标签：GS 数电 MOS 门电路 二极管 低电平 电压 DS
文章目录
A 逻辑门电路的基本概念
“1”为高电平，“0”为低电平，则为正逻辑，反之为负逻辑；我们从图1可以看到，高低电平对应的不是一个电压点，而是对应一段电压允许范围的阈值。
这里的开关就是马上要介绍的各种半导体二极管，三极管，MOS管的受输入电压信号、v-i控制的模拟的电子开关。
如果输入信号使得开关闭合，这时相当于输出信号直接接地，输出低电平0；相反地，如果断开，
V
o
V_o
Vo相当于接到
V
C
C
V_{CC}
VCC，输出高电平。
缺陷：开关有一定的电阻，闭合时输出电压不是0而是
V
C
C
R
S
\frac{V_{CC}}{R_S}
RSVCC。（静态功耗）
改进：
S
1
和
S
2
S_1和S_2
S1和S2互补，一个导通，另一个则断开。总有一个开关断开，保证电路电流几乎没有。
只要输入的电压满足导通电压，那么剩下的电压就会在
R
L
R_L
RL的两端
i
=
U
i
−
U
o
n
R
L
i=\frac{U_i-U_{on}}{R_L}
i=RLUi−Uon。
反向恢复时间：某一时刻，由高点平跳到低电平，由于PN结还积聚了一定的电荷，所以会产生一个反向电流，再衰减到0。
B.a 半导体二极管的开关特性
由于半导体二极管具有单向导电性，即外加正向电压时导通，外加反向电压时截止，所以它相当于一个受外加电压极性控制的开关。
B.b 二极管的开关等效电路
（a）外电路等效电源和等效电阻都很小，二
极管正向导通压降和电阻都不能忽略
（b)当二极管的正向导通电压和外加电压相 比不能忽略，内阻和外接电阻相比可以忽略
(c）当二极管是理想导通开关，即外加电压
是正向导通电压的数量级，那么二极管的正
向导通压降和内阻均可忽略
在数电中，使用（b），即不计二极管导通的内阻，保留导通压降。
B.c 二极管与门
电流永远是走电势落差最大的支路和阻抗最小的支路。AB中低电平的就会导通。
B.d 二极管或门
二极管与门、或门存在的问题
????.输出的高、低电平数值和输入的高、低电平数值不等，相差一个二极管的
导通压降，如果把这个门的输出作为一级门的输入信号，将发生信号高、低
电平的偏移。
????.当输出端对地接上负载电阻时，负载电阻的改变有时会影响输出的高电平。
因此这种二极管与门电路仅用作集成电路内部的逻辑单元，而不用它直接去
驱动负载电路。
截止状态：开关处于断开状态，
v
o
v_o
vo通过
R
c
R_c
Rc直接连接到电源
V
C
C
V_{CC}
VCC上，
v
o
≈
V
C
C
v_o\approx V_{CC}
vo≈VCC,输出高电平。
饱和导通状态：
i
b
=
v
1
−
u
b
e
R
B
i_b=\frac{v_1-u_{be}}{R_B}
ib=RBv1−ube,我们适当地调整
R
B
R_B
RB，使得
i
b
i_b
ib比较大，使得三极管工作在饱和区，此时
u
b
c
u_{bc}
ubc非常小，可以等价为一个闭合的开关，
v
o
≈
0
v_o\approx 0
vo≈0,输出低电平。
半导体三极管在模电与数电的区别
在模拟电路中，我们要设置某一个静态工作点，然后使三极管尽量工作在放大区的中部，这样可以得到很好的电压放大波形。而在数电中，我们屏蔽掉放大区，利用饱和区和截止区进行电路设计。
当
v
I
v_I
vI低于
V
b
e
V_{be}
Vbe，为低电平时，由于
V
E
E
V_{EE}
VEE是一个负电源，所以
V
b
V_b
Vb是达不到
V
b
e
V_be
Vbe的导通要求的，这时
i
b
i_b
ib约等于0，则
i
c
、
i
e
i_c、i_e
ic、ie也等于0。此时三极管相当于断开，Y通过
R
c
R_c
Rc连接到
V
C
C
V_{CC}
VCC，处于高电平。
相反，如果
v
i
v_i
vi输入的是高电平，
V
b
V_b
Vb可达到
V
b
e
V_{be}
Vbe的开启电压。
i
b
≥
I
B
S
i_b\ge I_{BS}
ib≥IBS时，到达饱和状态。此时
U
b
e
≈
0
U_be\approx 0
Ube≈0，输出
v
o
v_o
vo也等于0，得到低电平。
加入 − V E E -V_{EE} −VEE的目的是确保即使输入低电平信号稍大于零时，也能 使三极管基极为负电位，从而使三极管可靠截止，输出为高电平。
C MOS管
C.a MOS管的结构
淡紫色就是PN结。
栅极G(gate electrode)
源极S(source)：起集电作用的电极
漏极D(drain)：起发射作用的电极
由于绝缘层，三个极绝缘，MOS管相当于断路状态。
（a）随着
U
G
S
U_{GS}
UGS电位增强，电场强度增加，P的多子被电场向下排斥，则在贴近二氧化硅部分形成耗尽层。（起开关作用）
（b）随着
U
G
S
U_{GS}
