第3章 门电路

Posted 2021-10-29 可能自洽

第3章 门电路

一、概述

1.门电路及其分类

1.1 门电路

门电路是用以实现逻辑关系的电子电路。

1.2 门电路的分类

(1) 按所采用的半导体器件进行分类

分立元件门电路

集成门电路

双极型集成门(TTL)电路、MOS集成门

(2)按集成度的高低进行分类

SSI小规模集成电路（门电路小于10个）

MSI中规模集成电路（10-100个）

LSI大规模集成电路（100-10000个）

VLSI超大规模集成电路（10000- 100000个）

ULSI甚大规模集成电路（100000个以上）

2.逻辑电平

2.1 逻辑电平的概念

逻辑0和逻辑1对应的是电压范围，因此在数字电路中，对电子元件、器件参数精度要求及其电气的稳定度要求比模拟电路要低。

2.2 正逻辑和负逻辑

正逻辑:高电平1低电平0
负逻辑:高电平0低电平1

2.3 获得高低电平的方法

$V_I$控制开关S的通、断情况
S断开，$V_O$为高电平
S接通，$V_O$为低电平

二、分立元件门电路

1.二极管

二极管具有单向导电性，外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，这种现象称为电击穿。引起电击穿的临界电压称为二极管反向击穿电压。电击穿时二极管失去单向导电性
接正向电压可以导通，反向电压可以看作断开

2.与门

逻辑式: F=AB
如图为二极管与门电路，Vcc = 5v，假设3v及以上代表高电平，0.7及以下代表低电平
（1）如果输入端A和B，都输入一个很小的电压。 Vcc远大于它，那么电路导通，Y则输出一个0.7V（相当于二极管的开启电压值）
（2）如果输出端A和B，都输入一个很大的电压假设是 V0 ，但是还是小于Vcc, 那么Y输出电压为(V0+0.7)

3.或门

逻辑式: F=A+B

4.分立元件门电路的缺点

1.电平有偏移
2.带负载能力差（只用于IC内部电路）

三、CMOS门电路（Complementary Metal Oxide Semiconductor（互补金属氧化物半导体））

1.MOS管基本概念

1.1 四类MOS

1.2 MOS管的结构一以N沟道增强型为例

取一块P型半导体作为衬底，用B表示。用氧化工艺生成一层$Si{O}_2$薄膜绝缘层。然后用光刻工艺腐蚀出两个孔。扩散两个高掺杂的N型区。从而形成两个PN结 (绿色部分)。从N型区引出电极，一个是漏极D(Drain, 流入载流子)，一个是源极S(Source，流出载流子)。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G(Grid)。

1.3 NMOS管和PMOS管的通断条件

2.CMOS逻辑门

2.1 CMOS反相器

CMOS反相器由一个P沟道增强型MOS管和一个N沟道增强型MOS管串联组成。通常P沟道管作为负载管，N沟道管作为输入管。这种配置可以大幅降低功耗，因为在两种逻辑状态中，两个晶体管中的一个总是截止的。处理速率也能得到很好的提高，因为与NMOS型和PMOS型反相器相比，CMOS反相器的电阻相对较低。

2.2 漏极开路输出门电路(OD门 Open-Drain Output)

OD输出与非门

可以实现“线与”