【正文】 N+ N+ P襯底 B D S G SiO2 VDS VGS + + N溝道 ↓ID D S B G 增強(qiáng)型 NMOS管 D S B G 耗盡型 NMOS管 G D S NMOS管 簡化符號 MOS管的結(jié)構(gòu)與符號 ?MOS集成電路由 MOS管作為基本開關(guān)元件構(gòu)成 ?屬于 單極型 集成電路 MOS （ Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor， 金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管 ） 管中只有一種載流子 （ 自由電子 或 空穴 ） 參與導(dǎo)電 。 C ~ 125176。 89 TTL集成電路多余輸入端的處理 ?與門 、 與非門 ?將多余輸入端接正電源或邏輯高電平； ?或 將多余輸入端與有用輸入端并接； ?盡管輸入端懸空等效于接邏輯高電平 ， 但易引入干擾 ， 建議 不要懸空 ！ ?或門 、 或非門 將多余輸入端直接接地 。 門類型關(guān)鍵字 例化的門名稱 ( 端口列表 )； 88 關(guān)于 OC門與三態(tài)門的說明 ? 由于上拉電阻的使用而限制了 OC門的工作速度，OC門在現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中已經(jīng)極少用到，它只在低速接口電路中有一定的實(shí)用價(jià)值。0(39。 amp。 ENn amp。 （ 3）主要用途 ——實(shí)現(xiàn)總線（ BUS）結(jié)構(gòu) ? 總線 ——為節(jié)約輸出連線，通過一條輸出線 分時(shí) 傳輸若干個(gè)門電路的輸出信號 ? 在任何時(shí)間內(nèi)，最多只有一個(gè)門處于工作狀態(tài)，其他門被禁止（ 高阻態(tài) ），以避免數(shù)據(jù)混亂。 T4截止，輸出呈現(xiàn) 高阻抗 。 T4截止，輸出呈現(xiàn) 高阻抗 。 ?當(dāng)兩個(gè) TTL與非門的輸出端直接相連，若門 G1工作于 關(guān)態(tài) （輸出高電平），門 G2工作于 開態(tài) （輸出低電平），必然有很大的負(fù)載電流同時(shí)流過兩個(gè)門的輸出級，此電流的數(shù)值將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常工作電流，可能使門電路損壞。 A B Y EC 12V RL amp。 A B Vo EC 12V RL 500? 輸入（ TTL 電平） 輸出（ MOS電平） 10mA 81 amp。 改變電源 EC值，即可改變輸出邏輯高電平的值，實(shí)現(xiàn) TTL電路到其他類型電路 (如 MOS ）的電平轉(zhuǎn)換。 集電極開路與非門電路 amp?？梢院芎玫厥褂?EDA技術(shù)，使扇入扇出問題在 EDA軟件中被自動(dòng)考慮進(jìn)去，不必人為介入。 amp。 G1 G2 Gn G0 ? 78 G0開態(tài)時(shí) （ 2） G0開態(tài) 時(shí)，輸出 低 電平， G1~Gn處 于 關(guān)態(tài) 每個(gè)負(fù)載門向 G0灌入輸入短路電流 IiS。 扇入系數(shù)（ ni） 扇出系數(shù)（ no） ? TTL與非門輸入端的頭數(shù)，一般 ni=2~8 扇出系數(shù)測量電路 20 02 . 0 2 8 . 0 2 ) 2 ( max max ? ? ? ? ? ? ? ? ? iH oH i iH i oH I I n N n I N I IiH IoHmax amp。 ?VoH＝ ，稱為 最大輸出高電平電流 ， IoH,max＝ (典型值 ) （ 2）開態(tài)時(shí) IO Vo 0 1 2 3 5 10 15 + R’O=20? IOL VO + ?IOL越大，輸出 VOL越高。 電源特性 ? 當(dāng)與非門從關(guān)態(tài)到開態(tài) 、 或從開態(tài)到關(guān)態(tài)轉(zhuǎn)換過程中 ， TT5會(huì)瞬間同時(shí)導(dǎo)通 ? 電源出現(xiàn)瞬時(shí)最大電流 ——?jiǎng)討B(tài)尖峰電流 ? 在計(jì)算數(shù)字系統(tǒng)的電源容量（功率）時(shí)一定要考慮動(dòng)態(tài)尖峰電流的影響，留出一定的余量。 VNL=Voff－ ViL≈－ = VNH=ViH－ Von≈－ = Von Voff ViL 3 1 2 Vi/V VO/V 0 1 2 3 VOH VOL ViH VNL VNH 輸入低電平額定值 輸入高電平額定值 ? 只要輸入低電平 在 VNL范圍之內(nèi)，電路可靠工作在關(guān)態(tài)；只要輸入高電平在 VNH范圍之內(nèi)，電路可靠工作在開態(tài)。 