数字电子应用技术第章正常逻辑门合理使用电路

1、数字电子应用技术第章正常逻辑门合理使用电路1 、逻辑门逻辑门: :实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。2、 逻辑门电路的分类逻辑门电路的分类二极管门电路二极管门电路三极管门电路三极管门电路TTLMOSPMOS门门CMOS门门逻辑门电路逻辑门电路分立门电路分立门电路集成门电路集成门电路NMOS门门序序(1)(1)加正向电压加正向电压V VF F时，二极管导通，管压降时，二极管导通，管压降V VD D可忽略。可忽略。二极管相当于一个闭合的开关。二极管相当于一个闭合的开关。一、二极管的开关特性一、二极管的开关特性（一）二极管的静态开关特性（一）二极管的

2、静态开关特性DVFIF(a)LRFKVFLRI(b) 可见，二极管在电路中表现为一个受外加电压可见，二极管在电路中表现为一个受外加电压v vi i控控制的开关。当外加电压制的开关。当外加电压v vi i为一脉冲信号时，二极管将随为一脉冲信号时，二极管将随着脉冲电压的变化在着脉冲电压的变化在“开开”态与态与“关关”态之间转换。这态之间转换。这个转换过程就是二极管开关的动态特性。个转换过程就是二极管开关的动态特性。(2)(2)加反向电压加反向电压V VR R时，二极管截止，反向电流时，二极管截止，反向电流I IS S可忽略。可忽略。二极管相当于一个断开的开关。二极管相当于一个断开的开关。DVRIS

3、LR(a)KLRVR(b)t ts s为存储时间，为存储时间，t tt t称为渡称为渡越时间，越时间，t treret ts s十十t tt t称为称为反向恢复时间。使二极管反向恢复时间。使二极管开关速度受到限制开关速度受到限制+DLRivi(a)1.1.反向恢复反向恢复过程过程2.2.产生反向恢复过程的原因：产生反向恢复过程的原因：反向恢复时间反向恢复时间t trere就是存储电荷消散所需要的时间。就是存储电荷消散所需要的时间。+区区PN耗尽层LpnL区中电子区中空穴浓度分布浓度分布PN(a)(b)x 同理，二极管从截止转为正向导通也需要时间，这段时间称为开同理，二极管从截止转为正向导通也需

4、要时间，这段时间称为开通时间。开通时间比反向恢复时间要小得多，一般可以忽略不计。通时间。开通时间比反向恢复时间要小得多，一般可以忽略不计。 二三极管二三极管的开关特性的开关特性（一）三极管的三种工作状态（一）三极管的三种工作状态 （1 1）截止状态：当）截止状态：当V VI I小于三极管发射结死区电压时，小于三极管发射结死区电压时，I IB BI ICBOCBO00，I IC CI ICEOCEO00，V VCECEV VCCCC，三极管工作在截止区，对应图，三极管工作在截止区，对应图1.4.51.4.5（b b）中的）中的A A点。点。 三极管工作在截止状态的条件为：发射结反偏或小于死区电压

5、三极管工作在截止状态的条件为：发射结反偏或小于死区电压+V+T123cbeRRbCCVIiBiCCiCIB1IB2B3IB4IB5IB=0=IBSABCDEvCEVCCVCC/RCICS0.7VI 此时，若调节此时，若调节R Rb b，则，则I IB B，I IC C，V VCECE，工作点沿着负载线由，工作点沿着负载线由A A点点BB点点CC点点DD点向上移动。在此期间，三极管工作在放大区，点向上移动。在此期间，三极管工作在放大区， 其特点为其特点为I IC CIIB B。 三极管工作在放大状态的条件为：发射结正偏，集电结反偏三极管工作在放大状态的条件为：发射结正偏，集电结反偏 （2 2）放

6、大状态：当）放大状态：当V VI I为正值且大于死区电压时，三极管导通。有为正值且大于死区电压时，三极管导通。有 bIbBEIBRVRVVI+V+T123cbeRRbCCVIiBiCCiCIB1IB2B3IB4IB5IB=0=IBSABCDEvCEVCCVCC/RCICS0.7VI 若再减小若再减小R Rb b，I IB B会继续增加，但会继续增加，但I IC C已接近于最大值已接近于最大值V VCCCC/ /R RC C，不会再增，不会再增加，三极管进入饱和状态。饱和时的加，三极管进入饱和状态。饱和时的V VCECE电压称为饱和压降电压称为饱和压降V VCESCES，其，其典型值为：典型值为

7、：V VCESCES0.3V0.3V。 三极管工作在饱和状态的电流条件为：三极管工作在饱和状态的电流条件为：I IB B I IBS BS 电压条件为：集电结和发射结均正偏电压条件为：集电结和发射结均正偏 （3 3）饱和状态：）饱和状态： 保持保持V VI I不变，继续减小不变，继续减小R Rb b，当，当V VCECE 0.7V0.7V时，集电结变为零偏，称为时，集电结变为零偏，称为临界饱和状态，对应图（临界饱和状态，对应图（b b）中的）中的E E点。此时的集电极电流称为集电点。此时的集电极电流称为集电极饱和电流，用极饱和电流，用I ICSCS表示，基极电流称为基极临界饱和电流，用表示，基

