数字电子技术 教学课件 曾令琴_ 2门电路和集成逻辑门m.ppt

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1、第2单元门电路和集成逻辑门2.1半导体二极管和三极管的开关特性2.2分立元件的基本逻辑门2.3复合逻辑门2.4TTL集成逻辑门2.5CMOS集成逻辑门2.6集成逻辑门使用中的几个实际问题学习目的与要求了解场效应管的开关特性二、三极管的开关特性熟悉TTL集成逻辑门的使用注意事项TTL集成门的典型特点CMOS门的特点及使用注意事项掌握TTL与非门的外特性OC门和三态门的特点及用途2.1半导体二极管和三极管的开关特性2.1.1半导体二极管的开关特性二极管具有“正向导通、反向阻断”的单向导电性，在数字电路中，若二极管正向偏置，因其对正向电流呈现的阻抗近似为零，所以可视为一个闭合的开关

2、；当二极管反向偏置时，因对反向电流呈现的电阻趋近无穷大，又可视为一个断开的开关。即二极管在数字电路中所起的作用是开关作用。二极管在数字电路的这种开关作用，不同于机械开关，因此被称为电子开关。电子开关只有通、断两种状态。若把“通”态用数字“1”表示，把“断”态用数字“0”表示，则二极管在数字电路中也仅有“0”和“1”两种取值，显然，二极管在数字电路中也属于二值的逻辑变量。1、静态特性静态特性，就是指二极管在导通和截止两种稳定状态下的特性。（1）正向特性如果电路的输入电压为低电平，且VCC与ui的差值大于门槛电压UT时，二极管VD正向导通。导通时二极管电阻很小，因此正向电流急剧增

3、长，此时的二极管相当于一个闭合的模拟电子开关。二极管开关电路（2）反向特性当图示二极管开关电路的输入电压为高电平，即VCC与ui的差值小于门槛电压UT时，二极管VD反向截止。截止状态下二极管呈现很大的电阻，使得电阻R上基本无电流通过。因此，输出电压uO≈+VCC，为高电平“1”。为防止电流过大而导致二极管烧坏，工程实际中均要在二极管开关电路中串接一只限流电阻R。2、动态特性动态特性，指二极管在导通与截止两种状态转换过程中的特性。（1）开通时间二极管导通时，PN结在正向电压作用下空间电荷区迅速变窄，正向电阻很小。因此，在导通过程中及导通以后，二极管的正向压降都很小，电路中的正向

4、电流几乎是立即达到了最大值。加在二极管两端的电压（2）反向恢复时间当二极管突然由正向偏置变为反向偏置时，PN结两边存储的载流子形成反向漂移电流，开始时空间电荷区依然很窄，二极管电阻很小，所以反向电流很大，经过一定的时间tS后，PN结两侧存储的载流子显著减少，空间电荷区逐渐变宽，反向电流慢慢减小至反向饱和电流时，二极管截止。0ut0it开通时间极短！动态波形tS（3）开关时间开通时间和反向恢复时间二者之和称为二极管的开关时间。因反向恢复时间远大于正向导通所需要的时间，故在开关二极管的使用参数上往往只给出反向恢复时间来作为二极管的开关时间。二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速

5、度。但是在实际应用中，开关二极管的开关速度是相当快的，硅开关二极管的反向恢复时间只有几纳秒，即使是锗开关二极管，也不过几百纳秒。2.1.2三极管的开关特性由三极管输出特性曲线可看出，三极管主要有放大、截止和饱和三种工作状态。模拟电子技术中，三极管工作在放大区；在数字电路中，三极管作为开关元件，工作在截止区和饱和区。UCE/VIC/mA020AIB=040A60AIB=100A80A43211.52.3放大区三极管在数字电路中，工作在饱和区时，相当于一个闭合的电子开关；工作在截止区时，相当于一个断开的电子开关。饱和区截止区1、双极型三极管的开关特性双极型三极管作为开关

6、使用时，电路的构成是共发射极组态。当三极管处于饱和状态时，相当于一个闭合的开关，输入信号可通过三极管，由于共射组态电路的输出、输入反相关系，当输入为高电平时，输出为低电平；双极型三极管开关电路当三极管处截止状态时，相当一个断开的开关，输入信号无法通过，三极管输入为0，而开关电路的输出由于反相原因而呈高电平。0uit0uOt双极型三极管开关特性三极管的开关时间tui0tuo02.5V0.7Vt1t2tON接通时间tOFF关断时间三极管无论是从低电平到高电平，还是从高电平到低电平，状态变化都不能发生跃变，均需要一定的时间。接通时间和关断时间合称为三极管的开关时间。开关时间的长短决

7、定了三极管的开关速度，开关时间不仅取决于三极管的结构工艺，还与外加输入电压的大小和极性有关。因此，提高三极管的开关特性一是制造开关时间较小的管子，二是设计合理的外电路，以减少开关时间。2、MOS管的开关特性利用MOS管的上述特性，在数字电路中常把它作为电子开关使用，即MOS管截止时相当一个断开的开关；变阻状态时相当一个闭合的开关。由于工艺的不同，MOS管相比于晶体管，其开关速度慢一些。uGS+_gdss当栅源uGS