[工学]3第三章 集成门电路.ppt

第 三 章 集 成 门 电 路 双极型集成电路 　　bipolar integrated circuit 在半导体内，多数载流子和少数载流子两种极性的载流子（空穴和电子）都参与有源元件的导电，如通常的NPN或PNP双极型晶体管。以这类晶体管为基础的单片集成电路，称为双极型集成电路。它是1958年世界上最早制成的集成电路。双极型集成电路主要以硅材料为衬底，在平面工艺基础上采用埋层工艺和隔离技术，以双极型晶体管为基础元件。在数字集成电路的发展过程中，曾出现了多种不同类型的电路形式，典型的双极型数字集成电路主要有TTL，ECL，I2L。 3.2 半导体器件的开关特性 一、晶体二极管的开关特性 1、静态特性： 正相导通，相当于开关闭合（外加电压VD 〉门限电压VTH，锗管0.3V，硅管0.7V） 反向截至，相当于开关断开（外加电压VD 〈反相击穿电压VBR） 2、动态开关特性： 反向恢复时间：从正向导通到反向截止的时间 开通时间：从反向截止到正向导通的时间 二极管伏安特性曲线 1、正向特性 　　 当加在二极管两端的正向电压（P为正、N为负）很小时（锗管小于0.1伏，硅管小于0.5伏），管子不导通，处于“截止”状态，当正向电压超过一定数值后，管子才导通，电压再稍微增大，电流急剧暗加（见曲线I段）。不同材料的二极管，起始电压不同，硅管为0.5-.7伏左右，锗管为0.1-0.3左右。 2、反向特性 　　 二极管两端加上反向电压时，反向电流很小，当反向电压逐渐增加时，反向电流基本保持不变，这时的电流称为反向饱和电流（见曲线II段)。不同材料的二极管，反向电流大小不同，硅管约为1微安到几十微安，锗管则可高达数百微安，另外，反向电流受温度变化的影响很大，锗管的稳定性比硅管差。 3、击穿特性 　　 当反向电压增加到某一数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿。这时的反向电压称为反向击穿电压，不同结构、工艺和材料制成的管子，其反向击穿电压值差异很大，可由1伏到几百伏，甚至高达数千伏。 三极管伏安特性曲线 3.3.2 TTL集成逻辑门电路 3.3.5 正逻辑和负逻辑 与非门逻辑符号 与非门真值表 ＆ A B F 或非门逻辑符号 或非门真值表 ≥1 A B F 异或门逻辑符号 异或门真值表 ＝1 A B F 真值表特点: 相同则0, 不同则1 同或门逻辑符号 同或门真值表 ＝ A B F 真值表特点: 相同则1, 不同则0 1. 体积大、工作不可靠。 2. 需要不同电源。 3. 各种门的输入、输出电平不匹配。 分立元件门电路的缺点 与分立元件电路相比，集成电路具有体积小、可靠性高、速度快的特点，而且输入、输出电平匹配，所以早已广泛采用。根据电路内部的结构，可分为TTL、MOS管集成门电路等。 集成逻辑门电路 数字集成电路： 在一块半导体基片上制作出一个完整的逻辑电路所需要的全部元件和连线。使用时接：电源、输入和输出。数字集成电路具有体积小、可靠性高、速度快、而且价格便宜的特点。 TTL型电路： 输入和输出端结构都采用了半导体晶体管，称之为:Transistor-Transistor Logic。 TTL与非门的内部结构 +5V F R4 R2 R1 3k T2 R5 R3 T3 T4 T1 T5 b1 c1 A B C 360? 3k 750? 100? 一、电压传输特性 uo(V) ui(V) 1 2 3 UOH (3.4V) UOL (0.3V) 传输特性曲线 uo(V) ui(V) 1 2 3 UOH “1” UOL (0.3V) 阈值UT=1.4V 理想的传输特性 输出高电平 输出低电平 1. 输出高电平UOH、输出低电平UOL UOH?2.4V UOL ?0.4V 便认为合格。 典型值UOH=3.4V UOL=0.3V 。 2. 阈值电压UT uiUT时，认为ui是低电平。 uiUT时，认为ui是高电平。 UT =1.4V 二、 扇出系数 与非门电路输出能驱动同类门的个数，与非门的扇出系数一般是10。 三、TTL与非门在使用时多余输入端处理： 1. 接+5V。 2. 若悬空，UI=“1”。为了防止干扰，一般将悬空的输入端接高电平。 3. 输入端并联使用。 四 平均传输延迟时间 t ui 0 t uo 0 50% 50% 输出下降延迟时间tpd1 输出上升延迟时间tpd2 典型值：3 ? 10 ns 如：TTL门电路芯片（四2输入与非门，型号