名词概念
集成电路(Integrated Circuits，简称IC)
小规模集成电路(Small Scale Integration，简称SSI)
中规模集成电路(Medium Scale Integration，简称MSI)
大规模集成电路(Large Scale Integration，简称LSI)
超大型集成电路(Very Large Scale Integration，简称VLSI)
二极管门电路
二极管及门电路
上述电路逻辑电平和真值表
缺点：输出的高、低电平与输入的高、低电平值不相等，二极管的正导压降较差。如果输出作为下一门的输入信号，则会发生高、低电平的偏移；此外，当输出端连接到负载电阻时，负载电阻的变化有时会影响输出的高电平。
二极管或门电路
上述电路逻辑电平和真值表
CMOS门电路
CMOS在集成电路中，晶体管具有金属-氧化物-半导体场效应(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，简称MOS管)作为开关装置。
MOS管道的结构和工作原理
P型衬底(图中B)，形成两个高掺杂浓度的N型区MOS管的源极S(Source)和漏极D(Drain)，另一个电极栅极G(Gain)，通常由金属铝或多晶硅制成。
在D和S电压极高Vds，设置Vgs=0，D与S之间不导通，Id=0；
在D和S电压极高Vds，设置Vgs>Vgs(th)，由于栅极与衬底之间的电场吸引，衬底中的少数载流子电子聚集在栅极下的衬底表面，形成N反形层，构成D和S之间有导电沟，所以有ID流通，这个Vgs(th)成为MOS管道的开启电压。
随着Vgs导电沟截面积增大，因此Id它会增加，也就是说，它可以通过Vgs控制Id的大小。
为了防止电流从衬底流到S极和导电沟，衬底通常与源极连接，或接到系统的最低电位。
MOS管道的输入输出特性
如下是MOS管道的共源接法，GS作为输入，DS作为输出。
(a)共源接法 (b)输出特性曲线
右边的图叫MOS输出特性曲线又称输出特性曲线MOS管道漏极特性曲线有三个工作区、截止区、可变电阻区和恒流区。
1、截止区，Vgs 2、当Vgs>Vgs(th)后，D导电沟出现在S之间，有ID它可以分为两个区域，一个是可变电阻区域，见上图中的虚线左侧区域。在这个区域，当Vgs一定时，ID和Vds类似于线性电阻的常数。等效电阻的大小和Vgs当Vds≈0时，ID和Vgs关系如下： 该公式表面，Vgs>>Vgs(th)时，Ron近似于Vgs成反比。 3.虚线右侧称为恒流区。ID由Vgs决定，Vds变化对ID影响很小ID和Vgs关系如下： 其中IDS是Vgs=2Vgs(th)时ID该公式表示，Vgs>>Vgs(th)时，ID与Vgs平方成正比。 表明ID与Vgs关系曲线叫MOS管道的转移特性曲线。 当Vi 当Vi>Vgs(th)并且Vds在较高的情况下，MOS管道在恒流区工作Vi增加，ID增加，Vo此时，电路工作处于放大状态。 随着Vi继续增加，MOS管道的导电阻Ron变的很小(一般在1KΩ在里面，小的可以到mΩ级别)，RD>>Ron输出端为低电平Vol，Vol≈0。 在什么情况下，图中可以使用？MOS看似理想开关？ 在MOS管关闭状态，即Vi 在MOS管开启状态，一是Vi>>Vgs(th)(Vi不能超过MOS管Vgs最大值)，MOS管道导通内阻Ron足够小，Ron?RD； NMOS和PMOS虽然各有增强型和耗尽型，但有四种类型。目前，增强型最常用于电子产品NMOS，二是增强型PMOS，几乎没有耗尽型。 对于耗尽型NMOS管，Vgs=0时，DS之间有导电沟，Vgs正时，导电沟变宽，ID增大；Vgs负时，导电沟变窄，ID减小，当Vgs小于负电压值Vgs(off)导电沟消失时，MOS关闭管道截止日期。Vgs(off)称为耗尽型NMOS管道夹紧电压。 对于耗尽型PMOS，Vgs=0时，DS之间有导电沟，Vgs负时，导电沟变宽，ID增大；Vgs为正时，导电沟道变窄，ID变小，当Vgs正电压大于夹断电压Vgs(off)导电沟消失时，MOS管截止。 综上所述，一般开启电压为增强型NMOS和增强型PMOS就夹断电压而言，是针对耗尽型的NMOS和耗尽型PMOS来说的。 以下电路结构形式称为==对称金属-氧化物-半对称体电路==(Complementary-Symmetery Metal -Oxide-Semiconductor Circuit，简称CMOS电路)，优点是静态功耗小，因为T1和T2有一个是截止的，且MOS管的截止内阻极高。 假如T1和T2的阈值电压、导通内阻Ron和截止内阻Roff都一样，输出电压与输入电压的曲线如下: 在BC段，T1和T2同时导通，因为假设的T1和T2参数一样，在输入为1/2VDD时，输出也为1/2VDD； 在CD段，T1截止，T2导通，输出为0； ID电流也是一样，在AB和CD段，有一个管子截止，因截止内阻很高，所以ID几乎为0；在1/2VDD时，ID的电流最大。 