吉大数电课件第三章门电路

相当于断开的开关。
吉大数R电O课N件很第三小章，门电D路-S间相当于闭合的开关。
四、MOS管的开关等效电路
第三章 门电路 TTL晶体管—晶体管逻辑(Transistor-Transistor Logic)
HTL高阈值逻辑(High Threshold Logic)
3.1 内容概述 ECL射极耦合逻辑(Emitter Coupled Logic)
I2L集成注入逻辑(Integrated Injection Logic)
一、MOS管的结构和工作原理
D
S G D 金属铝
漏极
G
导电沟道 P型衬底
两个N区
N
N
栅极
P
S
源极
SiO2绝缘层
吉大数电课件第三章门电路
N沟道增强型
在漏极和源极之 间加电压vDS，iD=0。
S
D
B
不论D、S间有无电 压，均无法导通。
vGS=0时 vGS vDS
iD=0
S GD
N
N
P
D、S间相当于两 个背靠背的PN结
恒流区：(又称饱和区或放大区）
条件:(1)源极端沟道未夹断
(2)漏极端沟道予夹断 特点:(1)受控性： 输入电压
IDvSG是S控VG制S=输2 出VG电S(流th)
i I D
的iD值vGS DSVGS(th)
12
在VGS>> VGS(th) ，iD近似与VGS2成正比。 iD与VGS关系的曲线称为转移特性曲线，在恒流区VDS对转移特 性的影响不大。
吉大数电课件第三章门电路
在逻辑门电路中：正逻辑用高电平表示1，低电平表示0
负逻辑用高电平表示0，低电平表示1
1
0
获得高、低电平的基本方法：
0
1 利用半导体开关元件的导通、截止 （即开、关）两种工作状态。
CMOS门用正逻辑 PMOS门用负逻辑
基本开关电路
吉单大开数电关课件电第路三章门电路
互补开关电路
10 D1
A
D2
B1
Y=A•B
A
B
+VCC(+5V) R
0 0
3
Y3
03.7V
A
0 0 1 Y1
0 0.7 3 0.7 0 0.7 3 3.7
BY
00 10 00 11
吉大数电课件第三章门电路
3.2.3 二极管或门
A、B中有一个是高电平，输出端电位为2.3V，逻辑1；
A、B同时为低电平时，输出才是0。
3.2.2 二极管与门
二极管与门的
A、B输入高电平为VIH=3V、低电平VIL=0V，逻辑电平和真值表
二极管导通压降VD=0.7V。
A/V B/V Y/V
A、B中只要有一个 是低电平，必有一个二 极管导通，使输出钳位 3V 为0.7V，逻辑0。
A、B同时为1，两 0V 个二极管都导通，输出 3.7V ， 逻辑1。
TTL、ECL I2L、HTL
PMOS
集
双极型集成逻辑门 NMOS
成 按器件类型分 逻 辑 门 按集成度分
MOS集成逻辑门
CMOS
SSI（10个以下个等效门）
MSI（10~100个等效门）
LSI （100~103个等效门）
VLSI（>104个以上等效门）
本章内容
基本逻辑门的基本结构、工作原理及外部特性。
反向恢复时间 （几纳秒内）
影响二极 管的开关 时间主要 是反向恢 复时间， 不是开通 时间。
当外加电压突然由正向变为反向时，存储电荷在反向电场的作用
下，形成较大的反向电流。经过ts后，存储电荷显著减少，反向电 流迅速衰减并趋于稳态时的反向饱和电流。
反向恢复时间即存储电荷消失所需要的时间，它远大于正向导通 所需要的时间。这就是说，二极管的开通时间是很短的，它对开关 速度的影响很小，以致可以吉大忽数电略课不件第计三章。门电路
小。可以通过改变vGS的吉大大小数电来课件控第制三章i门D的电路大小。
二、MOS管的输入、输出特性
对于共源极接法的电路，栅极和衬底之间被二氧化硅绝缘层 隔离，所以栅极电流为零。
夹断区（截止区）
条件：整个沟道都夹断 vGSvGS(th)
特点： iD 0
用途：做无触点的、断开状态的电子开关。
可变电阻区
3.2 半导体二极管门电路
DD
3.2.1 半导体二极管的开关特性
Ui<0.5V 二极管截止
iD(mA)
IF
iD=0
UBR
0
u D ( V)
0.5 0.7
Ui>0.5V
二极管导通
伏安特性
++ u－u－i=i 0V
++ RRLL u－ou－o
ui=0V开 时关 的电等路效电路
ui＝0V时，二极管截止， 如同开关断开，uo＝0V。
二极管或门 的逻辑电平
30
A/V B/V Y/V 2.30VV 0 0 0
0
0 3 2.3 3 0 2.3
3 3 2.3
Y=A+B
吉大数电课件第三章门电路
A BY
0 00 0 11 1 01 1 11
3.3 CMOS门电路
Байду номын сангаас
3.3.1 MOS管的开关特性
在CMOS集成电路中，以金属－氧化物－半导体场效应管 （MOS管)作为开关器件。
(2)恒流性：输出电流iD 基本上不受输出电压vDS的影响。
用途:可做放大器和恒流源。 吉大数电课件第三章门电路
三、MOS管的基本开关电路
vO≈vDD
vO≈0
当vI=vGS<VGS(th)时，MOS 管工作在截止区。D-S间
当vI>VGS(th)，且vI继续升高时，MOS管 工作在可变电阻区。MOS管导通内阻
吉大数电课件第三章门电路
vGS>0时
源
VGS VDS
极
与
S GD
衬
底
接 在
N
N
一
起
P
vGS>VGS(th)，形成电 场G—B,把衬底中的 电子吸引到上表面， 除复合外，剩余的 电子在上表面形成 了N型层（反型层） 为D、S间的导通提 供了通道。
N沟道
VGS(th)称为阈值电压(开启电压）
VGS升高，导电沟道的截面积加大，iD增加。VGS控制iD的大
D
+ +－
+
ui＝5V时，二极管导通， 如 同 0.7V 的 电 压 源 ， uo ＝ 4.3V 。
ui=5V 0.7V RL －
uo －
u = 5V 吉大数电课件第三章门电路
i
时
的
等效电路
当外加电压由反向突然变 为正向时，要等到PN结内部 建立起足够的电荷梯度后才开 始有扩散电流形成，因而正向 电流的建立稍微滞后一点。
条件：源端与漏端沟道都不夹断
输出特性曲线（漏极特性曲线）
特在点VD:S(≈10)时当，vG导S 通为电定阻值R时O,NiD和是VGvSD的S关的系线：性函数，管子的漏源间呈
现为线性电阻，且其阻值受 vGS 控制。 （2）管压降vDS 很小。
用途：做压控线性电阻和无吉大触数电点课的件第、三章闭门合电路状态的电子开关。