江西师范大学数字电子技术课件第三章 第一节 半导体二极管门电路.ppt

第一节 半导体二极管门电路 一、概述 二、半导体二极管的开关特性 2. 半导体二极管的开关特性 三、二极管与门 四、二极管或门 第一节 半导体二极管门电路 半导体二极管的开关特性 二极管与门 二极管或门 概述 下页 总目录 推出 下页 返回 1.门电路的概念 用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路， 通称为逻辑门电路，简称门电路。 常用的门电路在逻辑功能上有： 与门、或门、非门、与非门、或非门、 与或非门、异或门等。 上页 下页 返回 上页 在二值逻辑中，逻辑变量的取值不是１就是０， 在数字电路中，与之对应的是： 电子开关的两种状态。 半导体二极管 、三极管和MOS管， 则是构成这种电子开关的基本开关元件。 2.逻辑变量与状态开关 下页 返回 上页 高电平和低电平是两种状态， 是两个不同的可以截然区别开来的电压范围。 在电子电路中用高、低电平，分别表示二值逻辑的 1 和 0 两种逻辑状态。 3.高、低电平与正、负逻辑 控制开关S S断开时，输出高电平 S接通时，输出低电平 输入信号 获得高，低电平的基本原理 输出信号 R vO S vI Vcc 下页 返回 上页 4. 正逻辑和负逻辑 1 0 正逻辑 0 1 负逻辑 用１表示高电平 用０表示低电平 用0表示高电平 用1表示低电平 今后除非特别说明，本书中一律采用正逻辑。 下页 返回 上页 5. 门电路的发展 在最初的数字逻辑电路中，每个门电路都是用若干个分立的半导体器件和电阻、电容连接而成的。 用这种单元电路组成大规模的数字电路是非常困难的，这就严重地制约了数字电路的普遍应用。 随着数字集成电路的问世和大规模集成电路工艺水平的不断提高，今天已经能把大量的门电路集成在一块很小的半导体芯片上，构成功能复杂的“片上系统”。 从制造工艺上可以将目前使用的数字集成电路分为双极型、单极型和混合型三种。 下页 返回 上页 1961年美国得克萨斯仪器公司率先将数字电路的元、器件制作在同一硅片上，制成了数字集成电路（Integrated Circuits，简称 IC）。 由于集成电路体积小、重量轻、可靠性好，因而在大多数领域里迅速取代了分立器件组成的数字电路。 直到20世纪80年代初，采用双极型三极管组成的TTL型集成电路一直是数字集成电路的主流产品。 TTL电路存在着一个严重的缺点，这就是它的功耗比较大。因此，用TTL电路只能做成小规模集成电路(简称SSI，其中仅包含10个以内的门电路）和中规模集成电路(简称MSI，其中包含10~100个门电路） 。 下页 返回 上页 CMOS集成电路出现于20世纪60年代后期，它最突出的优点在于功耗极低，所以非常适合制作大规模集成电路。 随着CMOS制作工艺的不断进步，无论是在工作速度还是在驱动能力上， CMOS电路都已经不比TTL电路逊色。 因此， CMOS电路便逐渐取代TTL电路而成为当前数字集成电路的主流产品。 但在现有的一些设备中仍旧在使用TTL电路。 下页 返回 上页 1.理想开关的开关特性 静态：断开时，其等效电阻ROFF = ∞， 通过其中的电流 IOFF = 0。 闭合时，其等效电阻ROFF = 0， 其上的电压 UAK = 0。 动态：开通时间tON = 0。 关断时间tOFF = 0。 下页 返回 上页 时，二极管导通 时，二极管截止 控制二极管的开关状态 二极管开关电路 VCC R D + - - + vO vI 假定二极管D 为理想二极管 动画 下页 返回 上页 二极管的伏安特性 v i o 在分析各种实际的二极管电路时，由于二极管的特性并不是理想的开关特性，所以并不是任何时候都能假定二极管为理想二极管。 反向电阻不是无穷大 正向电阻不是0 为简化分析和计算，常用近似的二极管特性。 下页 返回 上页 + - 3. 二极管伏安特性的几种近似方法 RL + - VON rD + - VON O i v VON O i v VON VCC和RL都很小时 VON和rD不能忽略 O i v 与VCC和RL相比 VON不能忽略 rD可以忽略 与VCC和RL相比 VON和rD均可忽略 i + - - + VCC v 返回 二极管与门的逻辑电平 A/V 0 0 3 3 B/V 0 3 0 3 Y/V 0.7 0.7 0.7 3.7 D1、D2导通 D1导通 D2截止 D1截止 D2导通 D1、 D2导通 1. 电路组成及工作原理 最简单的与门可以由二极管和电阻组成。 图中A、B为两个输入变量，Y为输出变量。 设输入的高、低电平分别为3V、0V， 二极管的正向导通压降为0.7V 。 Y 二极管与门 VCC（5