数字电子技术第三章阎石版

《数字电子技术基础》第五版

第三章 门电路

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3.1 概述 门电路：实现基本运算、复合运算的单元

电路。 基本和常用门电路：与门、与非门、或门· ·利用半导体开关元件 的导通、截止(即开、 关)两种工作状态来 实现

门电路中以高/低电平 表示逻辑状态的1/0

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获得高、低电平的基本原理 高/低电平都允许有 一定的变化范围 VCC

输 入 vI 信 号

S1

S2

输 出 vo 信 号

单开关电路

互补开关电路

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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

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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) 二极管的结构：P N

PN结 + 引线 + 封装构成

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3.2.1二极管的开关特性 二极管开关电路

高电平：VIH=VCC 低电平：VIL=0

P

N

vI=VIH D截止，vO=VOH=VCC vI=VIL D导通，vO=VOL=0V14

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二极管的开关等效电路

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二极管的动态电流波形

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3.2.2 二极管与门设VCC = 5V 加到A,B的 VIH=3V VIL=0V 二极管导通时 VDF=0.7V

A 0V 0V 3V 3V

B 0V 3V 0V 3V

Y 0.7V 0.7V 0.7V 3.7V

A 规定3V以上为1 0 0 1 0.7V以下为0 1

B 0 1 0 1

Y 0 0 0 1

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3.2.3 二极管或门加到A,B的 VIH=3V VIL=0V 二极管导通时 VDF=0.7V

A 0V 0V 3V 3V

B 0V 3V 0V 3V

Y 0V 2.3V 2.3V 2.3V

A 规定2.3V以上为1 0 0 0V以下为0 1 1

B 0 1 0 1

Y 0 1 1 118

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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19

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3.3 CMOS门电路3.3.1MOS管的开关特性 氧化物层一、MOS管的结构和工作原理 半导体层金属层

PN结

S (Source):源极 G (Gate):栅极 D (Drain):漏极 B (Substrate):衬底

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工作原理(N沟道增强型)

当加+VDS,VGS=0时，D-S间是两个背向PN结串 联， 开启电压 iD=0 加上+VGS,且足够大至VGS >VGS (th), D-S间形成导电 沟道(N型层)

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二、输入特性和输出特性(共源接法) 输入特性：直流电流为0,看进去有一个输入电

容CI,对动态有影响。 输出特性：iD = f (VDS) 对应不同的VGS下的一 族曲线 。

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漏极特性曲线(分三个区域)

截止区 ② 恒流区 ③ 可变电阻区①

可变电阻区

恒流区

截止区23

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三、MOS管的基

本开关电路

因为 ROFF 109 , RON 1K 只要 RON RD ROFF , 则：当vI =VIL < VGS(th) 当vI =VIH > VGS(th) T 截止 T 导通 vo=VOH≈VDD vo=VOL≈024

所以，MOS管D-S之间相当于一个受vI控制的开关。