数字电路_半导体MOS和TTL

《《数字电子技术基本数字电子技术基本教程》》 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》教学教学课件 清华大学清华大学 王红王红 陈莉平陈莉平 阎石阎石 联系地址：清华大学联系地址：清华大学 自动化系自动化系 邮政编码：邮政编码：100084100084100084100084100084100084100084100084 电子信箱：电子信箱：wang_hong@tsinghua.edu.cnwang_hong@tsinghua.edu.cnwang_hong@tsinghua.edu.cnwang_hong@tsinghua.edu.cnwang_hong@tsinghua.edu.cnwang_hong@tsinghua.edu.cnwang_hong@tsinghua.edu.cnwang_hong@tsinghua.edu.cn 联系电话联系电话：：(010)62792973(010)62792973(010)62792973(010)62792973(010)62792973(010)62792973(010)62792973(010)62792973 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 补：半导体基础知识补：半导体基础知识 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 半导体基础知识（半导体基础知识（11111111）） •• 本征半导体：纯净的具有晶体结构的半导体。本征半导体：纯净的具有晶体结构的半导体。 •• 常用：硅常用：硅SiSiSiSiSiSiSiSi，锗，锗GeGeGeGeGeGeGeGe 两种载流子 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 半导体基础知识（半导体基础知识（22222222）） •• 杂质半导体杂质半导体 •• NNNNNNNN型半导体型半导体 多子：自由电子多子：自由电子 少子：空穴少子：空穴 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 半导体基础知识（半导体基础知识（22222222）） •• 杂质半导体杂质半导体 •• PPPPPPPP型半导体型半导体 多子：空穴多子：空穴 少子：自由电子少子：自由电子 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 半导体基础知识（半导体基础知识（33333333）） •• PNPNPNPNPNPNPNPN结的形成结的形成 •• 空间电荷区（耗尽层）空间电荷区（耗尽层） •• 扩散和漂移扩散和漂移 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 半导体基础知识（半导体基础知识（44444444）） •• PNPNPNPNPNPNPNPN结的单向导电性结的单向导电性 •• 外加外加正向电压正向电压 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 半导体基础知识（半导体基础知识（44444444）） •• PNPNPNPNPNPNPNPN结的单向导电性结的单向导电性 •• 外加外加反向电压反向电压 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 半导体基础知识（半导体基础知识（55555555）） •• PNPNPNPNPNPNPNPN结的伏安特性结的伏安特性 正向导通区 反向截止区 反向击穿区 q q q q nkT nkT nkT nkT V V V V e e e eI I I Ii i i i T T T T V V V V V V V V S S S S T T T T = −= ))))(((( 1 K K K K::::波耳兹曼常数 T T T T::::热力学温度 q q q q: : : : 电子电荷 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 第三章第三章 逻辑门逻辑门 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 3.1 MOS3.1 MOS3.1 MOS3.1 MOS3.1 MOS3.1 MOS3.1 MOS3.1 MOS管的开关特性管的开关特性 S (Source)S (Source)S (Source)S (Source)：源极 G (Gate)G (Gate)G (Gate)G (Gate)：栅极 D (Drain)D (Drain)D (Drain)D (Drain)：漏极 B (Substrate):B (Substrate):B (Substrate):B (Substrate):衬底 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. NNNNNNNN沟道增强型沟道增强型MOSMOSMOSMOSMOSMOSMOSMOS管管的结构和符号的结构和符号 PNPNPNPN结 半导体层 SiOSiOSiOSiO2222绝缘层 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 NNNNNNNN沟道增强型沟道增强型MOSMOSMOSMOSMOSMOSMOSMOS管的开关状态管的开关状态 (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) VVVVVVVVILILILILILILILIL=0=0=0=0=0=0=0=0时，时，D-SD-SD-SD-SD-SD-SD-SD-S间不导通，间不导通，MOSMOSMOSMOSMOSMOSMOSMOS管截止，管截止，RRRRRRRROFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFF>10>10>10>10>10>10>10>1066666666ΩΩ，开关断开，开关断开 (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) 加上足够高的加上足够高的++++++++VVVVVVVVIHIHIHIHIHIHIHIH，且，且>V>V>V>V>V>V>V>VTTTTTTTT, D-S, D-S, D-S, D-S, D-S, D-S, D-S, D-S间形成间形成nnnnnnnn型导电沟道，型导电沟道，MOSMOSMOSMOSMOSMOSMOSMOS 管导通，管导通， RRRRRRRROFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFF<1K<1K<1K<1K<1K<1K<1K<1KΩΩ，开关接通，开关接通 D-SD-SD-SD-SD-SD-SD-SD-S间相当于是一个受间相当于是一个受VVVVVVVVIIIIIIII控制的开关控制的开关 开启电压 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 S (Source)S (Source)S (Source)S (Source)：源极 G (Gate)G (Gate)G (Gate)G (Gate)：栅极 D (Drain)D (Drain)D (Drain)D (Drain)：漏极 B (Substrate):B (Substrate):B (Substrate):B (Substrate):衬底 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2. PPPPPPPP沟道增强型沟道增强型MOSMOSMOSMOSMOSMOSMOSMOS管管的结构和符号的结构和符号 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 PPPPPPPP沟道增强型沟道增强型MOSMOSMOSMOSMOSMOSMOSMOS管的开关状态管的开关状态 (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) VVVVVVVVIHIHIHIHIHIHIHIH=V=V=V=V=V=V=V=VDDDDDDDDDDDDDDDD时，时， VVVVVVVVGSGSGSGSGSGSGSGS=0=0=0=0=0=0=0=0，，S-DS-DS-DS-DS-DS-DS-DS-D间不导通，间不导通，MOSMOSMOSMOSMOSMOSMOSMOS管截止管截止 (2)(2)(2)(2)(2)(2)(2)(2) V V V V V V V VILILILILILILILIL=0=0=0=0=0=0=0=0时，时，VVVVVVVVGSGSGSGSGSGSGSGS========－－VVVVVVVVDDDDDDDDDDDDDDDD，且，且VVVVVVVVDDDDDDDDDDDDDDDD>|>|>|>|>|>|>|>|VVVVVVVVTTTTTTTT||||||||，，S-DS-DS-DS-DS-DS-DS-DS-D间形成间形成pppppppp型导电沟型导电沟 道，道，MOSMOSMOSMOSMOSMOSMOSMOS管导通管导通 S-DS-DS-DS-DS-DS-DS-DS-D之间也构成一个受之间也构成一个受VVVVVVVVIIIIIIII控制的开关。控制的开关。 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 3. N3. N3. N3. N3. N3. N3. N3. N沟道耗尽型和沟道耗尽型和PPPPPPPP沟道耗尽型沟道耗尽型 区别：耗尽型区别：耗尽型MOSMOSMOSMOSMOSMOSMOSMOS管在管在VVVVVVVVGSGSGSGSGSGSGSGS=0=0=0=0=0=0=0=0时就已经有导电沟道存在时就已经有导电沟道存在 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 3.2 CMOS3.2 CMOS3.2 CMOS3.2 CMOS3.2 CMOS3.2 CMOS3.2 CMOS3.2 CMOS门电路门电路 3.2.1 CMOS3.2.1 CMOS3.2.1 CMOS3.2.1 CMOS3.2.1 CMOS3.2.1 CMOS3.2.1 CMOS3.2.1 CMOS反相器和传输门反相器和传输门 1. CMOS1. CMOS1. CMOS1. CMOS1. CMOS1. CMOS1. CMOS1. CMOS反相器反相器 (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) 电路结构电路结构 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) 开关等效电路开关等效电路 设定：设定：VVVVVVVVDDDDDDDDDDDDDDDD========+5V+5V+5V+5V+5V+5V+5V+5V，，VVVVVVVVIHIHIHIHIHIHIHIH========5V5V5V5V5V5V5V5V，，VVVVVVVVILILILILILILILIL=0V=0V=0V=0V=0V=0V=0V=0V，且，且VVVVVVVVDDDDDDDDDDDDDDDD>|>|>|>|>|>|>|>|VVVVVVVVTNTNTNTNTNTNTNTN|+||+||+||+||+||+||+||+|VVVVVVVVTPTPTPTPTPTPTPTP|||||||| •• 当当VVVVVVVVILILILILILILILIL=0=0=0=0=0=0=0=0时，时，TTTTTTTT11111111的的VVVVVVVVGSGSGSGSGSGSGSGS=0=0=0=0=0=0=0=0，，TTTTTTTT11111111截止；截止；TTTTTTTT22222222的的VVVVVVVVGSGSGSGSGSGSGSGS= -= -= -= -= -= -= -= -VVVVVVVVDDDDDDDDDDDDDDDD，，TTTTTTTT22222222导通；导通； 故故VVVVVVVVOHOHOHOHOHOHOHOH========VVVVVVVVDDDDDDDDDDDDDDDD 。。 •• 当当VVVVVVVVIHIHIHIHIHIHIHIH========VVVVVVVVDDDDDDDDDDDDDDDD时，时，TTTTTTTT22222222的的VVVVVVVVGSGSGSGSGSGSGSGS=0=0=0=0=0=0=0=0，，TTTTTTTT22222222截止；截止；TTTTTTTT11111111的的VVVVVVVVGSGSGSGSGSGSGSGS========VVVVVVVVDDDDDDDDDDDDDDDD，，TTTTTTTT11111111导导 通；故通；故VVVVVVVVOLOLOLOLOLOLOLOL=0 =0 =0 =0 =0 =0 =0 =0 。。 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 (3) (3) (3) (3) (3) (3) (3) (3) 电压、电流传输特性电压、电流传输特性 DDDDDDDDOOOOTHTHTHTH22221111 22221111TPTPTPTPDDDDDDDDIIIITNTNTNTN OLOLOLOLOOOOTPTPTPTPDDDDDDDDIIII OHOHOHOHDDDDDDDDOOOOTNTNTNTNIIII 2222 1111 2222 1111 ,,,, ,,,, 0000 V V V VV V V VV V V VV V V VT T T TT T T T T T T TT T T TV V V VV V V VV V V VV V V V V V V VV V V VV V V VV V V VV V V V V V V VV V V VV V V VV V V VV V V V DD DD DD DD ======== −−−−<<<<<<<< ========−−−−>>>> ========<<<< 时，参数完全对称，若 同时导通。， 时， 时， 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 2. CMOS2. CMOS2. CMOS2. CMOS2. CMOS2. CMOS2. CMOS2. CMOS传输门传输门 开关状态由加在开关状态由加在PPPPPPPP和和NNNNNNNN的控制信号决定。的控制信号决定。 当当PPPPPPPP=0V=0V=0V=0V=0V=0V=0V=0V，，N=N=N=N=N=N=N=N=VVVVVVVVDDDDDDDDDDDDDDDD时，两个时，两个MOSMOSMOSMOSMOSMOSMOSMOS管均导通，管均导通，A-BA-BA-BA-BA-BA-BA-BA-B接通。接通。 当当PPPPPPPP========VVVVVVVVDDDDDDDDDDDDDDDD，，N=0VN=0VN=0VN=0VN=0VN=0VN=0VN=0V时，两个时，两个MOSMOSMOSMOSMOSMOSMOSMOS管均截止，管均截止，A-BA-BA-BA-BA-BA-BA-BA-B断开。断开。 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 3.2.2 CMOS3.2.2 CMOS3.2.2 CMOS3.2.2 CMOS3.2.2 CMOS3.2.2 CMOS3.2.2 CMOS3.2.2 CMOS与非门、或非门和异或门与非门、或非门和异或门 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 与非门与非门 0000TTTTTTTTTTTTTTTT1111 1111TTTTTTTT00001111 1111TTTTTTTT11110000 1111TTTTTTTTTTTTTTTT0000 4444333322221111 33331111 44442222 4444333322221111 ============ ============ ============ ============ Y Y Y YB B B BA A A A Y Y Y YB B B BA A A A Y Y Y YB B B BA A A A Y Y Y YB B B BA A A A 截止，和导通，和时，当 导通，截止、时，，当 导通，截止、时，，当 导通，和截止、和时，当 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2. 或非门或非门 ）（因此， 时，同时为、 ，当中有一个是、 ′′′′++++==== ==== ==== B B B BA A A AY Y Y Y Y Y Y YB B B BA A A A Y Y Y YB B B BA A A A 11110000 00001111 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 3. 3. 3. 3. 3. 3. 3. 3. 