晶体管开关与逻辑门电路

1、晶体管开关与逻辑门电路晶体管开关与逻辑门电路 补充资料补充资料 数字集成电路绝大多数都是由双极型二极管、三数字集成电路绝大多数都是由双极型二极管、三极管或单极型场效应管组成。这些晶体管大部分工作在极管或单极型场效应管组成。这些晶体管大部分工作在导通和截止状态，相当于开关的导通和截止状态，相当于开关的“接通接通”和和“断开断开” 。晶体管门电路晶体管门电路( (分立元件分立元件) ) 集成电路集成电路 (TTL(TTL和和MOS)MOS)可编程逻辑器件可编程逻辑器件(CPLD、FPGA)数字数字电路电路一、二极管的特性一、二极管的特性 ( (一一) P) P型半导体型半导体 、N N型半导体型半

2、导体 （二）（二）PNPN结的形成及特性结的形成及特性 （三）（三）PNPN结的单向导电性结的单向导电性外加正向电压外加正向电压 外加反向电压外加反向电压 （三）（三）PNPN结的单向导电性结的单向导电性二极管的结构和符号二极管的结构和符号部分二极管实物部分二极管实物 （四）、晶体二极管静态开关特性（四）、晶体二极管静态开关特性 1. 1. 二极管正向导通时的特点及导通条件二极管正向导通时的特点及导通条件 A.A.V VONON ：门槛电压或称阈值电压、开启电压门槛电压或称阈值电压、开启电压 B.B.V VD D ：导导通压降通压降 C：导通条件：导通条件：VVD (0.7V)被视为硅二极管导

3、通的条件被视为硅二极管导通的条件二极管伏安特性曲线二极管伏安特性曲线D：导通状态：二极管正向导通时，相当于一个具有：导通状态：二极管正向导通时，相当于一个具有0.7V压降的闭合开关。压降的闭合开关。二极管正向导通时的等效电路二极管正向导通时的等效电路2. 2. 二极管截止时的特点及截止条件二极管截止时的特点及截止条件 A. 截止条件：截止条件：v vD D V VONON ，实际：实际：v vD00，保证二极管可靠截止，保证二极管可靠截止 C. V VZ Z ：二极管的反向击穿电压：二极管的反向击穿电压 二极管截止二极管截止时的等效电路时的等效电路B.截止状态：虽然有很小的截止状态：虽然有很小

4、的Is反相漏电流，一般反相漏电流，一般二极管可以相二极管可以相当于一个断开的开关当于一个断开的开关（二）、晶体二极管动态开关特性（二）、晶体二极管动态开关特性 动态过程（过渡过程）：二极管导通和截止之间转换过程动态过程（过渡过程）：二极管导通和截止之间转换过程。t re反向恢复时间：二极管反向恢复时间：二极管从导通到截止所需时间。从导通到截止所需时间。 二极管两端输入电压的频二极管两端输入电压的频率过高，以至输入负电压率过高，以至输入负电压的持续时间小于它的反向的持续时间小于它的反向恢复时间时，二极管将失恢复时间时，二极管将失去其单向导电性。去其单向导电性。 （一）三极管基本结构及符号（一）三

5、极管基本结构及符号BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCEPNP型型二、二、 双极型晶体三极管双极型晶体三极管(BJT)(BJT)的开关特性的开关特性 BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，基区：较薄，掺杂浓度低掺杂浓度低集电区：集电区：面积较大面积较大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结 三极管具有饱和、放大和截止三种工作状态，三极管具有饱和、放大和截止三种工作状态，在数字电路中，静态主要工作于饱和和截止状态在数字电路中，静态主要工作于饱和和截止

6、状态 。NPNNPN型硅三极管开关电路及其特性型硅三极管开关电路及其特性 （二）、三极管的截止状态和可靠截止的条件（二）、三极管的截止状态和可靠截止的条件 当当v vI I很小，如很小，如v vI I0.5V=IBS 或者或者 iC= ICS （ICS= IBS） （四）、三极管开关的过渡开关特性（四）、三极管开关的过渡开关特性 ton = td +tr ton开通时间开通时间, 建立基区电荷时间建立基区电荷时间 toff = ts +tf toff关断时间，关断时间，存储电荷消散时间存储电荷消散时间 td：延迟时间，上升到延迟时间，上升到0.1Icmaxtr：上升时间，上升时间， 0.1Ic

7、max到到0.9Icmaxts：存储时间，下降到存储时间，下降到0.9Icmaxtf：下降时间，下降到下降时间，下降到0.1Icmax开关时间为纳秒级，它限制了开关时间为纳秒级，它限制了三极管开关的工作速度三极管开关的工作速度三三 基本逻辑门电路基本逻辑门电路 （一）、二极管与门及或门电路（一）、二极管与门及或门电路 1. 二极管二极管“与与”门电路门电路 D1 On，D2 On D1 On，D2 Off D1 Off，D2 On D1 On，D2 On 0 (0.7V) 0 (0.7V) 0 (0.7V) 1 (3.7V) 2. 2. 二极管二极管“或或”门电路门电路 BAYD1 On D2

8、 OnD1 Off D2 OnD1 On D2 OffD1 On D2 On0 ( -0.7V) 1 (2.3V) 1 (2.3V) 1 (2.3V) 3. BJT3. BJT反相器非门反相器非门 电路电路R1DR2AF+12V +3V三极管非门三极管非门uA uF 3V 0.3 0V 3.7 嵌位二极管嵌位二极管AF T 饱和饱和D 截止截止 T 截止截止D 导通导通R1DR2F+12V +3V三极管非门三极管非门D1D2AB+12V二极管与门二极管与门与非门与非门DTL门电路门电路四四 TTLTTL门电路门电路晶体管门电路晶体管门电路( (分立元件分立元件) ) 集成电路集成电路 (TTL

9、(TTL和和MOS)MOS)可编程逻辑器件可编程逻辑器件(CPLD、FPGA)数字数字电路电路集成电路优点集成电路优点: :体积小、耗电少、重量轻、可靠性高等。体积小、耗电少、重量轻、可靠性高等。 RTL（Resister-Transistor Logic）电阻晶体管逻辑；）电阻晶体管逻辑；DTL（Diode-Transistor Logic）二极管晶体管逻辑；）二极管晶体管逻辑；HTL（High-Threshold Logic）高阈值逻辑；）高阈值逻辑；TTL（Transistor -Transistor Logic）晶体管晶体管逻辑；）晶体管晶体管逻辑；ECL（Emitter Coupled Logic）发射极耦合逻辑