8、极电流称为基极临界饱和电流，用I IBSBS表表示，有示，有: :CCCC0.7V-RVRVICCCSCCCCSBSRVII解：解： 根据饱和条件根据饱和条件IBIBS解题。解题。例例1 1 电路及参数如图所示，设输入电压电路及参数如图所示，设输入电压V VI I=3V=3V，三极管的，三极管的V VBEBE=0.7V=0.7V。（1 1）若）若6060，试判断三极管是否饱和，并求出，试判断三极管是否饱和，并求出I IC C和和V VO O的值。的值。（2）将）将RC改为改为6.8kW W，重复以上计算。，重复以上计算。+V+-T123RRbCCIVC（+12V）OV10k100k图1.4.6

9、 例1.4.1电路)mA0.023(1000.7-3BI)mA0.020(106012CCCBSRVIIBIBS 三极管饱和。三极管饱和。 )mA1.2(1012CCCCSCRVIIV3 . 0CESOVVIB不变，仍为不变，仍为0.023mA )mA0.029(6.86012CCCBSRVIIBIBS 三极管处在放大状态。三极管处在放大状态。 )mA1.4(0.02360BIIC)V2.48(6.81.4-12-CCCCCEORIVVV（3 3）将）将R RC C改为改为6.8k6.8k，再将，再将R Rb b改为改为60k60k，重复以上计算。，重复以上计算。由上例可见，由上例可见，R R

10、b b 、R RC C 、等参数都能决等参数都能决定三极管是否饱和。定三极管是否饱和。该电路的则饱和条件可写为：该电路的则饱和条件可写为：即在即在VI一定（要保证发射结正偏）和一定（要保证发射结正偏）和VCC一定的条件下，一定的条件下，Rb越小，越小，越大，越大，RC越大，三极管越容易饱和。越大，三极管越容易饱和。在数字电路中总是合理在数字电路中总是合理地选择这几个参数，使三极管在导通时为饱和导通。地选择这几个参数，使三极管在导通时为饱和导通。+V+-T123RRbCCIVC（+12V）OV10k100k图1.4.6 例1.4.1电路)mA0.038(600.7-3BI IBS0.029 mA

11、IBIBS 三极管饱和。三极管饱和。 )mA1.76(6.812CCCCSRVIICV3 . 0CESOVVbIRVCCCRV （1 1）延迟时间）延迟时间t td d 从输入信号从输入信号v vi i正跳变的正跳变的 瞬间开始，到集电极电流瞬间开始，到集电极电流i iC C上升到上升到0.10.1I ICSCS所需的时间所需的时间 （2 2）上升时间）上升时间t tr r集电极电流从集电极电流从0.10.1I ICSCS上上升到升到0.90.9I ICSCS所需的时间。所需的时间。（3 3）存储时间）存储时间t ts s从输入信号从输入信号v vi i下跳变的下跳变的瞬间开始，到集电极电流瞬

12、间开始，到集电极电流i iC C下降到下降到0.90.9I ICSCS所需的时间。所需的时间。（4 4）下降时间）下降时间t tf f集电极电流从集电极电流从0.90.9I ICSCS下降下降到到0.10.1I ICSCS所需的时间。所需的时间。 t ts s和和t tf f之和称为关闭时间之和称为关闭时间t toffoff即即 t toffoff= = t ts s+ +t tf f。是存储电荷消散时间是存储电荷消散时间其中：其中：t td d和和t tr r之和称为开通时间之和称为开通时间t tonon， 即即t tonon= = t td d+ +t tr r；是建立基区电荷时间是建立基

13、区电荷时间 三极管的开启时间和关闭时间总称为三极管的开关时三极管的开启时间和关闭时间总称为三极管的开关时间，一般为几个纳秒到几十纳秒。三极管的开关时间对间，一般为几个纳秒到几十纳秒。三极管的开关时间对电路的开关速度影响很大，开关时间越小，电路的开关电路的开关速度影响很大，开关时间越小，电路的开关速度越高。速度越高。 三三. MOS开关的开关特性开关的开关特性：MOS管工作在可变电阻区，输出低电平管工作在可变电阻区，输出低电平: : MOS管截止，管截止， 输出高电平输出高电平当当I VTMOS管相当于一个由管相当于一个由vGS控制的控制的无触点开关。无触点开关。MOS管工作在可变电阻区，管工作在可变电阻区，相当于开关相当于开关“闭合闭合”，输出为低电平。输出为低电平。MOS管截止，管截止，相当于开关相当于开关“断开断开”输出为低电平。输出为低电平。1.当输入为低电平时：当输入为低电平时：2.当输入为高电平时：当输入为高电平时：正负逻辑的概念：正负逻辑的概念：用用H H和和L L分别表示高、低电平分别表示高、低电平规定规定 高电平为逻辑高电平为逻辑1 1，低电平为逻辑，低电平为逻辑0 0，就是正逻辑；，就是正逻辑； 高电平为逻辑高电平为逻辑0 0，低电平为逻辑，低电平为逻辑1 1为负逻辑。为负逻辑。A