晶体管开关特性+基本逻辑门电路

1、晶体管开关特性+基本逻辑门电路分立元件门电路分立元件门电路集成门电路集成门电路双极型集成门（双极型集成门（TTLTTL集成门集成门）单极型集成门（单极型集成门（MOSMOS集成门）集成门）集成逻辑门中使用的开关器件是：集成逻辑门中使用的开关器件是： 晶体管晶体管 场效应管场效应管 研究它们的开关特性研究它们的开关特性是数字系统最基本的单元电路。是数字系统最基本的单元电路。与门、与门、或门、或门、与非门、与非门、 或非门、或非门、 异或门等。异或门等。3.1 概述概述 ViVoK5VRK断断开开-K闭闭合合-可用可用二极管、三极二极管、三极管管、场效应管场效应管代替代替Vo= 5v输出高电平输出

2、高电平Vo= 0v输出低电平输出低电平获得高低输出电平的原理电路获得高低输出电平的原理电路、高、低电平的概念、高、低电平的概念 电平就是电位，在数字电路中，人们习惯于电平就是电位，在数字电路中，人们习惯于高、低电平一词来描述电位的高低。高、低电平一词来描述电位的高低。它们表示的都它们表示的都是一定的电压范围，而不是一个固定不变的数值。是一定的电压范围，而不是一个固定不变的数值。高电平的电压范围：高电平的电压范围：1.8-5V低电平的电压范围：低电平的电压范围：0-0.8V0V5V0.8V1.8V正逻辑正逻辑10负逻辑负逻辑013.2.1 晶体二极管的开关特性晶体二极管的开关特性 二极管正偏与等

3、效电路二极管正偏与等效电路+1 k5V(a)(b)RVcc0.7V+i+0.7v3.2 半导体二极管逻辑门电路半导体二极管逻辑门电路VccR+(b)5V+0mA5V+1 k(a) 二极管反偏与等效电路二极管反偏与等效电路tVi0(a)ti0(b)tre 二极管动态电流波形二极管动态电流波形VCC=+5VAFR=2.8KBCA B CF0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 100000001&ABCFIILIIL =(VCC-0.7)/RII L =(5-0.7)/2.8K =1.5mA3.2.2 二极管与门电路二极管与门电路思考如下问题：思考如下

4、问题：（1）试问）试问IIL，IIL1，IIL2，IIL3其值各为多少？它们之间有其值各为多少？它们之间有何关系？（设何关系？（设VCC=5V，UIL=0.3V，UIH=6V） IIL3IIL2FIIL &IIL1VCC=+5VAFR=2.8KBCIIL1IIL2IIL3 IIL & 将几个输入端并联使用时，总的输入低电平电流将几个输入端并联使用时，总的输入低电平电流与使用单个输入端的输入低电平电流基本相等。与使用单个输入端的输入低电平电流基本相等。IIL=(5-0.7)/2.8（mA）IIL1 = IIL2= IIL3 = IIL /3（2）在下图中，（设）在下图中，（设VC

5、C=5V，UIL=0.3V，UIH=6V）。）。 F +6V &IIHR 2.8k VCC +5VD3D2ABCD1输入高电平电流输入高电平电流IIH=二极管反向饱和电流二极管反向饱和电流IIH+6V 在下图中，在下图中，IIH，IIH1，IIH2，IIH3其值各为多少？它们之其值各为多少？它们之间有何关系？（设间有何关系？（设VCC=5V，UIL=0.3V，UIH=6V）。）。 IIH3FIIHIIH2 +6V &IIH1VCC=+5VAFR=2.8KBC 将几个输入端并联使用时，总的输入高将几个输入端并联使用时，总的输入高电平电流将按并联输入端的数目加倍。电平电流将按并联输

6、入端的数目加倍。 IIH1+6VIIH2IIH33.2.3 半导体二极管或门电路半导体二极管或门电路 R=2.8KABCFA B CF0 1 11 0 10 0 10 0 00 1 01 0 01 1 01 1 1011111111ABCF二极管与门和或门电路的缺点：二极管与门和或门电路的缺点：0V5V+V+VL5VDDDD3k（ +5V）RCC211CCR2（ +5V）0.7V1.4V3k（2 2）负载能力差）负载能力差（1 1）在多个门串接使用时，会出现低电平偏）在多个门串接使用时，会出现低电平偏离标准数值的情况。离标准数值的情况。3.3.4 TTL4 TTL集成逻辑门电路集成逻辑门电路

