注：由于门电路不在博主考试范围，故这一章暂时不再更新

门电路

逻辑门电路基本概念
- 获得高/低电平的基本原理
- 半导体器件开关特性
- - 1. 二极管的开关特性
  - 2. 三极管的开关特性
  - 3. MOS管的开关特性
  - 总结：三种开关特性
- 分立元件门电路
- - 1. 二极管与门电路
  - 2. 二极管或门电路
  - 3.三极管非门（反相器）
  - 4.待补充...
- 集成电路的发展历史及现状

半导体器件在开关状态下的工作特性
COMS、TTL门电路
工作原理、逻辑功能、输入/输出特性

逻辑门电路基本概念

门电路：实现基本运算、复合运算的单元电路，如与门、与非门、或门…
门电路中以高/低电平表示二值逻辑状态的1/0
正逻辑：高电平表示1；低电平表示0
（反逻辑则相反）设计中采用的逻辑要统一
电平信号（高/低电平）不代表一个电压值点，而是电压允许范围的一个阈值

获得高/低电平的基本原理

断开开关，输出高电平（Vcc）
闭合开关，输出低电平（接地）
限流电阻：电阻过小不能限流；电阻过大带载能力差
缺陷：静态功耗
当Vo空载，开关闭合时，整个电路仍有电流，为Vcc/R
只要开关闭合，就会有静态功耗，为Vcc²/R
且当R比较小时，静态功耗会比较大

半导体器件开关特性

1. 二极管的开关特性

利用“单向导电性”
外加正向电压时导通，外加反向电压时截止
相当于一个受外加电压极性控制的开关

恒压降模型特性曲线
保留导通压降，不计二极管导通内阻
二极管开关波形
反向恢复时间：正向电压—>反向电压
某一时刻，外加电压由高电平跳到低电平
由于PN结处还聚集了一定量的电荷，所以会产生一个反向电流，再衰减到0

2. 三极管的开关特性

利用“截止区；饱和区”
双结反偏截止区；双结正偏饱和区

三极管结构与特性曲线
三极管的开关等效电路
- 截止状态，双结反偏（都截止了）获得高电平
  输入Vi很小，发射结不导通，处于截止状态。bce相当于断路，Rc上无电流，Vo直接接Vcc
- 饱和状态，双结正偏（都导通了）获得低电平
  输入Vi比较大，满足导通压降。调整Rb大小使 ib比较大，让三极管工作在饱和区。饱和区中ic很大，Uce很小，其等效于一个闭合开关，Vo直接接地
输入为低电平——双结反偏——输出高电平
输入为高电平——双结导通——输出低电平
三极管动态开关波形

3. MOS管的开关特性

利用“截止区”，“可变电阻区”

MOS管结构与特性曲线
- ①加Ugs形成的电场，排斥P型的空穴，吸引其中的电子，从而在ds间形成沟道（反型层），此时Ugs=Ugs(th)
- ②加Uds，使聚集的电子流动，形成漏电流 iD
- 截止区
  Ugs<Ugs(th)，iD=0，MOS管相当于开关断开状态
- 可变电阻区
  Ugs>Ugs(th)，形成导电沟道
  随着Uds增加，iD呈线性增大，斜率为MOS管电阻导数
- 恒流区
  Uds再增加，iD几乎无变化
MOS管的开关等效电路
MOS管的截止电阻：R(OFF)>10^9Ω
MOS管的导通内阻：R(ON)<10^3Ω
- 截止区，Ugs<Ugs(th)
  当负载RD<<R(OFF)，则输出高电平VDD
  DS间相当于一个断开的开关
- 可变电阻区，vi满足开启电压，Ugs>Ugs(th)，iD增加
  vi继续升高，R(ON)变小
  当负载RD>>R(ON)，则输出低电平0
  DS间相当于一个闭合的开关
输入为低电平——MOS管截止——输出高电平
输入为高电平——MOS管导通——输出低电平
MOS管的四种类型

总结：三种开关特性

分立元件门电路

1. 二极管与门电路

电流永远走电势落差最大、阻抗最小的支路
通常二极管导通之后，如果其阴极电位是不变的，那么就把它的阳极电位固定在比阴极高0.7V的电位上；如果其阳极电位是不变的，那么就把它的阴极电位固定在比阳极低0.7V的电位上，人们把导通后二极管的这种作用叫做钳位。

根据二极管的单向导通性质，图中当输入高电平时，二极管截止，输入低电平时，二极管导通

①当A、B只要有一个输入为低电平（0V）时，其对应其中一个二极管导通（Vcc——>D），输出Y为二极管导通电压0.7V
②当A与B都输入低电平（0V）时，其对应二极管都导通，输出Y为二极管导通电压0.7V
③当A、B都输入高电平（3V）时，其对应的二极管都截止（Vcc——>Y），二极管阳极电压被钳位在3+0.7（加的0.7是由于二极管阴极输入低电平0V固定），所以输出电压Y为3.7V

缺陷：输入与输出的高低电平发生了偏移

2. 二极管或门电路

①当A、B只要有一个输入为高电平（3V）时，其对应其中一个二极管导通（Vi——>Y），输出电压Y被钳位在2.3V
②当A、B都输入低电平（0V）时，其对应的二极管都截止（地——>Y），所以输出电压Y为0V
③当A与B都输入高电平（3V）时，其对应二极管都导通，二极管阴极电压被钳位在3-0.7（减0.7是由于二极管阳极输入高电平不变）输出电压Y为2.3V

缺陷：输入与输出的高低电平发生了偏移

3.三极管非门（反相器）

4.待补充…

集成电路的发展历史及现状

非常抱歉，由于课时安排，这一单元被跳过了，所以暂时无法更新…

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