半导体二极管门电路

D off， 假设正确 ID 0 11V 1.5V I1 I 2 2 .5 V （4 1）K
7
§2.2 半导体三极管的开关特性 一. 双极型三极管的结构 IC
IB
VBC – + + + VCE VBE – – IE
NPN Si管
8
二. 特性
1.电流：IE =IB +IC 2.工作状态： 工作状态分类 导通 截止
IC1
T2 • IE2 • Y ° T5
R3
•
IR3
IB5
N—表示N个发射极。
41
●T1的状态：
∵VB1=VBC1+VBE2+VBE5=2.1V ∴T1处于倒置状态。 I C1 I B1 N反 I B1
I B1 VCC VB1 R1
0.73mA
● T2、 T5的状态：
T2、 T5饱和VO=0.3V
45
二.TTL与非门 • R1 4K • Vcc =5V
°
R2 1.6K
•
R4 130
T4
A
B
T1
T2
• R3 1K • 倒相级
D3
• T5 Y °
输入级
输出级
46
三.负载能力分析 负载——指门电路输出端所接的其它 电路。 NO——扇出系数，表示能够驱动同类门的数目。 灌电流负载——负载电流从后级门注入前级门 负载
14
5）饱和条件及特点 条件：IB >IBS IB — 进入饱和以后的基流。 IBS—临界饱和基流。 求IB 、 IBS的步骤： Vi VBE a）I B Rb
b）I CS c）I BS VCC VCES VCC RC RC I CS

&Y
4
第三章门电路
2.二极管或门
图3.2.6 二极管或门
A/V B/V Y/V
000 0 3 2.3 3 0 2.3 3 3 2.3
AB
Y
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
Y=A+B A
B
A
≥1
Y
Y
B
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5
３.３ TTL门电路
第三章门电路
集成电路(IC)：在一块半导体基片上制作出一个完整的逻辑电路所 需要的全部元件和连线。使用时接：电源、输入和输出。
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3
第三章门电路
1.二极管与门
设：VCC=5V, VIH=3V, VIL=0V
A/V 0 0 3 3
B/V 0 3 0 3
Y/V 0.7 0.7 0.7 3.7
AB
Y
00
0
01
0
10
0
11
1
图3.2.5 二极管与门
Y=AB
A B
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YA B
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1.电路
(5v)
EN:使能端，控制端 R1
R4 R2
VB1 0.9V 4.3V 0.9V
T4
A B
T1
T2
D3 Y 2.9V
T5 (Vo)
3.6V EN 0.2V
D
R3
3.6V
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31
（三）三态输出门电路（TS） 1.电路
第三章门电路

或门等。
门电路的两种输入，输出电平： 高电平、低电平。它们分别对应逻 辑电路的1,0状态。
注意：各种门电路的工作 原理，只要求一般掌握； 而各种门电路的外部特性 和应用是要求重点。
3.1 概述
2. 高低电平
高电平：数字电路中较高电平代数值的范围。

低电平：数字电路中较低电平代数值的范围。
3. 正负逻辑
3.2 半导体二极管门电路
门电路的实现 ——电子开关，用来接通或断开电路的开关器件。 1. 半导体二极管的开关特性
两种工作状态： 二极管具有单向导电性：
正向导通，反向截止，相当于一个受电压控制的 1）接通（要求其阻抗很小，相当于短路） 电子开关。 2 ）断开（要求其阻抗很大，相当于开路）
3.2 半导体二极管门电路
当EN= 0时，TG导通，F=A； 当EN= 1时，TG截止，F为高阻输出。
3.3 CMOS门电路
CMOS系列及命名方法
74 FAM nn
HC（ High-speed CMOS ，高速 CMOS 系列）； 例： 74HC04商用高 HCT（High-speed CMOS, 前缀：74—商用系列；54—军用系列。 速CMOS 六反相 TTL compatible ，与 TTL兼 容的高速CMOS 系列）； 助记符：以字母表示系列类型。 器； VHC（Very High-speed CMOS，甚高速 CMOS商用 系 74HCT00 功能数字：以数字表示电路的 列）； 高速 CMOS 四 -二 VHCT: Very High-speed 逻辑功能。 CMOS, TTL compatible，与 输入与非门。 TTL兼容的甚高速CMOS 系 列）。
层做包装材料。
3.3 CMOS门电路

