数字电子电路课件第三章3.1

1、3.1 3.1 晶体管的开关特性晶体管的开关特性二极管具有单向导电性二极管具有单向导电性ababovivfvrt+vddrvi+v03.1.1 晶体晶体二极管二极管开关特性开关特性tv0o理想开关特性理想开关特性(1) 限幅器电路限幅器电路限去（消去）输入波形某一部分的电路叫限幅电路。限去（消去）输入波形某一部分的电路叫限幅电路。ov0ttov0限幅器限幅器+vi+v0( a )( b )ovitt( c )ovi 功能：当功能：当vi在一定范围内变化时，输出电压在一定范围内变化时，输出电压vo随其（成比例随其（成比例地）相应变化，而当地）相应变化，而当vi超出该范围时，输出电压超出该范围时，

2、输出电压vo保持不变。保持不变。二极管开关特性应用二极管开关特性应用tov0a 、串联限幅电路、串联限幅电路二极管与输出电压二极管与输出电压v0串联。串联。tovi分析：分析：当当 vi 0, d 通，通，当当vi 0, d 止，止，i 0，它是一个限幅电平为它是一个限幅电平为 0 的下限幅器。的下限幅器。v0 0v0 = vi+vi+v0d特点：利用二极管的截止状态来限幅特点：利用二极管的截止状态来限幅 将二极管反接，则可得到限幅电平为将二极管反接，则可得到限幅电平为0的上限幅电路。的上限幅电路。 在电阻上串一电压源（在电阻上串一电压源（2v）。）。+ vi+ v0r+2vtovi2vtov

3、02v分析：分析：当当 vi2v时时, d 通，通，当当 vi 2v, d 止，止，i 0，vo = vivo 2vviv0 串联双向限幅电路。串联双向限幅电路。 （自学）（自学）otvav2r1r2+v1+v2d1d2a+vi+v0要求条件：要求条件： v2 v1分析：由于分析：由于d1，d2的工作状态决定于的工作状态决定于vi ，a点位及点位及v2 ， 先确定先确定vi0，即无输入电压时，即无输入电压时va。vi=0时时,v2 v1 d1止止 d2通，通， ,va在在v2 ,v1之间之间 当当vi va时，时，d1止，止，d2通，通， 当当vi v2时，时，d1通，通，d2止（止（i20）

4、，）， 当当va vi v2时，时，d1，d2通，通， vo va vo v2 vo viva=v2-v1r2+r1r1+v1+vi+vo( a )rd b 、并联限幅电路、并联限幅电路二极管与输出电压二极管与输出电压vo并联。并联。分析：分析：当当 vi 0, d 止，止，i = 0, 当当 vi 0, d 通，通，它是一个限幅电平为它是一个限幅电平为 0 的下限幅电路的下限幅电路tovitov0 将二极管反接，则可得到限幅电平为将二极管反接，则可得到限幅电平为0的上限幅电路。的上限幅电路。vo = vivo 0 将二极管上串联电源将二极管上串联电源v。= 2vtovi2v分析：分析：当当

5、vi 2v 时时, d止，止，当当 vi 2v, d通，通，i 0，vo = vivo 2v2vtov0r+vi+vo+2vd 并联双向限幅电路。并联双向限幅电路。tov2v1设：设：v1 v2，二极管，二极管d1，d2为理想开关为理想开关 当当vi v2 时，时， d1截止，截止，d2导通导通当当vi v1 时，时， d1导通导通，d2截止截止当当v1 vi v2 时，时， d1 ，d2 截止截止 ，v0 = =v2v0 = =v1v0 = =viviv0分析：分析：+v1+v2d1d2+ vi+ v0r3.1.2 三极管开关特性三极管开关特性三极管有：饱和区、放大区、截止区。三极管有：饱和

