第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) （第六版） 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版 兩 種 載 流 子半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識（1） 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版N型 半 導(dǎo) 體 ： 摻 入 少 量 雜 質(zhì) 磷 或 銻 元 素 ， 磷 原 子 外 層 的 五 個 外 層 電 子 的 其 中 四 個 與 周 圍 的 半 導(dǎo) 體 原 子 形 成 共 價 鍵 ， 多 出 的 一 個 電 子幾 乎 不 受 束 縛 ， 較 為 容 易 地 成 為 自 由 電 子 。N型 半 導(dǎo) 體 電 子 濃 度 較 高 ， 其 導(dǎo) 電 性 主 要 是 因 為 自 由 電 子 導(dǎo) 電 。半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識（2） 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版P型 半 導(dǎo) 體 ： 摻 入 少 量 雜 質(zhì) 硼 或 銦 元 素 ， 硼 原 子 外 的 三 個 電 子 與 周 圍 的 半 導(dǎo) 體 原 子 形 成 共 價 鍵 的 時 候 ， 會 產(chǎn) 生 一 個 “ 空 穴 ” ， 這 個 空 穴可 能 吸 引 束 縛 電 子 來 “ 填 充 ” ， 使 得 硼 原 子 成 為 帶 負(fù) 電 的 離 子 。含 有 較 高 濃 度 的 “ 空 穴 ” （ 正 電 荷 ） ， 成 為 能 夠 導(dǎo) 電 的 物 質(zhì) 。半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識（2） 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識（3） 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識（4） 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識（4） 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版正 向 導(dǎo) 通 區(qū)反 向 截 止 區(qū) 反 向 擊 穿 區(qū) qnkTV eIi T VVS T )( 1K:波 耳 茲 曼 常 數(shù)T:熱 力 學(xué) 溫 度q: 電 子 電 荷半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識（5） 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版 門 電 路 ： 實(shí) 現(xiàn) 基 本 運(yùn) 算 和 復(fù) 合 邏 輯 運(yùn) 算 的 單 元 電 路 ，如 與 門 、 與 非 門 、 或 門 3.1 概述 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版 電 路 ： 傳 遞 和 處 理 信 息3.1 概述數(shù) 字 信 息 ： 0 和 1傳 遞 方 式 ： 串 行 傳 輸 （ 以 時 間 為 代 價 ） 并 行 傳 輸 （ 以 空 間 為 代 價 ）傳 輸 0與 1， 而 開 關(guān) 電 路 是 最 簡 單 的 方 式 ， 用 高 低 電 平 來 傳 輸 0與 1信 息 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版正 邏 輯 ： 高 電 平 表 示 1， 低 電 平 表 示 0負(fù) 邏 輯 ： 高 電 平 表 示 0， 低 電 平 表 示 13.1 概述高 低 電 平 與 01的 對 應(yīng) 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版合 格 的 元 器 件 ： 輸 入 端 ： 允 許 接 收 低 質(zhì) 量 的 0和 1 輸 出 端 ： 輸 出 高 質(zhì) 量 的 0和 13.1 概述數(shù) 字 元 器 件 的 輸 入 輸 出 規(guī) 則元 器 件 雷 鋒 合 同 傳 輸損 耗 無 效 區(qū) 無 效 區(qū) 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版獲 得 高 、 低 電 平 的 基 本 原 理3.1 概述 單 開 關(guān) 電 路 開 關(guān) 電 路 缺 點(diǎn) ： 1、 不 方 便 加 控 制 信 號 2、 R電 阻 不 好 控 制輸 出 1希 望 R很 小 ，輸 出 0時 希 望 R很 大 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版用 元 器 件 取 代 開 關(guān)3.1 概述 二 極 管三 極 管MOS管 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版(Diode) P N3.2 半導(dǎo)體二極管門電路 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版 VI = VIH D截 止 ， VO=VOH=VCC VI=VIL D導(dǎo) 通 ， V O=VOL=0.7V3.2.1 二極管的開關(guān)特性高 電 平 ： VIH=VCC低 電 平 ： VIL=0 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版二 極 管 的 開 關(guān) 等 效 電 路 ：3.2.1 二極管的開關(guān)特性 a)、 當(dāng) 電 源 等 效 電 阻 和 等 效 電阻 RL都 很 小 時 ， 二 極 管 正 向 導(dǎo)通 壓 降 和 正 向 電 阻 都 不 能 忽 略b)、 當(dāng) 二 極 管 正 向 導(dǎo) 通 壓 降 和和 外 加 電 源 電 壓 相 比 不 能 忽 略 ，而 外 接 電 阻 相 對 就 二 極 管 電 阻來 說 可 以 忽 略c)、 當(dāng) 二 極 管 正 向 導(dǎo) 通 壓 降 和正 向 電 阻 與 外 接 電 阻 相 比 均 可忽 略 ， 視 二 極 管 為 管 理 開 關(guān) 。 