【正文】 十平方毫米的硅片上。而由分立元件構(gòu)成的電路難于滿足上述要求，因些，伴隨著半導(dǎo)體制造工藝的提高，將 數(shù)字電路元器件和連線制作在同一硅片上，制成集成電路 （ Integrated Circuit，簡稱 IC）成為可能。 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 VC CRBRC VE EREAYVC CRD1BA Y將二極管與門和非門連接起來就構(gòu)成與非門 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 VC CRBRC VE EREAYRBA YD1D2將二極管或門和非門連接起來就構(gòu)成或非門 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 TTL門電路 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，給電子設(shè)備提出了新要求。同樣規(guī)則可構(gòu)成三輸入或門電路。 同樣規(guī)則可構(gòu)成三輸入與門電路。分立元件門電路包括二極管門電路（ DTL）和三極管門電路（ TTL）兩大類。 IvDR offRDDOH Vv ?Ov 當(dāng)輸入電平 為高電平時(shí)， MOS管工作在導(dǎo)通狀態(tài)，只要 ，則認(rèn)為輸出 為低電平 ，這時(shí)MOS管的 D—S間相當(dāng)一個(gè)閉合的開關(guān)。當(dāng)源柵電壓小于導(dǎo)通壓降 Vth時(shí)，漏源間未形成導(dǎo)電溝道，此時(shí)加上 VDS，也不會(huì)有漏極電流， PMOS管截止。 GDS數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 PMOS管當(dāng)源柵電壓大于某數(shù)值稱為導(dǎo)通電壓 V（ th） P時(shí)，漏源間導(dǎo)電溝道形成，此時(shí)加上 VDS即可有漏極電流，稱 PMOS導(dǎo)通，此時(shí)的導(dǎo)通電阻比較小。 MOS管可工作在截止區(qū)，可變電阻區(qū)和恒流區(qū)，分別對(duì)應(yīng)三極管的截止區(qū)，飽和區(qū)和放大區(qū)。當(dāng)柵源電壓增大，導(dǎo)通電阻變小，漏極電流變大。工作時(shí)襯底接源極。圖中給出N溝道 MOS管的電路符號(hào)。輸出 為低電平。三個(gè)電極電壓滿足 ， ，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，當(dāng) , 三極管工作在截止區(qū)，處于靠近特性曲線 X軸的地區(qū)，此時(shí)集電極電流 近似為 0，三極管的 C 和 E 端相當(dāng)一個(gè)斷開的開關(guān)。若忽略飽和壓降，其 C 和 E 端相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)閉合。 EBC VVV ??Ci Bi ??VVV EB 70 .??CEvBC VV ?數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 （ 2）飽和導(dǎo)通區(qū)： 三個(gè)電極電壓滿足 ， ，實(shí)際應(yīng)用時(shí) ， ，即可認(rèn)為三極管工作在飽和狀態(tài)，為靠近特性曲線 Y軸的地區(qū)。模擬電路中的三極管大多工作在放大狀態(tài)。通常根據(jù)實(shí)際應(yīng)用， 滿足 ， ，即可認(rèn)為三極管工作在放大區(qū)。 共射接法測(cè)量特性曲線電路圖 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 （ 1）放大區(qū)： 若電路中的三極管三個(gè)電極電壓滿足 時(shí)，三極管工作在放大狀態(tài)，此時(shí)的三極管具有電流放大作用，集電極電流 是基極電流 的 倍，與 幾乎沒有關(guān)系。 從而畫出一簇輸出特性曲線。實(shí)際上，當(dāng) VCE》 1V后，曲線基本重合為一條。再改變 iC為另一數(shù)值不變，再測(cè) IB和 VBE的關(guān)系，畫出一條特性曲線。 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 BEC+_vC EiBiC+_vB E共射接法測(cè)量特性曲線電路圖 0vB EiBVO N三極管的輸入特性曲線。其三個(gè)電極分別稱為基極 B、集電極 C 和發(fā)射極 E。