定义：在保证输出高低电平基本不变(变化大小不超过规定容许范围内)的条件下，容许输入信号的高低电平有一个波动范围，这个范围称为输入端的的噪声容限: 输入高电平噪声容限： (一级门电路输出高电平的最低值是Voh(min)，二极门电路输入高电平最小是Vih(min)，如果再小，二极门电路就无法识别为1了，所以噪声容限是两者之差) 输入低电平噪声容限： (一级门电路输出低电平的最大值是Vol(min)，二极门电路输入低电平的最大值是Vil(max)，如果再大，二极门电路就无法识别为0了，所以噪声容限是两者之差) 输入特性指的是输入电压与输入电流的关系，如下是CMOS反相器的保护电路，主要用了两个二极管D1和D2，用到二极管的单向导电性和钳位特性，C1和C2是MOS管的G极等效电容，一般是不画出来的，我们知道这个地方有等效电容即可。 对于D1来说，负极连接到VDD，所以D1的正极不会超过VDD+Vdf(Vdf是二极管的正向导通压降，二极管正负极之间差是二极管的压降)，即保证了T2的G极电压不超过VDD+Vdf； 对于D2来说，正极连接到GND，所以D2的负极会钳位在-Vdf，T1是PMOS管，导通条件是S和G之间差(正数)大于Vsg(th)，所以D2保护T1的S和G之间电压不超过VDD+Vdf，即电容C1两端的电压。 ==实际选用D1和D2的时候，需要考虑D1的正向导通电流和D2的反向导通电流。== 在负载RL一定时，也就是IOL一定时，随着VDD的增加，MOD管的导通压降会减小，Vol的值减小。(Vol的值可以看做VDD落在RL和MOS管Ron之间的分压，当Ron越小时，Vol自然变小。) 在VDD一定时，也就是MOS管的导通内阻Ron一定时，随着负载RL的减小，也就是IOL的增大，Vol的值会增大。(Vol的值可以看做VDD落在RL和MOS管Ron之间的分压，当RL越小时，Vol自然增大。) 在MOS管的输入VDD一定时，也就是MOS管的导通内阻一定，随着负载电流的增大，MOS管的导通压降增大，Voh下降。 在负载电流IOH一定时，随着MOS管的Vsg增大，MOS管的导通内阻减小，Voh增大。 有NPN(a)和PNP(b)两种，工作时有电子和空穴两种载流子参与导电，此类三极管就称为双极性三极管(Bipolar Junction Transistor，简称BJT)。 输入特性指的是输入电流与输入电压之间的关系，Von是开启电压，一般硅管0.5-0.7V，锗三极管0.2~0.3V 把CE看作输出，输出特性指是Vce和Ic的关系，共有三个工作区。 放大区：Ic随Ib成正比的变化，几乎不受Vce变化影响。电流放大系数B=Ic/Ib，一般三极管B值在几十到几百； 电路缺点：输入高电平时，Vcc会全部加在Rc上，导致功耗大；输入低电平时，三极管截止，输出的电阻很大(等于Rc) Ic的变化滞后于Vi的变化，所以Vo的变化滞后于Vi的变化，在高速开关电路中，我们就需要考虑这个滞后特性。 A=0，T1导通，T2截止，T4导通，T5截止，Y=1 1、AB段，Vi很小，T1导通，T2截止，T5截止，T4导通，所以Vo是高电平，Vo的值等于VCC减去(落在R2上的电压+T4的Vbe+D2的导通压降)，所以在3.4V左右； 高电平输出： 低电平输出：MOS管道基本开关电路
MOS管道开关等效电路
MOS管的4种类型
CMOS反相器的电路结构和工作原理
CMOS反向器的电路结构
电压传输特性和电流传输特性
输入端噪声容限
CMOS反相器的静态输入特性和输出特性
输入特性
低电平输出特性
高电平输出特性
其他类型CMOS门电路
CMOS与非门
CMOS或非门
漏极开路(OD门)
CMOS传输门
三态门
双极性三极管的开关特性
双极性三极管的结构
输入输出特性
饱和区：Ic不再更随Ib的变化而变化，趋于饱和，硅三极管饱和区的Vce约0.6~0.7V；
截止区：Ic几乎为0，只有极小的反向穿透电流Iceo流过，一般1uA以下；三极管基本开关电路
三极管开关电路等效电路
动态开关特性
TTL反相器
电路结构和工作原理
A=1，T1截止，T2导通，T4截止，T5导通，Y=0；其中需要注意，在A=1，也就是Vi=3.4V时，T1刚开始是导通的，因为B电压大于E电压，所以集电极电压为3.4V，3.4V会使T2和T5都导通，T2和T5导通后，T2和T5的BE电压都为0.7V，会将T1的集电极电压钳位在1.4V，所以T1的基极会钳位在2.1V，不会是4.1V，这就和T2和T5导通矛盾了，T1的基极2.1V，相当于T1的BC之间的PN结正偏(集电极正偏)，因为基极2.1V，发射极3.4V，所以最后T1截止了。电压传输特性
2、BC段，0.7输入端噪声容限
静态输入特性和输出特性
