第五章集成門電路

1、模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù) 第五章 集成門電路一、半導體器件的開關(guān)特性1、二極管的開關(guān)特性（1）、開關(guān)作用 二極管加正偏電壓時導通，導通電壓比較?。ü韫芗s為，鍺管約為）。二極管加反向電壓時截止，截止后的反向電流很小。（2）、動態(tài)特征反向恢復過程：D正偏時，PN結(jié)電阻較??；加上反壓后，形成較大的電流。之后，隨著結(jié)電阻的增加，反向電流逐漸減小，直至漏電流。電流由所需的時間，成為反向恢復時間。說明： a、轉(zhuǎn)換時間：截止導通較小，導通截止較大，故二極管D的開關(guān)時間以來衡量。 b、的最高頻率以10來取值。2、晶體管的開關(guān)特性（1）、開關(guān)作用當為高電平（5V）時，發(fā)射結(jié)正偏。當基極電流足夠大時，將使晶體管飽

2、和導通，其管壓降很?。ü韫芗s為0.3V，鍺管約為0.1V），所以工程上可以認為，即集電極與發(fā)射極之間相當于短路。晶體管飽和的條件：晶體管剛剛由放大進入飽和時的狀態(tài)稱為臨界飽和狀態(tài)，此時的集電極電流稱為集電極臨界飽和電流，用表示，則：此時的基極電流稱為基極臨界飽和電流，用表示，則： 晶體管飽和的條件就是：，且臨界飽和電流是由外電路（）決定的。 當為低電平（0V）時，發(fā)射結(jié)無法導通，晶體管處于截止狀態(tài)，即集電極和發(fā)射極之間相當于斷路。（2）、動態(tài)特性開啟時間為晶體管從截止導通，建立電荷需要的時間，關(guān)閉時間為晶體管從導通截止存儲電荷消散需要的時間。 說明：（1）、轉(zhuǎn)換時間：截止導通時間較小，導通截止

3、時間較大。 （2）、中占主要部分。3、絕緣柵型場效應晶體管的開關(guān)特性二、基本門電路1、二極管與門電路 如圖，A、B為輸入端，Y為輸出端。假設(shè)電源電壓，輸入信號的高電平為5V，低電平為0V，二極管、A的正向?qū)妷壕鶠?.7V。當輸入端A為低電平時，二極管導通，此時無論輸入端B為高電平還是低電平，輸出端Y的電位被鉗制在0.7V。當輸入端A、B均為高電平時，二極管、均截止，輸出Y為5V。2、二極管或門電路如圖，或門電路的假設(shè)條件與二級管與門電路相同。當輸入端A、B均為低電平時，二極管、均截止輸出Y為0V；當輸入端A、B中至少有一個為高電平時，輸出端Y為4.3V。3、晶體管非門電路如圖所示電路是由晶

4、體管組成的非門電路，也稱晶體管反相器。 當輸入端A為低電平時，晶體管截止，輸出端Y為5V；當輸入端A為高電平時，晶體管飽和導通，輸出端Y近似為0。上述介紹的用二極管、晶體管、和電阻等單個元器件構(gòu)成的門電路稱為分立元器件門電路，其缺點是體積大、工作速度低、帶負載能力差。集成電路（Integrated Circuit）就是將所有的元件和連線都制作在同一塊半導體基片(芯片)上。集成電路分模擬和數(shù)字兩大類。數(shù)字電路的基本邏輯單元有兩大類，一類是實現(xiàn)各種基本邏輯關(guān)系的電子電路，稱為邏輯門電路，它是構(gòu)成組合邏輯電路的基本單元；還有一類是具有記憶功能的邏輯電路，稱為觸發(fā)器，它是構(gòu)成時序邏輯電路的基本單元。集

5、成邏輯門電路的分類：如果集成邏輯門是以雙極型晶體管（電子和空穴兩種載流子均參與導電）為基礎(chǔ)的，則稱為雙極型集成邏輯門電路。它主要有下列幾種類型：晶體管晶體管邏輯門電路(TTL：Transistor-Transistor Logic)；高閾值邏輯門電路(HTL：High Threshold Logic)；射極耦合邏輯門電路(ECL：Emitter Coupled Logic； ECL門又叫做電流開關(guān)邏輯門，即Current Switching Logic,CSL)；集成注入邏輯門電路(I2L ：Integrated Injection Logic)。 如果集成邏輯門是以單極型晶體管（只有一種極性

