数字逻辑与微机原理教学课件作者宋振辉ppt 模块1-课题一 门电路及组合电路.ppt

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1、课题一门电路及组合电路任务一半导体器件的开关特性任务1--半导体器件的开关特性了解半导体的概念1了解二极管、三极管和场效应管的开关特性2知识目标掌握二极管、三极管和场效应管导通和截止的条件31.1任务引入1.2任务分析1.3相关知识1.1任务引入导电性能介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。二极管、三极管和场效应管都属于半导体器件，所不同的只是物质结构和参与导电的载流子有所区别。数字电路中的半导体器件多数工作在开关状态，所以我们现在就学习半导体器件的开关特性。学习情境一认知计算机系统1.2任务分析二极

2、管、三极管和场效应管通常作为数字电路的开关使用，因此数字电路又称为开关电路。所以，在学习数字电路前，必须熟悉这些器件的开关特性。学习情境一认知计算机系统1.3相关知识1.1.1二极管开关特性1.静态特性二极管的静态特性是指二极管在导通和截止两种稳定状态下的特性。典型二极管的静态特性曲线(又称伏安特性曲线)如图1.1所示。图1.1伏安特性曲线图1.2二极管的符号2.动态特性二极管的动态特性是指二极管在导通与截止两种状态转换过程中的特性，它表现在完成两种状态之间的转换需要一定的时间。1)反向恢复时间二极管

3、从正向导通到反向截止所需要的时间称为反向恢复时间。当作用在二极管两端的电压由正向导通电压UF转为反向截止电压UR时，在理想情况下二极管应该立即由导通转为截止，电路中只存在极小的反向电流。但实际过程如图1.3所示，图1.3二极管的动态特性2)开通时间二极管从反向截止到正向导通的时间称为开通时间。由于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，因而它在导通过程中及导通以后，正向压降都很小，故电路中的正向电流IF≈UF/R。而且加入输入电压UF后，回路电流几乎是立即达到IF的最大值。这就是说，二

4、极管的开通时间很短，对开关速度影响很小。相对反向恢复时间而言以致可以忽略不计。影响二极管开关速度的主要因素是反向恢复时间。1.1.2三极管开关特性在数字电路中经常会用到三极管作为开关电路。三极管有硅管和锗管之分,从结构上看,又分为PNP型和NPN型两种三极管，如图1.4所示。（a）PNP型三极管的符号（b）NPN型三极管的符号如图1.5（a）所示为三极管开关电路，图中输入、输出电压均是对地的电位，用UI和UO表示。下面分析电路工作情况：１.截止条件当输入信号uI＜0.5V（硅管开启电压为0.5~0.7

5、V；锗管开启电压为0.2~0.3V），由于uBE＜0.5V，硅三极管工作在输入特性的截止区，所以iB＝０，iC≈０，管子处于截止状态。此时，三极管c～e之间如同断开的开关。输出电压Uo=Vcc２.饱和导通条件当输入信号uI增加，当uBE>0.5V以后，Ib产生，同时Ic流过RC，三极管开始进入放大区。Ib=（Vo-Von）/Rb；uo=Vcc-βIbRc；Ic=βIb上式说明，随着uI增加，Ib增加，Rc的压降增加，uo随着减少。当RC的压降接近于VCC时，三极管的压降接近于0，三极管处于深度饱和状态

6、，电路处于导通状态。uBE≈0.7V，Uo=Uces≤0.3V,因此三极管c～e之间如同闭合的开关。深度饱和时三极管需要的电流为IBS=(VCC-VCE)/βRc;Ib》IBS，是保证三极管处于饱和工作状态。图1.5三极管开关电路及输出特性曲线2.输出特性：如图1.5（b）所示为三极管输出特性曲线1）放大区（线性区），Ic随Ib成正比变化，几乎不受Vce变化的影响；B为电流放大系数。在这里三极管才有放大作用，此时管子的发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置；2）饱和区，Ic不在随着Ib以B倍的比例增加

7、而趋于饱和。硅管进入饱和的Vce=0.6~0.7V；在深度饱和状态下，集电极和发射间的饱和压降Vce在0.3V以下。这时，集电极和发射极饱和导通，发射结、集电结都处于正向偏置；3）截止区，Ib=0，Ic几乎等于0，集电极和发射极好像断路（称截止），管子的发射结、集电结都处于反向偏置。只有很小的Iceo流过，硅管一般在1uA以下。1.1.3场效应管开关特性在数字电路中，场效应管（MOS）管也多作开关使用。图1.6是N沟道增强型MOS管，它的开关电压为UT。当uI=UGS

8、，相当于开关断开，uo=VDD，等效电路如图1.7（a）,C1代表栅极电容，约几皮法。当uI=UGS>UT时，MOS管导通，呈低阻状态，相当于开关接通，uo≈0，等效电路如图1.7（b）所示。综上所述，输出电压uo状态受输入电压uI控制。所以，MOS管可以看成是一个压控开关。图1.6MOS管开关电路图1.7MOS管开关等效电路总结二极管具有单向导电性的特点，在数字电路，二极管可作开关使用，但有一定的开关时间。三极管输出特性曲线有三个工作区：放大区、饱和区