6、区、放大区、截止区。 管子作开关使用时，主要稳定工作在饱和区，截止区，管子作开关使用时，主要稳定工作在饱和区，截止区，或在它们之间作快速转换。或在它们之间作快速转换。 t的基极的基极b起控制作用，起控制作用，c 、 e形成开关的两个输出端形成开关的两个输出端点，由点，由b控制其开闭控制其开闭。 当给当给bc 、be结均加正压时，管子饱和，相当于开关闭合结均加正压时，管子饱和，相当于开关闭合当给当给bc 、 be结均加反压时，管子截止，相当于开关打开结均加反压时，管子截止，相当于开关打开bcecbevbes=0.7v vces=0.3v (si)截止时，电阻很大截止时，电阻很大饱和时：饱和时：b

7、cecbe多发射极输入级多发射极输入级中间级中间级推拉式输出级推拉式输出级3.2.1 ttl与非门与非门1v3.6v0.3v1v3.6v3.6v3.6v0.3vr1 4k r21.6k r4130 vcc(+5v)abct1t2t4t3r31k d4y多发射极输入级多发射极输入级2.1v3.2 ttl集成逻辑门集成逻辑门当输入端当输入端a,b,c中有一个为中有一个为0.3v时，时， vt1b=1v,t2,t4截止截止y=3.6v当输入端当输入端a,b,c均为均为3.6v时，时，vt1b=2.1vt2,t4饱和饱和vt2c=1vt3,d4截止截止y=0.3vt t1 1倒置工作状态倒置工作状态

8、推拉输出电路的作用：推拉输出电路的作用： 提高了带载能力。提高了带载能力。 不论为开态（输出低电平）或关态（输出高电平），不论为开态（输出低电平）或关态（输出高电平），输出均为低阻抗。输出均为低阻抗。 多发射极管的作用：多发射极管的作用：提高了电路的开关速度。提高了电路的开关速度。 当输入端由低电平转向全部高电平时，当输入端由低电平转向全部高电平时，t t1 1处于倒置工处于倒置工作状态，瞬间给一个大的集电极电流，使作状态，瞬间给一个大的集电极电流，使t t2 2很快进入饱和。很快进入饱和。 当输入端由全部高电平转向其中之一有低电平时，当输入端由全部高电平转向其中之一有低电平时，t1由倒由倒置

9、变为置变为 饱和导通，产生饱和导通，产生ic1较大，正好从较大，正好从t2基极流出，加速基极流出，加速了了t2 由饱和由饱和 截止的转换，截止的转换，t2截止又使截止又使t3截止变为导通。截止变为导通。 输入端的钳位二极管作用：输入端的钳位二极管作用： 抑制输入端出现的负脉冲干扰，从而起到保护多发抑制输入端出现的负脉冲干扰，从而起到保护多发射极管输入级的作用。射极管输入级的作用。3.2.2 ttl与非门的主要外部特性与非门的主要外部特性1 1关门电平关门电平v voffoff: :保证输出高电平所允许的输入低电平的最大值保证输出高电平所允许的输入低电平的最大值2开门电平开门电平von : :保

10、证输出低电平所允许的输入高电平的最小值保证输出低电平所允许的输入高电平的最小值3门槛电平门槛电平 vt4抗干扰能力（噪声容限）抗干扰能力（噪声容限）抗低电平干扰抗低电平干扰 vnl = voff vil抗高电平干扰抗高电平干扰 vnh = vih von 为了保证电路可靠工作，给输入信号规定一个波动范围，为了保证电路可靠工作，给输入信号规定一个波动范围，在此范围内，输出电位不受影响，该范围称噪声容限。在此范围内，输出电位不受影响，该范围称噪声容限。ov0 (v)vi(v)3.6v0.3vvonvoff2.7vvtvihvnhvvilnl电压传输特性电压传输特性2输入反向漏电流输入反向漏电流 i

11、ih :12310 20 30 40abv0(v)i0(ma)( a ) 开态时开态时12310 20 30 40v0(v)i0(ma)( b ) 关态时关态时1输入短路电流输入短路电流 iis :iih12i i(ma)iis12abcvi(v)o0.82.7输入特性输入特性输出特性输出特性1关门电阻关门电阻 rioff ：(入入“0”）ir1 = ii =vcc vbe1 vir1关门时关门时 vi = voff = 0.8v5v 0.7v0.8v4k0.8v代入数据可求得代入数据可求得ri 0.91k rivi = ii ri =vccvbe1 vir11vr1 4k r21.6k r4