门的多余输入端接地。
一般，接电源时需接上拉电阻；接地时需接下拉电阻。 典型值1-10k。 +5V 上拉电阻保持 1k
高电平
A B
F
下拉电阻保持 低电平
A B
C
F
C 1k
3.3 CMOS门电路

电路设计与安装应尽量消除噪声，保证电路稳定工作。
（ 1）在每一块插板的电源线上，并接几十 μF 的低频去 耦电容和 0.01~0.047μF 的高频去耦电容，以防止 TTL 电路 的动态尖峰电流产生的干扰。 （2） 整机装置应有良好的接地系统。
表1 各种系列门电路的主要参数
表2 常用集成门电路(TTL系列）
型 号 74LS00 74LS02 74LS04 74LS05 74LS08 74LS13 74LS30 名 称 四2输入与非门 四2输入或非门 六反相器 六反相器 四2输入与门 双4输入与非门 8输入与非门 施密特触发 OC门 主要功能
1. TTL门驱动CMOS门
（1）电平不匹配
TTL门作为驱动门，它的UOH≥2.4V,UOL≤0.5V；
CMOS门作为负载门，它的UIH≥3.5V，UIL≤1V。
可见，TTL门的UOH不符合要求。
（2）电流匹配 CMOS电路输入电流几乎为零，所以不存在问题。
3.5 TTL电路与CMOS电路的接口电路
当EN= 0时，TG导通，F=A； 当EN= 1时，TG截止，F为高阻输出。
3.3 CMOS门电路
CMOS系列及命名方法
74 FAM nn
HC（ High-speed CMOS ，高速 CMOS 系列）； 例： 74HC04商用高 HCT（High-speed CMOS, 前缀：74—商用系列；54—军用系列。 速CMOS 六反相 TTL compatible ，与 TTL兼 容的高速CMOS 系列）； 助记符：以字母表示系列类型。 器； VHC（Very High-speed CMOS，甚高速 CMOS商用 系 74HCT00 功能数字：以数字表示电路的 列）； 高速 CMOS 四 -二 VHCT: Very High-speed 逻辑功能。 CMOS, TTL compatible，与 输入与非门。 TTL兼容的甚高速CMOS 系 列）。

15
§3.4 TTL门电路
数字集成电路：在一块半导体基片上制作出一个 完整的逻辑电路所需要的全部元件和连线。 使用时接：电源、输入和输出。数字集成电 路具有体积小、可靠性高、速度快、而且价 格便宜的特点。
TTL型电路：输入和输出端结构都采用了半导体晶 体管，称之为: Transistor— Transistor Logic。
输出高电平
UOH (3.4V)
u0(V)
UOH
“1”
输出低电平
u0(V)
UOL
UOL (0.3V)
1
(0.3V)
2 3 ui(V)
1 2 3 ui(V)
阈值UT=1.4V
传输特性曲线
理想的传输特性 28
1、输出高电平UOH、输出低电平UOL UOH2.4V UOL 0.4V 便认为合格。 典型值UOH=3.4V UOL 0.3V 。
uA t
uF
截止区： UBE< 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 ——C、 E间相当于开关断开。
+ucc
t
4
0.3V
3.2.3MOS管的开关特 恒流区：UGS>>Uth ， UDS
性： +VDD
0V ——D、S间相当于 开关闭合。
R
uI
Uo
Ui
NMO S
uO
夹断区： UGS< Uth， ID=0 ——D、S间相当于开关断开。
3.3.4 其它门电路
一、 其它门电路
其它门电路有与非门、或非门、同或门、异或门等等,比如：
二、 门电路的“封锁”和“打开”问题
A B
&
Y
C
当C=1时，Y=AB.1=AB

