第五章集成门电路答案.doc

第五章 门电路一、半导体器件的开关特性1、二极管的开关特性 （1）、开关作用 二极管加正偏电压时导通，导通电压比较小（硅管约为，锗管约为）。 二极管加反向电压时截止，截止后的反向电流很小。 （2）、动态特征 反向恢复过程： D正偏时，PN结电阻较小；加上反压后，形成较大的电流。之后，随着结电阻的增加，反向电流逐渐减小，直至漏电流。电流由所需的时间，成为反向恢复时间。 说明： a、转换时间：截止导通较小，导通截止较大，故二极管D的开关时间以来衡量。 b、的最高频率以10来取值。 2、晶体管的开关特性 （1）、开关作用 当为高电平（5V）时，发射结正偏。当基极电流足够大时，将使晶体管饱和导通，其管压降很小（硅管约为0.3V，锗管约为0.1V），所以工程上可以认为，即集电极与发射极之间相当于短路。 晶体管饱和的条件： 晶体管刚刚由放大进入饱和时的状态称为临界饱和状态，此时的集电极电流称为集电极临界饱和电流，用表示，则： 此时的基极电流称为基极临界饱和电流，用表示，则： 晶体管饱和的条件就是：，且临界饱和电流是由外电路（）决定的。 当为低电平（0V）时，发射结无法导通，晶体管处于截止状态，即集电极和发射极之间相当于断路。 （2）、动态特性 开启时间为晶体管从截止导通，建立电荷需要的时间，关闭时间为晶体管从导通截止存储电荷消散需要的时间。 说明： （1）、转换时间：截止导通时间较小，导通截止时间较大。 （2）、中占主要部分。 3、绝缘栅型场效应晶体管的开关特性 二、基本门电路 1、二极管与门电路 如图，A、B为输入端，Y为输出端。假设电源电压，输入信号的高电平为5V，低电平为0V，二极管、A的正向导通电压均为0.7V。 当输入端A为低电平时，二极管导通，此时无论输入端B为高电平还是低电平，输出端Y的电位被钳制在0.7V。 当输入端A、B均为高电平时，二极管、均截止，输出Y为5V。 2、二极管或门电路 如图，或门电路的假设条件与二级管与门电路相同。 当输入端A、B均为低电平时，二极管、均截止输出Y为0V；当输入端A、B中至少有一个为高电平时，输出端Y为4.3V。 3、晶体管非门电路 如图所示电路是由晶体管组成的非门电路，也称晶体管反相器。 当输入端A为低电平时，晶体管截止，输出端Y为5V；当输入端A为高电平时，晶体管饱和导通，输出端Y近似为0。 上述介绍的用二极管、晶体管、和电阻等单个元器件构成的门电路称为分立元器件门电路，其缺点是体积大、工作速度低、带负载能力差。 集成电路（Integrated Circuit）就是将所有的元件和连线都制作在同一块半导体基片(芯片)上。集成电路分模拟和数字两大类。 数字电路的基本逻辑单元有两大类，一类是实现各种基本逻辑关系的电子电路，称为逻辑门电路，它是构成组合逻辑电路的基本单元；还有一类是具有记忆功能的逻辑电路，称为触发器，它是构成时序逻辑电路的基本单元。如果集成逻辑门是以双极型晶体管电子和空穴两种载流子均参与导电为基础的，则称为双极型集成逻辑门电路。它主要有下列几种类型：晶体管—晶体管逻辑(TTL：Transistor-Transistor Logic)； 高阈值逻辑(HTL：High Threshold Logic)； 射极耦合逻辑(ECL：Emitter Coupled Logic； ECL门又叫做电流开关逻辑门，即Current Switching Logic,CSL)； 集成注入逻辑(I2L ：Integrated Injection Logic)。 如果集成逻辑门是以单极型晶体管只有一种极性的载流子电子或空穴为基础的，则称为单极型集成逻辑门电路。目前应用得最广泛的是金属氧化物半导体场效应管逻辑电路(MOS：Metal Oxide Semiconductor)。MOS电路又可分为： PMOS(P沟道MOS)；NMOS(N沟道MOS)；CMOS(PMOS—NMOS互补)。三、TTL集成门电路 （一）、TTL与非门 1、TTL与非门的工作原理 （1）、电路组成 输入级由多发射极晶体管和基极电组组成，它能实现输入变量A、B、C的与运算。 中间级是放大级，由、和组成，的集电极和发射极可以分别提供两个相位相反的电压信号。 输出级由晶体管、、和、组成，其中、构成复合管，与组成推拉式输出结构，具有较强的负载能力。 输入多发射极的作用: 1、参数一致性好； 2、缩小体积； 3、缩短从饱和向截止的转换时间，即加速转换过程。 （2）、原理分析 如图，电源电压，3.6V为高电平，0.3V为低电平，晶体管导通电压为0.7V。 a、当输