UGS不断增大，P的少子聚集在新形成的耗尽层，连通两个N，形成薄的的反型层。当反型层完全形成，我们把这时的
U
G
S
U_{GS}
UGS称为它的开启电压（
V
G
S
(
T
H
)
V_{GS(TH)}
VGS(TH):1~4V）。
如果DS之间不加电压，电子只会聚集，不会流动，不会产生电流。
U
T
U_T
UT指的是导电沟道恰好形成的过程。
U
G
S
>
U
D
S
情
况
下
,
U
D
S
U_{GS}>U_{DS}情况下,U_{DS}
UGS>UDS情况下,UDS电压不断增大，则
U
G
D
(
=
U
G
S
−
U
D
S
)
U_{GD}(=U_{GS}-U_{DS})
UGD(=UGS−UDS)在减小，减小到等于
U
T
U_T
UT时，代表着靠近D区的导电层基本被夹断了，称这一点电压为预夹断电压。
如果再增大漏源电压，
U
G
S
U_{GS}
UGS产生的电场一直没有变。而
G
D
GD
GD之间形成一个负电场，使得电子向源区聚集。而漏区开始出现一个夹断区。即便后续
D
S
DS
DS之间的电压再不断增强，也不会改变
i
D
i_D
iD大小。
为了避免漏区的电压直接通过衬底流出去，通常将衬底与源极连接。我们把衬底与源极连接的方法称为共源接法。
当
v
D
S
>
0
v_{DS}> 0
vDS>0 ， 但
v
G
S
=
0
v_{GS}= 0
vGS=0 时，D-S间不导通，
I
D
=
0
I_D= 0
ID=0
当
v
D
S
>
0
v_{DS}> 0
vDS>0 ，且
v
G
S
>
v
G
S
(
t
h
)
v_{GS}> v_{GS(th)}
vGS>vGS(th) (MOS管的开启电压）时，栅极下面的衬底表面形成一个N型反型 层。这个反型层构成了D-S间的导电沟道，有
I
D
I_D
ID流通
C.b MOS管的输入特性和输出特性
共源接法下的输出特性曲线又称为MOS管的漏极特性曲线。
表示
I
D
I_D
ID与
v
G
S
v_GS
vGS关系的曲线称为MOS管的转移特性曲线。
如果输入信号
v
G
S
v_{GS}
vGS达不到沟道形成的开启电压（图中开启电压为2V。），此时的MOS管是不会有电流存在的。特性曲线对应
i
D
≈
0
i_D \approx 0
iD≈0的区域称为截止区。
将
u
G
S
u_{GS}
uGS逐渐增强，导电沟道形成，这时候随着
u
D
S
u_{DS}
uDS的增加，输出就呈现出相应的特性。把图中靠近纵轴的区域称为可变电阻区。
再往后，增加的
U
D
S
U_{DS}
UDS全部落在夹断区，因为已经夹断，不再改变
i
D
i_D
iD数值大小，我们称为恒流区。
v i v_i vi没有达到开启电压时，即 V i = V G S < V G S ( t h ) V_i=V_{GS}<V_{GS(th)} Vi=VGS<VGS(th)， i D = 0 i_D=0 iD=0，整个电路处于断路状态，通常用一个大电阻 R O F F R_{OFF} ROFF等效这种状态。如果 R D R_D RD跟 R O F F R_{OFF} ROFF相比非常小，这时 V D D V_{DD} VDD几乎全部在 R O F F R_{OFF} ROFF上。这时后 v o v_o vo就可以得到约等于 V D D V_{DD} VDD的高电平。而栅极与源极之间用一个电容 C I C_I CI等价。
如果 v i v_i vi可以使 V G S V_{GS} VGS之间满足开启电压条件,即 V i > V G S ( t h ) V_i>V_{GS(th)} Vi>VGS(th)，这时， i D i_D iD增加。DS之间可以用一个 R O N R_{ON} RON代替，如果 R O N R_{ON} RON与 R D R_D RD相比非常小，则 R O N R_{ON} RON上的电压非常小接近0，所以输出电压 v o v_o vo为低电平。
图片来源：《数字电子技术基础》 国防科技大学
标签：GS,数电,MOS,门电路,二极管,低电平,电压,DS 来源： https://blog.51cto.com/u_15278213/2931761
本站声明： 1. iCode9 技术分享网（下文简称本站）提供的所有内容，仅供技术学习、探讨和分享； 2. 关于本站的所有留言、评论、转载及引用，纯属内容发起人的个人观点，与本站观点和立场无关； 3. 关于本站的所有言论和文字，纯属内容发起人的个人观点，与本站观点和立场无关； 4. 本站文章均是网友提供，不完全保证技术分享内容的完整性、准确性、时效性、风险性和版权归属；如您发现该文章侵犯了您的权益，可联系我们第一时间进行删除； 5. 本站为非盈利性的个人网站，所有内容不会用来进行牟利，也不会利用任何形式的广告来间接获益，纯粹是为了广大技术爱好者提供技术内容和技术思想的分享性交流网站。