数字电子技术基础2.ppt

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1、第二章门电路逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。简称门电路。基本和常用门电路有与门、或门、非门（反相器）、与非门、或非门、与或非门和异或门等。逻辑变量取值0和1：电子电路中用高、低电平来表示。高、低电平：利用半导体开关元件的导通、截止（即开、关）表示两种工作状态。2.1二极管和三极管的开关特性2.1.2二极管的开关特性二极管符号：正极负极＋uD－二极管伏安特性曲线2.1.1理想开关的开关特性1.静态特性由上图可以看出：①二极管加正向电压时导通，伏安特性很陡、压降很小（硅管为0.7V，锗管为0.3V），可以近似看作是一个闭合的开关。②二极管加反向电

2、压时截止，反向电流很小（nA级），可以近似看作是一个断开的开关。把uD

3、ton当输入电压uI，由UIL跳变到UIH时，二极管D要经过导通延迟时间td、上升时间tr之后，才能由截止状态转换到导通状态。其原因在于，当uI正跳变时，只有当PN结中电荷量减少，PN结才由反偏转换到正偏，也即Cj放电，CD充电关断时间toff当输人电压uI。由UIH跳变到UIL时，二极管D经过存储时间ts、下降时间(也称为渡越时问)tf之后，才会由导通状态转换到截止状态。ts是存储电荷消散时间，tf是PN结由正偏到反偏，PN结中电荷量逐渐增加到截止状态下稳态值的时间，也即CD放电、Cj充电的时间。关断时间toff也称为反向恢复时间，常用trr表示。2.1.3

4、三极管的开关特性由三极管的工作原理可知，三极管的输出特性可划分为3个区域：截止区、放大区和饱和区。三极管在输入信号的作用下稳定地处于饱和区时就相当于开关接通；处于截止区时相当于开关断开。①ui=UIL=-2V时，三极管截止，基极电流：ib≈0，ic≈0，uo≈Vcc=12V②ui＝UIH=3V时，三极管导通，基极电流：三极管临界饱和时的基极电流：因为iB>IBS，三极管工作在深度饱和状态。输出电压：uo＝UCES＝0.3V静态开关特性＋－RbRc+VCCbce＋－截止状态ui=UIL<0.5Vuo=+VCC＋－RbRc+VCCbce＋－＋＋－－0.7V0.3V

5、饱和状态ui=UIHuo=0.3V3.动态特性晶体三极管在截止状态和饱和状态之间转换时的过渡特性称为三极管的动态特性。如果在三极管基极输入一个理想的矩形波，而集电极电流iC的波形却不是理想的矩形波，如下图所示，其上升沿和下降沿变化缓慢，而且上升部分和下降部分与输入波形相比都有时间延迟。这说明三极管饱和与截止状态之间的转换过程需要一定的时间才能完成，即三极管开关在动态情况下也存在一定的开关时间。开关时间的大小将直接影响三极管的开关速度。三极管的动态开关特性2.1.4MOS管的开关特性MOS晶体管MOS:（Metal-Oxide-Semiconductor）金属─

6、氧化物─半导体MOS晶体管是MOS逻辑门的基本构成部分；MOS：①源极S、漏极D、栅极G；②是电压控制器件；③栅极电压控制漏源电流。以N沟道增强型为例分析其特性。1．输出特性曲线和阈值电压①当VGS0三个工作区：Ⅰ区：VDS很小，即VDS

7、特性和跨导转移特性：VDS一定时，iD与VGS之间的关系gm表示VGS对iD的控制能力。3．输入电阻和输入电容rin>1012Ω(静态负载能力很强)Cin<几皮法(为动态MOS电容和大规模存储电路的实现创造了条件)4．直流导通电阻ronMOS管的开关作用当ui较小时MOS管截止uo=VDD当ui较大时MOS管导通动态特性2.2分立元件门电路1、二极管与门Y=AB2、二极管或门Y=A+B3、三极管非门①uA＝0V时，三极管截止，iB＝0，iC＝0，输出电压uY＝VCC＝5V②uA＝5V时，三极管导通。基极电流为：iB＞IBS，三极管工作在饱和状态。输出电压uY＝

8、UCES＝0.3V。三极管临界饱和时的