最新阎石第五版教材课件_03 第三章_清华_5版

《数字电子技术基础》第五版
• PN结的单向导电 性
• 外加正向电压
半导体基础知识（4）
《数字电子技术基础》第五版
• PN结的单向导电 性
• 外加反向电压
《数字电子技术基础》第五版
半导体基础知识（5）
• PN结的伏安特性
正向导通区
反向截止区 反向击穿区
V
i I S(e VT 1) V T nkT q
《数字电子技术基础》第五版
高电平：VIH=VCC 低电平：VIL=0
• VI=VIH D截止，VO=VOH=VCC
• VI=VIL D导通，VO=VOL=0.7V
二极管的开关等效电路：
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二极管的动态电流波形：
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3.2.2 二极管与门
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漏极特性曲线（分三个区域）
恒流区： iD 基本上由VGS决定，与VDS 关系不大
iD IDS(VVGGS(Sth) 1)2 当VGS VGS(th)下，iD VGS2
《数字电子技术基础》第五版
漏极特性曲线（分三个区域）
可变电阻区：当VDS 较低（近似为0）， VGS 一定时， VDS iD 常 数 （ 电 阻 ） 这个电阻受VGS 控制、可变。
K:波耳兹曼常数 T:热力学温度 q: 电子电荷
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第三章 门电路
3.1 概述
《数字电子技术基础》第五版
• 门电路：实现基本运算、复合运算的单元电路，如 与门、与非门、或门 ······
门电路中以高/低电平表 示逻辑状态的1/0
获得高、低电平的基本原理
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1 2
V D D时
，
VO
Fra Baidu bibliotek
1 2 VDD
三、输入噪声容限
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在 VI偏V 离 IH 和 VIL 的一定范 VO基 围本 内不 ，变； 在输出变化， 允允 许许 范输 围入 内 称 的为 变输 化入 范噪 围声
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三、MOS管的基本开关电路
因为 ROFF 109 , RON 1K 只要RON RD ROFF , 则：
当VI VIL VGS (th) T截止 VO VOH VDD 当VI VIH VGS (th) T导通 VO VOL 0 所以 MOS管D S间相当于一个受VI 控制的开关。
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AB段：VI VGS(TH ) N
T1导通，T2截止 VO VOH VDD
CD段：VI VDD VGS(TH )P
T2导通，T1截止 VO VOL 0
BC段：VGS(TH ) N VI VDD VGS(TH )P
T1 , T2同 时 导 通
若 T1 , T2参 数 完 全 对 称 ，V I
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《数字电子技术基础》（第五版）教学课件
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补：半导体基础知识
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半导体基础知识（1）
两种载流子
• 本征半导体：纯净的具有晶体结构的半导体。 • 常用：硅Si，锗Ge
半导体基础知识（2）
② 输出特性： ③ iD = f (VDS) 对应不同的VGS下得一族曲线 。
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漏极特性曲线（分三个区域）
① 截止区 ② 恒流区 ③ 可变电阻区
《数字电子技术基础》第五版
漏极特性曲线（分三个区域）
截止区：VGS<VGS(th)，iD = 0, ROFF > 109Ω
《数字电子技术基础》第五版
• 电平有偏移 • 带负载能力差
• 只用于IC内部电路
3.3 CMOS门电路
3.3.1MOS管的开关特性
金属层
一、MOS管的结构
《数字电子技术基础》第五版
氧化物层 半导体层
PN结
S (Source)：源极 G (Gate)：栅极 D (Drain)：漏极 B (Substrate):衬底
以N沟道增强型为例：
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》第五版
以N沟道增强型为例：
开启电压
当加+VDS时，
VGS=0时，D-S间是两个背向PN结串联，iD=0
加上+VGS，且足够大至VGS >VGS (th), D-S间形成导电沟道 （N型层）
《数字电子技术基础》第五版
二、输入特性和输出特性
① 输入特性：直流电流为0，看进去有一个输入电容CI， 对动态有影响。
设VCC = 5V 加到A,B的 VIH=3V
VIL=0V 二极管导通时 VDF=0.7V
A BY 0V 0V 0V 0V 3V 2.3V 3V 0V 2.3V 3V 3V 2.3V
规定2.3V以上为1 0V以下为0
A BY 0 00 0 11 1 01 1 11
《数字电子技术基础》第五版
二极管构成的门电路的缺点
• 杂质半导体 • N型半导体
多子：自由电子 少子：空穴
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半导体基础知识（2）
• 杂质半导体 • P型半导体
多子：空穴 少子：自由电子
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半导体基础知识（3）
• PN结的形成
• 空间电荷区 （耗尽层）
• 扩散和漂移
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半导体基础知识（4）
高/低电平都允许有 一定的变化范围
《数字电子技术基础》第五版
正逻辑：高电平表示1，低电平表示0 负逻辑：高电平表示0，低电平表示1
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3.2半导体二极管门电路
半导体二极管的结构和外特性 （Diode）
• 二极管的结构： PN结 + 引线 + 封装构成
P
N
3.2.1二极管的开关特性：
设VCC = 5V 加到A,B的 VIH=3V
VIL=0V 二极管导通时 VDF=0.7V
A BY 0V 0V 0.7V 0V 3V 0.7V 3V 0V 0.7V 3V 3V 3.7V
规定3V以上为1 0.7V以下为0
A BY 0 00 0 10 1 00 1 11
3.2.3 二极管或门
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四、等效电路
《数字电子技术基础》第五版
OFF ，截止状态
ON，导通状态
五、MOS管的四种类型 • 增强型
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大量正离子
• 耗尽型
导电沟道
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3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理 一、电路结构
V V GS(th)N GS(th)P
二、电压、电流传输特性