第三章數(shù)字電子技術(shù)第五閻石課件

《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第五版）教學課件

清華大學

閻石王紅聯(lián)系地址：清華大學自動化系郵政編碼：100084電子信箱：wang_hong@聯(lián)系電話：(010)62792973補：半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識（1）本征半導(dǎo)體：純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。常用：硅Si，鍺Ge兩種載流子半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識（2）雜質(zhì)半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體多子：自由電子少子：空穴半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識（2）雜質(zhì)半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體多子：空穴少子：自由電子半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識（3）PN結(jié)的形成空間電荷區(qū)（耗盡層）擴散和漂移半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識（4）PN結(jié)的單向?qū)щ娦酝饧诱螂妷喊雽?dǎo)體基礎(chǔ)知識（4）PN結(jié)的單向?qū)щ娦酝饧臃聪螂妷喊雽?dǎo)體基礎(chǔ)知識（5）PN結(jié)的伏安特性正向?qū)▍^(qū)反向截止區(qū)反向擊穿區(qū)K:波耳茲曼常數(shù)T:熱力學溫度q:電子電荷第三章門電路3.1概述門電路：實現(xiàn)基本運算、復(fù)合運算的單元電路，如與門、與非門、或門······門電路中以高/低電平表示邏輯狀態(tài)的1/0獲得高、低電平的基本原理高/低電平都允許有一定的變化范圍正邏輯：高電平表示1，低電平表示0

負邏輯：高電平表示0，低電平表示1

3.2半導(dǎo)體二極管門電路

半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和外特性

（Diode）二極管的結(jié)構(gòu)： PN結(jié)+引線+封裝構(gòu)成PN3.2.1二極管的開關(guān)特性：高電平：VIH=VCC低電平：VIL=0VI=VIH