假定輸入信號(hào) 時(shí)，二極管 Ｄ 截止， 輸出為高電平 則 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 雙極型三極管有 NPN和 PNP兩種，電路符號(hào)如圖示。 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 +_VC CR+_vIvOD0?? ILI vvonoLO Vvv ??時(shí)， Ｄ 導(dǎo)通 輸出為低電平。分析時(shí)也認(rèn)為，正向電壓大于導(dǎo)通電壓 VON時(shí)，二極管導(dǎo)通，電壓為 VON。 （ 2）反向截止區(qū)： 導(dǎo)通電壓硅管為 ，鍺為 。導(dǎo)通后的二極管近似為一個(gè)兩端電壓保持 VON的閉合開關(guān) 0vi+_viVO N數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 二極管加反向電壓，反向電流很小，稱二極管反向截止。 二極管加正向電壓，正向電流大。 畫出 和 的關(guān)系曲線，即為二極管的伏安特性曲線 二極管電路符號(hào)如圖示。 邏輯門電路用以實(shí)現(xiàn)基本的邏輯運(yùn)算和復(fù)合邏輯運(yùn)算，常見的邏輯門電路有 TTL電路， CMOS電路等，組成門電路的基本元件有二極管、三極管。 （ 1）二極管、三極管的開關(guān)特性 （ 2） TTL、 CMOS門電路的工作原理和邏輯功能 （ 3）門電路的輸入輸出特性，外特性及應(yīng)用 第二章 邏輯門電路 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 )1( ?? TVvS eIiivTVSI：流過二極管的電流， ：加在二極管兩端的電壓， ：跟溫度有關(guān)的常數(shù)，室溫（ T＝ 300K）時(shí)等于 26mV : 二極管的反向飽和電流，和二極管的材料、工藝、 幾何尺寸有關(guān)，不同型號(hào)的二極管其值不同。根據(jù)半導(dǎo)體物理理論，半導(dǎo)體二極管的伏安特性方程近似描述為： iv半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性 +_vi數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 伏安特性曲線表明二極管的可工作在兩個(gè)狀態(tài)，兩個(gè)區(qū)： （ 1）正向?qū)▍^(qū)。當(dāng)正向電壓大于某一個(gè)數(shù)值 VON后，正向電流明顯很大，此時(shí)稱二極管正向?qū)ǎ潆妷夯旧媳３衷?~之間，近似為 ， 稱VON= V為導(dǎo)通電壓 。若忽略掉反向電流，則此時(shí)的二極管相當(dāng)一個(gè)斷開的開關(guān)。 onV0iVo n 數(shù)字電路中的二極管，經(jīng)常工作在正向?qū)ê头聪蚪刂箖蓚€(gè)狀態(tài)，二極管的伏安特性等效如圖示。 外加電壓小于導(dǎo)通電壓時(shí)，二極管反向截止時(shí)，反向電流為 0。 CCIH Vv ? 0?ILvCCIHI Vvv ??CCoHO Vvv ??二極管開關(guān)電路如圖。由于工作時(shí)參與導(dǎo)電的載流子有兩種，故稱這類三極管為雙極型三極管。 雙極型三極管的開關(guān)特性 BECNPN PNP BCE 三極管的伏安特性是以實(shí)測(cè)曲線給出，以 NPN型為例，其測(cè)量電路如下圖。 測(cè)輸入特性曲線時(shí)，保持集電極電流 iC為某數(shù)值不變，改變 VBE的值，測(cè)量 IB和 VBE的關(guān)系，畫出曲線。從而畫出一簇輸入特性曲線。 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 iCvC E0/ m A/ V5 0 μ A4 0 μ A3 0 μ A5= 01 0 μ A2 0 μ AiB1 51 0654321飽 和 區(qū)截 止 區(qū)放區(qū)大BEC+_vC EiBiC+_vB E三極管的輸出特性曲線 測(cè)輸出特性曲線時(shí)，保持基極電流 iB不變，改變 VCE的值，測(cè)量 iC和 VCE的關(guān)系；再改變基極電流 iB值，并保持不變，再測(cè)量 iC和 VCE的關(guān)系 。電子線路中的三極管的工作狀態(tài)通常分為三種。 值為幾十到幾百。工作在放大狀態(tài)的三極管經(jīng)常用于需要放大信號(hào)的場(chǎng)合。放大區(qū)位于特性曲線的中間地區(qū)。 此時(shí)集電極和發(fā)射極間電壓為飽和壓降很小， 約為 。 EB VV ? CB VV ?CESVVVV EB 70 .?? CB VV ?（ 3）截止區(qū)。 