传输延迟时间
或门电路的传输延迟时间较短，因为其工作机制简单，不需要复杂的计算和比较过程。
或门电路的应用
开关控制
或门电路可以用于实现开关控制功能，例如控制电机正反转、灯光亮灭等。通过将或门电路的输出端连接到控制开关 ，可以实现多个开关信号的“或”逻辑控制。
数据传输
在数据传输领域，或门电路可以用于实现数据总线的读写控制。通过将多个数据信号输入到或门电路中，可以实现同 时对多个数据进行读取或写入操作。
逻辑表达式
或门电路的逻辑表达式为 Y = A + B，其中 A 和 B 为输入信号， Y 为输出信号。
或门电路的特性
输入与输出关系
或门电路的输入与输出关系是非对称的，即输出信号与输入信号不完全相同。在或门电 路中，当输入信号发生变化时，输出信号也会随之变化。
抗干扰能力强
由于或门电路的逻辑表达式为 Y = A + B，因此其抗干扰能力强。即使输入信号中存在 噪声或干扰，只要其中任一信号为高电平，输出信号仍能保持高电平。
时序逻辑
门电路还可以用于实现时序逻辑功能，如触发器、寄存器、计数器 等，广泛应用于计算机、通信等领域。
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感谢您的观看
实现逻辑加法，即当输入端中至少有 一个为高电平（1）时，输出端就为 高电平（1），否则输出端为低电平 （0）。
不同类型门电路的选择
根据逻辑功能需求选择
根据实际电路的逻辑功能需求，选择适当的门电路类型。
根据性能参数选择
比较不同类型门电路的性能参数，如功耗、响应速度、噪声容限等，选择最适合
信号选择
逻辑运算
与门电路可以用于控制电子设备的开 关，如LED灯、电机等。当所有输入 信号都为高电平时，输出信号为高电 平，设备正常工作；否则，输出信号 为低电平，设备关闭。

DA
DB B
DC
Y
C
R
–5v
第2章 2.2
由以上分析可知： 只有当A、B、C全为 低电平时，输出端才 为低电平。正好符合
或门的逻辑关系。
A
B C
>1
Y
Y= A+B+C
三、 非门电路
第2章 2.2
RA A
RB
+5V
Rc uY=0.3V 设 uA= 3.6V，T饱和导通
• Y
uY= 0.3V
T
Y= 0
3. CMOS与非门
TP1 与TP2并联，TN1 与TN2串联；
当AB都是高电平时TN1 与TN2
TP2
同时导通TP1 与TP2同时截止；
输出Y为低电平。
当AB中有一个是低电平时， B
TN1 与TN2中有一个截止，
TP1 与TP2中有一个导通， 输出Y为高电平。
A
第2章 2. 3
+VDD
TP1 Y
正逻辑：L=0,H=1 ； 负逻辑：H=0,L=1 。
2. 1 半导体二极管、三极管和 MOS管的开关特性
一、理想开关的开关特性： 1 .静态特性 2. 动态特性
二、半导体二极管的开关特性 1.静态特性：
半导体二极管的结构示意图、符号和伏安 特性
一、二极管等效模型
(b)为理想二极管+恒压源模型 (c)为理想二极管模型
当D、S间加上正 向电压后可产生 漏极电流ID 。
第2章 2. 1
UDS
。
S UGS G
D ID
N++
NN++
N型导电沟道
耗尽层

当VGS VGS ( th )下 ，i D VGS
2
恒流区
《数字电子技术基础》第五版
漏极特性曲线（分三个区域） 可变电阻区：当VDS较低（近似为0），VGS一定 ， 这个电阻受VGS 控制、可变。
VDS i D 常数（电阻）
可变电 阻区
《数字电子技术基础》第五版
（3）MOS管的基本开关电路
（因为Mos管导通时内阻rDS很小, rDS <1K Ω,一般RD>> 1K Ω)，
《数字电子技术基础》第五版
（4）MOS管的开关等效电路
C1—栅极的输入电容，其值约为几皮法。
（5）MOS管的几种类型 1.N沟道增强型
+VDD RD D G
《数字电子技术基础》第五版
vI
S
iD v o
当VI VIL VGS ( th ) N NMOS管截止 VO VOH VDD 当VI VIH VGS ( th ) N NMOS管导通 VO VOL 0 所以NMOS管D S间相当于一个受 VI 控制的开关。
Field-Effect Transistor
CMOS: Complementary-Symmetery
Metal-Oxide-Semiconductor
3.3 CMOS门电路 1. MOS管的开关特性
金属层
《数字电子技术基础》第五版
氧化物层 半导体层
PN结
S (Source)：源极 G (Gate)：栅极 D (Drain)：漏极 B (Substrate):衬底
《数字电子技术基础》第五版
低电平输出特性
VOL＝f（iOL ）
可变电 阻区
VOL＝VDS2

