2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体二极管门电路

半导体二极管门电路 半导体二极管门电路 半导体二极管的开关特性 1. 稳态开关特性 图3.2.1 二极管的开关电路 图3.1.2高低电平实现原理电路 将图3.1.2中的开关用二极管代替，则可得到图3.2.1所示的半导体二极管开关电路 当vI＝VIL＝0时，D导通，输出电压vo＝ VOL ＝0 图3.2.1 二极管的开关电路 即可以用输入电压vi的高低电平控制二极管的开关状态，并在输出端得到相应的高低电平 3.2.1半导体二极管的开关特性 2.二极管动态特性： 当电路处于动态状态，即二极管两端电压突然反向时，半导体二极管所呈现的开关特性称为动态开关特性（简称动态特性） 3 二极管的动态电流波形如图3.2.3所示 半导体二极管的开关特性 图3.2.3 二极管动态电流波形 这是由于在输入电压转换状态的瞬间，二极管由反向截止到正向导通时，内电场的建立需要一定的时间，所以二极管电流的上升是缓慢的；当二极管由正向导通到反向截止时，二极管的电流迅速衰减并趋向饱和电流也需要一定的时间。由于时间很短，在示波器是无法看到的 在输入信号频率较低时，二极管的导通和截止的转换时间可以认为是瞬间完成的。但在输入信号频率较高时，此时间就不能忽略了。 3.2.1半导体二极管的开关特性 将二极管由截止转向导通所需的时间称为正向恢复时间（开通时间）ton；二极管由导通转向截止所需的时间称为反向恢复时间（关断时间）tre，两者统称为二极管的开关时间，一般ton<< tre 图3.2.3 二极管动态电流波形 tre ton 5 3.2.2 二极管与门 简单的二极管与门电路如图3.2.4所示 图3.2.4 二极管与门电路 设VCC＝5V，输入端A、B的高低电平为VIH＝3V， VIL＝0V，二极管的正向导通压降为 VDF＝0.7V，则： 当A、B中有一个是低电平0V时，至少有一个二极管导通，使得输出Y的电压为0.7V，为低电平；只有A、B中都加高电平3V时，两个二极管同时导通，使得输出Y为3.7V，为高电平。 其输入输出及真值表如表3.2.1和3.2.2所示 3.2.2 二极管与门 规定3V以上为“1” 0.7V以下为“0” 3.7V 3V 3V 0.7V 0V 3V 0.7V 3V 0V 0.7V 0V 0V Y B A 表3.2.1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 Y B A 表3.2.2 其输出Y和输入A、B是与的关系，即 3.2.3 二极管或门 二极管或门电路如图3.2.5所示 图3.2.5 二极管或门电路 设输入端A、B的高低电平为VIH＝3V， VIL＝0V，二极管的正向导通压降为VDF＝0.7V，则： 当A、B中有一个是低电平0V时，至少有一个二极管导通，使得输出Y的电压为0.7V，为低电平；只有A、B中都加高电平3V时，两个二极管同时导通，使得输出Y为3.7V，为高电平。 3.2.2 二极管或门 其输入输出及真值表如表3.2.3和3.2.4所示 其输出Y和输入A、B是与的关系，即 图3.2.5 二极管或门电路 规定2.3V以上为1 0V以下为0 2.3V 3V 3V 2.3V 0V 3V 2.3V 3V 0V 0V 0V 0V Y B A 表3.2.3 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 Y B A 表3.2.4 二极管构成的门电路的缺点: 3.2.2 二极管或门 1.电平有偏移:输出的高低电平数值与输入的高低电平数值相差一个二极管的压降，后级的二极管门电路电平偏移，甚至使得高电平下降到门限值以下 2.带负载能力差：由于这种二极管门电路的输出电阻比较低，故带负载能力差，输出电平会随负载的变化而变化。 只用于IC内部电路 3.3 CMOS门电路 CMOS逻辑门电路是在TTL器件之后，出现的应用比较广泛的数字逻辑器件，在功耗、抗干扰、带负载能力上优于TTl逻辑门，所以超大规模器件几乎都采用CMOS门电路，如存储器ROM、可编程逻辑器件PLD等 国产的CMOS器件有CC4000(国际CD4000/MC4000)、高速54HC/74HC系列（国际MC54HC/74HC),此外还有兼容型的74HCT和74BCT系列（BiCMOS） 先介绍74系列的反相器和逻辑门，再简单介绍其它系列的逻辑门 一、MOS管的类型和符号 a. 增强型NMOS 符号如图3.3.1所示 3.3.1 MOS管(绝缘栅）的开关特性 $