飽和區(qū) T1 T2 T3 T4 T5 R13K R2 750 R4 3K R5 100 B1 B2 IC2 IB1 A B F Vi VO VCC +5V R3 360 倒置 飽和 截止 微導(dǎo)通 72 （ 2）電壓傳輸特性參數(shù) ① 輸出邏輯高電平 VOH和 輸出邏輯低電平 VOL 典型值： VOH≈， VOL≈ 額定值： VOH=， VOL= ② 關(guān)門電平 Voff、 開門電平 Von和閾值電壓 VTH ? 關(guān)門電平 Voff（輸入低電平上限 ViLmax）：使輸出高電平為額定值（ ）的 90%時(shí)對應(yīng)的輸入低電平值，典型值： Voff≈。 線性區(qū) T1 T2 T3 T4 T5 R13K R2 750 R4 3K R5 100 B1 B2 IC2 IB1 A B F Vi VO VCC +5V R3 360 截止 放大導(dǎo)通 深飽和 導(dǎo)通 70 電壓傳輸特性（ 3/4） VI/V VO/V 0 1 2 3 1 2 3 a b c d e ③ cd段 （轉(zhuǎn)折區(qū)） ? 當(dāng) ?Vi， T1由深飽和轉(zhuǎn)向 倒置 工作；VB2 = Vi+ VCES1 ? ， T2放大導(dǎo)通， T5也 放大導(dǎo)通 ； T3和 T4仍 導(dǎo)通 。 ?TTL與非門的電氣特性主要有 電壓傳輸特性、輸入特性、輸出特性、 電源特性 和 傳輸延遲特性。 使 T3微導(dǎo)通，則 T4截止 ， VO=VOL=VCES5= VVVV BEC E SC ???TTL與非門電路特點(diǎn)： 全高出低，一低出高 ?與非門 mA R V V I I B CC B B 1 3 1 . 2 5 1 1 1 2 ? ? ? ? ? ? ?此工作狀態(tài)下 T5飽和導(dǎo)通， 簡稱開態(tài)，電路輸出為低電平（ VO=VOL=）。 ICCH VCC PD = 2 +ICCL ( ) 62 TTL集成門 TTL集成與非門 TTL與非門的電氣特性 TTL與非門的主要參數(shù) TTL其他類型門電路 TTL集成電路多余輸入端的處理 TTL集成電路的系列產(chǎn)品 內(nèi)容概要 63 TTL與非門 ?TTL集成電路是雙極型集成電路，其輸入端和輸出端都是由晶體三極管構(gòu)成的電路，稱為 晶體管 晶體管邏輯 ，簡稱 TTL（ TransistorTransistor Logic）。 PD=VCC? ICC ? 門電路在輸出高電平和輸出低電平時(shí)通過電源的電流（ ICCH和ICCL）是不同的，兩種情況下的功耗也不一樣 ? 一般求其平均值 ? 一般地， CMOS門電路的功耗較低，且與工作頻率有關(guān)，頻率越高功耗越大。 amp。 ? 由于實(shí)際的信號波形有上升沿和下降沿之分，所以傳輸延遲時(shí)間 tpd是兩種變化情況反映的結(jié)果 ? 定義 tphl為輸出從 高 電平轉(zhuǎn)換到 低 電平時(shí)，輸入脈沖指定參考點(diǎn)與輸出脈沖指定參考點(diǎn)之間的時(shí)間； ? 定義 tplh為輸出從低電平轉(zhuǎn)換到高電平時(shí)，輸入脈沖指定參考點(diǎn)與輸出脈沖指定參考點(diǎn)之間的時(shí)間； ? 參考點(diǎn)選在輸入脈沖和輸出脈沖相應(yīng)邊沿的 50%處。 ? 由于制造工藝上的離散性，同一型號的器件，輸出電平也不可能完全一樣。 57 輸入 /輸出邏輯電平 ? TTL或 CMOS集成電路，其輸出高電平并不是理想的工作電源電壓 5V或 ；輸出低電平也不是理想的 0V電壓。 ?CMOS集成電路的標(biāo)準(zhǔn)直流電源電壓在 3~18V之間， 74系列CMOS集成電路有 5V和 。 A B F 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 ① 真值表 ② 表達(dá)式 F=A+B 或非門 ③ 工作波形（時(shí)序圖） A B F ?1 A B Y ? 只要 A或 B有一個(gè) 高 電平 （ ） ， 二極管或門的輸出就為高電平，經(jīng)三極管非門反相后，輸出為 低 電平； ? 只有全部輸入為 低 電平 （ ） ， D D2均導(dǎo)通，二極管或門的輸出才 為低電平 （ ）， T截止，輸出 VO為高電平（ ） 。 1 A Y 飽和導(dǎo)通 截止 52 復(fù)合邏輯門（與非門、或非門） ? 與非門由二極管與門和三極管非門復(fù)合而成。 ? 當(dāng) A為 、 B為 ， D2優(yōu)先導(dǎo)通 ，則輸出 Y== ；由于 A只有 ，則 D1被 反偏截止 。 R Y VCC +5V A B D1 D2 amp。 放大區(qū) : IC基本與 VCE無關(guān)，僅受 IB的控制，管子處于放大工作狀態(tài)。A 60 181。若 IB 繼續(xù) ↑， VBC0 ， 集電結(jié)變?yōu)檎?