第四讲逻辑门电路（1）课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,*,脉冲数字电路,电子技术基础（,3,）,第四讲 逻辑门电路（,1,）,2011,年,9,月,22,日,脉冲数字电路电子技术基础（3）第四讲 逻辑门电路（1）,第三章 逻辑门电路,3.1 MOS,逻辑门电路,3.2 TTL,逻辑门电路,3.3,射极耦合门电路,3.5,逻辑描述中的几个问题,3.6,逻辑门电路使用中的几个实际问题,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,2,第三章 逻辑门电路3.1 MOS逻辑门电路2011092,获得高、低电平的基本原理,2011,09,22,3,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门电路,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,获得高、低电平的基本原理201109223用以实现基本逻,第三章 逻辑门电路,3.1 MOS,逻辑门电路,3.2,TTL,逻辑门电路,3.3,射极耦合门电路,3.5,逻辑描述中的几个问题,3.6,逻辑门电路使用中的几个实际问题,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,4,第三章 逻辑门电路3.1 MOS逻辑门电路2011092,TTL,逻辑门电路,二极管的开关特性,BJT,的开关特性,基本逻辑门电路,TTL,逻辑门电路,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,5,TTL逻辑门电路二极管的开关特性20110922中国科学,本征半导体中的自由电子和空穴,6,制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到,99.9999999%,，常称为“九个,9”,本征半导体,化学成分纯净的半导体晶体,+4,硅、锗：,4,价原子,很低温度时，晶体接近于理想结构，当于绝缘体,共价键,室温下，热能破坏共价键，产生自由电子和空穴,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,本征半导体中的自由电子和空穴6制造半导体器件的半导体材料的纯,2011,09,22,7,在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等,空穴,硼原子,硅原子,多数载流子,空穴,少数载流子,自由电子,P,型半导体,受主离子,空穴,电子空穴对,P,型半导体,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,201109227 在本征半导体中掺入三价杂质元素，,2011,09,22,8,N,型半导体,多余电子,磷原子,硅原子,多数载流子,自由电子,少数载流子,空穴,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,N,型半导体,施主离子,自由电子,电子空穴对,在本征半导体中掺入五价杂质元素，如磷、砷等,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,201109228N型半导体多余电子磷原子硅原子多数载流,PN,结,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,9,-,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,N,区,P,区,-,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,N,区,P,区,平衡状态下的,PN,结,耗尽层,内电场,PN结20110922中国科学技术大学 快电子 刘树彬,PN,结的导电特性,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,10,-,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,N,区,P,区,R,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,N,区,P,区,+,+,-,-,+,+,-,-,R,+,电流,I,PN结的导电特性20110922中国科学技术大学 快电子,PN,结的伏安特性,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,11,根据理论推导，,PN,结的伏安特性曲线如图,正偏,I,F,（多,数载流,子扩散）,I,R,（少数载流子漂移）,反偏,反向饱和电流,反向击穿电压,反向击穿,热击穿,烧坏,PN,结,电击穿,可逆,PN结的伏安特性20110922中国科学技术大学 快电子,TTL,逻辑门电路,二极管的开关特性,BJT,的开关特性,基本逻辑门电路,TTL,逻辑门电路,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,12,TTL逻辑门电路二极管的开关特性20110922中国科学,二极管的开关特性,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,13,开通时间：极短,反向恢复时间,t,re,=t,s,(,存储时间,)+t,t,(,渡越时间,),二极管的开关特性20110922中国科学技术大学 快电子,产生反向恢复过程的原因,电荷存储效应,2011,09,22,14,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,产生反向恢复过程的原因电荷存储效应201109221,TTL,逻辑门电路,二极管的开关特性,BJT,的开关特性,基本逻辑门电路,TTL,逻辑门电路,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,15,TTL逻辑门电路二极管的开关特性20110922中国科学,BJT,的结构,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,16,NPN,型,PNP,型,符号:,三极管的结构特点,:,（,1,）发射区的掺杂浓度基区掺杂浓度,（,2,）基区要制造得很薄且浓度很低,-,-,N,N,P,发射区,集电区,基区,发射结,集电结,e,c,b,发射极,集电极,基极,-,-,P,P,N,发射区,集电区,基区,发射结,集电结,e,c,b,发射极,集电极,基极,Bipolar