数字电子技术 教学课件 作者 王平 主编第2章.ppt

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1、数字电子技术案例式教学第2章逻辑门电路知识点：半导体二极管、三极管和MOS管的开关特性，TTL（CMOS）与非门、TTLCMOS）集电极开路与非门、TTL（CMOS）三态门的电路工作原理、逻辑符号、逻辑功能及其应用。能力点：常用的TTL、CMOS集成电路在实际中的应用主要内容2.1半导体二极管、三极管和MOS管的开关特性2.2TTL集成门电路2.3CMOS集成门电路逻辑门电路：实现各种基本和常用逻辑关系的电子单元电路，简称门电路。基本和常用门电路有非门、与门、或门、与非门、或非门、与或非门、异或门等。逻辑0和1：电路中用高、低电平来表示。2.1半导体二极管、三

2、极管和MOS管的开关特性2.1.1半导体二极管的开关特性获得高、低电平的基本原理当开关S断开时，输出电压为高电平；而当S接通以后，输出为低电平。开关S是用半导体二极管或三极管组成的。只要能通过输入信号控制晶体管工作在截止和导通两个状态，即可起到开关S的作用。Ui<0.5V时，二极管截止，ID=0。Ui>0.5V时，二极管导通。1、开关特性（静态特性）ui＝0V时，二极管截止，如同开关断开，uo＝0V。ui＝5V时，二极管导通，如同0.7V的电压源，uo＝4.3V。二极管可作为一个受电压极性控制的开关来使用。2．开关时间参数（动态特性）在时，二极管D导通，电流。

3、输入电压ui由UIH跃变为UIL的瞬间，D并不能立即截止，而是在反向电压UIL的作用下，产生瞬态反向电流IL，经过一段时间trr后二极管进入截止状态。二极管D由截止转为导通所需的时间称为正向导通时间，它比反向恢复时间trr小得多。反向恢复时间trr对二极管的开关动态特性影响很大，如果输入脉冲电压的频率非常高，当低电平的持续时间小于反向恢复时间时，二极管将失去其单向导电的开关作用。。2.1.2案例：倍压电路当方波振荡器输出信号为低电平时，电源VCC通过D1对C2充电，充电电压为10V，极性为左负右正，此时D2被反向偏置，输出电压为电容C2的端电压。当方波振荡器输

4、出信号为高电平时，由于已充电完成的C2上的电压不能突变，其右端的电压将达到20V，此时D1被反向偏置，20V电压通过D2给C3充电，因此在输出端可得到约为20V的直流电压。2.1.3半导体三极管的开关特性1、开关特性（静态特性）双极型三极管的两种类型(a)NPN型(b)PNP型＋－RbRc+VCCbce＋－＋－RbRc+VCCbce＋－＋＋－－0.7V0.3V截止状态ui=UIL<0.5Vuo=+VCC饱和状态ui=UIHiB≥IBSuo=0.3V①ui=1V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0

5、态。iC=βiB=50×0.03=1.5mA，输出电压：uo=uCE=UCC-iCRc=5-1.5×1=3.5V②ui=0.3V时，因为uBE<0.5V，iB=0，三极管工作在截止状态，ic=0。因为ic=0，所以输出电压：uo=VCC=5V③ui＝3V时，三极管导通，基极电流：而因为iB>IBS，三极管工作在饱和状态。输出电压：uo＝uCE(sat)＝0.3VmA2．开关时间参数（动态特性）在动态情况下，亦即三极管在截止与饱和导通两种状态间迅速转换时，三极管内部电荷的建立和消散都需要一定的时间，因而集电极电流ic的变化将滞后于输入电压ui的变化。在接成三极管

6、开关电路以后，开关电路的输出电压的变化也必然滞后于输入电压的变化。2.1.4案例：±12V双向电压变换器工作原理：1、在t1区域，V1和V2均导通，在L上流过一定的电流；2、在t2区域，V1导通，V2截止，由于L上的电流不能突变，t1区域段的电流依然维持并通过V1和D2向C2充电，在C2上产生正电压；3、在t3区域，V1和V2均导通；4、在t4区域，V1截止，V2导通，t3区域的电流依然维持并通过V2和D1向C1充电，这时，电流是反向的，因此在C2上产生负电压。2.1.5MOS管的开关特性MOS管的结构和符号(N沟道增强型）场效应管是一种电压控制器件，栅极与源

7、极之间的电压控制了漏极与源极之间的电流，使漏极与源极之间相当于一个受栅极和源极电压控制的受控电流源。MOS管的工作状态，截止状态、电阻状态（相当于双极型三极管的饱和状态）、恒流状态（相当于双极型三极管的放大状态），在数字电路中，MOS管只能工作在截止状态和电阻状态。工作原理电路转移特性曲线输出特性曲线GDSRD+VDD截止状态uiUGS(th)Nuo≈01．开关作用（静态特性）2．开关时间参数（动态特性）当由低电平跳变到高电平时，MOS管需要经过开通时间之后，才能由截止状态转换到导通状态。当由高电

8、平跳变到低电平时，MOS管需要经过关断