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版二 極 管 的 動 態(tài) 電 流 波 形 ：3.2.1 二極管的開關(guān)特性外 加 電 壓 反 向 正 向 ： 要 等 PN結(jié) 內(nèi) 部 建 立 起 足 夠 的電 荷 梯 度 才 開 始 有 擴(kuò) 散 電 流 ， 因 此正 向 電 流 建 立 要 稍 微 滯 后 一 點(diǎn) 。外加電壓由正向反向： PN結(jié) 尚 有 一 定 數(shù) 量 的 電 荷 ，所 以 有 較 大 的 瞬 態(tài) 反 向 電 流 流 過 。 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版設(shè) VCC = 5V加 到 A,B的 VIH=3V VIL=0V二 極 管 導(dǎo) 通 時 V DF=0.7V0V 0V 0.7V0V 3V 0.7V3V 0V 0.7V3V 3V 3.7V 規(guī) 定 3V以 上 為 10.7V以 下 為 03.2.2 二極管與門 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版設(shè) VCC = 5V加 到 A,B的 VIH=3V V IL=0V二 極 管 導(dǎo) 通 時 VDF=0.7V 規(guī) 定 2.3V以 上 為 10V以 下 為 03.2.2 二極管或門 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版二 極 管 構(gòu) 成 的 門 電 路 的 缺 點(diǎn)3.2.2 二極管或門 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版集成門電路集成門電路 雙 極 型 TTL (Transistor-Transistor Logic Integrated Circuit)ECL NMOSCMOSPMOSMOS型 （ Metal-Oxide-Semiconductor， MOS）TTL 晶 體 管 -晶 體 管 邏 輯 集 成 電 路MOS 金 屬 氧 化 物 半 導(dǎo) 體 場 效 應(yīng) 管 集 成 電 路 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版3.3 CMOS門電路3.3.1 MOS管的開關(guān)特性 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版3.3.1 MOS管的開關(guān)特性 MOS管的結(jié)構(gòu) S (Source)： 源 極G (Gate)： 柵 極D (Drain)： 漏 極B (Substrate):襯 底 在 CMOS集 成 電 路 中 ， 以 金 屬 氧 化 物 半 導(dǎo) 體 場效 應(yīng) 管 （ MOS管 )作 為 開 關(guān) 器 件 。 制 作 過 程 ：1、 切 一 塊 半 導(dǎo) 體 P2、 挖 兩 口 井 ， 放 N3、 蓋 止 絕 緣 層 ， 腐 蝕 出 兩 口 井4、 貼 上 金 屬 層 ， 腐 蝕 出 sgd三 極金 屬 層氧 化 物 層半 導(dǎo) 體 層PN結(jié) 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版3.3 CMOS門電路3.3.1 MOS管的開關(guān)特性 S (Source)： 源 極G (Gate)： 柵 極D (Drain)： 漏 極B (Substrate):襯 底 MOS管 符 號 ： 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版大 量 正 離 子 導(dǎo) 電 溝 道MOS管 的 四 種 類 型 3.3.1 MOS管的開關(guān)特性 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版以 N溝 道 增 強(qiáng) 型 為 例 研 究 通 電 情 況 ：3.3.1 MOS管的開關(guān)特性 PMOS管 ： 源 極 S與 襯 底 B接 在 一 起 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版以 N溝 道 增 強(qiáng) 型 為 例 研 究 通 電 情 況 ：3.3.1 MOS管的開關(guān)特性 1、 添 加 橫 向 電 壓 VDS S DB不 論 D、 S間 有 無 電 壓 ，均 無 法 導(dǎo) 通 ， 不 能 導(dǎo) 電 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版以 N溝 道 增 強(qiáng) 型 為 例 研 究 通 電 情 況 ：3.3.1 MOS管的開關(guān)特性 2、 添 加 垂 直 電 壓 VGS形 成 電 場 GB,把 襯 底 中 的 電 子 吸 引到 上 表 面 ， 除 復(fù) 合 外 ， 剩 余 的 電 子 在 上 表 面 形 成 了 N型 層 （ 反 型 層 ） 為 D、S間 的 導(dǎo) 通 提 供 了 通 道 。 