单片机讲义第3章综述
19页1、第三章 集成逻辑门 本章主要介绍以下内容: 晶体管的开关特性 TTL集成逻辑门 CMOS电路 对发射极耦合逻辑(ECL)和MOS逻辑 门电路作一般性介绍。 第一节 晶体管开关特性 数字电路的基本细胞是晶体管,数字电路是 由千千万万个晶体管组成的。数字电路的工作 特性实际上取决于晶体管的特性。 在数字电路中晶体管工作在开关状态,本章 将简要介绍晶体管的开关特性,并介绍二极管限 幅器、钳位器,三极管反相器。 一、 PN 结特性 (一)、PN结的构成 半导体材料经不同掺杂过程,可使其内部的电子和空 穴的浓度各不相同。 浓度大的称为多数载流子,浓度小 的称为少数载流子。 多子为电子的是N型材料;多子为空穴的是P型材料 。 晶体二极管和三极管由P型和N型半导体材料复合而 成,P型和N型半导体材料贴在一起,其接合部称为结。 二极管有一个结,三极管有两个结。 (二)、扩散电流和漂移电流 扩散电流:由于PN结两边载流子的浓度差别,载流子 会从浓度高的一方向浓度低的一方运动,称为扩散运动, 它产生扩散电流。 漂移电流:由于电位差的存在,载流子在电场的作用下 产生的运动,称为漂移运动,它产生漂移电流。 电
2、位差来自外加电压和电荷积累构成的内电场。 流过PN结的总电流 = 扩散电流 + 漂移电流 (三)、外加电压对PN结的影响 PN结的通断,流过PN结的电流大小,与PN 结处的少 子浓度有关,而少子浓度直接受PN结外加电压的影响, 因此我们分析一下外加电压的几种情况: 无外加电压: 浓度造成的扩散和内电场造成的漂移 达到动态平衡,PN结面的净电荷为零,PN结没有电流流 过。 外加正向电压:外加电场克服内电场,其形成的少子 运动与扩散运动一致,PN结处少子浓度加大,有较大电 流流过PN结。 外加反向电压:加强了内电场,抑制了扩散运动, PN结处少子浓度很低,只有很小的反向电流。 三种情况下的少子浓度分布图见书。 这可用中俄边贸的情况作个比喻。 (四)、PN结的电容效应 PN 复合结构可细分为两部分,接合部附近称为结, 也叫空间电荷区。 结两边的区域称为扩散区。 在上述两区域内,离子电荷、载流子浓度随外加电 压的变化而变化,是影响PN结电流电压特性的根本原因 。 这两个区域的变化过程类似于电容的充放电过程。空间 电荷区等效为位垒电容,扩散区等效为扩散电容。 了解PN结内部的变化过程,对理解二极
3、管的开关特 性具有重要意义。 二、 晶体二极管的开关特性 二极管(就是一个PN结)具有单向导电性,理想二 极管如同一个开关。但实际二极管与理想的二极管还是有 一些区别的,特别是在高频电路中,必须加以注意。 (一)、二极管稳态开关特性 i = Is ( e q v / ( k T ) - 1 ) v=0时 I=0; v为负时,I= - Is v为正时, I=Is e q v / ( k T ) 理想/实际二极管: 导通:端电压=0 / VD 截止:I = 0 / -IS (二)、瞬态开关特性 二极管瞬态开关特性的细节,同学们自己 再看一看,主要问题是: 反向恢复时间是影响二极管开关特性的主要因素、正向 恢复时间往往可以忽略。出现反向恢复时间的原因是电 荷存储效应(外加正向电压时,非平衡少子的积累)。 反向恢复时间与哪些因素有关? t r t s t f 的定义? (三 )、晶体二极管开关参数 自己看书,应知道有哪些主要参数,它们的物理意义 取值的大致范围。比如:最大正向电流、最大反向电压、 反向电流和反向恢复时间等。 三、 晶体二极管限幅器及钳位器 (一)、二极管限幅器 (掐头去尾) 利用二极管的单向导通特性,限制某些信号的通过。 1、串联限幅电路 串联限幅电路是指二极管处于与输入、输出首尾相连 。 可以上限幅、下限幅和双限幅。 串联下限幅电路 可调整限幅电平的下限幅电路 串联双限幅电路 V2 V1 理想二极管 2、并联限幅电路 二极管处于与输出、输入相并的状态。 并联下限幅电路 限幅电平可调的并联下限幅电路 双限幅的另一个例子是输入保护二极管限幅。 并联双限幅电路 上述限幅器都假定二极管为理想二极管,限幅电路 的实际输出波形会差一些。比如: 二极管正向导通电阻不为0 ,输出电压幅度会由于分压而减小。 二极管反向截止电流不为 0,且有结电容输出电压会有残留波形 。 输出端容性负载或分布电容,对输出波形的影响: 充电电阻小,放电电阻大 对后沿影响较大。 (二)、二极管钳位器 (挪上搬下) 钳位器的作用是将输入波形的顶部或底部搬移到某 一电平处,不剪裁波形。
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