第三节基本逻辑门电路基本逻辑运算有与、或、非运算，对应的基本逻辑门有与、或、非门。

本节介绍简单的二极管门电路和BJT反相器（非门）,作为逻辑门电路的基础。

用电子电路来实现逻辑运算时，它的输入、输出量均为电压（以Ｖ为单位）或电平（用１或０表示）。

通常将门电路的输入量作为条件，输出量作为结果。

一、二极管与门及或门电路1.与门电路当门电路的输入与输出量之间能满足与逻辑关系时，则称这样的门电路为与门电路。

下图表示由半导体二极管组成的与门电路，右边为它的代表符号。

图中A、B、C为输入端，L为输出端。

输入信号为+5V或0V。

下面分析当电路的输入信号不同时的情况：（1）若输入端中有任意一个为0时，例如V A=0V，而V A=V B=+5V时，D1导通，从而导致L点的电压V L被钳制在0V。

此时不管D2、D3的状态如何都会有V L≈0V （事实上D2、D3受反向电压作用而截止）。

由此可见，与门几个输入端中，只有加低电压输入的二极管才导通，并把L钳制在低电压（接近0V），而加高电压输入的二极管都截止。

（2）输入端A、B、C都处于高电压+5V ，这时，D1、D2、D3都截止，所以输出端L点电压V L=+V CC，即V L=+5V。

如果考虑输入端的各种取值情况，可以得到下表输入(V)输出(V)V A V B V C V L0 0 +5 +5 +5 +5+5+5+5+5+5+5+5+5+5将表中的+5V用1代替，则可得到真值表：A B C L0 0 1 1 1 10111111111由表中可见该门电路满足与逻辑关系，所以这是一种与门。

输入变量A、B、C与输出变量L只间的关系满足逻辑表达式。

2.或门电路对上图所示电路可做如下分析：（1）输入端A、B、C都为0V时，D1、D2、D3两端的电压值均为0V，因此都处于截止状态，从而V L=0V；（2）若A、B、C中有任意一个为+5V，则D1、D2、D3中有一个必定导通。

我们注意到电路中L点与接地点之间有一个电阻，正是该电阻的分压作用，使得V L处于接近+5V的高电压（扣除掉二极管的导通电压），D2、D3受反向电压作用而截止，这时 V L≈+5V。

一、电路结构
vI=VIL=0
|vGS1|=VDD>|VGS(th)P| T1导通
vGS2=0<VGS(th)N
T2截止
vO=VDD
vI=VIH=VDD
vGS1=0<|VGS(th)P|
T1截止
vGS2=VDD>VGS(th)N
T2导通
vO=0
实现反相器的逻辑功能
2.6.1 CMOS反相器的工作原理

vI VEE R1 R2
R1
5 5 (8) 3.3 3.3 10
1.8V
VBE=1.8V>VON，T导通
2.3.3 三极管非门
A=1（VI=3V）
iB

vI vB ຫໍສະໝຸດ 1vB VBE R2
5 0.7 0.7 (8)
3.3
10
0.43mA
tPLH：输出低电平高电 平的传输延迟时间。
tPHL：输出高电平低电 平的传输延迟时间。
tPLH≥tPHL tPD为两者的平均值
2.4.3 TTL反相器的动态特性
二、交流噪声容限
正脉冲噪声容限：输出高电平降至2.0V时输入正脉冲的 幅度。
负脉冲噪声容限：输出低电平上升至0.8V时输入负脉冲 的幅度。
i VCC VD RL RD

