三极管的开关特性_门电路教程

1、 2 门电路门电路2. 1 概述概述1、门电路3、分立元件门电路和集成门电路2、高低电平与正负逻辑高电平为1，低电平为0称为正逻辑高电平为0，低电平为1称为负逻辑2. 2 二极管和三极管的开关特性二极管和三极管的开关特性二极管导通条件及导通时的特点:VVF7 .0)(7 .0硅VVD0DI二极管截止条件及截止时的特点:VVF5 . 0较大的反向漂移电流ret一般为纳秒数量级出现大量的反向电流的原因：出现大量的反向电流的原因： 在数字电路中，三极管是作为开关使用的。在数字电路中，三极管是作为开关使用的。 三极管三极管截止相当于开关断开；三极管饱和相当于开关闭合；因此截止相当于开关断开；三极管饱和

2、相当于开关闭合；因此我们最关心三极管截止和饱和时的情况。我们最关心三极管截止和饱和时的情况。 一、开关特性一、开关特性2.2.2 三极管的开关特性三极管的开关特性图2.2.6 双极型三极管的特性曲线 (a)输入特性曲线 (b)输出特性曲线图2.2.8 用图解法分析图2.2.7电路 (a)电路图 (b)作图方法截止截止.饱和条件饱和条件:截止条件截止条件: 饱和条件饱和条件:)5 . 0(0VVVVBEBE或BSBII 图2.2.9 双极型三极管的开关等效电路 (a)截止状态 (b)饱和导通状态图2.3.1 二极管与门2.3 最简单的与、或、非门电路图2.3.2 二极管或门图2.3.3 三极管非

3、门（反相器） 2.4 TTL门电路 TTL（Transistor-Transistor-Logic) 目前，我们使用的目前，我们使用的TTL门电路和中、小规模集成电路门电路和中、小规模集成电路以以74 / 54系列为主，包括做实验时所使用的芯片，都是这系列为主，包括做实验时所使用的芯片，都是这一系列产品。一系列产品。 74 / 54 系列又根据功耗的大小，速度的快慢等分为几系列又根据功耗的大小，速度的快慢等分为几个子系列，如个子系列，如74SXX、 74LSXX、74ALSXX、74HXX和和74FXX等等。等等。 （一）、（一）、TTL门电路门电路 我们以我们以TTL与非门电路为例，分析一下

4、与非门电路为例，分析一下TTL电路的特电路的特点，特别是输出级的结构，因为大多数点，特别是输出级的结构，因为大多数TTL门电路的输门电路的输出级都是这种结构。出级都是这种结构。 图2.4.1 TTL反相器的典型电路非门内部电路工作原理非门内部电路工作原理A 为为0.2v 5v 3.4V2.1v1v1v0.9v1.4v0.7v0.3v3.6v0.5v2、推拉输出电路、推拉输出电路 推拉输出电路推拉输出电路： 推拉输出因推拉输出因T4和和T5你通我止，你止我通而得名。它你通我止，你止我通而得名。它也叫图腾柱（也叫图腾柱（Totem pole）输出，有源上拉电路（）输出，有源上拉电路（Active

5、pull-up）。）。 本推拉输出电路由本推拉输出电路由T4、T5、D2及及R4组成，它的特点组成，它的特点是无论输出电平是高是低，输出阻抗始终较低，负载能是无论输出电平是高是低，输出阻抗始终较低，负载能力强。同时，电路转换速度快力强。同时，电路转换速度快。 此电路相当于反相器电路有一个此电路相当于反相器电路有一个阻值可变阻值可变的集电极电的集电极电阻阻RC，三极管，三极管饱和时变大饱和时变大，有利于加大饱和程度，降低，有利于加大饱和程度，降低输出电压；三极管输出电压；三极管截止时变小截止时变小，有利于三极管退出饱和，有利于三极管退出饱和，降低高电平输出阻抗。降低高电平输出阻抗。二、二、TTL