D截止，VO=VOH=VCCVI=VIL

D導(dǎo)通，VO=VOL=0.7V二極盒管的照開關(guān)宴等效慕電路暢：二極鏈管的慢動態(tài)聚電流戀波形線：3.侮2.職2二極演管與員門設(shè)VCC=歷5V加到A,賺B的VIH=3拆VVIL=0頁V二極園管導(dǎo)礙通時VDF=0謎.7大VABY0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7VABY000010100111規(guī)定3V以上卸為10.沈7V以下室為03.帥2.撕3二極醫(yī)管或門設(shè)VCC=盜5V加到A,坑B的VIH=3棋VVIL=0約V二極永管導(dǎo)分通時VDF=0逢.7我VABY0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3VABY000011101111規(guī)定2.跪3V以上兆為10V以下脹為0二極汽管構(gòu)客成的冰門電眠路的流缺點電平肅有偏計移帶負膚載能盼力差只用但于IC內(nèi)部溉電路3.鬧3掛CM繳OS門電栗路3.咐3.鵝1M褲OS管的柳開關(guān)蹈特性一、MO抹S管的唱結(jié)構(gòu)S往(S基ou蒼rc薯e)：源照極G紡(G孤at陶e)：柵圍極D畢(D擦ra郊in吐)：漏塵極B弦(S飼ub矛st答ra蜂te項):襯底金屬違層氧化鎮(zhèn)物層半導(dǎo)銳體層PN結(jié)以N溝道瓶增強泛型為例夜：以N溝道篩增強蜘型為例臂：當加+VDS時，VGS=0時，D-薪S間是歐兩個設(shè)背向PN結(jié)串蛋聯(lián)，iD=0加上+VGS，且狗足夠柔大至VGS>VGS(th),命D-顯S間形紹成導(dǎo)濟電溝臺道（N型層帥）開啟息電壓二、棕輸入返特性疾和輸謊出特船性輸入蠶特性自：直陳流電妙流為0，看印進去屑有一乒個輸遇入電資容CI，對申動態(tài)壤有影莊響。輸出挨特性的：iD=靠f工(VDS)對應(yīng)徐不同齒的VGS下得助一族汽曲線質(zhì)。漏極遞特性哄曲線（分縫三個房誠區(qū)域怕）截止行區(qū)恒流補區(qū)可變朽電阻旗區(qū)漏極暗特性佩曲線（分嶺三個航區(qū)域鉗）截止荷區(qū)：VGS<VGS琴(t狠h)，iD=覺0,負ROF晃F>紋109Ω漏極姜特性圾曲線（分稼三個喇區(qū)域?qū)懀┖懔魈魠^(qū)：iD基本蘆上由VGS決定破，與VDS關(guān)系赤不大漏極容特性應(yīng)曲線（分本三個擴區(qū)域史）可變許電阻酸區(qū)：銹當VDS較低銹（近絕似為0），VGS一定鑄時，宋這否個電瓜阻受VGS控制長、可追變。三、MO倆S管的紐奉基本有開關(guān)杏電路四、統(tǒng)等效前電路OF更F，截抽止狀還態(tài)ON，導(dǎo)衣通狀侮態(tài)五、MO余S管的籌四種踐類型增強盟型耗盡駝型大量授正離裁子導(dǎo)電缸溝道3.助3.藍2宅CM址OS反相惜器的搞電路烈結(jié)構(gòu)村和工罷作原嫂理一、脊電路堵結(jié)構(gòu)二、臨電壓元、電薯流傳先輸特郵性三、橋輸入塔噪聲奴容限結(jié)論閱：可拖以通弊過提昂高VDD來提膠高噪痛聲容粘限3.飼3.米3怎CM貌OS反相曠器的勇靜態(tài)袖輸入驅(qū)和輸沉出特啞性一、籌輸入乖特性二、亮輸出叉特性二、同輸出葛特性3.泊3.終4狠CM個OS反相父器的私動態(tài)酷特性一、左傳輸延延遲善時間二、賭交流咸噪聲侄容限三、貢動態(tài)支功耗三、股動態(tài)朽功耗3.裹3.悉5其他饅類型帳的CM籃OS門電辦路一、坐其他撞邏輯寨功能擦的門悲電路1.與非門2.或非門帶緩裹沖極剝的CM喊OS門1、與非門帶緩森沖極汽的CM導(dǎo)OS門2.解決注方法二、酬漏極醋開路話的門沾電路者（OD門）三、CM歉OS傳輸嘉門及厘雙向維模擬理開關(guān)1.傳輸移門2.雙向懶模擬碌開關(guān)四、洗三態(tài)淺輸出供門三態(tài)型門的阻用途雙極瘡型三概極管努的開晝關(guān)特述性（BJ摘T,瞇B悟ip糟ol潑ar湖J萬un振ct彼io皆n涂Tr陡an擇si禍st躺or）3.冷5己T嫁TL門電誤路3.肚5.兇1半導(dǎo)帥體三交極管詳?shù)拈_抵關(guān)特鄙性一、雙極飛型三努極管迷的結(jié)唱構(gòu)管芯+三個屬引出迷電極+外殼基區(qū)櫻薄低摻垮雜發(fā)射嫂區(qū)高納摻雜集電繼區(qū)低閃摻雜以NP岔N為例躁說明壺工作呈原理姜：當VCC>>VBBbe結(jié)正奏偏,bc結(jié)反聲偏e區(qū)發(fā)昆射大翁量的冠電子b區(qū)薄遲，只爆有少懸量的突空穴bc反偏潛，大幟量電渡子形戀成IC二、三極蹄管的騰輸入鄙特性森和輸駐出特混性三極障管的枯輸入殊特性飲曲線括（NP蓮N）VON：開撲啟電綿壓硅管冰，0.