示电路确实是MOS三极管非 门。图2.2.4（a）3435作业题P1322.1P135 P1362.2题2.2最左边的图（a）题2.3（a）362.3CMOS集成门电路MOS管有N沟道和P沟道之分，每种又有增强型和耗 尽型两种。在数字电路中，多采用增强型。CMOS集成电路的许多最基本的逻辑单元都是用P沟 道增强型MOS管（称为PMOS管）和N沟道增强型MOS 管（称为NMOS管）按照互补对称形式连接起来构成的当N 。MOS管和PMOS管成对出现在电路中，且二者在工作 中互补，称为CMOS管（Complementary Metal Oxide Semiconductor互补金属氧化物半导体）。这种电路具有电压控制、功耗极小、连接方便等一系列优 点，是目前应用最广泛的集成电路之一。NMOS管的电路符号及转移特性 （a）电路符号（b）转移特