加法筆記系列 邏輯電路的實現

2021-09-20 11:47:44 字數 3303 閱讀 8632

了解完二極體和 pm 結原理後,就可以看懂簡單的邏輯電路了

或門 or

或非 nor

與非 nand

在物理學中,載流子(charge carrier)簡稱載子(carrier),指可以自由移動的帶有電荷的物質微粒,如電子和離子。在半導體物理學中,電子流失導致共價鍵上留下的空位(空穴)被視為載流子。

— wiki

在半導體中,電子和空穴作為載流子。數目較多的載流子稱為多數載流子;在n型半導體中多數載流子是電子,而在p型半導體中多數載流子是空穴。數目較少的載流子稱為少數載流子;在n型半導體中少數載流子是空穴,而在p型半導體中少數載流子是電子。[1]

— wiki

場效電晶體(英語:field-effecttransistor,縮寫:fet**)是一種通過電場效應控制電流的電子元件。

它依靠電場去控制導電溝道形狀,因此能控制半導體材料中某種型別載流子的溝道的導電性。

— wiki

g 柵極通過控制電壓,控制 p 溝道的載流子,從而控制 pn 結的寬度,參考:場效電晶體及其放大電路

在 vgs 為 0 時,pn 結最小,導電 n 溝道最寬,導電性能最好

當 vgs 負電壓增大,電子流入 p 溝道,p 溝道載流子減少,n 溝道為平衡 pn 結的內電場,n 溝道的載流子也變小,從而導致 pn 結變寬。

vds 的原理大致與 vgs 相同

當 vds 增強時,也會出現溝道夾斷的情況。

此處還待進一步思考

二極體電路實現

vcc:電路供電電壓 為10v,假設 3v 以上為高電平,3v 以下為低電平。參考:二極體與閘電路原理

uy0(正偏)/ 0

0(正偏)/ 0

0.7v / 0

3v (反偏)/ 1

0 (正偏)/ 0

0.7v / 0

0 (正偏)/ 0

3v (反偏)/ 1

0.7v / 0

3v (正偏)/ 1

3v (正偏)/ 1

3.7v / 1

繼電器實現

cmos與門

pn結指向內的為nmos管, pn 結指向外部的為 pmos [4]

nmos的特性,vgs大於一定的值就會導通,適合用於源極接地時的情況(低端驅動),只要柵極電壓達到4v或10v就可以了。

pmos的特性,vgs小於一定的值就會導通,適合用於源極接vcc時的情況(高階驅動)。但是,雖然pmos可以很方便地用作高階驅動,但由於導通電阻大,**貴,替換種類少等原因,在高階驅動中,通常還是使用nmos。[5]

t1, t2, t5 為 pmos,0 導通,1 不導通

t3,t4,t6 為 nmos,1 導通,0 不導通

a,bt1,t2,t3,t4

t5,t6 柵極

t5,t6

y0,0

通,通,不通,不通

1不通,通

01,0

不通,通,通,不通

1不通,通

00,1

通,不通,不通,通

1不通,通

01,1

不通,不通,通,通

0通,不通

nmos 與門

假設與 a 直連的 nmos 為 t1,與 b 直連的 nmos 為 t2,與 f 直連的為 t3

l0(正偏)/ 0

0(正偏)/ 0

0v / 0

5v (正偏)/ 1

0 (反偏)/ 0

5v / 1

0 (反偏)/ 0

5v (正偏)/ 1

5v / 1

5v (正偏)/ 1

5v (正偏)/ 1

5v / 1

或非門具有函式完備性,和與非門一樣可以僅用其實現其他所有的邏輯功能。

電路圖如下,並假設與 a 直連的 mos 為 t1,與 b 直連的 mos 為 t2

當 a、b 中任意乙個為高電平,則 f 和 gnd 連線為低電平,只有 a、b 都為低電平時,f 才為高電平。

輸入a

b輸出a nor b00

1010

1001

10nmos

cmos

nmos, 僅 a,b 都為高電平使得 t2,t3 導通,y 才為低電平

cmos 如下:

a,bt1,t2,t3,t4

y0,0

通,通,不通,不通

10,1

通,不通,不通,通

11,0

不通,通,通,不通

11,1

不通,不通,通,通

0二極體與閘電路原理

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nmos & pmos

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