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1、1,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,2,下页,返回,一、概述,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,3,下页,返回,上页,在二值逻辑中，逻辑变量的取值不是就是， 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,4,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
2、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,5,下页,返回,上页,4. 正逻辑和负逻辑,用表示高电平 用表示低电平,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。,6,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
3、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。,7,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
4、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10100个门电路） 。,8,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。,9,下页,返回,上页,二、半导体二极管的开关特性,1.理想开关的开关特性,静态：断开时，其等效电阻ROFF = ， 通过其
5、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。,10,下页,返回,上页,2. 半导体二极管的开关特性,时，二极管导通,时，二极管截止,控制二极管的开关状态,假定二极管D 为理想二极管,动画,11,下页,返回,上页,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。,12,下页,返回,上页,3. 二极管伏安特性的几种近似方法,RL,VCC和RL都很
6、小时 VON和rD不能忽略,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,13,返回,三、二极管与门,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 。,下页,上页,14,下页,返回,上页,如果规定3V以上为高电平，用逻辑1 状态表示， 0.7V以下为低电平，用逻辑0状态表示，则可得如下真值表。,逻辑函数式,2. 真值表,这种与门电路虽然简单， 但输
7、出的高、低电平数值和输入的高、低电平数值不相等，,负载电阻的改变有时会影响输出高电平。 仅用作集成电路内部的逻辑单元。,15,下页,返回,上页,四、二极管或门,D1、D2截止,D1截止D2导通,D1导通D2截止,D1、 D2导通,1. 电路组成及工作原理,最简单的或门也是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 。,16,返回,逻辑函数式,2. 真值表,如果规定2.3V以上为高电平，用逻辑1 状态表示， 0.7V以下为低电平，用逻辑0状态表示，则可得如下真值表。,二极管或门同样存在输出电平偏移的问题， 也只用于集成电路内部的逻辑单元。,下页,上页,17,返回,上页,课堂练习,