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版以 N溝 道 增 強(qiáng) 型 為 例 研 究 通 電 情 況 ：3.3.1 MOS管的開關(guān)特性 1、 添 加 橫 向 電 壓 VDS2、 添 加 垂 直 電 壓 VGS 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版以 N溝 道 增 強(qiáng) 型 為 例 研 究 通 電 情 況 ：3.3.1 MOS管的開關(guān)特性 1、 添 加 橫 向 電 壓 VDS2、 添 加 垂 直 電 壓 VGS VGS(th)稱 為 閾 值 電 壓 (開 啟 電 壓 ） 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版MOS管 輸 入 特 性 和 輸 出 特 性 輸 入 特 性 ： 直 流 電 流 為 0， 看 進(jìn) 去 有 一 個 輸 入 電容 CI， 對 動 態(tài) 有 影 響 。 輸 出 特 性 ：iD = f (VDS) 對 應(yīng) 不 同 的 VGS下 得 一 族 曲 線 。3.3.1 MOS管的開關(guān)特性 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版 截 止 區(qū) 恒 流 區(qū) 可 變 電 阻 區(qū)輸 出 特 性 曲 線 （ 分 三 個 區(qū) 域 ）3.3.1 MOS管的開關(guān)特性 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版截 止 區(qū) ： VGS 1093.3.1 MOS管的開關(guān)特性輸 出 特 性 曲 線 （ 分 三 個 區(qū) 域 ） 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版恒 流 區(qū) （ 飽 和 或 放 大 區(qū) ） ： iD 基 本 上 由 VGS決 定 ， 與 VDS 關(guān) 系 不 大3.3.1 MOS管的開關(guān)特性輸 出 特 性 曲 線 （ 分 三 個 區(qū) 域 ）條 件 :(1)源 端 溝 道 未 夾 斷 (2)漏 端 溝 道 予 夾 斷 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版常 數(shù) （ 電 阻 ） DDS iV3.3.1 MOS管的開關(guān)特性輸 出 特 性 曲 線 （ 分 三 個 區(qū) 域 ） 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版 控 制 的 開 關(guān) 。間 相 當(dāng) 于 一 個 受管所 以 導(dǎo) 通當(dāng) 截 止當(dāng) 則 ：只 要因 為 I OLOGSIHI DDOHOGSILI OFFDON ONOFF VSDMOS VVTthVVV VVVTthVVV RRR KRR 0110 9 )( )( ,MOS管 的 基 本 開 關(guān) 電 路 3.3.1 MOS管的開關(guān)特性 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版開 關(guān) 特 性 等 效 電 路3.3.1 MOS管的開關(guān)特性 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版CMOS管3.3.2 CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理 當(dāng) NMOS管 和 PMOS管 成 對 出 現(xiàn) 在 電 路 中 ， 且二 者 在 工 作 中 互 補(bǔ) ， 稱 為 CMOS管 (意 為 互 補(bǔ) )。PMOS管N MOS管 CMOS管 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版 PthGSNthGS VV )()( 一 、 CMOS反 向 器 的 電 路 結(jié) 構(gòu)3.3.2 CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理上 管 為 P管 ， 輸 入 0有 效下 管 為 N管 ， 輸 入 1有 效 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版一 、 CMOS反 向 器 的 電 路 結(jié) 構(gòu)3.3.2 CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理截 止 V o = 1導(dǎo) 通VI = 0 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版一 、 CMOS反 向 器 的 電 路 結(jié) 構(gòu)3.3.2 CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理導(dǎo) 通V o = 0截 止VI = 1 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版 DDODDI PTHGSDDINTHGS OLO PTHGSDDI DDOHO NTHGSI VVVVTTTT VVVVBC VVTT VVVCD VVVTT VVAB 21210 2121 12 21 時 ，參 數(shù) 完 全 對 稱 ，若 同 時 導(dǎo) 通段 ： 截 止導(dǎo) 通 ，段 ： 截 止導(dǎo) 通 ，段 ：, )()( )()(二 、 電 壓 、 電 流 傳 輸 特 性CMOS反 相 器 在 使 用 時 應(yīng) 盡量 避 免 長 期 工 作 在 BC段 。