电路与电子技术基础 第2版 教学课件 作者 王兆奇 教学课件 作者 李心广 第11章.ppt

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1、第十一章集成逻辑门电路第一节半导体二极管和晶体管的开关特性11.1.1晶体二极管的开关特性11.1.2晶体管的开关特性11.1.3由二极管与晶体管组成的基本逻辑门电路第二节TTL“与非”门电路11.2.1典型TTL“与非”门电路11.2.2TTL"与非"门的电压传输特性11.2.3TTL“与非”门的主要参数11.2.4TTL门电路的改进11.2.5集电极开路TTL门(OC门)11.2.6三态TTL门(TSL门)第三节场效应管与MOS逻辑门11.3.1N沟道增强型MOS管的开关特性11.3.2NMOS反相器11.3.3CMOS逻辑门电路第四

2、节正逻辑与负逻辑11.4.1正负逻辑的基本概念11.4.2正负逻辑变换规则研究对象：逻辑门电路的组成以及一些特殊门电路。关注焦点：TTL与非门的工作原理。第一节半导体二极管和三极管的开关特性理想开关元件的特点①接通状态时电阻为零；②断开状态时，阻抗为无穷大；③断开和导通之间的切换时间瞬间完成。半导体器件虽与理想开关元件特性有差异，但在速度不高的场合仍作为开关元件使用。1.晶体二极管的开关特性(1)晶体二极管开关的静态特性曲线I(mA)2010-40-2000.40.8U(V)-10-20(nA)(a)硅二极管的伏安特性曲线I(mA)201

3、0-60-3000.20.4U(V)-10-20(μA)(b)锗二极管的伏安特性曲线iDⅠURUonuDⅡⅢ(c)二极管线性化特性曲线iDuD0(d)理想二极管开关特性(2)二极管的瞬态开关特性iDIF0t(c)理想二极管开关特性uD0tUR(b)uiUF0tUR(a)iDIF0t-IRtrtstftrr二极管瞬态开关特性uD0t2tt1(b)uiUF0t1t2tUR(a)(3)产生反向恢复过程的原因nP区多余少子N区多余少子(电子)浓度分布(空穴)浓度分布x(距离)二极管多余的少数载流子浓度分布自建场耗尽区P区N区UF+U/RU/R-当

4、二极管加正向偏置电压时，外加电场与自建电场方向相反，使PN结的耗尽层变窄，如图所示。实际上，由P区扩散到N区的空穴，不会全部与电子复合而立即消失，而在一定路程内，边扩散，边复合逐渐减少。这样，就在N区内产生一定数量的空穴积累，靠近耗尽层边缘的浓度最大，随着距离的增加空穴浓度按指数规律衰减，形成一梯度分布。同理，N区的电子扩散到P区后，也将在P区出现一定的电子积累，这些扩散到对方区域并积累的少数载流子称为多余少子，把PN结两侧出现的少数载流子积累现象称为存储效应。当输入电压ui突然由UF变为–UR时，由于正向导通时二极管存储的电荷不可能立即

5、消失，这些存储电荷的存在，使PN结仍然维持正向偏置。在外加反向电压UR的作用下，P区的电子被拉回N区，N区的空穴被拉回P区，使得这些存储电荷形成漂移电流，使存储电荷不断减少，从ui负跳变开始至反向电流ID降到0.9IR所需的时间称为存储时间ts。这段时间内，PN结处于正向偏置，反向电流IR近似不变。经过ts时间后，P区和N区存储电荷已显著减少，反向电流一方面使存储电荷继续消失，同时使耗尽层逐渐加宽，PN结由正向偏置转为反向偏置，二极管逐渐转为截止状态。向电流由IR逐渐减小至反向饱和电流值。这段时间称为下降时间tf。2.晶体三极管的开关特性

6、(1)晶体三极管的稳态开关特性UccuoRc10Rbuo截饱uiT5止放和区大区区ui0.511.5(a)单管共射电路(b)单管共射电路传输特性三极管开关的稳态开关特性如图所示。输出电压uo是随着输入电压ui的改变而分别工作在截止区、放大区和饱和区。(2)晶体三极管的瞬态开关特性三极管的瞬态开关特性与二极管的瞬态开关特性类似，即在饱和和截止状态之间转换所具有的过渡特性。若三极管是一个无惰性的理想开关，则输出电压波形与输入电压的波形同步，只是幅度增大、相位相反。但实际的是三极管是有惰性开关，即截止与饱和状态的转换不能瞬间完成。具体波形如右图

7、所示。uiU(a)t-Uictdtrtstf(b)0tuotontoff(c)0t开启时间ton是由延迟时间td和上升时间tr组成。它反映了三极管从截止转向饱和所需的时间。关闭时间toff则是由存储时间ts和下降时间tf组成，它反映了三极管由饱和转向截止所需的时间。①延迟时间(delaytime)td产生当输入电压ui由–U跳变到U，随即出现基极电流Ib，但三极管不能立即导通，因为要使发射结由反偏转为正偏、阻挡层由宽变窄、使发射结电压由–U上升到门限电压Uon，这时发射区向基区发射电子，注入基区电子在基区内形成电子浓度梯度分布。扩散到集电

8、结边缘的电子被集电区吸收，形成集电极电流ic。由此可知，ic的出现比ui上跳时刻要延迟一个时间td。这就是td产生的原因。②上升时间tr的产生发射结开始导通后，发射极不断向基区注入电子，但集电