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第6章 逻辑门电路 半导体基础 TTL门电路 CMOS门电路 本章重点：* 半导体的特性及在数字电路中的作用；* TTL电路及CMOS电路的分析与应用；* 典型集成逻辑电路的应用。 （1）N型半导体 在硅或锗的晶体中掺入少量的五价元素杂质（如磷、砷、锑等）。 杂质原子的五个价电子与周围硅原子组成共价键时，多出一个价电子，使晶体产生一个自由电子。 根据掺入杂质的多少，可以控制自由电子的数量。由于自由电子的数量远远大于空穴的数量，这种半导体导电以自由电子导电为主。将自由电子称为多数载流子，简称多子；空穴称为少数载流子，简称少子。 （2）P型半导体 在硅或锗的晶体中掺入少量的三价元素杂质（如硼、铝、铟等），与上面的P型半导体类似，由于掺入具有三个价电子的杂质，在与周围硅原子组成共价键时，少了一个电子，使晶体产生一个空穴。所以在P型半导体中，以空穴导电为主，空穴称为多子，自由电子称为少子。 （2）电路外引端的连接 ①正确辨别电路的电源端和接地端，不能接反，否则将烧毁电路。 ②各输入端不能直接与高于5.5V或低于-0.5V的低内阻电源连接，否则会产生较大电流而烧毁电路。 ③输出端应通过电阻与低内阻电源连接。 ④输出端接有较大容性负载时，应串入电阻，防止电路在接通瞬间，产生较大冲击电流损坏电路。 ⑤除具有OC结构和三态结构的电路之外，不允许电路输出端并联使用。 （3）多余输入端的处理 TTL门电路的输入端对地悬空时，相当于接高电平。但悬空时，容易使电路受到外界干扰而产生错误动作。 因此，TTL与门、与非门电路的多余输入端通常采取接一个固定高电平，例如接电源VCC的做法。 TTL或门、或非门电路的多余输入端不能悬空，应采取直接接地的办法，以保证电路逻辑的正确性。 另外，在使用门电路时，还应注意功耗与散热问题。正常情况下，门电路功耗不能超过其最大功耗，否则将出现热失控而导致逻辑错误，甚至使集成电路损坏。 6.3 CMOS门电路 由单极型场效应管为主组成的集成电路称做MOS集成电路。根据电路中选用MOS管的不同，可以分为三类： PMOS电路。由P沟道MOS管构成，制造工艺简单，但工作速度较低。 NMOS电路。由N沟道MOS管构成，制造工艺复杂，但工作速度优于PMOS电路。 CMOS电路。由PMOS管和NMOS管构成的互补对称型MOS电路，优点是静态功耗低、抗干扰能力强、工作稳定性好、开关速度较高。虽然制作工艺相对复杂、成本偏高，但由于其优点突出，是现在发展最快、应用广泛的一种集成电路。 6.3.1 常见CMOS门电路 1. CMOS与非门 高速CMOS集成电路54/74HC00为四2输入与非门，即内部集成了四个2输入与非门， 2. CMOS或非门 高速CMOS集成电路54/74HC02为2输入四或非门。 3. CMOS反相器（非门） 高速CMOS集成电路54/74HC04为六非门。 4. CMOS漏极开路输出门（OD门） OD门（Open Drain Gate）和OC门一样，可以实现“线与”逻辑，正常工作时也必须外接上拉电阻，同时通过改变上拉电阻所接的电源也可实现电平转换。其逻辑符号与OC门相同。 5. CMOS传输门（TG门） TG门（Transmission Gate）是一种可控的双向模拟开关。当控制信号C=1时，MOS管导通，A和B之间呈现低阻状态，相当于开关接通；当控制信号C=0时，MOS管截至，相当于开关断开。 * * 本章难点：集成逻辑门电路的应用。 6.1 半导体基础 1. 半导体的特性  （1）掺杂特性。半导体对杂质敏感，通过控制掺杂的方法可以精确控制半导体的导电能力，制造出不同用途的半导体器件。 半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一种物质。常用的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）等。 （2）热敏特性。半导体对温度敏感，温度升高则导电能力显著增强，利用这一特性可制造热敏电阻。 （3）光敏特性。半导体对光敏感，接受光照则导电能力明显增强，利用这一特性可制造光敏电阻。 2. 纯净半导体  是完全纯净、结构完整的半导体，又名本征半导体。 晶体原子之间靠共价键链接，共价键具有很强的结合力。 在绝对温度零度时（即0K，相当于-273.15℃），价电子无法摆脱共价键的束缚，不能自由移动。此时半导体不能导电。 室温下，价电子获得足