第八讲 逻辑门电路概述

门电路

• 逻辑门电路基本概念
• 半导体器件开关特性
• 分立元件门电路
• 集成电路的发展历史和现状

门电路基本概念

基本概念

1. 用以实现基本逻辑运算和符合逻辑运算的单元电路
2. 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
3. 用高低电瓶分别表示“1”、“0”两种二值逻辑状态，此为正逻辑，反之。（输入电压为一段阈值，一段允许范围）

• 对元器件参数精度比模拟电路更低
• 增加数字信号课可提高数字电路的运算精度
• 单开关电路获得高低电频的缺陷，存在功耗$\frac{V^{2}_{cc}}{R}$

补：对单开关电路的改进方法：提出互补开关电路，如下图所示：

半导体器件的开关特性

半导体二极管的开关特性

克服势垒，硅管一般为0.6-0.7V，锗管一般为0.2-0.3V

二极管伏安特性的几种近似方法

$i=I_{S}(e^\frac{v}{V_{T}}-1)$

说明：

• $I_{S}$为反向饱和电流
• $V_{T}$为热电压，一般常温下为26mv

三种近似方法，如下图所示：

说明：

• 第一种方法，$V_{ON}$和$r_{D}$均不可忽略，$r_{D}$一般为几欧到几时欧
• 第一种方法，$V_{ON}$不可忽略（通常以此为基础处理）
• 第三种方法，导通压降$V_{ON}$相对于电源电压可以忽略，即$V_{ON}$和$r_{D}$均可忽略（理想模型）

二极管的动态伏安特性

反向电压时，PN结中储存着电荷

存在反向恢复时间，为纳秒级别

半导体三极管的开关特性

三极管的特点

说明：

• 截止区：$i_{B}=0$
• 饱和区：$v_{CE}$压降比较小，$i_{C}$随着$v_{CE}$的增大而迅速增大，集电结正偏
• 放大区：$i_{C}$不再随着$v_{CE}$的增大而迅速增大，且$i_{C}=\beta*i_{b}$

三极管的动态电路分析

注：

• 第一阶段：输入电压反向，$i_{c}$为零，$v_{o}\approx v_{cc}$
• 第二阶段：$i_{b}=\frac{v_{1}-v_{be}}{R_{B}}$,快速地通过放大区到达饱和区，CE之间接近临界饱和约等于0.7V（深度饱和时，$V_{CE}$之间电压仅为0.1~0.3V），此时$i_{c}=\frac{v_{cc}-v_{ce}}{R_{C}}$
• 第三阶段：略有延迟