VCC
(1
VD VCC
)
RL
(1
RD RL
)
VCC VD RL
2.2.1 半导体二极管的开关特性
反向截止
i≈0，仅有少量漏电流
动态特性
正向：延迟 反向：相对较大的反向
电流

S
D
B
不论D、S间有无电压， 均无法导通，不能导电
第 章 门电路
3.3.1 MOS管旳开关特征 以N沟道增强型为例研究通电情况：
数字电子技术基础 第六版
2、添加垂直电压VGS
形成电场G—B,把衬底中旳电子吸引 到上表面，除复合外，剩余旳电子在 上表面形成了N型层（反型层）为D、 S间旳导通提供了通道。
VGS(th)称为阈值电压(开启电压）
第 章 门电路
数字电子技术基础 第六版
3.3.1 MOS管旳开关特征
MOS管输入特征和输出特征
① 输入特征：直流电流为0，看进去有一种输入电 容CI，对动态有影响。
② 输出特征： iD = f (VDS) 相应不同旳VGS下得一族曲线 。
第 章 门电路
3.3.1 MOS管旳开关特征 输出特征曲线（分三个区域）
第 章 门电路
3.2.2 二极管或门 二极管构成旳门电路旳缺陷
• 电平有偏移 • 带负载能力差
数字电子技术基础 第六版
• 只用于IC内部电路
第 章 门电路
集成门电路
数字电子技术基础 第六版
集成门电路
双极型 TTL (Transistor-Transistor Logic Integrated Circuit)
第 章 门电路
数字电子技术基础 第六版
3.3.2 CMOS反相器旳电路构造和工作原理 三、输入噪声容限
噪声容限－－衡量门电路旳抗干扰能力。 噪声容限越大，表白电路抗干扰能力越强。
测试表白：CMOS电路噪声容限VNH=VNL＝30％VDD，且 随VDD旳增长而加大。所以能够经过提升VDD来提升噪声容限
第 章 门电路
半导体基础知识（2）

3.4 TTL门电路
§3.4.1 双极型三极管的开关特性
一、双极型三极管的结构
C 集电极 B N P N E
发射极 NPN型三极管
C B E
基极 几百微米 几微米
二、双极型三极管的输入特性和输出特性
少数载 流子的 运动 因集电区面积大，在外电场作 用下大部分扩散到基区的电子 漂移到集电区 因基区薄且多子浓度低，使 极少数扩散到基区的电子与 空穴复合 因发射区多子浓度高使大量 电子从发射区扩散到基区 基区空穴 的扩散
A
B
TG1
Y TG2
A=0、B=0时，TG2截止，TG1导通，Y=B =0;
A
B
TG1
Y TG2
A=1、B=1时，TG1截止，TG2导通，Y=B ′=0;
Y A B
双向模拟开关
四、三态门
1 0
1
EN ′ A Y 逻辑符号
1
0
EN 1 , G4输出高电平，G5输出低电平，T1、T2
反向饱和电流极小
反向电阻很大（约几百kΩ）
相当于开关断开
二极管的伏安特性曲线
开启电压
二极管的伏安特性曲线
理想化 伏安特 性曲线
二极管的开关等效电路 (a) 导通时 (b) 截止时
高低电平实现原理电路
二极管的开关电路
2.二极管动态特性：
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
74H系列：高速系列。其工作速度的提高是用增 加功耗的代价换取的，效果不够理想。 74S系列：肖特基系列。采用抗饱和三极管，提 高了工作速度，但电路功耗加大，并且输出的低 电平升高。 74LS系列：低功耗肖特基系列。兼顾功耗和速度 两个方面，得到更小的延迟－功耗积。

