電子技術(shù)ch門電路和cmos—學(xué)時修改PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1電子技術(shù)電子技術(shù)ch門電路和門電路和cmos學(xué)時修改學(xué)時修改（2-2） 11.1 概述概述門電路是用以實現(xiàn)邏輯關(guān)系的電子門電路是用以實現(xiàn)邏輯關(guān)系的電子電路，與我們所講過的基本邏輯關(guān)系相電路，與我們所講過的基本邏輯關(guān)系相對應(yīng)，門電路主要有：對應(yīng)，門電路主要有：與門與門、或門或門、與與非門非門、或非門或非門、異或門異或門等。等。在數(shù)字電路中，一般用高電平代表在數(shù)字電路中，一般用高電平代表1、低點平代表低點平代表0，即所謂的，即所謂的正邏輯系統(tǒng)正邏輯系統(tǒng)。（2-3） ViVoKVccR100VVcc只要能判斷高低電平即可K開開-Vo=1, 輸出高電平輸出高電平K合合-Vo=0, 輸出低電平輸

2、出低電平可用三極管代替（2-4）R1R2AF+uccuAtuFt+ucc0.3V三極管的開關(guān)特性：三極管的開關(guān)特性：（2-5） 11.2 分離元件門電路分離元件門電路 二極管與門二極管與門FD1D2AB+12VuAuBuF0V0V0.3V0V3V0.3V3V0V0.3V3V3V3.3V（2-6）二極管或門二極管或門uAuBuF0V0V-0.3V0V3V2.7V3V0V2.7V3V3V2.7VFD1D2AB-12V（2-7）R1DR2AF+12V +3V三極管非門三極管非門uAuF3V0.30V3.3嵌位二極管（2-8）R1DR2F+12V +3V三極管非門三極管非門D1D2AB+12V二極管與

3、門二極管與門與非與非門門（2-9）1、體積大、工作不可靠。、體積大、工作不可靠。2、需要不同電源。、需要不同電源。3、各種門的輸入、輸出電平不匹配。、各種門的輸入、輸出電平不匹配。（2-10） 11.3 TTL集成門電路集成門電路5.3.1 TTL與非門的基本原理與非門的基本原理與分離元件電路相比，集成電路與分離元件電路相比，集成電路具有體積小、可靠性高、速度快的特具有體積小、可靠性高、速度快的特點，而且輸入、輸出電平匹配，所以點，而且輸入、輸出電平匹配，所以早已廣泛采用。根據(jù)電路內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，早已廣泛采用。根據(jù)電路內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，可分為可分為DTL、TTL、HTL、MOS管管集集成門電路。成門電路

4、。（2-11）+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCTTL與非門的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與非門的內(nèi)部結(jié)構(gòu)CBAF （2-12）+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC1、任一輸入為低電平（、任一輸入為低電平（0.3V）時）時“0”1V不足以讓T2、T5導(dǎo)通三個PN結(jié)導(dǎo)通需2.1V（2-13）+5VFR4R2R13kR5T3T4T1b1c1ABC1、任一輸入為低電平（、任一輸入為低電平（0.3V）時）時“0”1Vuouo=5-uR2-ube3-ube4 3.4V高電平！高電平?。?-14）+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC2

5、、輸入全為高電平（、輸入全為高電平（3.4V）時）時“1”全導(dǎo)通電位被嵌在2.1V全反偏 1V截止（2-15）2、輸入全為高電平（、輸入全為高電平（3.4V）時）時+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC全反偏“1”飽和uF=0.3VABCF 此電路此電路（2-16）一、電壓傳輸特性一、電壓傳輸特性11.3.2 TTL與非門的特性和技術(shù)參數(shù)與非門的特性和技術(shù)參數(shù)測試電路測試電路&+5Vuiu0（2-17）u0(V)ui(V)123UOH(3.4V)UOL(0.3V)傳輸特性曲線傳輸特性曲線u0(V)ui(V)123UOH“1”UOL(0.3V)閾值閾值UT=1.4V理想的傳輸

6、特理想的傳輸特性性輸出高電平輸出低點平（2-18）1、輸出高電平、輸出高電平UOH、輸出低電平、輸出低電平UOL UOH 2.4V UOL 0.4V 便認(rèn)為合格。便認(rèn)為合格。 典型值典型值UOH=3.6V UOL =0.3V 。 2、閾值電壓、閾值電壓VTHuiVTH時，認(rèn)為時，認(rèn)為ui是高電平。是高電平。VTH=1.4V（2-19）二、輸入、輸出負(fù)載特性二、輸入、輸出負(fù)載特性&？1、前后級之間電流的聯(lián)系、前后級之間電流的聯(lián)系（2-20）+5VR4R2R5T3T4R1T1+5V前級輸出為前級輸出為 高電平時高電平時前級前級后級后級反偏流出前級電流IOH（拉電流）（2-21）前級輸出為前