Junction Transistor,BJT的结构20110922中国科学技术大学 快电子 刘,BJT,放大的工作原理,2011,09,22,17,发射结正偏，发射区的电子向基区移动形成电流，其中小部分与空穴复合，形成电流,I,B,因为集电结反偏，收集扩散到集电区边缘的电子，形成电流,I,CN,另外，集电结区的少数载流子形成漂移电流,I,CBO,两种载流子参与导电,双极性晶体管,B,ipolar,J,unction,T,ransistor,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,BJT放大的工作原理2011092217发射结正偏，发射,BJT,的开关工作状态,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,18,截止时，发射结和集电结都反偏,BJT的开关工作状态20110922中国科学技术大学 快,NPN,饱和时各极电压,i,B,=V,CC,/,R,C,i,C,=,(,V,CC,-v,CE,),/R,C,v,CE,=V,CC,-I,CS,R,C,=V,CES,0.20.3V,v,BE,=0.7V,v,BC,=v,BE,-v,CE,=0.4V,集电结和发射结均正向偏置,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,19,+V,CC,R,b,R,c,4K,+,0.3V,i,B,i,C,+,0.7V,-,0.4V,+,NPN饱和时各极电压iB=VCC/RC,iC=(VCC,NPN,型,BJT,工作状态的特点,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,20,NPN型BJT工作状态的特点20110922中国科学技术,BJT,的开关时间,延迟时间,t,d,势垒区变窄，发射区电子注入基区并大部分被集电极收集,上升时间,t,r,i,c,增大到,0.9I,CS,存储时间,t,s,存储电荷从基区和集电区抽出,下降时间,t,f,对应于,0.9I,CS,的存储电荷消散需要的时间,可通过改进,BJT,内部构造和外电路方法来提高,BJT,的开关速度,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,21,BJT的开关时间延迟时间td20110922中国科学技术,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,22,V,IH,-2,t,0,0.9,I,CS,0.1,I,CS,t,0,V,CC,t,0,20110922中国科学技术大学 快电子 刘树彬22V,基本,BJT,反相器的动态特性,（带负载电容）,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,23,基本BJT反相器的动态特性（带负载电容）20110922,容性负载的充放电,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,24,r,o,容性负载的充放电,截止：时间常数,=,R,C,C,L,饱和：时间常数,=,r,ce,C,L,r,be,r,ce,R,c,时间常数,R,C,C,L,较大，使得,充电、放电时间过大，增加,了波形的上升时间,容性负载的充放电20110922中国科学技术大学 快电子,TTL,逻辑门电路,二极管的开关特性,BJT,的开关特性,基本逻辑门电路,TTL,逻辑门电路,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,25,TTL逻辑门电路二极管的开关特性20110922中国科学,二极管与门电路,26,输 入,输出,V,A,（,V,）,V,B,（,V,）,V,L,（,V,）,0V,0V,5V,5V,0V,5V,0V,5V,0V,0V,0V,5V,0,1,0,1,B,L,A,0,0,1,1,输 入,0,0,0,1,输出,与逻辑真值表,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,二极管与门电路26输 入输出VA（V）VB（V）VL,二极管或门电路,27,输 入,输出,V,A,（,V,）,V,B,（,V,）,V,L,（,V,）,0V,0V,5V,5V,0V,5V,0V,5V,0V,5V,5V,5V,0,1,0,1,B,L,A,0,0,1,1,输 入,0,1,1,1,输出,或逻辑真值表,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,二极管或门电路27输 入输出VA（V）VB（V）VL,三极管非门电路,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,28,输 入,输 出,V,A,（,V,）,V,L,（,V,）,0V,5V,5V,0V,L,A,0,1,输 入,1,0,输 出,非逻辑真值表,三极管非门电路20110922中国科学技术大学 快电子,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,29,（,1,）在多个与门串接使用时，会出现低电平偏离标准数值的情况；或门情况类似,（,2,）负载能力差,（,3,）速度慢,二极管与门和或门电路的缺点,20110922中国科学技术大学 快电子 刘树彬29（,2011,09,22,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,30,将二极管与门（或门）电路和三极管非门电路组合起来,Diode Transistor LogicDTL,解决办法,20110922中国科学技术大学 快电子 刘树彬30将,DTL,与非门电路,2011,09,22,31,工作原理：,（,1,）当,A,、,B,、,C,全接为高电平,5V,时，二极管,D,1,D,3,都截止，而,D,4,、,D,5,和,T,导通，且,T,为,饱和,导通,，,V,L,=0.3V,，即输出低电平,（,2,）,A,、,B,、,C,中只要有一个为低电平,0.3V,时，则,V,P,1V,，从而使,D,4,、,D,5,和,T,都截止，,V,L,=,V,CC,=5V,，即输出高电平,所以该电路满足与非逻辑关系，即：,中国科学技术大学 快电子 刘树彬,DTL与非门电路2011092231工作原理：中国科学技,TTL,逻辑门电路,二极管的开关特性,BJT,的开关特性,基本逻