EB VV ? CB VV ?Ci0?Bi數(shù)字電路中的三極管，經(jīng)常被設(shè)置在飽和導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài) 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 +_+_vIvOVC CRBRCiBiC 三極管開關(guān)電路如圖示：當(dāng)電路的參數(shù)配合得當(dāng)，就可以做到輸入 為低電平為 0時(shí) ，三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)，集電極電流 近似為 0， C 和 E 端相當(dāng)開關(guān)斷開，輸出 為高電平； 0?BiCiOvIv 當(dāng) 為高電平等于 時(shí)，三極管極間電壓滿足 ， ，三極管工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài)，若忽略飽和壓降時(shí)， C 和 E 端相當(dāng)開關(guān)閉合。 Iv CCVEB VV ? CB VV ?OvVVCC 5?數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 單極型三極管工作時(shí)參與導(dǎo)電的載流子只有一種，常見為金屬 —氧化物 —半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（ Metal—Oxide—Semiconductor Field—Effect），簡稱 MOS管。三個(gè)電極為柵極 G，漏極 D和源極S，分別對(duì)應(yīng)雙極型三極管的基極 B，集電極 C和發(fā)射極 E。 單極型三極管的開關(guān)特性 DSGGDS數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 NMOS管當(dāng) 柵源電壓 大于某數(shù)值稱為導(dǎo)通電壓 V（ th） N時(shí)，漏源間導(dǎo)電溝道形成，此時(shí)加上 VDS即可有漏極電流，稱 NMOS導(dǎo)通，此時(shí)的導(dǎo)通電阻比較小。當(dāng)柵極電壓小于導(dǎo)通壓降 V（ th） N 時(shí)，漏源間未形成導(dǎo)電溝道，此時(shí)加上 VDS，也不會(huì)有漏極電流， NMOS管截止。數(shù)字電路中的 MOS管，經(jīng)常工作在可變電阻區(qū)和截止區(qū)。當(dāng)源柵電壓增大，則導(dǎo)通電阻變小，漏極電流變大。 DSG數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 +_+_vIvOVD DRDiDGSD MOS管開關(guān)電路如圖示：只要電路參數(shù)合理，就可以做到，當(dāng)輸入電平 為低電平時(shí)， MOS管工作在截止?fàn)顟B(tài)，若負(fù)載電阻 小于 MOS管的截止內(nèi)阻 ，則認(rèn)為輸出 為高電平 ，這時(shí) MOS管的 D—S間相當(dāng)一個(gè)斷開的開關(guān)。 IvonD RR ??0?OLvOv數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 與門電路 和真值表 分立無件門電路 DTL 分立元件門電路是所有集成邏輯門電路發(fā)展的基礎(chǔ)。 VC CRD1BA YD2 A、 B中有一個(gè)或二個(gè)均低電平時(shí)，則相應(yīng)有一個(gè)或二個(gè)二極管導(dǎo)通，輸出 Y為低電平；當(dāng) A、 B全為高電平時(shí)，兩個(gè)二極管均處于截止?fàn)顟B(tài)， Y輸出為高電平。 A B Y 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 RBA YD1D2或門電路 和真值表 由圖可見，兩個(gè)二極管的負(fù)端經(jīng)電阻 R接負(fù)電源或地，所以只要 A、 B中有一個(gè)是高電平，就相應(yīng)地使其對(duì)應(yīng)的二極管導(dǎo)通， Y輸出高電平；當(dāng) A、 B全為低電平時(shí)，兩個(gè)二極管均處于截止?fàn)顟B(tài)， Y輸出為低電平。 A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 非門電路 和真值表 VC CRBRC VE EREAY 當(dāng)輸入信號(hào)為低電平時(shí)，三極管截止， Y輸出為高電平；當(dāng)輸入信號(hào)為高電平時(shí)，三極管飽和導(dǎo)通， Y輸出為低電平。要求電子設(shè)備