异或门异或门 0000TGTGTGTGTGTGTGTG1111 0000TGTGTGTGTGTGTGTG0000 1111TGTGTGTGTGTGTGTG11110000 1111TGTGTGTGTGTGTGTG00001111 22221111 22221111 22221111 22221111 ====′′′′============ ================ ================ ====′′′′============ B B B BY Y Y YB B B BA A A A B B B BY Y Y YB B B BA A A A B B B BY Y Y YB B B BA A A A B B B BY Y Y YB B B BA A A A 导通，截止、时，当 截止，导通、时，当 截止，导通、时，，当 导通，截止、时，，当 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 4. 4. 4. 4. 4. 4. 4. 4. 异或非门异或非门 工作原理与异或门类似工作原理与异或门类似 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 5. 5. 5. 5. 5. 5. 5. 5. 与门、或门和同相缓冲器与门、或门和同相缓冲器 由反相器、传输门、与非门、或非门可以组成其他逻辑功能由反相器、传输门、与非门、或非门可以组成其他逻辑功能 的门电路或逻辑电路。的门电路或逻辑电路。 与非门与非门++++++++反相器反相器 或非门或非门++++++++反相器反相器 反相器反相器++++++++反相器反相器 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 6. 6. 6. 6. 6. 6. 6. 6. 输入、输出端有反相器的或非门和与非门输入、输出端有反相器的或非门和与非门 通常在集成电路芯片的每个输入和输出端内部都接有标准参通常在集成电路芯片的每个输入和输出端内部都接有标准参 数的反相器。数的反相器。 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 ))))((((1111 0000 高阻时， 时， Z Z Z ZY Y Y YN N N NE E E E A A A AY Y Y YN N N NE E E E ========′′′′ ′′′′========′′′′ 3.2.3 3.2.3 3.2.3 3.2.3 3.2.3 3.2.3 3.2.3 3.2.3 三态输出和漏极开路输出的三态输出和漏极开路输出的CMOSCMOSCMOSCMOSCMOSCMOSCMOSCMOS门电路门电路 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 三态输出的门电路三态输出的门电路 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 三态门的用途：总线连接三态门的用途：总线连接 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2. 漏极开路输出的门电路漏极开路输出的门电路 (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) 输出并联使用，实现线与运算输出并联使用，实现线与运算 (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) 需要在输出端与电源之间外接上拉电阻需要在输出端与电源之间外接上拉电阻RRRRRRRRPPPPPPPP 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) 输出并联使用，实现线与运算输出并联使用，实现线与运算 (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) 使用时在输出端与电源之间外接上拉电阻使用时在输出端与电源之间外接上拉电阻RRRRRRRRPPPPPPPP 0000OLOLOLOLDDDDDDDDOHOHOHOHOFFOFFOFFOFFPPPPONONONON ========<<<<<<<<<<<<<<<< VVVVVVVVVVVVRRRRRRRRRRRR 、，则若 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 RRRRRRRRPPPPPPPP的计算方法的计算方法 •• 将将nnnnnnnn个个ODODODODODODODOD门接成门接成““““““““线与线与””””””””结构，并考虑存在负载电流结构，并考虑存在负载电流IIIIIIIILLLLLLLL的的 情况下，电路如图所示情况下，电路如图所示 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 P(max)P(max)P(max)P(max)LLLLOHOHOHOHOHOHOHOHDDDDDDDDPPPP OHOHOHOHPPPPLLLLOHOHOHOHDDDDDDDD PPPPOHOHOHOH ))))(((())))(((( ))))(((( R R R RI I I InI nI nI nIV V V VV V V VR R R R V V V VR R R RI I I InI nI nI nIV V V V R R R RV V V V ====++++−−−−≤≤≤≤ ⇓⇓⇓⇓ ≥≥≥≥++++−−−− 不能太大，，为保证输出电压高于 P(min)P(min)P(min)P(min)LLLLOL(max)OL(max)OL(max)OL(max)OLOLOLOLDDDDDDDDPPPP OL(max)OL(max)OL(max)OL(max)PPPPOLOLOLOLDDDDDDDDLLLL PPPPOL(max)OL(max)OL(max)OL(max) ))))(((())))(((( ))))(((( ODODODOD R R R RI I I II I I IV V V VV V V VR R R R I I I IR R R RV V V VV V V VI I I I R R R RI I I I ====−−−−−−−−≥≥≥≥ ⇓⇓⇓⇓ ≤≤≤≤−−−−++++ 不能太小，电平输出电流最大值 低门的电流不超过允许的为保证流入 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 漏极开路输出的漏极开路输出的CMOSCMOSCMOSCMOSCMOSCMOSCMOSCMOS门电路的用途：接成总线结构门电路的用途：接成总线结构 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 3.2.4 CMOS3.2.4 CMOS3.2.4 CMOS3.2.4 CMOS3.2.4 CMOS3.2.4 CMOS3.2.4 CMOS3.2.4 CMOS电路的静电防护和锁定效应电路的静电防护和锁定效应 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 静电防护静电防护 为了防止静电击穿，在为了防止静电击穿，在CMOSCMOSCMOSCMOSCMOSCMOSCMOSCMOS集成电路的每个输入端都设集成电路的每个输入端都设 置了输入保护电路。置了输入保护电路。 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2. 锁定效应锁定效应 当当CMOSCMOSCMOSCMOSCMOSCMOSCMOSCMOS电路的输入端或输出端出现瞬时高压时，有可电路的输入端或输出端出现瞬时高压时，有可 能使电路进入这样一种状态，即电源至电路公共端之间能使电路进入这样一种状态，即电源至电路公共端之间 有很大的电流流过，输入端也失去了控制作用。有很大的电流流过，输入端也失去了控制作用。 通过改进制造工艺，已经可以做到一般情况下不会发通过改进制造工艺，已经可以做到一般情况下不会发 生，但还不能绝对避免。生，但还不能绝对避免。 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 3.2.5 CMOS3.2.5 CMOS3.2.5 CMOS3.2.5 CMOS3.2.5 CMOS3.2.5 CMOS3.2.5 CMOS3.2.5 CMOS电路的电气特性和参数电路的电气特性和参数 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 直流电气特性和参数直流电气特性和参数 也称静态特性，指电路处于稳定工作状态下的电压、电流也称静态特性，指电路处于稳定工作状态下的电压、电流 特性，通常用一系列电气参数来描述。特性，通常用一系列电气参数来描述。 (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) 输入高电平输入高电平VVVVVVVVIHIHIHIHIHIHIHIH和输入低电平和输入低电平VVVVVVVVILILILILILILILIL V V V V V V V VDDDDDDDDDDDDDDDD为为+5V+5V+5V+5V+5V+5V+5V+5V时，时，74HC74HC74HC74HC74HC74HC74HC74HC系列集成电路的系列集成电路的VVVVVVVVIH(maxIH(maxIH(maxIH(maxIH(maxIH(maxIH(maxIH(max))))))))约为约为3.5V3.5V3.5V3.5V3.5V3.5V3.5V3.5V，， VVVVVVVVIL(maxIL(maxIL(maxIL(maxIL(maxIL(maxIL(maxIL(max))))))))约为约为1.5V1.5V1.5V1.5V1.5V1.5V1.5V1.5V。。 (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) 输出高电平输出高电平VVVVVVVVOHOHOHOHOHOHOHOH和输出低电平和输出低电平VVVVVVVVOLOLOLOLOLOLOLOL VVVVVVVVDDDDDDDDDDDDDDDD为为+5V+5V+5V+5V+5V+5V+5V+5V时，时， 74HC74HC74HC74HC74HC74HC74HC74HC系列集成电路的系列集成电路的VVVVVVVVOH(minOH(minOH(minOH(minOH(minOH(minOH(minOH(min))))))))为为4.4V4.4V4.4V4.4V4.4V4.4V4.4V4.4V（当（当 输出端流出的负载电流为－输出端流出的负载电流为－4mA4mA4mA4mA4mA4mA4mA4mA时），时），VVVVVVVVOL(maxOL(maxOL(maxOL(maxOL(maxOL(maxOL(maxOL(max))))))))为为0.33V0.33V0.33V0.33V0.33V0.33V0.33V0.33V（当（当 流入输出端的负载电流为流入输出端的负载电流为4mA4mA4mA4mA4mA4mA4mA4mA时）。时）。 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 (3) (3) (3) (3) (3) (3) (3) (3) 噪声容限噪声容限VVVVVVVVNHNHNHNHNHNHNHNH和和VVVVVVVVNLNLNLNLNLNLNLNL VVVVVVVVNHNHNHNHNHNHNHNH＝＝VVVVVVVVOH(minOH(minOH(minOH(minOH(minOH(minOH(minOH(min))))))))－－ VVVVVVVVIH(minIH(minIH(minIH(minIH(minIH(minIH(minIH(min)))))))) ＝＝4.34.34.34.34.34.34.34.3－－3.53.53.53.53.53.53.53.5＝＝0.8V0.8V0.8V0.8V0.8V0.8V0.8V0.8V VVVVVVVVNLNLNLNLNLNLNLNL＝＝VVVVVVVVIL(maxIL(maxIL(maxIL(maxIL(maxIL(maxIL(maxIL(max))))))))－－ VVVVVVVVOL(maxOL(maxOL(maxOL(maxOL(maxOL(maxOL(maxOL(max)))))))) ＝＝1.51.51.51.51.51.51.51.5－－0.330.330.330.330.330.330.330.33＝＝1.17V1.17V1.17V1.17V1.17V1.17V1.17V1.17V (4) (4) (4) (4) (4) (4) (4) (4) 高电平输入电流高电平输入电流IIIIIIIIIHIHIHIHIHIHIHIH和低电平输入电流和低电平输入电流IIIIIIIIILILILILILILILIL I I I I I I I IIH(maxIH(maxIH(maxIH(maxIH(maxIH(maxIH(maxIH(max))))))))和和 IIIIIIIIIL(maxIL(maxIL(maxIL(maxIL(maxIL(maxIL(maxIL(max))))))))通常在通常在11111111μμA A A A A A A A 以下。以下。 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 (5) (5) (5) (5) (5) (5) (5) (5) 高电平输出电流高电平输出电流IIIIIIIIOHOHOHOHOHOHOHOH和低电平输出电流和低电平输出电流IIIIIIIIOLOLOLOLOLOLOLOL 74HC74HC74HC74HC74HC74HC74HC74HC系列电路中，当系列电路中，当VVVVVVVVDDDDDDDDDDDDDDDD＝＝5V5V5V5V5V5V5V5V时，时，RRRRRRRRON(N)ON(N)ON(N)ON(N)ON(N)ON(N)ON(N)ON(N)不大于不大于5050505050505050ΩΩ，， 而而RRRRRRRRON(N)ON(N)ON(N)ON(N)ON(N)ON(N)ON(N)ON(N)在在100100100100100100100100ΩΩ 以内； 高电平输出电流高电平输出电流IIIIIIIIOHOHOHOHOHOHOHOH为为-4mA-4mA-4mA-4mA-4mA-4mA-4mA-4mA；； 低电平输出电流低电平输出电流IIIIIIIIOLOLOLOLOLOLOLOL为为4mA4mA4mA4mA4mA4mA4mA4mA。。 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2. 开关电气特性和参数开关电气特性和参数 也称动态特性，是指电路在状态转换过程中的电压、电流特性。也称动态特性，是指电路在状态转换过程中的电压、电流特性。 (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) 传输延迟时间传输延迟时间ttttttttpdpdpdpdpdpdpdpd 在在CCCCCCCCLLLLLLLL＝＝50pF50pF50pF50pF50pF50pF50pF50pF的条件下，的条件下，74HC0474HC0474HC0474HC0474HC0474HC0474HC0474HC04的传输延迟时间的传输延迟时间ttttttttpdpdpdpdpdpdpdpd约为约为9ns9ns9ns9ns9ns9ns9ns9ns。。 (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) 动态功耗动态功耗 f f f fV V V VC C C CC C C C P P P PP P P PP P P P 2222 DDDDDDDDpdpdpdpdLLLL TTTTLLLLDDDD ))))(((( ++++==== ++++==== 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 双极型半导体二极管和三极管的开关特性双极型半导体二极管和三极管的开关特性 3.3.1 3.3.1 3.3.1 3.3.1 3.3.1 3.3.1 3.3.1 3.3.1 双极型二极管的开关特性和二极管门电路双极型二极管的开关特性和二极管门电路 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 二极管的结构和伏安特性：二极管的结构和伏安特性： PNPNPNPNPNPNPNPN结结 + + + + + + + + 引线引线 + + + + + + + + 封装构成封装构成 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2. 二极管的开关等效电路：二极管的开关等效电路： 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 二极管二极管与与与与与与与与门门 设VVVVCCCCCCCC = 5V = 5V = 5V = 5V 加到A,BA,BA,BA,B的 VVVVIHIHIHIH=4V=4V=4V=4V V V V VILILILIL=0.3V=0.3V=0.3V=0.3V 二极管导通时 VVVVDFDFDFDF=0.7V=0.7V=0.7V=0.7V 4.7V4.7V4.7V4.7V4.7V4.7V4.7V4.7V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V 1.0V1.0V1.0V1.0V1.0V1.0V1.0V1.0V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V 1.0V1.0V1.0V1.0V1.0V1.0V1.0V1.