3.3.2 CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版三 、 輸 入 噪 聲 容 限3.3.2 CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理 (max)(max) (min)(min) OLILNL IHOHNH VVV VVV 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 范 圍 稱 為 輸 入 端 噪 聲 容 限 。 當(dāng) Vi偏 離 Vm和 Vn一 定 范 圍 時 ， Vo基 本 不 變 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版三 、 輸 入 噪 聲 容 限3.3.2 CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理 噪 聲 容 限 衡 量 門 電 路 的 抗 干 擾 能 力 。噪 聲 容 限 越 大 ， 表 明 電 路 抗 干 擾 能 力 越 強(qiáng) 。 測 試 表 明 ： CMOS電 路 噪 聲 容 限 VNH=VNL 30 VDD， 且隨 VDD的 增 加 而 加 大 。 因 此 可 以 通 過 提 高 VDD來 提 高 噪 聲 容 限 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版一 、 輸 入 特 性3.3.3 CMOS反相器的靜態(tài)輸入和輸出特性 因 為 MOS管 的 柵極 和 襯 底 之 間 存在 著 以 SiO 2為 介質(zhì) 的 輸 入 電 容 ，而 絕 緣 介 質(zhì) 非 常薄 ， 極 易 被 擊 穿 ，所 以 應(yīng) 采 取 保 護(hù)措 施 。 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版 OLGSOL OLOL VVI IfV下 ，同 樣 的低 電 平 輸 出 特 性 )(.1二 、 輸 出 特 性 3.3.3 CMOS反相器的靜態(tài)輸入和輸出特性 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版 越 少下 ，同 樣 的 )(高 電 平 輸 出 特 性.2 OHGSOH OHOH VVI IfV二 、 輸 出 特 性 3.3.3 CMOS反相器的靜態(tài)輸入和輸出特性 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版。5ns系 列 為74AHC，10ns系 列 為74HC，.3 ;影 響、受,.2 ;充 放 電 影 響 也 較 大較 大 所 以充 放 電 ， 因 為和原 因 ：.1 PLHPHL DDLPLHPHL LONLItt VCtt CRCC一 、 傳 輸 時 間 延 遲3.3.4 CMOS反相器的動態(tài)特性 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版二 、 交 流 噪 聲 容 限3.3.4 CMOS反相器的動態(tài)特性 噪 聲 電 壓 作 用 時 間 越 短 、 電 源 電 壓 越 高 ，交 流 噪 聲 容 限 越 大 。 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版 功 耗 相 比 ， 可 以 忽 略靜 態(tài) 功 耗 極 小 ， 與 動 態(tài) )(1,.1 21 43 tt tt TTTAVTAVDDT dtidtiTIIVP 其 中導(dǎo) 通 功 耗 三 、 動 態(tài) 功 耗3.3.4 CMOS反相器的動態(tài)特性 反 相 器 從 一 種 穩(wěn) 定 狀 態(tài) 突 然 變 到 另 一 種 穩(wěn) 定 狀 態(tài) 的過 程 中 ， 將 產(chǎn) 生 附 加 的 功 耗 ， 即 為 動 態(tài) 功 耗 。 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版 2212 DDLC NLI PLDDI CfVCP iTCV iCTVV P 可 得 平 均 功 耗 放 電 ， 有經(jīng)當(dāng) 充 電 ， 有向經(jīng)當(dāng)負(fù) 載 電 容 充 放 電 功 耗,.CTD PPP 總 的 動 態(tài) 功 耗.3 三 、 動 態(tài) 功 耗3.3.4 CMOS反相器的動態(tài)特性 動 態(tài) 功 耗 包 括 ： 負(fù) 載 電 容充 放 電 所 消 耗 的 功 率 PC和PMOS、 NMOS同 時 導(dǎo) 通 所 消耗 的 瞬 時 導(dǎo) 通 功 耗 PT。 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版1. 與 非 門一 、 其 他 邏 輯 功 能 的 門 電 路3.3.5 其他類型的CMOS門電路 )( BAYv A=1vB=1 導(dǎo) 通 斷 開 vO=0上 面 為 P管 ， P管 組 合下 面 為 N管 ， N管 組 合 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版一 、 其 他 邏 輯 功 能 的 門 電 路3.3.5 其他類型的CMOS門電路任 一 輸 入 端 為 高 ，設(shè) v A=1vA=1 導(dǎo) 通 斷 開 vO=02.