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《数字电子技术基础》（第五版）教学课件清华大学 阎石 王红 联系地址：清华大学 自动化系 邮政编码：100084 电子信箱：wang_hong@tsinghua.edu.cn 联系电话：(010补：半导体基础知识 半导体基础知识（1） 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 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 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 半导体基础知识（4） PN结的单向导电性 外加正向电压 半导体基础知识（4） PN结的单向导电性 外加反向电压 半导体基础知识（5） PN结的伏安特性 第三章 门电路 3.1 概述 门电路：实现基本运算、复合运算的单元电路，如与门、与非门、或门 ······ 获得高、低电平的基本原理 正逻辑：高电平表示1，低电平表示0负逻辑：高电平表示0，低电平表示1 3.2半导体二极管门电路半导体二极管的结构和外特性（Diode） 3.2.1二极管的开关特性： 二极管的开关等效电路： 二极管的动态电流波形： 3.2.2 二极管与门 3.2.3 二极管或门 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 3.3 CMOS门电路3.3.1MOS管的开关特性 一、MOS管的结构 以N沟道增强型为例： 二、输入特性和输出特性 漏极特性曲线（分三个区域） 截止区 恒流区 可变电阻区 漏极特性曲线（分三个区域） 截止区：VGSVGS(th)，iD = 0, ROFF 109Ω 漏极特性曲线（分三个区域） 恒流区： iD 基本上由VGS决定，与VDS 关系不大 漏极特性曲线（分三个区域） 可变电阻区：当VDS 较低（近似为0）， VGS 一定时， 这个电阻受VGS 控制、可变。 三、MOS管的基本开关电路 四、等效电路 五、MOS管的四种类型 增强型 耗尽型 3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理 一、电路结构 二、电压、电流传输特性 三、输入噪声容限 结论：可以通过提高VDD来提高噪声容限 3.3.3 CMOS 反相器的静态输入和输出特性 一、输入特性 二、输出特性 二、输出特性 3.3.4 CMOS反相器的动态特性 一、传输延迟时间 二、交流噪声容限 三、动态功耗 三、动态功耗 3.3.5 其他类型的CMOS门电路 一、其他逻辑功能的门电路 带缓冲极的CMOS门 1、与非门 带缓冲极的CMOS门 2.解决方法 二、漏极开路的门电路（OD门） 三、 CMOS传输门及双向模拟开关 1. 传输门 四、三态输出门 三态门的用途 双极型三极管的开关特性 （BJT, Bipolar Junction Transistor） 一、双极型三极管的结构 管芯 + 三个引出电极 + 外壳 以NPN为例说明工作原理： 二、三极管的输入特性和输出特性 三极管的输入特性曲线（NPN） 三极管的输出特性 三、双极型三极管的基本开关电路 工作状态分析： 图解分析法： 四、三极管的开关等效电路 五、动态开关特性 六 、三极管反相器 三极管的基本开关电路就是非门 实际应用中，为保证 VI=VIL时T可靠截止，常在 输入接入负压。 例3.5.1：计算参数设计是否合理 例3.5.1：计算参数设计是否合理 将发射极外接电路化为等效的VB与RB电路 当 当 又 因此，参数设计合理 3.5.2 TTL反相器的电路结构和工作原理 一、电路结构 设 二、电压传输特性 二、电压传输特性 二、电压传输特性 需要说明的几个问题： 三、输入噪声容限 3.5.3 TTL反相器的静态输入特性和输出特性 例：扇出系数（Fan-out）， 试计算门G1能驱动多少个同样的门电路负载。 3.5.4 TTL反相器的动态特性 一、传输延迟时间 1、现象 二、交流噪声容限 当输入信号为窄脉冲，且接近于tpd时，输出变化跟不上，变化很小，因此交流噪声容限远大于直流噪声容限。 三、电源的动态尖峰电流 2、动态尖峰电流 3.5.5其他类型的TTL门电路 一、其他逻辑功能的门电路 1. 与非门 2. 或非门 4. 异或门 二、集电极开路的门电路 1、推拉式输