花5龍~潮0.版7V鍺管泄，0.團2矮~沒0.利3V近似嗎認為:VBE<醫(yī)VONiB=旺0VBE≥VONiB的大償小由傷外電牌路電劃壓，思電阻慢決定三極沾管的脅輸出糊特性固定傾一個IB值，事即得麻一條瞎曲線命，在VCE>每0.萬7V以后范，基江本為初水平陡直線特性簡曲線賀分三啞個部悟分放大飽區(qū)：侮條件VCE>冠0.夕7V荷,iB>0腦,iC隨iB成正籃比變憐化，ΔiC=βΔiB。飽和犬區(qū)：拐條件VCE<爭0.絨7V赴,iB>0鑒,寒VCE很低誤，ΔiC隨ΔiB增加家變緩凡，趨挨于“軟飽和頌”。截止餃區(qū)：涉條件VBE=辯0V蘿,iB=剖0,iC=字0,擁c粉—e間“晶斷開懇”救。三、答雙極嫌型三劉極管姓的基決本開糕關(guān)電調(diào)路只要鐮參數(shù)馬合理頌：VI=VIL時，T截止牌，VO=VOHVI=VIH時，T導(dǎo)通珍，VO=VOL工作方狀態(tài)猾分析貫：圖解億分析潮法：四、賴三極屢管的避開關(guān)尋等效快電路截止落狀態(tài)飽和秧導(dǎo)通勺狀態(tài)五、交動態(tài)乓開關(guān)給特性從二粒極管蹲已知枯，PN結(jié)存棄在電雪容效臉應(yīng)。在飽似和與鞭截止廁兩個數(shù)狀態(tài)械之間待轉(zhuǎn)換舌時，iC的變悄化將沈滯后盜于VI，則VO的變笨化也熄滯后才于VI。六、三極政管反相筆器三極悔管的甲基本撒開關(guān)乖電路跨就是非門實際黨應(yīng)用酷中，劑為保握證VI逝=VIL時T可靠搬截止深，常跑在銷輸固入接望入負驚壓。參數(shù)推合理撐？VI=VIL時，T截止幣，VO=VOHVI阻=V門IH時，T截止數(shù)，VO=VOL例3.獄5.左1：計里算參犁數(shù)設(shè)裂計是沙否合快理5V-8V3.遞3KΩ10異KΩ1KΩβ=2幻玉0VCE(s述at)且=陣0.皂1VVIH=5逆VVIL=0覽V例3.息5.醒1：計軋算參耳數(shù)設(shè)匯計是命否合扣理將發(fā)貿(mào)射極滑外接閱電路蠢化為欲等效慶的VB與RB電路當當又因此策，參團數(shù)設(shè)冊計合掌理3.踩5.歇2暮TT脫L反相棚器的火電路脊結(jié)構(gòu)馳和工艱作原位理一、霧電路鼠結(jié)構(gòu)設(shè)二、捉電壓廈傳輸堡特性二、脅電壓棚傳輸戴特性二、施電壓教傳輸膝特性需要揚說明每的幾懶個問沙題：三、軌輸入紙噪聲瞇容限3.承5.篇3店TT和L反相董器的也靜態(tài)礎(chǔ)輸入嚷特性妹和輸士出特化性例：糧扇出偷系數(shù)院（Fa欲n-學ou腐t），試計預(yù)算門G1能驅(qū)消動多德少個欠同樣彎的門判電路巷負載導(dǎo)。輸入輸出3.乘5.席4巴TT蔥L反相脅器的繁動態(tài)旦特性一、肝傳輸賀延遲柜時間1、現(xiàn)簡象二、手交流蜻噪聲猜容限（b）負脈沖賴噪聲跪容限（a）正脈沖倚噪聲惰容限當輸潔入信涉號為星窄脈苦沖，映且接淋近于tpd時，傻輸出和變化親跟不包上，最變化茄很小怕，因俊此交席流噪規(guī)聲容森限遠潤大于膏直流慶噪聲而容限議。三、撒電源纏的動紛態(tài)尖塘峰電農(nóng)流2、動額態(tài)尖圖峰電才流3.漫5.呢5其他賞類型陷的TT興L門電糠路一、臉其他飽邏輯鳳功能蝦的門贈電路1.與非門2.或非門3.與或她非門4.異或門二、量集電植極開胖路的筋門電簡路1、推沾拉式富輸出箱電路渴結(jié)構(gòu)食的局穗限性①輸出丸電平爺不可鬼調(diào)②負載駐能力蠟不強片，尤夸其是痕高電未平輸歷出③輸出杠端不途能并級聯(lián)使睛用OC門2、OC門的濱結(jié)構(gòu)讓特點OC門實鮮現(xiàn)的線與3、外關(guān)接負敢載電允阻RL的計述算3、外蛙接負佳載電牙阻RL的計衡算3、外占接負月載電懸阻RL的計牛算三、考三態(tài)共輸出眨門（Th樸re頂e抽st遭at沉e斑Ou蠶tp睛ut午G懼at雷e純,T長S）三態(tài)僻門的圾用途一、唐高速齡系列74艷H/乳54竭H（Hi司gh動-S堪pe吊ed叼T另TL）電路伙的改陜進(1雖)輸出富級采釘用復(fù)輝合管各（減遮小輸握出電榮阻Ro）(2深)減少沿各電得阻值2.性能方特點速度廣提高導(dǎo)的同拳時功堆耗也里增加2.擇4.幅5笑TT優(yōu)L電路鉛的改樸進系語列永（倘改進駝指標香：)二、塘