门电路(Gate Circuit)
门电路是指以实现基本逻辑关系和复合逻辑关系的电子电路。
高电平和低电平的含义
高电平和低电平为某规定范围(由门电路的种类决定)的电位值,而非一固定值。
若无特殊声明,在日常生活中均以正逻辑体制来表示高低电平。
二极管的开关特性
本征半导体
导体基本概念:
导体:自然界中容易导电的物质。
绝缘体:电阻率很高的物质,几乎不导电。
半导体:导电特性处于导体和绝缘体之间的物质。
现代电子学中,用的最多的半导体是硅和锗,最外层电子(价电子)都是4个。
本征半导体:完全纯净的、结构完整的半导体晶体。
在硅和锗晶体中,原子按四角形系统组成晶体点阵,每个原子都处在正四面体的中心,而四个其他原子位于四面体的顶点,每个原子与其相邻的原子之间形成共价键,共用一对价电子。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中,称为束缚电子,常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子,因此本征半导体中的自由电子很少,导电能力很弱。
本征半导体的导电机理
载流子、自由电子和空穴
在绝对0度(T=0K)和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着,本征半导体中没有可以运动的带点粒子(即载流子),它的导电能力为0,相当于绝缘体。
在常温下,由于热激发(本征激发),使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚,成为自由电子,同时共价键上留下一个空位,称为空穴。
导电机理
本征半导体中存在数量相等的两种载流子,即自由电子和空穴。
本征半导体中电流由两部分组成:
- 自由电子移动产生的电流。
- 空穴移动产生的电流。
温度越高,载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强,温度使影响半导体性能的一个重要的外部因素,这是半导体的一大特点—温敏特性。
本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
N型、P型半导体
在本征半导体中掺入微量的杂质(某种元素),形成杂志半导体—掺杂特性。
掺杂后自由电子数目大量增加,自由电子导电称为这种半导体的主要导电方式,称为电子半导体或N型半导体。
在N型半导体中自由电子是多数载流子,空穴是少数载流子。
而掺杂后空穴数目大量增加就称为空穴半导体或P型半导体。
在P型半导体中空穴是多数载流子,自由电子是少数载流子。
无论N型和P型半导体都是中性的,对外不显电性。
将PN结与管壳和引线所结合就形成了二极管,符号如图1-5所示。
二极管的静态开关特性
当输入电流为低电平时,二极管反向截至,相当于开关断开。而输入电流为高电平时,二极管正向导通,可等效于具有0.7V压降的闭合开关(相当于越过0.7V死区电压)。
MOS管的开关特性
场效应晶体管只有一个载流子(多数载流子)参与导电,又称为单极型三极管。场效应晶体管是利用电场(电压)控制半导体中载流子运动的一种有源器件。目前场效应管应用最多是以二氧化硅作为绝缘介质的金属—氧化物—半导体绝缘栅型场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect Transistor),简称MOS管。