7、級輸出為 低電平時低電平時+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1R1T1+5V前級前級后級后級流入前級的電流IOL 約 1.4mA (灌電流)（2-22）名稱及符號名稱及符號 含義含義 輸入低電平電流輸入低電平電流 IiL 輸入為低電平時流入輸入為低電平時流入輸入端的電流輸入端的電流1.6mA。 輸入高電平電流輸入高電平電流 IiH 輸入為高電平時流入輸入為高電平時流入輸入端的電流輸入端的電流40A。 IOL及其極限及其極限 IOL（max） 一般一般 IOL 16mA IOH及其極限及其極限 IOH (max) 一般一般 IOH 0時UGS足夠大,（UGS 開啟電壓）感應(yīng)出足夠多電子，這

8、里出現(xiàn)以電子導(dǎo)電為主的N型導(dǎo)電溝道。感應(yīng)出電子時，管子工作在夾斷區(qū))(thGSGSUu 稱為閾值電壓)(thGSU)(thGSU(1-53)UGS較小時，導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電阻將D-S連接起來，UGS越大此電阻越小。PNNGSDUDSUGS時，導(dǎo)電溝道形成。)(thGSGSUu(1-54)PNNGSDUDSUGS當(dāng)UDS不太大時，導(dǎo)電溝道在兩個N區(qū)間是均勻的。當(dāng)UDS較大時，靠近D區(qū)的導(dǎo)電溝道變窄。2） UGS一定， UDS 對溝道的控制作用GDGSDSDGGSDGDSUUUUUUUDSGSGDUUU(1-55)PNNGSDUDSUGSIDUGS一定， UDS增加到UGDUGS(th)時,漏端的溝

9、道被夾斷，稱為予夾斷。注意：注意：此時：此時：)(thGSDSGSGDUUUU)(thGSGSDSUUU當(dāng)UDS較大時，靠近D區(qū)的導(dǎo)電溝道變窄，此時VDS 基本均勻降落在溝道中，溝道呈斜線分布。為可變電阻區(qū)。UGS一定， UDS 對溝道的控制作用管子予夾斷時：DSGSGDUUU（2-56）UDS再增大，則被夾斷區(qū)向下延伸。此時，電流由未被夾斷區(qū)域中的載流子形成，基本不隨UDS的增加而增加，呈恒流特性。顯然，可以通過改變來控制的大小。這就是對的控制作用。DiDiGSuGSuDiPNNGSDUDSUGS)(thGSDSGSGDUUUU（2-57）(1-57)所以所以場效應(yīng)管為電壓控制器件，用來描述

10、場效應(yīng)管為電壓控制器件，用來描述動態(tài)的對的控制作用，稱為動態(tài)的對的控制作用，稱為低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo)。mggsudiDQDOthGSuGSDmIIUuigCDS)(2DthGSGSDOiUuI時的是)(2(1-58)2)()1(thGSGSDODUuIi電流方程：電流方程：DthGSGSDOiUuI時的是)(2（2-59） 當(dāng)當(dāng)VDS為為0或或較小時，較小時，VGDVth，此時此時VDS 基本均勻降落基本均勻降落在溝道中，溝在溝道中，溝道呈斜線分布道呈斜線分布。為可變電阻為可變電阻區(qū)。區(qū)。 當(dāng)當(dāng)VDS增加到使增加到使VGD=Vth時，漏極處溝道時，漏極處溝道將縮減到剛剛開啟的情將縮減到剛剛開啟的情

11、況，稱為預(yù)夾斷。源區(qū)況，稱為預(yù)夾斷。源區(qū)的自由電子在的自由電子在VDS電場力電場力的作用下，仍能沿著溝的作用下，仍能沿著溝道向漏端漂移，一旦到道向漏端漂移，一旦到達預(yù)夾斷區(qū)的邊界處，達預(yù)夾斷區(qū)的邊界處，就能被預(yù)夾斷區(qū)內(nèi)的電就能被預(yù)夾斷區(qū)內(nèi)的電場力掃至漏區(qū)，形成漏場力掃至漏區(qū)，形成漏極電流。極電流。為預(yù)夾斷區(qū)。為預(yù)夾斷區(qū)。 當(dāng)當(dāng)VDS增加到使增加到使VGD Vth時，時，預(yù)夾斷點向源極端延伸成小的預(yù)夾斷點向源極端延伸成小的夾斷區(qū)。由于預(yù)夾斷區(qū)呈現(xiàn)高夾斷區(qū)。由于預(yù)夾斷區(qū)呈現(xiàn)高阻，而未夾斷溝道部分為低阻，阻，而未夾斷溝道部分為低阻，因此，因此， VDS增加的部分基本上增加的部分基本上降落在該夾斷區(qū)內(nèi)

12、，而溝道中降落在該夾斷區(qū)內(nèi)，而溝道中的電場力基本不變，漂移電流的電場力基本不變，漂移電流基本不變，所以，從漏端溝道基本不變，所以，從漏端溝道出現(xiàn)預(yù)夾斷點開始，出現(xiàn)預(yù)夾斷點開始， ID基本不基本不隨隨VDS增加而變化。增加而變化。為恒流區(qū)為恒流區(qū)。(1-60)iDu DS0UGS0恒流區(qū)可變電阻區(qū)予夾斷曲線予夾斷曲線夾斷區(qū)輸出特性曲線輸出特性曲線四、增強型四、增強型N N溝道溝道MOSMOS管的特性曲線管的特性曲線2V4V6V8V10V12VCuDSDGSufi)()(1-61)轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線0iDuGS )(thGSUCuGSDDSufi)(（2-62）絕絕緣緣柵柵增增強強型型N溝溝

