半导体二极管门电路

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一节 半导体二极管门电路,第一节 半导体二极管门电路,半导体二极管的开关特性,二极管与门,二极管或门,概述,下页,总目录,推出,1,下页,返回,一、概述,1.门电路的概念,用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路，,通称为,逻辑门电路,，简称,门电路,。,常用的门电路在逻辑功能上有：,与门,、,或门,、,非门,、,与非门,、,或非门,、,与或非门,、,异或门,等。,上页,2,下页,返回,上页,在二值逻辑中，逻辑变量的取值不是,就是,，,在数字电路中，与之对应的是：,电子开关,的,两种状态,。,半导体二极管,、,三极管,和,MOS管,，,则是构成这种电子开关的基本开关元件。,2.逻辑变量与状态开关,3,下页,返回,上页,高电平,和,低电平,是两种状态，,是两个不同的可以截然区别开来的电压范围。,在电子电路中用高、低电平，分别表示二值逻辑的,1,和,0,两种逻辑状态。,3.高、低电平与正、负逻辑,控制开关S,S断开时，输出高电平,S接通时，输出低电平,输入信号,获得高，低电平的基本原理,输出信号,R,v,O,S,v,I,V,cc,4,下页,返回,上页,4.正逻辑和负逻辑,1,0,正逻辑,0,1,负逻辑,用表示高电平,用表示低电平,用0表示高电平,用1表示低电平,今后除非特别说明，本书中一律采用正逻辑。,5,下页,返回,上页,5.门电路的发展,在最初的数字逻辑电路中，每个门电路都是用若干个分立的半导体器件和电阻、电容连接而成的。,用这种单元电路组成大规模的数字电路是非常困难的，这就严重地制约了数字电路的普遍应用。,随着数字集成电路的问世和大规模集成电路工艺水平的不断提高，今天已经能把大量的门电路集成在一块很小的半导体芯片上，构成功能复杂的“片上系统”。,从制造工艺上可以将目前使用的数字集成电路分为,双极型,、,单极型,和,混合型,三种。,6,下页,返回,上页,1961年美国得克萨斯仪器公司率先将数字电路的元、器件制作在同一硅片上，制成了数字集成电路（,Integrated Circuits,，简称,IC,）。,由于集成电路,体积小,、,重量轻,、,可靠性好,，因而在大多数领域里迅速取代了分立器件组成的数字电路。,直到20世纪80年代初，采用双极型三极管组成的TTL型集成电路一直是数字集成电路的主流产品。,TTL电路存在着一个严重的缺点，这就是它的功耗比较大。因此，用TTL电路只能做成小规模集成电路(简称,SSI,，其中仅包含10个以内的门电路）和中规模集成电路(简称,MSI,，其中包含10100个门电路）。,7,下页,返回,上页,CMOS集成电路出现于20世纪60年代后期，它最突出的优点在于功耗极低，所以非常适合制作大规模集成电路。,随着CMOS制作工艺的不断进步，无论是在工作速度还是在驱动能力上，CMOS电路都已经不比TTL电路逊色。,因此，CMOS电路便逐渐取代TTL电路而成为当前数字集成电路的主流产品。,但在现有的一些设备中仍旧在使用TTL电路。,8,下页,返回,上页,二、半导体二极管的开关特性,1.理想开关的开关特性,静态：,断开时，其等效电阻,R,OFF,=,，,通过其中的电流,I,OFF,=0,。,闭合时，其等效电阻,R,OFF,=0,，,其上的电压,U,AK,=0,。,动态：,开通时间,t,ON,=0,。,关断时间,t,OFF,=0,。,9,下页,返回,上页,2.半导体二极管的开关特性,时，二极管,导通,时，二极管,截止,控制二极管的开关状态,二极管开关电路,V,CC,R,D,+,-,-,+,v,O,v,I,假定二极管,D,为理想二极管,动画,10,下页,返回,上页,二极管的伏安特性,v,i,o,在分析各种实际的二极管电路时，由于二极管的特性并不是理想的开关特性，所以并不是任何时候都能假定二极管为理想二极管。,反向电阻不是无穷大,正向电阻不是0,为简化分析和计算，常用近似的二极管特性。,11,下页,返回,上页,+,-,3.二极管伏安特性的几种近似方法,R,L,+,-,V,ON,r,D,+,-,V,ON,O,i,v,V,ON,O,i,v,V,ON,V,CC,和,R,L,都很小时,V,ON,和,r,D,不能忽略,O,i,v,与,V,CC,和,R,L,相比,V,ON,不能忽略,r,D,可以忽略,与,V,CC,和,R,L,相比,V,ON,和,r,D,均可忽略,i,+,-,-,+,V,CC,v,12,返回,三、二极管与门,二极管与门的逻辑电平,A,/V,0,0,3,3,B,/V,0,3,0,3,Y,/V,0.7,0.7,0.7,3.7,D,1,、,D,2,导通,D,1,导通,D,2,截止,D,1,截止,D,2,导通,D,1,、,D,2,导通,1.电路组成及工作原理,最简单的与门可以由二极管和电阻组成。,图中,A,、,B,为两个输入变量，,Y,为输出变量。,设输入的高、低电平分别为,3V,、,0V,，,二极管的正向导通压降为,0.7V,。,Y,二极管与门,V,CC,（5V）,R,D,1,D,2,A,B,下页,上页,13,下页,返回,上页,A,0,0,1,1,B,0,1,0,1,Y,0,0,0,1,二极管与门的真值表,如果规定3V以上为高电平，用逻辑1 状态表示，,0.7V以下为低电平，用逻辑0状态表示，则可得如下真值表。,逻辑函数式,2.真值表,这种与门电路虽然简单，,但输出的高、低电平数值和输入的高、低电平数值不相等，,负载电阻的改变有时会影响输出高电平。,仅用作集成电路内部的逻辑单元。,A,B,Y,逻辑符号,仿真,14,下页,返回,上页,四、,二极管或门,A,/,V,0,0,3,3,B,/,V,0,3,0,3,Y,/,V,0,2.3,2.3,2.3,二极管或门的逻辑电平,D,1,、,D,2,截止,D,1,截止,D,2,导通,D,1,导通,D,2,截止,D,1,、,D,2,导通,1.电路组成及工作原理,最简单的或门也是由二极管和电阻组成。,图中,A,、,B,为两个输入变量，,Y,为输出变量。,设输入的高、低电平分别为,3V,、,0V,，,二极管的正向导通压降为,0.7V,。,D,1,R,D,2,A,B,Y,二极管或门,15,返回,A,0,0,1,1,B,0,1,0,1,Y,0,1,1,1,二极管或门的真值表,逻辑函数式,2.真值表,如果规定2.3V以上为高电平，用逻辑1 状态表示，,0.7V以下为低电平，用逻辑0状态表示，则可得如下真值表。,二极管或门同样存在输出电平偏移的问题，,也只用于集成电路内部的逻辑单元。,A,B,Y,逻辑符号,下页,上页,仿真,16,返回,上页,课堂练习,17,