6、非门的主要外部特性非门的主要外部特性 1、电压传输特性、电压传输特性 V0 随随 Vi 变化的规律变化的规律 ab段：截止区 Vi1.3v以后 V0加速下降。 de段：饱和区 VI增大。2.4.4 其它其它TTL门门图2.4.20 TTL与非与非门电路图2.4.22 TTL或非或非门电路图2.4.23 TTL与或非与或非门图2.4.24 TTL异或异或门图2.4.25 推拉式输出级并联的情况二、二、OC门门图2.4.26 集电极开路与非与非门的电路和图形符号图2.4.27 OC门输出并联的接法及逻辑图OC门电路可以实现线与，高电压、大电流的驱动能力门电路可以实现线与，高电压、大电流的驱动能力很

7、强，但失去了推拉功耗低、输出速度快的优点。很强，但失去了推拉功耗低、输出速度快的优点。图2.4.31 三态输出门的电路图和图形符号 （a）控制端高电平有效 （b）控制端低电平有效三、三态门三、三态门Enable:控制端，又称使能端 三态输出门三态输出门 三态三态：电路输出端可以处于三：电路输出端可以处于三种状态：种状态：高电平、低电平高电平、低电平和和悬空态悬空态。 推拉输出的特点是推拉输出的特点是T4、T5轮流轮流导通，如果我们使导通，如果我们使T4、T5全都截止全都截止，则输出端处于则输出端处于悬空态悬空态，也称，也称高阻态高阻态。图2.4.32 用三态输出门接成总线结构图2.4.33 用

8、三态输出门实现数据的双向传输2.6 CMOS 门电路门电路 2.6.1、CMOS反相器工作原理反相器工作原理 CMOS 电路的结构特点是：电路的结构特点是： 一个一个N沟道管和一个沟道管和一个P沟道管配沟道管配 对使用，即对使用，即N、P互补（互补（Comp- lementary）。）。 P管作负载管，管作负载管，N管作输入管，管作输入管， 两管栅极接在一起。两管栅极接在一起。 注意注意：P沟的开启电压是沟的开启电压是负负值值 栅极电压要低于源极。栅极电压要低于源极。 两管两管导通导通时的时的电阻电阻较小为较小为RON 两管两管截止截止时的时的电阻电阻很大为很大为ROFF N沟道增强型和P沟道

9、增强型 (1) 当输入电压当输入电压VI为低电平为低电平时，时，VI=0 T1管导通，管导通，T2管截止，输管截止，输出电压出电压V0为：为： VDD (2) 当输入电压当输入电压VI为高电平为高电平时，时，VI=VDD T1管截止，管截止，T2管导通，输管导通，输出电压出电压V0为：为：0v 与与 TTL 反相器相比，输出反相器相比，输出高电平更高高电平更高(= VDD)， 稳态稳态时，且总有一个管子是截止时，且总有一个管子是截止的，工作电流极小，功耗极的，工作电流极小，功耗极低。低。图2.6.2 CMOS反相器的电压传输特性图2.6.3 CMOS反相器的电流传输特性图2.6.4 不同VDD

10、下CMOS反相器的噪声容限图2.6.5 CMOS反相器输入端噪声容限与VDD的关系图2.6.6 CMOS反相器的输入保护电路 （a）CC4000系列的输入保护电路 （b）74HC系列的输入保护电路图2.6.7 CMOS反相器的输入特性 （a）图2.6.6 (a)电路的输入特性 （b）图2.6.6 (b)电路的输入特性图2.6.8 vO= VOL时CMOS反相器的工作状态图2.6.9 CMOS反相器的低电平输出特性图2.6.10 vO= VOH时CMOS反相器的工作状态图2.6.11 CMOS反相器的高电平输出特性图2.6.12 CMOS反相器传输延迟时间的定义图2.6.13 VDD 和CL对传输延迟时间的影响图2.6.14 CMOS反相器的交流噪声容限图2.6.15 CMOS反相器的瞬时导通电流图2.6.16 CMOS反相器对负载电容的充、放电电流图2.6.17 CMOS反相器的静态漏电流 （a） vI= 0 （b） vI=VDD图2.6.18 CMOS与非与非门图2.6.19 CMOS或非或非门图2.6.20 带缓冲级的CMOS与非与非门电路图2.6.21 带缓冲级的CMOS或非或非门电路图2.6.22 漏极开路输出的与非与非门CC40107图2.6.23 CMOS传输门的电路结构和逻辑符号图2.6.24 CMOS传输