门电路_基本逻辑门电路¶

约 1982 个字 27 张图片预计阅读时间 10 分钟

内容总览

半导体器件的开关特性
基本逻辑门电路

半导体器件的开关特性¶

门电路的作用和常用类型¶

门电路（Gate Circuit）¶

定义：指用以实现基本逻辑关系和常用复合逻辑关系的电子电路

常用的逻辑门电路

与门
或门
非门
异或门
与非门
或非门
与或非门

按电路结构不同分

TTL(Transistor-Transistor Logic)集成电路：输入端和输出端都用三极管的逻辑电路
CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)集成门电路：用互补对称MOS管构成的逻辑门电路

按功能特点不同分（输出方式）

普通门（推拉式输出：灌电流和拉电流的作用）
输出开路门：把集电极或者漏极开路
三态门：有0状态 1 状态和高阻状态和三个状态
CMOS传输门

高电平和低电平的含义¶

高电平和低电平为某规定范围内的电位值，而非一固定值

上图左边即为电子开关，S断开即为“1”高电平，S闭合即为“0”低电平

后面是一些模电的内容，权当复习复习吧

二极管的开关特性¶

本征半导体¶

半导体：导电特性处于导体和绝缘体之间的物质，例如硅、锗、砷化镓和一些硫化物、氧化物等

现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，最外层电子（价电子）都是四个

通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体

本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体

在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其他原子位于四面体的顶点，每个原子与其相邻的原子之间形成共价键，共用一对价电子。

形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构

共价键具有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体

共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键称为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，导电能力很弱

载流子、自由电子和空穴¶

在绝对零度（T=0K）和没有外界激发时，价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为0，相当于绝缘体

在常温下，由于热激发（本征激发），使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时留下一个空位，称为空穴

导电机理¶

本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴

在其他力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子

本征半导体中电流由两部分组成

自由电子移动产生的电流
空穴移动产生的电流

本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度

温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体特性的一个重要外部因素，这是半导体的一大特点——温敏特性

N型、P型半导体¶

在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素），形成杂质半导体——掺杂特性

掺入五价元素（磷）

掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体

在N型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子

掺入三价元素（硼）

掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或P型半导体

在P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子

无论是N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性（因为我掺杂的时候本来就是俩电中性的东西掺一起，没有电荷的加入或丢失）

PN结的形成¶

想更详细地听的话，出门左拐去B站听!\郑益慧老师/!的讲解，神！（学过模电想必都明白了吧）

PN结的正向导通¶

PN结的反向偏置¶

一般称二极管的P极为阳极（A）、N极为阴极（K）

二极管的静态开关特性¶

二极管导通状态等效电路¶

二极管截止状态等效电路¶

晶体管的开关特性¶

三极管的结构及符号¶

三极管内部载流子的运动¶

三极管根据两个PN结所施加的电压不同，有四种不同的工作状态

放大状态：发射结正偏、集电结反偏
截止状态：发射结反偏、集电结反偏
饱和状态：发射结正偏、集电结正偏
倒置状态：发射结反偏、集电结正偏

这部分是咱电基没怎么细讲的部分，如果想知道可以去看郑益慧老师的前几节课，很通俗易懂

三极管各工作状态电流之间的关系¶

注：\(I_{BS}\)饱和电流（后面会介绍）

三极管的静态开关特性¶

三极管截止状态等效电路¶

三极管饱和状态等效电路¶

\(u_{I}\)增大使\(u_{BE}>U_{th}\)时，三极管开始导通，\(i_B>0\)，三极管工作于放大导通状态

\(u_{BE}\)约等于\(0.7V\)，\(U_{CES}\)约等于0，很多情况下就相当于一根导线，也就是导通了

三极管工作在饱和状态的条件是\(i_{B}>I_{BS}\)

开关工作的条件¶

MOS管的开关特性¶

场效应晶体管只有一种载流子（多数载流子）参与导电，又称为单极型三极管。场效应晶体管是利用电场（电压）控制半导体中载流子运动的一种有源器件。目前场效应管应用得最多的是以二氧化硅作为绝缘介质的金属—氧化物—半导体绝缘栅型场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET），简称为MOS管