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V 1.0V1.0V1.0V1.0V1.0V1.0V1.0V1.0V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V Y Y Y Y Y Y Y Y B B B B B B B B A A A A A A A A 111111111111111111111111 000000000000000011111111 000000001111111100000000 000000000000000000000000 Y Y Y Y Y Y Y Y B B B B B B B B A A A A A A A A 规定4V4V4V4V以上为1111 1V1V1V1V以下为0000 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 二极管二极管或或或或或或或或门门 设VVVVCCCCCCCC = 5V = 5V = 5V = 5V 加到A,BA,BA,BA,B的 VVVVIHIHIHIH=4V=4V=4V=4V V V V VILILILIL=0.3V=0.3V=0.3V=0.3V 二极管导通时 VVVVDFDFDFDF=0.7V=0.7V=0.7V=0.7V 3.3V3.3V3.3V3.3V3.3V3.3V3.3V3.3V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V 3.3V3.3V3.3V3.3V3.3V3.3V3.3V3.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V 3.3V3.3V3.3V3.3V3.3V3.3V3.3V3.3V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V4.0V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V 0V0V0V0V0V0V0V0V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V0.3V Y Y Y Y Y Y Y Y B B B B B B B B A A A A A A A A 111111111111111111111111 111111110000000011111111 111111111111111100000000 000000000000000000000000 Y Y Y Y Y Y Y Y B B B B B B B B A A A A A A A A 规定3.3V3.3V3.3V3.3V以上为1111 0.3V0.3V0.3V0.3V以下为0000 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 二极管构成的门电路的缺点二极管构成的门电路的缺点 •• 电平有偏移电平有偏移 •• 带负载能力差带负载能力差 •• 只用于只用于ICICICICICICICIC内部电路内部电路 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 双极型三极管的结构示意图和符号双极型三极管的结构示意图和符号 npnnpnnpnnpnnpnnpnnpnnpn型三极管型三极管 pnppnppnppnppnppnppnppnp型三极管型三极管 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 双极型三极管的开关特性双极型三极管的开关特性 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2. npnnpnnpnnpnnpnnpnnpnnpn型三极管开关电路型三极管开关电路 只要参数合理：只要参数合理： VVVVVVVVIIIIIIII=V=V=V=V=V=V=V=VILILILILILILILIL时，时，TTTTTTTT截止，截止，VVVVVVVVOOOOOOOO=V=V=V=V=V=V=V=VOHOHOHOHOHOHOHOH VVVVVVVVIIIIIIII=V=V=V=V=V=V=V=VIHIHIHIHIHIHIHIH时，时，TTTTTTTT导通，导通，VVVVVVVVOOOOOOOO=V=V=V=V=V=V=V=VOLOLOLOLOLOLOLOL 《《数字电子技术基本教程数字电子技术基本教程》》 工作状态分析：工作状态分析： 。三极管工作在截止状态、时，当 ,,,,00000000))))1111(((( CCCCBBBBONONONONIIII ========<<<< iiiiiiiiVVVVVVVV 三极管工作在放大区所以 。于是得到 流过并有对应的 产生有后，上升至当 ,,,, ))))7777....0000(((( ////))))7777....0000(((( ,,,,))))7777....0000((((,,,,))))2222(((( CECECECECCCCBBBBIIII BBBBCCCCIIIICCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCECECECE CCCCBBBBIIIIBBBBCCCC BBBBIIIIBBBBBBBBONONONONIIII ↓↓↓↓↑→↑→↑→↑→↑→↑→↑→↑→↑→↑→↑→↑→ −−−−−−−−====−−−−==== −−−−======== −−−−====>>>> V V V Vi i i ii i i iV V V V R R R RR R R RV V V VV V V VR R R Ri i i iV V V VV V V V R R R RR R R RV V V Vi i i ii i i i R R R RV V V Vi i i ii i i iV V V VV V V V β β β β β β β ββ β β β 很低。很小、导电电阻间饱和压降 态，三极管进入饱和导