或 非 門 )( BAY 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版一 、 其 他 邏 輯 功 能 的 門 電 路3.3.5 其他類型的CMOS門電路2.或 非 門 輸 入 端 全 為 低v A=0vB=0 斷 開 導(dǎo) 通 vO=1)( BAY 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版 值 不 同對 應(yīng) 的 達(dá) 到 開 啟 電 壓 時 ，的、使 也 更 高越 高 ，輸 入 端 越 多 ， 端 數(shù) 目 的 影 響輸 出 的 高 低 電 平 受 輸 入則則則則 受 輸 入 狀 態(tài) 影 響輸 出 電 阻 存 在 的 缺 點(diǎn) ： I GS OHOL ONONO ONONO ONONONO ONONONOOV VTT VV RRRBA RRRBA RRRRBA RRRRBA R42 31 31 4232 01 10 2100 2111)( )( , /,:)( 與 非 門 _帶 緩 沖 極 的 CMOS門 3.3.5 其他類型的CMOS門電路 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版解 決 方 法 : 與 非 門緩 沖 器或 非 門 與非門_帶緩沖極的CMOS門3.3.5 其他類型的CMOS門電路 )()( BABAY 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版或非門_帶緩沖極的CMOS門3.3.5 其他類型的CMOS門電路 帶 緩 沖 級 的 門 電 路 其 輸 出 電 阻 、 輸 出 高 、 低 電 平 以 及 電 壓 傳 輸 特 性 將 不 受 輸 入 端 狀 態(tài) 的 影 響 。 電 壓 傳 輸 特 性 的轉(zhuǎn) 折 區(qū) 也 變 得 更 陡 。 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版二、漏極開路的門電路（OD門）3.3.5 其他類型的CMOS門電路為 什 么 需 要 OD門 ？普 通 與 非 門 輸 出 不 能直 接 連 在 一 起 實(shí) 現(xiàn) “ 線 與 ” ！AB YC D )()( CDABY 需 將 一 個 MOS管 的 漏 極 開 路 構(gòu) 成 OD門 。10 產(chǎn)生一個很大的電流 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版二、漏極開路的門電路（OD門）3.3.5 其他類型的CMOS門電路OD門 輸 出 端 可 直 接 連 接 實(shí) 現(xiàn) 線 與 。需 加 一 上拉 電 阻 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版)(,. DDDDDDL VVVR 可 以 不 等 于使 用 時 允 許 外 接 器或 用 作 電 平 轉(zhuǎn) 換 、 驅(qū) 動現(xiàn) 線 與可 將 輸 出 并 聯(lián) 使 用 ， 實(shí) 21二、漏極開路的門電路（OD門）3.3.5 其他類型的CMOS門電路 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版接 地為 正 ， 另 一 端 經(jīng)設(shè) LI RV 三、CMOS傳輸門3.3.5 其他類型的CMOS門電路 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版 之 間 為 低 電 阻 至 少 一 個 導(dǎo) 通和在所 以 導(dǎo) 通導(dǎo) 通時當(dāng)相 當(dāng) 于 斷 開 均 截 止、則則 只 要當(dāng)設(shè) OI DDI DDIPthGS NthGSDDI DDI DDI ILDDIHONLVV TTVV TVVV TVVV VV CC TTVV CC VVVRR 21 2 1 2100 0 012 0 101 0, , , ,)( ,)( ,)( )( 三 、 CMOS傳 輸 門3.3.5 其他類型的CMOS門電路 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版2. 作 為 雙 向 模 擬 開 關(guān)三、CMOS傳輸門3.3.5 其他類型的CMOS門電路1. 組 成 復(fù) 雜 邏 輯 電 路異 或 門 、 數(shù) 據(jù) 選 擇 器 、 寄 存 器 、 計(jì) 數(shù) 器 等 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版 )(高 阻時 ，時 ， ZYNE AYNE 10 四、三態(tài)輸出門3.3.5 其他類型的CMOS門電路 三態(tài)門有三種狀態(tài):高電平、低電平、高阻態(tài)。 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版四、三態(tài)輸出門3.3.5 其他類型的CMOS門電路 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版CMOS門電路的優(yōu)點(diǎn)1. 靜態(tài)功耗小。2. 允許電源電壓范圍寬(318V）。3. 扇出系數(shù)大，噪聲容限大。CMOS門電路的優(yōu)點(diǎn) 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版CMOS門電路的正確使用 1輸入電路的靜電保護(hù) CMOS電 路 的 輸 入 端 設(shè) 置 了 保 護(hù) 電 路 ， 給 使 用 者 帶 來 很 大 方 便 。 但是 ， 這 種 保 護(hù) 還 是 有 限 的 。 