，盡管 IB 增加，但 IC 基本不變， T進(jìn)入飽和區(qū) 。 39 晶體三極管的穩(wěn)態(tài)開關(guān)特性（ 1/4） ? 三極管開關(guān)條件：當(dāng) Vi為低電平時(shí)， T截止 ，開關(guān)斷開，輸出為高電平；當(dāng) Vi為高電平時(shí)， T飽和導(dǎo)通 ，開關(guān)閉合，輸出為低電平。 ? 晶體管共發(fā)射極電路 放大能力強(qiáng)，也即控制能力強(qiáng)，只要在輸入端加上兩種不同幅值的信號，就可以控制晶體管的導(dǎo)通 或 截止 。 36 二極管的穩(wěn)態(tài)開關(guān)特性（ 2/3） R D UD ID + + Vi D反偏 時(shí)： D截止， RD=∞ ， UD=Vi ，ID=0——相當(dāng)于開關(guān)斷開 （ 3）實(shí)際二極管的開關(guān)特性（伏安特性） ID/mA UD/V 0 特性： ① UD?0（反偏和零偏）時(shí) D截止 ，有一個(gè)小的反向飽和電流 IS； ② UD0時(shí)， ID以指數(shù)規(guī)律上升，但 UDVD時(shí)， ID很小， D仍截止； UD?VD（ 鉗位電壓 ）時(shí)D導(dǎo)通 ， D導(dǎo)通時(shí) UD=VD，不變 ——鉗位特性 ； VD(鍺 )=～ 。 ? NPN型 三極管應(yīng)滿足 : UBE 0 UBC 0 即 VC VB VE ? PNP型 三極管應(yīng)滿足 : UEB 0 UCB 0 即 VC VB VE E C B T E C B T 33 晶體二極管和三極管的開關(guān)特性 晶體二極管的開關(guān)特性 晶體三極管的開關(guān)特性 內(nèi)容概要 34 晶體二極管的開關(guān)特性 ?一個(gè) PN結(jié)就是一只晶體二極管，記作 D。由于基區(qū)很薄，電子復(fù)合的機(jī)會(huì)不多，僅很少一部分被復(fù)合， 絕大多數(shù)電子擴(kuò)散到集電結(jié)的邊緣 。 BC II ?? ?30 三極管內(nèi)載流子的運(yùn)動(dòng) 1 發(fā)射區(qū)向基區(qū) 注入 電子 IE IB 2 電子在基區(qū) 擴(kuò)散 與復(fù)合 3 集電區(qū) 收集 電子 電子流向電源正極形成 IC IC N P N 電源負(fù)極向發(fā)射 區(qū)補(bǔ)充電子形成 發(fā)射極電流 IE VBB正極拉走電子，補(bǔ)充被復(fù)合的空穴，形成 IB VCC RC VBB RB ICBO 發(fā)射區(qū) 基區(qū) 集電區(qū) 集電結(jié)反偏，少子的漂移運(yùn)動(dòng)得到加速，形成反向飽和電流 31 三極管內(nèi)載流子的運(yùn)動(dòng)（續(xù)） ? 晶體管內(nèi)載流子的運(yùn)動(dòng)可概括為：注入 擴(kuò)散 收集。 29 三極管的電流放大（控制）作用 ? 電流放大的概念 ?以 NPN管共發(fā)射極接法為例。 在正向段：當(dāng) uDUT時(shí)， iD=Ise uD /UT 在反向段：當(dāng) | uD | UT時(shí)， iD? –IS 25 半導(dǎo)體三極管 ? 半導(dǎo)體三極管又稱 晶體（三極）管 。如當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，二極管的正向特性曲線左移，反向特性曲線下移。 ? 按 材料 劃分為硅管和鍺管。多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)超過內(nèi)電場作用下的少子的漂移運(yùn)動(dòng)，在 PN結(jié)內(nèi)形成了以 擴(kuò)散電流 為主的 正向 的宏觀電流 IF；該正向電流較大， PN結(jié)處于 導(dǎo)通 狀態(tài)； 2. PN結(jié) 反向偏置 時(shí)，外電場與內(nèi)電場方向 一致 ，使空間電荷區(qū)變寬 ，多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)受阻，少子的漂移運(yùn)動(dòng)超過多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，在 PN結(jié)內(nèi)形成了以 漂移電流 為主的 反向 電流 IR 。 PN結(jié)最重要的特性：在正偏置和反偏置時(shí)表現(xiàn)出完全不同的電流屬性。 半導(dǎo)體中的電流為漂移電流和擴(kuò)散電流之和。 17 雜質(zhì)半導(dǎo)體 — P型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖 少數(shù)載流子 負(fù)離子