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数字逻辑与数字系统 湖南科技大学计算机科学与工程学院 主讲：余庆春 Email：fishhead_516@126.com 第三章 逻辑门 本章内容： 第三章 逻辑门 3.1 数字电路基础 第三章 逻辑门 有正向电流流过时发光。电－＞光的能量转换器件。 电路中常用做指示或显示及光信息传送。 半导体三极管，也叫晶体三极管。由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，还被称为双极型晶体管（Bipolar Junction Transistor,简称BJT）。BJT是由两个PN结组成的。 BJT的内部工作原理（NPN管） 三极管在工作时要加上 适当的直流偏置电压。 PNP电路符号 NPN电路符号 B E C IB IE IC B E C IB IE IC 基区：最薄， 掺杂浓度最低 发射区：掺 杂浓度最高 发射结 集电结 B E C N N P 基极 发射极 集电极 BJT结构特点： 集电区： 面积最大 若在放大工作态： 发射结正偏： + UCE － ＋ UBE － ＋ UCB － 集电结反偏： 由VBB保证 由VCC、 VBB保证 UCB=UCE - UBE 0 共发射极接法 c区 b区 e区 3.1.3 半导体三极管 输入特性 输出特性 iC / mA uCE /V 50 μA 40μA 30 μA 20 μA 10 μA iB = 0 0 2 4 6 8 4 3 2 1 放大区 截止区 饱 和 区 0 uBE /V iB / μA 发射结正偏 放大 i C= ? iB 集电结反偏 饱和 i C ＜ ? iB 两个结正偏 I CS= ? IBS 临界 截止 iB ≈ 0, iC ≈ 0 两个结反偏 电流关系 状态 条 件 当输入 uI 为低电平，使 uBE Uth时，三极管截止。 iB ? 0，iC ? 0，C、E 间相当于开关断开。 三极管关断的条件和等效电路 IC(sat) Q A uCE UCE(sat) O iC M N IB(sat) T S 负载线 临界饱和线 饱 和 区 放大区 截止区 uBE Uth B E C 三极管 截止状态 等效电路 uI=UIL uBE + - Uth为门限电压 三极管的开关特性 一、双极型三极管的开关特性 IC(sat) Q A uCE UCE(sat) O iC M N IB(sat) T S 临界饱和线 饱 和 区 放大区 uI 增大使 iB 增大，从而工作点上移， iC 增大，uCE 减小。 截止区 uBE Uth B E C 三极管 截止状态 等效电路 S 为放大和饱和的交界点，这时的 iB 称临界饱和基极电流，用 IB(sat) 表示；相应地，IC(sat) 为临界饱和集电极电流； UBE(sat) 为饱和基极电压； UCE(sat) 为饱和集电极电压。对硅管， UBE(sat) ? 0.7V， UCE(sat) ? 0.3V。在临界饱和点三极管仍然具有放大作用。 uI 增大使 uBE Uth时，三极管开始导通，iB 0，三极管工作于放大导通状态。 IC(sat) Q A uCE UCE(sat) O iC M N IB(sat) T S 临界饱和线 饱 和 区 放大区 截止区 uBE Uth B E C 三极管 截止状态 等效电路 uI=UIH 三极管开通的条件和等效电路 　　当输入 uI 为高电平，使 iB ≥ IB(sat)时，三极管饱和。 uBE + - uBE ? UCE(sat) ? 0.3 V ? 0， C、E 间相当于开关合上。 iB ≥ IB(sat) B E UBE(sat) C UCE(sat) 三极管 饱和状态 等效电路 湖南科技大学计算机科学与工程学院 二极管、三极管的开关特性 分立元件门电路 CMOS集成逻辑门的特点与应用 TTL集成逻辑门的特点与应用 集成逻辑门使用中应注意的问题 3.1.1 半导体的基础知识 在物理学中。根据材料的导电能力，可以将他们划分导体、绝缘体和半导体。 典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素。 硅原子 锗原子 硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。 3.1.1 半导体的基础知识 本征半导体的共价键结构 束缚电子 在绝对温度T=0K时，所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会成为自由电子，因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。 1.本征半导体——单晶体结构、化学成分纯净的半导体晶体。 制造半导体器件的半导体材料的纯度要