由 于 CMOS電 路 的 輸 入 阻 抗 高 ， 極 易 產(chǎn) 生 感 應(yīng)較 高 的 靜 電 電 壓 ， 從 而 擊 穿 MOS管 柵 極 極 薄 的 絕 緣 層 ， 造 成 器 件 的 永 久 損壞 。 為 避 免 靜 電 損 壞 ， 應(yīng) 注 意 以 下 幾 點(diǎn) ： （ 1） 所 有 與 CMOS電 路 直 接 接 觸 的 工 具 、 儀 表 等 必 須 可 靠 接 地 。 （ 2） 存 儲 和 運(yùn) 輸 CMOS電 路 ， 最 好 采 用 金 屬 屏 蔽 層 做 包 裝 材 料 。2多余的輸入端不能懸空。 輸 入 端 懸 空 極 易 產(chǎn) 生 感 應(yīng) 較 高 的 靜 電 電 壓 ， 造 成 器 件 的 永 久 損 壞 。 對 多 余 的 輸 入 端 ， 可 以 按 功 能 要 求 接 電 源 或 接 地 ， 或 者 與 其 它 輸入 端 并 聯(lián) 使 用 。3輸入電路需過流保護(hù) 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版雙 極 型 三 極 管 （ BJT, Bipolar Junction Transistor）3.4 TTL門電路3.4.1 雙極型三極管的開關(guān)特性管芯 + 三個引出電極 + 外殼 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版基 區(qū)薄 低 摻 雜發(fā) 射 區(qū)高 摻 雜集 電 區(qū)低 摻 雜3.4.1 雙極型三極管的開關(guān)特性一、雙極型三極管的結(jié)構(gòu) 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版以NPN為例說明工作原理： 當(dāng) VCC VBB be 結(jié) 正 偏 , bc結(jié) 反 偏 e區(qū) 發(fā) 射 大 量 的 電 子 b區(qū) 薄 ， 只 有 少 量 的 空 穴 bc反 偏 ， 大 量 電 子 形 成 I C 3.4.1 雙極型三極管的開關(guān)特性一、雙極型三極管的結(jié)構(gòu) 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版 VON ： 開 啟 電 壓 硅 管 ， 0.5 0.7V 鍺 管 ， 0.2 0.3V 近 似 認(rèn) 為 : V BE 0.7V, iB 0, iC隨 iB成 正 比 變 化 ， iC=iB 飽 和 區(qū) ： 條 件 VCE 0, VCE 很 低 ， iC 隨 iB增 加 變 緩 ， 趨 于 飽 和 截 止 區(qū) ： 條 件 VBE = 0V, iB = 0, iC = 0, ce間 “ 斷 開 ”3.4.1 三極管的輸入輸出特性二、三極管的輸出特性 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版3.4.1 三極管的輸入輸出特性三、三極管的基本開關(guān)電路 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版工 作 狀 態(tài) 分 析 ：3.4.1 三極管的輸入輸出特性三、三極管的基本開關(guān)電路 。近 似 為截 止 ，則設(shè) 001 CBONBEILI iiTVVVV ,)( IOV OCBI CBCCCCCCCEO CBCB ONIBBONI VVA ViiV RiVRiVVV RiiRVViiVV 三 極 管 工 作 在 放 大 區(qū)所 以 。于 是 得 到 流 過并 有 對 應(yīng) 的產(chǎn) 生有后 ，上 升 至當(dāng) , ,)( 2 。態(tài)三 極 管 工 作 在 深 飽 和 狀 。時 ，上 壓 降 接 近 于當(dāng) 繼 續(xù) 下 降 。繼 續(xù) 上 升 ，繼 續(xù) 上 升 ，當(dāng) 003 )()( satCEOLOOCCC OBI VVVVVR ViV 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版 CCRC BCCCCCCCCE iRV iRViRVV 圖 解 分 析 法 ：3.4.1 三極管的輸入輸出特性三、三極管的基本開關(guān)電路 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版截 止 狀 態(tài) 飽 和 導(dǎo) 通 狀 態(tài)3.4.1 三極管的輸入輸出特性四、三極管的開關(guān)等效電路 當(dāng) 電 源 電 壓 VCE外 接 RRCE 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版3.4.1 三極管的輸入輸出特性五、動態(tài)開關(guān)特性 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版 三 極 管 的 基 本 開 關(guān) 電 路 就 是 非 門 參 數(shù) 合 理 ？VI=VIL時 ， T截 止 VO=VOHVI=VIH時 ， T截 止 VO=VOL 3.4.1 三極管的輸入輸出特性六 、三極管反相器 實(shí) 際 應(yīng) 用 中 ， 為 保 證VI = VIL時 T可 靠 截 止 ，常 在 輸 入 接 入 負(fù) 壓 。 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版VVPN VV VV VV ONILIHCC 7020 435 . 結(jié) 導(dǎo) 通 壓 降 )( )(. 1020 YVV AVVV OHOILI )( )(. 0143 YVV AVVV OLOIHI 3.4.