12、130 t1t2t4t3r31k d4vcc(+5v)y1v2.1vri+_vivcc(+5v)ir1ii输入端接电阻对电路的影响输入端接电阻对电路的影响2开门电阻开门电阻 rion ：2.1vib1 vccvb1r1=5v 2.1v4k 0.725 mavi被钳在被钳在1.4v1.4ri ii ii= ib1 ib2ib2=ie21+ 21k1210+ie2= ir3+ ib4 =0.7r3ic4 4=1.9 ma1.910= 0.172 ma= 0.553 ma ri viii=1.40.553=2.5 k (入入“1”）vb1=2.1v“1”设灌电流设灌电流vcc(+5v)r1 4k r

13、21.6k r4130 t1t2t4t3r31k d4vcc(+5v)yri+_viib1i iib2ib4ir3ie2选取输入端接地电阻选取输入端接地电阻 ：在保证在保证 ttl 与非门工作于关态时，与非门工作于关态时， rioff 0.91 k 在保证在保证 ttl 与非门工作于开态时，与非门工作于开态时， rion 3.2 k 指输出端最多能带同类门的个数。指输出端最多能带同类门的个数。ttl门最多能带同类门的个数为门最多能带同类门的个数为n0 =iomaxiis扇出系数扇出系数 n03.2.3 ttl或非门、异或门、或非门、异或门、 oc门、三态门门、三态门t1vccyt4t3t2t2

14、t1ba y = a + bttl 或非门或非门(自学）自学）p = a bt2 t3 和和t4 t5构成或非功能构成或非功能 x= a + b把把p，x作为输入，作为输入，t6 t7实现或非功能实现或非功能=a bt8 t9 d为推拉式输出级为推拉式输出级 y= x + p= a+b+abypxt3yt2t1bavcct4t5t6t7t8t9d ttl异或门异或门(自学）自学）ttl 门使用注意事项：门使用注意事项：1. ttl门的电源电压为门的电源电压为+5v。与非门：与非门： 多余输入端或者接电源，多余输入端或者接电源，或者与有用端接相接。或者与有用端接相接。2. ttl门的输出端不能并

15、接使用，门的输出端不能并接使用，否则会烧坏管子。否则会烧坏管子。t4t3d4+5vyt4t3d4+5vy“1”“0”3. ttl门的输出端不能直接接地，门的输出端不能直接接地，4. 多余输入端的接法：多余输入端的接法：或非门：或非门： 多余输入端或者接地，多余输入端或者接地，或者与有用端接相接。或者与有用端接相接。1电路图：电路图：2逻辑符号：逻辑符号： 使用时，必须外接电阻和电源，使用时，必须外接电阻和电源，否则电路不能正常工作。否则电路不能正常工作。vcct2t4t1aby&abyccrl集电极开路集电极开路 ttl与非门（与非门（oc门）门）3应用：应用：“线与线与”功能功能&a

16、mp;aby&cd&ijrlvccny = ab cd ij= ab + cd + ij1电路图：电路图：= ab=高阻态高阻态en：三态使能端：三态使能端“1”“0”1 01v0.7vt4t3d4yvccabent1g1g2pt2d11三态输出门（三态输出门（ts门）门）2逻辑符号：逻辑符号：abeny&( a )en = “1” y=aben = “0” y=高阻态高阻态3应用：应用：（1）与计算机总线相接）与计算机总线相接 每一时刻，只能有一个三态门工作，而每一时刻，只能有一个三态门工作，而其它门均处于高阻态，它们之间是分时操作。其它门均处于高阻态，它们之间是分时操作。en = “0” y=aben = “1” y=高阻态高阻态( b )abeny&en1a1b1&en2a2b2&ennanbn&.总线总线（2）实现数据的双向传输）实现数据的双向传输当当 en1时，时， do门门g1 do 总线总线当当 en0时，时， 总线总线 di门门g2 did0endid0/di总总线线g1g2113.2.4 其它系列其它系列 ttl 门电路门电路1ct 54 h/74 h 系列与非门系列与非门abc560 3