13、P溝絕絕緣緣柵柵耗耗盡盡型型 N溝道P 溝道（2-63）場效應(yīng)管的工作區(qū)的條件絕絕緣緣柵柵增增強強型型N溝溝P溝可變電阻區(qū)夾斷區(qū)予夾斷恒流區(qū)0)(DSthGSGSUUU00)()(DSthGSGDthGSGSUUUUU00)()(DSthGSGDthGSGSUUUUU00)()(DSthGSGDthGSGSUUUUU0)(DSthGSGSUUU00)()(DSthGSGDthGSGSUUUUU00)()(DSthGSGDthGSGSUUUUU00)()(DSthGSGDthGSGSUUUUU工作區(qū)（2-64）例：例：測得某放大電路中測得某放大電路中3個個MOS管的管的3個電極電位和開啟電壓如個

14、電極電位和開啟電壓如下，試分析各管的工作狀態(tài)下，試分析各管的工作狀態(tài) 管號工作狀態(tài)工作狀態(tài) 14-513恒流區(qū)恒流區(qū) 2-40-3-10夾斷區(qū)夾斷區(qū) 3-4605可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)夾斷區(qū)予夾斷恒流區(qū)0)()(DSthGSGDthGSGSUUUUU00)()(DSthGSGDthGSGSUUUUU00)()(DSthGSGDthGSGSUUUUU00)()(DSthGSGDthGSGSUUUUU00)()(DSthGSGDthGSGSUUUUU00)()(DSthGSGDthGSGSUUUUU00)()(DSthGSGDthGSGSUUUUU工作區(qū)絕緣柵增強型N溝P溝vUthGS/)

15、(vUS/vUG/vUD/0)()(DSthGSGDthGSGSUUUUU（2-65）雙極型三極管 場效應(yīng)三極管 結(jié)構(gòu) NPN型 結(jié)型 N溝道 P溝道 與 PNP型 絕緣柵 增強型 N溝道 P溝道 分類 C與E一般不可 絕緣柵 耗盡型 N溝道 P溝道 倒置使用 D與S有的型號可倒置使用 載流子 多子擴散少子漂移 多子漂移 輸入量 電流輸入 電壓輸入 控制 電流控制電流源 電壓控制電流源 噪聲 較大 較小溫度特性 受溫度影響較大 較小，且有零溫度系數(shù)點輸入電阻 幾十到幾千歐姆 幾兆歐姆以上靜電影響 不受靜電影響 易受靜電影響集成工藝 不易大規(guī)模集成 適宜大規(guī)模和超大規(guī)模集成(1-66)場效應(yīng)管場

16、效應(yīng)管1. 分類按導(dǎo)電溝道分 N 溝道P 溝道按結(jié)構(gòu)分 絕緣柵型(MOS)結(jié)型按特性分 增強型耗盡型uGS = 0 時， iD = 0uGS = 0 時， iD 0增強型耗盡型(耗盡型)（2-67）五、CMOS門電路1、M OS管開關(guān)等效電路（理想情況下）當(dāng)UGS2v時，當(dāng)UGS-2v時,（等效開關(guān)圖同上）TN 截止1 1、NM OS 管開關(guān)等效電路管開關(guān)等效電路TN導(dǎo)通：TP導(dǎo)通：TP截止：（2-68）基本電路用TP管和TN管構(gòu)成。輸入脈沖幅度通常為VDD。VA0VTP TNUYVDD真值表真值表A01Y10表達式表達式Y(jié)=A0VDDVDD截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通0TNTP+VDDAY2、 CMOS

17、反向器的工作原理反向器的工作原理一一. 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)二二.工作原理工作原理CMOS門電路中的其它門：與、或、異或門、同或門等可以自學(xué)如同TTLOC門，CMOS OD門，可用來實現(xiàn)“線與邏輯”。3、 OD門（漏極開路的門電路）、門（漏極開路的門電路）、三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門（2-69）1）CMOS傳輸門（傳輸門（TG）組成和邏輯符號當(dāng)C=0時，C=1時，當(dāng)C=1，時C=0時，T1、T2總有一個導(dǎo)電，傳輸門導(dǎo)通。工作時，要求UI在0VDD之間變化。CMOS傳輸門是雙向輸入和輸出器件，兩端可以互易使用。CT2T1VDDVI/VOVO/VICTGCVI/VOVO/VIC4、CMOS傳輸門傳輸門T1、T2截止，傳輸門截止。（2-70）2） CMOS傳輸門應(yīng)用舉例傳輸門應(yīng)用舉例利用CMOS傳輸門和CMOS非門可以組成各種復(fù)雜