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理一、電路結(jié)構(gòu) 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版3.4.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理二、電壓傳輸特性 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版 OII DBERCCOHBI VVTTT VVVBC VVVVVVTTTT VVVVAB 導(dǎo) 通 ，截 止 ，導(dǎo) 通 且 工 作 在 放 大 區(qū)段 ： 線 性 區(qū) 導(dǎo) 通截 止 ，導(dǎo) 通 ，段 ： 截 止 區(qū) 452 2424521 13170 433160, . ., .,.3.4.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理二、電壓傳輸特性 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版 OLO OI OLO BTHIVV VVDE VVTTT VVVVVCD 不 變， 而繼 續(xù)段 ： 飽 和 區(qū) 迅 速所 以截 止 ，同 時 導(dǎo) 通 ， 所 以段 ： 轉(zhuǎn) 折 區(qū) 01241452 1, .,. 3.4.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理二、電壓傳輸特性 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版I O O OLDE V V V V 段 ： 飽 和 區(qū) 繼 續(xù) ， 而 不 變3.4.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理二、電壓傳輸特性 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版3.4.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理二、電壓傳輸特性 輸 入 為 高 電 平 （ 3.4V） 時電 位 被 鉗 位在 2.1V 全 導(dǎo) 通 vB1=VIH+VON=4.1V發(fā) 射 結(jié) 反 偏 1V 截 止T2、 T5飽 和 導(dǎo) 通 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版故 稱 倒 相 級 。變 化 方 向 相 反和的 輸 出 ,222 eC VVT 。帶 負(fù) 載 能 力 ， 稱 推 拉 式既 能 降 低 功 耗 又 提 高 了 止 。總 有 一 個 導(dǎo) 通 、 一 個 截和輸 出 級 在 穩(wěn) 態(tài) 下 ， 54 TT可 靠 地 截 止 。導(dǎo) 通 時保 證抑 制 負(fù) 向 干 擾 5221 TTDD3.4.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理二、電壓傳輸特性 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版稱 為 輸 入 噪 聲 容 限， 允 許 輸 入 的 變 化 范 圍在 輸 出 變 化 允 許 范 圍 內(nèi) 基 本 不 變 ；的 一 定 范 圍 內(nèi) ，和偏 離在 OILIHI VVVV (max) (max)NL IL OLV V V 3.4.2 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理三 、 輸 入 噪 聲 容 限 輸 入 低 電 平 時 噪 聲 容 限 ：輸 入 高 電 平 時 噪 聲 容 限 ： (min) (min)NH OH IHV V V 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版3.4.3 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性輸 入輸 入 短 路 電 流 IIS(IIL) 高 電 平 輸 入 電 流 IIH 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版3.4.3 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性輸 出 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版 分 布 電 容 的 影 響） 的 存 在和結(jié) 電 容 （、 原 因 ,TD2 3.4.4 TTL反相器的動態(tài)特性一 、 傳 輸 延 遲 時 間 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版 當(dāng) 輸 入 信 號 為 窄 脈 沖 ， 且 接 近 于 tpd時 ， 輸 出 變 化 跟 不上 ， 變 化 很 小 ， 因 此 交 流 噪 聲 容 限 遠(yuǎn) 大 于 直 流 噪 聲 容 限 。 （ b） 負(fù) 脈 沖 噪 聲 容 限（ a） 正 脈 沖 噪 聲 容 限 3.4.4 TTL反相器的動態(tài)特性二 、 交 流 噪 聲 容 限 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版OLO VV OHO VV mARVVI TVV mARVVRVVI TTVV BECCCCH OHO CCCBECCCCL OLO 11 431 1 11 2 21 1 452 ., ., 導(dǎo) 通僅時 截 止導(dǎo) 通 ，時 ，空 載 條 件 下 ： 載 電 流 不 等、 兩 種 靜 態(tài) 下 的 電 源 負(fù) 3.4.4 TTL反相器的動態(tài)特性三 、 電 源 的 動 態(tài) 尖 峰 電 流 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版3.4.4 TTL反相器的動態(tài)特性三 、 電 源 的 動 態(tài) 尖 峰 電 流 輸 出 電 壓 由 低 高 電 平 的 過 渡 過 程 中 ，T5原 處 理 深 度 飽 和 狀 態(tài) ， T4的 導(dǎo) 通 必然 先 于 T5的 截 止 ， 會 出 現(xiàn) 短 暫 的 T4T5同 時 導(dǎo) 通 的 情 況 ， 就 會 出 現(xiàn) 尖 峰 電 流 。 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版 成 干 擾 源 。； 通 過 電 源 線 和 地 線 形影 響 ： 同 時 導(dǎo) 通 。、過 程 中 ， 瞬 時和成 因 ： CCI If TTV 54 3.4.4 TTL反相器的動態(tài)特性三 、 電 源 的 動 態(tài) 尖 峰 電 流 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版1. 與非門 012 19020 524 145 1 OLOB OHO B VVTTT VVBA VVTT VVVBABA 導(dǎo) 通 ，和截 止 ，同 為 高 電 平 時 ，和當(dāng) 導(dǎo) 通 ，截 止 ， 時 ，有 一 個 為和當(dāng) 由 多 發(fā) 射 極 三 極 管 實(shí) 現(xiàn) ,. ,. 加 倍： 每 個 值 相 同 ， 并 聯(lián) 后 時 相 同： 并 聯(lián) 后 與 僅 一 個 接 地輸 入 電 流 計(jì) 算 ：IHILII 3.4.5 其他類型的TTL門電路一 、 其 他 邏 輯 功 能 的 門 電 路 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版2. 或非門 均 加 倍和輸 入 電 流 計(jì) 算 時 ， 導(dǎo) 通截 止 ， 才 有同 為、只 有 截 止導(dǎo) 通 ，均 使任 何 一 個 為、所 以 的 輸 出 并 聯(lián)和因 為 路兩 個 完 全 一 樣 的 輸 入 電 ILIH OHO OLOII VVTTBA VVTTBA TT 45 4522 0 1 3.與或非門3.4.5 其他類型的TTL門電路一 、 其 他 邏 輯 功 能 的 門 電 路 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版4. 異或門3.4.5 其他類型的TTL門電路 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版3.4.5 其他類型的TTL門電路二 、 集 電 極 開 路 的 門 電 路 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版2、OC門的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) VmASN TTOC 30407407 55/:如 ，可 承 受 較 大 電 壓 、 電 流，三 極 管輸 出 端 為 與 ”輸 出 端 并 聯(lián) 可 實(shí) 現(xiàn) “ 線 ）可 以 不 等 于（截 止時 ，為或 飽 和同 為 高 時 ， 取 值 合 適 ， 定 可 使只 要工 作 時 需 要 外 接 CCCCCCO OL CCLCCL VVVVTBA VTBA VRVR5 50 0, ,;, 3.4.5 其他類型的TTL門電路二 、 集 電 極 開 路 的 門 電 路 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版)(, ZVV OHOL ， 高 阻輸 出 有 三 個 狀 態(tài) ： ZYDPEN ABYDPEN 導(dǎo) 通 ， 為 “ 高 阻 狀 態(tài) ”截 止 ， 為 “ 工 作 狀 態(tài) ”,)( )(,)( 012 101 3.4.5 其他類型的TTL門電路三 、 三 態(tài) 輸 出 門 （ Three state Output Gate ,TS） 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版三態(tài)門的用途3.4.5 其他類型的TTL門電路三 、 三 態(tài) 輸 出 門 （ Three state Output Gate ,TS） 第 章 門電路 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 六 版CMOS電路與TTL電路比較（ 1） CMOS電 路 的 工 作 速 度 比 TTL電 路 的 低 。（ 2） CMOS帶 負(fù) 載 的 能 力 比 TTL電 路 強(qiáng) 。（ 3） CMOS電 路 的 電 源 電 壓 允 許 范 圍 較 大 ， 約 在 3 18V， 抗干 擾 能 力 比 TTL電 路 強(qiáng) 。（ 4） CMOS電 路 的 功 耗 比 TTL電 路 小 得 多 。 門 電 路 的 功 耗 只有 幾 個 W， 中 規(guī) 模 集 成 電 路 的 功 耗 也 不 會 超 過 100W。（ 5） CMOS集 成 電 路 的 集 成 度 比 TTL電 路 高 。（ 6） CMOS電 路 容 易 受 靜 電 感 應(yīng) 而 擊 穿 ， 在 使 用 和 存 放 時 應(yīng)注 意 靜 電 屏 蔽 ， 焊 接 時 電 烙 鐵 應(yīng) 接 地 良 好 ， 尤 其 是 CMOS電 路 多 余 不 用 的 輸 入 端 不 能 懸 空 ， 應(yīng) 根 據(jù) 需 要 接 地 或 接 高 電 平 。