7、集成电路（集成电路（Integrated circuit），），简称简称IC。就是将元器件和连线制作在一个半导体基片上就是将元器件和连线制作在一个半导体基片上的完整电路。的完整电路。集成度：一个芯片内含有等效逻辑门的个数。集成度：一个芯片内含有等效逻辑门的个数。小规模集成电路小规模集成电路SSI 1-10个逻辑门个逻辑门/片片中规模集成电路中规模集成电路MSI 10-100个逻辑门个逻辑门/片片大规模集成电路大规模集成电路LSI 大于大于100个逻辑门个逻辑门/片片 超大规模超大规模IC VLSI 10000以上个逻辑门以上个逻辑门/片片所用半导体器件的不同所用半导体器件的不同TTL电路电路M

8、OS电路电路3.4.1 晶体三极管的开关特性晶体三极管的开关特性1. 晶体三极管的工作状态晶体三极管的工作状态 截止、放大、饱和截止、放大、饱和iC/ mAVCE / V截止区截止区饱和区饱和区80A60A40A20AIB=0放大区放大区0 RCRBVCCvivoiBiCb b RCRBVCCvivoiBiCb b截止：截止：发射结、集电结都反偏发射结、集电结都反偏vi0.7viB 0iC= iB饱和：饱和： 发射结、集电结都正偏发射结、集电结都正偏0.7viB 0vo=vces 0.3viB iCviVCE / V截止区截止区饱和区饱和区80A60A40A20AIB=0放大区放大区0iC/

9、mAVCE / V截止区截止区饱和区饱和区80A60A40A20AIB=0放大区放大区0饱和判别条件饱和判别条件: iB IBS饱和：饱和： ICS (VCC-0.3)/RC临界饱和：临界饱和： IBS= ICS/ b b RCRBVCCvivoiBiCb b- -BRBESViV= =Bi RCRBVCCvivoiBiCb b(a)截止：截止：vi0.7viB 0iC= iB饱和：饱和：vi0.7viB 0vo=vces 0.3viCS= (VCC 0.3)/RCiB IBS判断三极管是否饱和的条件判断三极管是否饱和的条件IBS=(VCC 0.3)/RC RCRBVCCvivoiBiCb b

10、(a)例例1.在所示电路中，若在所示电路中，若VCC=5V, RC = 1k, RB=30k时，试分析计算：时，试分析计算：(1) b b=100，试求试求vi=0V和和vi=3V时的输出时的输出 电压电压vo 解：解：vi=0V时时,VBE = Vi = 0 V三极管三极管截止截止,Vo= VCC=5Vvi=3V时时,047. 011003 . 05= =. .- -= =- -= =BSICESVCCV= =CRb bCSIb b077.0= =307.03 - -= =- -BRBESViV= =Bi由于：由于：iBIBS ，三极管饱和，所以输出电压三极管饱和，所以输出电压vo=0.3V

11、(2) 若若b b=50其余条件不变其余条件不变 ，再求，再求vi=0V和和 vi=3V 时时的输出电压的输出电压vo= ? (VCC=5V, RC = 1k, RB=30k)解：解：vi=0V时时, Vo= 5Vvi=3V时时,0.094150= =. .= = =BSICESV= =CRb bCSIb b5 - - -CCV3 . 0077.0= =307.03 - -= =BRBESViV= =Bi由于：由于：iBIBS ，所以三极管处于放大状态所以三极管处于放大状态- RCRBVCCvivoiBiCb bvo=VCCiCRCiC=b biB=500.077=3.85mA5v1K ？三极

12、管处于放大状态时，三极管处于放大状态时，vo=? RCRBVCCvivoiBiCb b(a)vo=1.15 V(3) 分析分析VCC , vi , RB , RC , b b的大小如何变的大小如何变 化才有化才有利于三极管的饱和？利于三极管的饱和？ 饱和条件？饱和条件？iB IBS- -= =BSICESVCCV= =CRb bCSIb b- -BRBESViV= =Bi时有利于三极管饱和。时有利于三极管饱和。VCCviRBRCb b RCRBVCCvivoiBiCb b(a)2晶体管的动态特性晶体管的动态特性 tofftonVO00ViRCRBVCCvivoiBiCb(a)ton:开通时间开通时间toff:关闭时间关闭时间R1DR2AF+5V+3V嵌位二极管嵌位二极管3. 三极管非门三极管非门uA uF 3V 0.3