极管的开关特性,门电路教程.ppt

1、 2 门电路,2. 1 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,二极管导通条件及导通时的特点:,较大的反向漂移电流,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。 三极管截止相当于开关断开；三极管饱和相当于开关闭合；因此我们最关心三极管截止和饱和时的情况。 一、开关特性,2.2.2 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

2、)作图方法,截止.饱和条件: 截止条件: 饱和条件:,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 三极管非门（反相器）,2.4 TTL门电路 TTL（Transistor-Transistor-Logic),目前，我们使用的TTL门电路和中、小规模集成电路 以74 / 54系列为主，包括做实验时所使用的芯片，都是这 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 个子系列，如74SXX、 74LSXX、74ALSXX、74HXX和 74F

3、XX等等。 （一）、TTL门电路 我们以TTL与非门电路为例，分析一下TTL电路的特 点，特别是输出级的结构，因为大多数TTL门电路的输 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,A 为0.2v, 5v,3.4V,2.1v,1v,1v,0.9v,1.4v,0.7v,0.3v,3.6v,0.5v,2、推拉输出电路,推拉输出电路： 推拉输出因T4和T5你通我止，你止我通而得名。它 也叫图腾柱（Totem pole）输出，有源上拉电路（Active pull-up）。 本推拉输出电路由T4、T5、D2及R4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

4、，负载能 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阻值可变的集电极电 阻RC，三极管饱和时变大，有利于加大饱和程度，降低 输出电压；三极管截止时变小，有利于三极管退出饱和， 降低高电平输出阻抗。,二、TTL非门的主要外部特性,1、电压传输特性 V0 随 Vi 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TTL门,图2.4.20 TTL与非门电路,图2.4.22 TTL或非门电路,图2.4.23 TTL与或非门,图2.4.24 TTL异或门,图2.4.25 推拉式输出级并联的情况,二、OC门,图2.4.26 集电极开

5、路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,Enable:控制端， 又称使能端,三态输出门 三态：电路输出端可以处于三种状态：高电平、低电平和悬空态。 推拉输出的特点是T4、T5轮流导通，如果我们使T4、T5全都截止，则输出端处于悬空态，也称高阻态。,图2.4.32 用三态输出门接成总线结构,图2.4.33 用三态输出门实现数据的双向传输,2.6 CMOS 门电路,2.

6、6.1、CMOS反相器工作原理 CMOS 电路的结构特点是： 一个N沟道管和一个P沟道管配 对使用，即N、P互补（Comp- lementary）。 P管作负载管，N管作输入管， 两管栅极接在一起。 注意：P沟的开启电压是负值 栅极电压要低于源极。 两管导通时的电阻较小为RON 两管截止时的电阻很大为ROFF,N沟道增强型和P沟道增强型,(1) 当输入电压VI为低电平时，VI=0 T1管导通，T2管截止，输出电压V0为： VDD (2) 当输入电压VI为高电平时，VI=VDD T1管截止，T2管导通，输出电压V0为：0v 与 TTL 反相器相比，输出高电平更高(= VDD)， 稳态时，且总有一

7、个管子是截止的，工作电流极小，功耗极 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

8、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与非门,图2.6.19 CMOS或非门,图2.6.20 带缓冲级的CMOS与非门电路,图2.6.21 带缓冲级的CMOS或非门电路,图2.6.22 漏极开路输出的与非门CC40107,图2.6.23 CMOS传输门的电路结构和逻辑符号,图2.6.24 CMOS传输门中两个MOS管的工作状态,图2.6.25 CMOS双向模拟开关的电路结构和符号,图2.