空穴
+3
硼原子
+4
10
归纳
1、杂质半导体中两种载流子浓度不同，分为多 ◆数载流子和少数载流子（简称多子、少子）。 2、杂质半导体中多数载流子的数量取决于掺杂 ◆ 浓度，少数载流子的数量取决于温度。
◆ 3、杂质半导体中起导电作用的主要是多子。 ◆ 4、N型半导体中电子是多子，空穴是少子；
P型半导体中空穴是多子，电子是少子。
多数载流子（多子）：电子。取决于掺杂浓度； 少数载流子（少子）：空穴。取决于温度。
8
N型半导体
磷原子
+4
+4
多余电子
+5
+4
9
2）P型半导体
在硅或锗晶体（四价）中掺入少量的三价元素硼， 使空穴浓度大大增加。 多数载流子（多子）：空穴。取决于掺杂浓度； 少数载流子（少子）：电子。取决于温度。
+4
+4
D
+ vＩ -
当vI=VIH时，D截止，vO=VCC=VOH
用vI的高低电平控制二极管的开关状态， 在输出端得到高、低电平输出信号
33
二极管的开关特性
i
E
D
正向导通时
20℃
UD(ON)≈0.7V（硅） 0.3V（锗）
U(BR) IS 0 Uon u
RD≈几Ω ～几十Ω
相当于开关闭合
34
二极管的等效模型
求： uO的波形 解： 此类电路的分析方法： 将二极管看成理想二极管
当D的阳极电位高于阴极电位时， D导通，将D作为一短路线； 当D的阳极电位低于阴极电位时， D截止，将D作为一断开的开关； 10V 5V
uO
ui
t

片组件内含100~1000个元件(或20~100个等效门)。 大规模集成电路(LSI-Large Scale Integration)， 每片 组件内含1000~100 000个元件(或100~1000个等效门)。 超大规模集成电路(VLSI-Very Large Scale Integration)， 每片组件内含100 000个元件(或1000个以上等效门)。
噪声容限
74系列典型值为：
VOH（min) = 2.4V
VOL（max) = 0.4V
VIH（min) = 2.0V VIL（max) = 0.8V VNH=0.4V VNL=0.4V
VNL =VIL(max) - VOL(max) VNH =VOH(min) - VIH(min)
二、输入特性
iIL iIH
四、输入负载特性 输入端 “1”,“0”？
ui
RP
简化电路
A
R1
VCC
ui
ui
T1
RP
be
2
be 0
5
RP
RP较小时
RP ui (Vcc Von ) RP R1
当RP<<R1时, ui ∝ RP
简化电路
A
R1
VCC
ui
ui
T1
RP
1.4V
be
2
be 0
5
RP
RP增大时
Ruiui≥UT （1.4V）时，输入变高， 由于钳位作用， ui 动态固定为1.4V 。
N1 ≤ IOH /IIH N1 ≤400μA/40μA=10
前级输出为 低电平时
前级
后级
IOL IIL
N2
IIL

半导体器件的测试实验实验组号__ __学号姓名实验日期成绩____ ___指导教师签名一、实验目的学会用万用表测试二极管、三极管的性能好坏，管脚排列。

二、实验器材1.万用表1只（指针式）。

2.二极管、三极管若干。

三、注意事项：1.选择合适的量程，使万用表指针落在万用表刻度盘中间的位置为佳。

2.测试电阻前应先调零。

3.测量时不要同时用手接触元件的两个引脚。

4.测量完毕时应将万用表的转换开关转向off位置或交流最高电压档。

5.不能用万用表测试工作中的元件电阻！四、实验内容1.半导体二极管的测试◆半导体二极管的测试要点：用指针式万用表测二极管的正反向电阻，当测得阻值较小的情况下，黑笔所接的极是二极管的正极。

（1）整流二极管的测试将万用表置于R⨯100Ω或R⨯1kΩ电阻档并调零，测量二极管的正、反向电阻，判断其极性和性能好坏，把测量结果填入表1中。

（2将万用表置于R⨯10kΩ电阻档并调零，测量二极管的正、反向电阻，判断其极性和性能好坏，把测量结果填入表2中。

2.半导体三极管的测试◆半导体三极管的测试要点：将万用表置于R⨯100Ω或R⨯1kΩ电阻档并调零。

①首先判基极和管型•黑笔固定某一极，红笔分别测另两极，当测得两个阻值均较小时，黑笔所接的极是基极，所测的晶体管是NPN管。

•红笔固定某一极，黑笔分别测另两极，当测得两个阻值均较小时，红笔所接的极是基极，所测的晶体管是PNP管。

②其次判集电极和发射极•对于NPN管：用手捏住基极和假设的集电极（两极不能短接），黑笔接假设的集电极，红笔接假设的发射极，观察所测电阻的大小。

然后将刚才假设的集电极和发射极对调位置，再重测一次，当测得电阻值较小时，黑笔所接的是集电极，另一电级是发射极•对于PNP管：用手捏住基极和假设的集电极（两极不能短接），红笔接假设的集电极，黑笔接假设的发射极，观察所测电阻的大小。