6、的載流子：電子或空穴）為基礎(chǔ)的，則稱為單極型集成邏輯門電路。目前應用得最廣泛的是金屬-氧化物-半導體場效應管邏輯電路(MOS：Metal Oxide Semiconductor)。MOS電路又可分為：PMOS(P溝道MOS)；NMOS(N溝道MOS)；CMOS(PMOSNMOS互補)。三、TTL集成門電路（一）、TTL與非門1、TTL與非門的工作原理（1）、電路組成輸入級由多發(fā)射極晶體管和基極電組組成，它能實現(xiàn)輸入變量A、B、C的與運算。中間級是放大級，由、和組成，的集電極和發(fā)射極可以分別提供兩個相位相反的電壓信號。輸出級由晶體管、和、組成，其中、構(gòu)成復合管，與組成推拉式輸出結(jié)構(gòu)，具有較強的負

7、載能力。輸入多發(fā)射極的作用:1、參數(shù)一致性好；2、縮小體積；3、縮短從飽和向截止的轉(zhuǎn)換時間，即加速轉(zhuǎn)換過程。（2）、原理分析 如圖，電源電壓，3.6V為高電平，0.3V為低電平，晶體管導通電壓為0.7V。a、當輸入端A、B、C都為高電平時，的基極電位和集電極電位均要升高。當上升至1.4V時，、的發(fā)射結(jié)均得到0.7V的電壓而導通。這時的基極對地有三個PN結(jié)串聯(lián)，即：。此時，的發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)正偏。的集電極電位，所以導通；的基極電位，所以截止。綜合上述，輸出電壓。b、當輸入端A、B、C中至少有一個低電平時，如輸入端C為低電平，其余各輸入端均為高電平。由于的發(fā)射結(jié)（C）先導通，則其基極電位，即把基

8、極電位鉗制在1V左右，不足以使、導通，均處于截止狀態(tài)。 當截止時，這一電壓能推動復合管、進入導通狀態(tài)，且輸出電壓。2、TTL與非門的電壓傳輸特性TTL與非門的輸出電壓隨輸入電壓變化的關(guān)系曲線，稱為電壓傳輸特性。（1）、電壓傳輸特性分析AB段：截止區(qū)，當，時，、截止，輸出高電平。BC段：線性區(qū)，當0.6V1.3V，0.7V1.4V時，開始導通，仍截止，隨升高而下降，經(jīng)、兩級射隨器使下降。CD段：轉(zhuǎn)折點，=1.4V，、飽和。DE段：飽和區(qū)，>1.4V，0.3V。（2）、主要參數(shù)輸出高電平：當輸入端至少有一個接低電平、輸出端空載時的輸出電平，其典型值約為3.6V，的下限值稱為標準高電平，其典型

9、值為。輸出低電平：當輸入端全為高電平時的輸出電平，的上限值稱為標準低電平，其典型值為。關(guān)門電平：與非門在保證輸出為高電平時，允許的最大輸入低電平值。 。開門電平：與非門在保證輸出為低電平時，允許的最小輸入高電平值。噪聲容限：在保證輸出高、低電平基本不變的條件下，輸入電平的允許波動的范圍稱為輸入端噪聲容限。高電平噪聲容限是指在保證輸出低電平的前提下，允許疊加在輸入高電平上的最大噪聲容限。低電平噪聲容限是指保證輸出高電平的前提下，允許疊加在輸入低電平上的最大噪聲容限。3、TTL與非門的輸入/輸出特性（1）、輸入伏安特性：輸入電壓與輸入電流之間的關(guān)系曲線，即ii = f（Vi）輸入短路電流IIS：Vi = 0V時由輸入端流出的電流。輸入漏電流IIH（輸入高電平電流），Vi = 3.6V時,由輸入端流入的電流。灌電流拉電流（2）、輸入端負載特性：即輸入端通過電阻R接地時的特性由圖可知：,當時，幾乎與成正比，隨的增大而上升。但是當上升到1.4V以后，、的發(fā)射結(jié)同時導通，將的基極電位鉗