川大电子《数字电子技术》课件-ch

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1、第二章逻辑门电路2-12-2分离元件门电路2-32-5MOS集成逻辑门内容概述TTL逻辑门电路常用半导体开关1内容概述实现逻辑运算的电路称为逻辑门电路将首先介绍二极管,三极管及场效应管的开关特性,然后讨论TTL门电路,MOS门电路的工作原理及性能.2-1常用半导体开关22.1二极管的开关特性一、静态特性图（a)中0VT后，iD随VD近似线性增加。（Ⅰ区）VT称为阈值电压，硅管为0.7~0.8V,锗管为0.3V。Ⅲ为击穿区，反向击穿电压为VBRrD为二极管的导通内阻约数十欧VD<0时，处于截止状态。3二、动态特性二极管在导同和截止两种工作状态之间

2、的转换过程的特性称为二极管的动态特性。二极管需经导通延迟时间td和上升时间tr才建立起稳定的导通状态；输入电压由高到低时二极管也需经存储时间ts和下降时间tf最终建立起稳定的截止状态。iD4Ton=td+tr接通时间Toff=ts+tf断开时间又称反向恢复时间iD延迟时间td上升时间tr存储时间ts下降时间tf(1)(2)(3)由于PN结的电荷存储，在t3时刻二极管的电压不能突变，仍近似为零。52.1.2晶体三极管的开关特性一、静态开关特性截止区晶体管处在饱和与截止两种稳定状态下的特性称为三极管的静态特性截止区：VBE<0(或VBE

3、为0，VCE近似为EC，在输出特性曲线上工作点位于A。p.45负载线6放大区：VBE>VTE(硅管约0.6v，锗管为0.2v）VBC<0ic=ICBO+ß(ICBO+iB)≈ßiB.。放大区7截止区饱和区饱和区：外加输入电压使VBE>VTE且VBC>VTC即两个PN结都处于正向偏置。当ib由零开始增加时，ic沿负载线AB向上移动到达B点，集电极电流达到最大值ICS后，ic不再受iB空制，B点称为临界饱和点。8晶体管饱和后，集－射极间电压VCES很小，硅管不足0.3V，锗管仅为0.1V，因VCES<

4、ßRC（临界饱和电流）因此，为使晶体管可靠饱和iB>iBS=EC/ßRC。一般，iB≥NiBS=NEC/ßRC(饱和电流，N=2~3)N称为过饱和系数饱和电压9三极管分区等效电路饱和区晶体管等效为两个电压:VBES(0.7V),VCES(0.3V)。若略去这两个极间饱和压降为理想状态等效为三个电极短路为一个节点。(a)(b)(c)截止区：VBE<0(或VBEVTE且VBC<0,工作点位于（输出特性）负载线的Q点，ic=βiB与VCE无关。图（c）中VTE为导通电压（硅管约0.6v，锗管为0.2v），rbe=rb+(

5、1+β)rerb为基区体电阻约10Ω，re=φT/IE,φT≈26mv。有关放大区的详细研究属于模拟电路的内容。(a)(b)(c)11二、动态开关特性晶体管在饱和状态和截止状态之间转换时存在的过渡特性即所极管的动态开关特性。t1前VI=-V2,VBE<0,T截止iB=-ICBO,iC≈ICBO故Vc=EC-RCICBO≈ECt1时刻，VI↑到V1,但T并不能立刻导通，经延迟时间td和上升时间tr后，才进入饱和状态。过渡过程参看ppt512定义：ic增加到0.1ICS时的时间为td定义：ic从0.1ICS增加到0.9ICS时的时间为tr13t2时刻,VI↓-V2但T不能立即回到截止状态，需经

6、存储时间ts和下降时间tf后，才能回到截止状态。过渡过程参看ppt514定义：ic从0.9ICS下降到0.1ICS时的时间为tf定义：ic由ICS下降到0.9ICS时的时间为ts开通时间ton＝td＋tr关断时间toff＝ts＋tf15三、晶体三极管反相器1反相器的工作条件假定当VＩ=ViL时，可以保证T截止，其等效电路如图2.8(a)所示。其中VBEO为T截止时的基极电压，IB=-ICBO≈0，则得T截止时VBE0≤0，得截止条件为Eb为定值时，R１↑或R2↓对T截止有利。图2.7图2.8(截止)(饱和)（C为加速电容，C0为负载电容）VOViLViHEq16当VI=ViH时，假定T可靠饱

7、和，其等效电路如图2.8(b)所示图2.7图2.8(饱和)(截止)Eqa17临界饱和基极电流:反相器的饱和条件为:引入饱和深度N后:182三极管反相器的负载特性拉电流负载特性：T截止,图2.7(a),在无限幅电路Eq和Dq时，输出高电平将随RL的变化而变化。接入限幅电路时，IRC=Iq+IL，VO=VOH=EC-IRCRC≥Eq+VDq输出高电平被箝位于Eq+VDq。图2.7(a)VoEq19当V0下降，负载