然后将刚才假设的集电极和发射极对调位置，再重测一次，当测得电阻值较小时，红笔所接的是集电极，另一电级是发射极。

VDD
导通
TP vI vO
TN
vo=―１” 截止
vI=1
VDD
截止
T1 vI
vO T2
vo=―０” 导通
静态下，无论vI是高电平还是低电平，T1、T2总有 一个截止，因此CMOS反相器的静态功耗极小。
二、电压传输特性和电流传输特性
T1导通T2截止
电 压 传 输 特 性
T1T2同时导通
T2导通T1截止
噪声电压作用时间越短、电源电压越高，交流噪声容 限越大。
三、动态功耗
反相器从一种稳定状态突然变到另一种稳定状态的过
程中，将产生附加的功耗，即为动态功耗。
动态功耗包括：负载电容充放电所消耗的功率PC和 PMOS、NMOS同时导通所消耗的瞬时导通功耗PT。 在工作频率较高的情况下，CMOS反相器的动态功耗 要比静态功耗大得多，静态功耗可忽略不计。
VNL VIL (max) VOL (max)
测试表明：CMOS电路噪声容限 VNH=VNL＝30％VDD，且随VDD的增加而加大。
噪声容限－－衡量门电路的抗干扰能力。 噪声容限越大，表明电路抗干扰能力越强。
§3.3.3 CMOS反相器的静态输入输出特性
一、输入特性 因为MOS管的栅极和衬底之间存在着以SiO2 为介质的输入电容，而绝缘介质非常薄，极易被
S1
输 入v I 信 号 输 vo 出 信 号
S2
图3.1.3 互补开关电路
互补开关电路由于两个开关总有一个是断开的， 流过的电流为零，故电路的功耗非常低，因此在数字 电路中得到广泛的应用
3.1 概述
4. 数字电路的概述 （1）优点： 在数字电路中由于采 用高低电平，并且高低电 平都有一个允许的范围， 如图3.1.1所示，故对元器 件的精度和电源的稳定性 的要求都比模拟电路要低， 抗干扰能力也强。

R L (m in )IO L V (m D a 'x D ) V m O 'L IIL R Ln V IO D 'H D V m O I H IH R L (m a x )
OD门个数
负载门低电平 输入端个数
负载门高电平 输入端个数
三、 CMOS传输门〔TG门〕
• 1.TG〔Transmission Gate〕结构
四、MOS管的四种类型
N沟道增强型 P沟道增强型 N沟道耗尽型 P沟道耗尽型
开启电压： 开启电压： 夹断电压： 夹断电压：
VGS〔th〕 VGS〔th〕 VGS〔off〕 VGS〔off〕
>0
<0
<0
>0
3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理
一、电路结构
互补输出结构
3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理
开关
正逻辑：高电平表示1，低电平表示0 负逻辑：高电平表示0，低电平表示1
高/低电平都 同意有肯定 的变化范围
数字电路的分类
• 分立元件门电路 • 集成电路 • 按集成度分为： • SSI－Small Scale Integration〔1－10门/片〕 • MSI－Medium Scale Integration〔10－100门/
一、传输延迟时间〔tpd〕
1.原因：寄生电容和负载电容的充放电，与RON〔VDD〕有关；
2.指标： 74HC04的tpd约9ns；74AHC04的tpd约5ns。 3.改进措施： 减小CL和RON，即减小CL并增大VDD和VIH 。
三、动态功耗
▪ 定义：
当CMOS反相器从一种稳定工作状态转变到 另一种稳定状态的过程中，将产生附加功耗。