第三章清华半导体基础知识《数字电 子技术基本教程》教学课件
RP的计算方法 • 将n个OD门接成“线与”结构，并考虑存在负载电流IL
的情况下，电路如图所示
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漏极开路输出的CMOS门电路的用途：接成总线结构
4. 异或门
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(3) 电压、电流传输特性
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2. CMOS传输门 开关状态由加在P和N的控制信号决定。 当P=0V，N=VDD时，两个MOS管均导通，A-B接通。 当P=VDD，N=0V时，两个MOS管均截止，A-B断开。
三态门的用途：总线连接
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2. 漏极开路输出的门电路
(1) 输出并联使用，实现线与运算 (2) 需要在输出端与电源之间外接上拉电阻RP
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(1) 输出并联使用，实现线与运算 (2) 使用时在输出端与电源之间外接上拉电阻RP
•0.3V以下为0
1
1
BY 00 11 01 11
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二极管构成的门电路的缺点 • 电平有偏移 • 带负载能力差
• 只用于IC内部电路
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•3.3.2 双极型三极管的开关特性 1. 双极型三极管的结构示意图和符号
第三章清华半导体基础 知识《数字电子技术基
本教程》教学课件
2020/12/7
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补：半导体基础知识
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半导体基础知识（1）
•两种载流子
• 本征半导体：纯净的具有晶体结构的半导体。 • 常用：硅Si，锗Ge
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3.2.5 CMOS电路的电气特性和参数 1. 直流电气特性和参数
也称静态特性，指电路处于稳定工作状态下的电压、电流 特性，通常用一系列电气参数来描述。
•(1) 输入高电平VIH和输入低电平VIL • VDD为+5V时，74HC系列集成电路的VIH(max)约为3.5V， • VIL(max)约为1.5V。
④
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工作状态分析
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工作状态分析
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电压传输特性
•阈值电压VTH约为1.4V
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•(4) 高电平输入电流IIH和低电平输入电流IIL • IIH(max)和 IIL(max)通常在1μA 以下。
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•(5) 高电平输出电流IOH和低电平输出电流IOL •
•74HC系列电路中，当VDD＝5V时，RON(N)不大于50Ω， •而RON(N)在100Ω 以内； •高电平输出电流IOH为-4mA； •低电平输出电流IOL为4mA。
•S (Source)：源极 •G (Gate)：栅极 •D (Drain)：漏极 •B (Substrate):衬底
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•P沟道增强型MOS管的开关状态
•(1) VIH=VDD时， VGS=0，S-D间不导通，MOS管截止 •(2) VIL=0时，VGS=－VDD，且VDD>|VT|，S-D间形成p型导电 沟道，MOS管导通
•(1) VIL=0时，D-S间不导通，MOS管截止，ROFF>106Ω，开关断开
•(2) 加上足够高的+VIH，且>VT, D-S间形成n型导电沟道，MOS
• 管导通， ROFF<1KΩ，开关接通
•
D-S间相当于是一个受VI控制的开关
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•2. P沟道增强型MOS管的结构和符号
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二极管或门
•设VCC = 5V
•加到A,B的 VIH=4V
•
VIL=0.3V
•二极管导通时 VDF=0.7V
AB
Y
0.3V 0.3V 0V
0.3V 4.0V 3.3V
4.0V 0.3V 3.3V
4.0V 4.0V 3.3V
A
•规定3.3V以上为1 0 0
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半导体基础知识（5）
• PN结的伏安特性
•反向截止区
•正向导通 区
•反向击穿区
•K:波耳兹曼常数 •T:热力学温度 •q: 电子电荷
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第三章 逻辑门
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3.2.4 CMOS电路的静电防护和锁定效应 1. 静电防护
为了防止静电击穿，在CMOS集成电路的每个输入端都设 置了输入保护电路。
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2. 锁定效应 当CMOS电路的输入端或输出端出现瞬时高压时，有可 能使电路进入这样一种状态，即电源至电路公共端之间 有很大的电流流过，输入端也失去了控制作用。 通过改进制造工艺，已经可以做到一般情况下不会发生， 但还不能绝对避免。
2. 输入特性
以反相器SN7404为例
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•结论：TTL输入端悬空和接逻辑1电平效果相同 •注意：CMOS电路中若输入端经过电阻接地，输入端电位为零
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•3. 输出特性
• 1. 反相器接有负载电路时，输出的高低电平随负载电流的 变
• 化而改变，且变化不大。 • 2. 需要驱动较大的负载电流时，总是用输出低电平去驱动。
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3.4.2 TTL与数字电 子技术基本教程》教学课件
2. 或非门
•3.与或非门
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半导体基础知识（2）
• 杂质半导体 • N型半导体 多子：自由电子 少子：空穴
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半导体基础知识（2）
• 杂质半导体 • P型半导体 多子：空穴 少子：自由电子
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(1) 电路结构
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(2) 开关等效电路 设定：VDD=+5V，VIH=5V，VIL=0V，且VDD>|VTN|+|VTP|
• 当VIL=0时，T1的VGS=0，T1截止；T2的VGS= -VDD，T2导通； 故VOH=VDD 。
• 当VIH=VDD时，T2的VGS=0，T2截止；T1的VGS=VDD，T1导通； 故VOL=0 。
二极管与门
•设VCC = 5V
•加到A,B的 VIH=4V
•
VIL=0.3V
•二极管导通时 VDF=0.7V
AB Y 0.3V 0.3V 1.0V 0.3V 4.0V 1.0V 4.0V 0.3V 1.0V 4.0V 4.0V 4.7V
•规定4V以上为1 •1V以下为0
A BY 0 00 0 10 1 00 1 11
半导体基础知识（3）
• PN结的形成 • 空间电荷区（耗尽层） • 扩散和漂移
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半导体基础知识（4）
• PN结的单向导电性 • 外加正向电压
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半导体基础知识（4）
• PN结的单向导电性 • 外加反向电压
3.3 双极型半导体二极管和三极管的开关特性
3.3.1 双极型二极管的开关特性和二极管门电路 1. 二极管的结构和伏安特性：
PN结 + 引线 + 封装构成
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2. 二极管的开关等效电路：
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3.2.2 CMOS与非门、或非门和异或门 •1. 与非门
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•2. 或非门
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•3. 异或门
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•6. 输入、输出端有反相器的或非门和与非门 通常在集成电路芯片的每个输入和输出端内部都接有标准参 数的反相器。
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•3.2.3 三态输出和漏极开路输出的CMOS门电路 1. 三态输出的门电路
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