二極管、三極管的開關(guān)特性、基本邏輯門電路

27.04.2020,.,1,第2章邏輯門電路,2.1二極管及三極管的開關(guān)特性,2.2基本邏輯門電路,2.1.1二極管的開關(guān)特性,2.1.2三極管的開關(guān)特性,2.2.1二極管與門,2.2.2二極管或門,2.2.3關(guān)于高低電平的概念及狀態(tài)賦值,2.2.4二極管非門（反相器）,2.2.5關(guān)于正邏輯和負邏輯的概念,返回,結(jié)束放映,27.04.2020,.,2,復(fù)習(xí),請回憶實現(xiàn)與、或、非邏輯的開關(guān)電路形式？它們有何共同特點？開關(guān)電路與邏輯電路是如何聯(lián)系起來的？,27.04.2020,.,3,2.1二極管及三極管的開關(guān)特性,數(shù)字電路中的晶體二極管、三極管和MOS管工作在開關(guān)狀態(tài)。導(dǎo)通狀態(tài)：相當于開關(guān)閉合截止狀態(tài)：相當于開關(guān)斷開。,半導(dǎo)體二極管、三極管和MOS管，則是構(gòu)成這種電子開關(guān)的基本開關(guān)元件。,27.04.2020,.,4,(1)靜態(tài)特性：斷開時，開關(guān)兩端的電壓不管多大，等效電阻ROFF=無窮，電流IOFF=0。,閉合時，流過其中的電流不管多大，等效電阻RON=0，電壓UAK=0。,(2)動態(tài)特性：開通時間ton=0關(guān)斷時間toff=0,理想開關(guān)的開關(guān)特性：,27.04.2020,.,5,客觀世界中，沒有理想開關(guān)。乒乓開關(guān)、繼電器、接觸器等的靜態(tài)特性十分接近理想開關(guān)，但動態(tài)特性很差，無法滿足數(shù)字電路一秒鐘開關(guān)幾百萬次乃至數(shù)千萬次的需要。半導(dǎo)體二極管、三極管和MOS管做為開關(guān)使用時，其靜態(tài)特性不如機械開關(guān)，但動態(tài)特性很好。,27.04.2020,.,6,2.1.1二極管的開關(guān)特性,返回,1.靜態(tài)特性及開關(guān)等效電路,正向?qū)〞rUD(ON)0.7V（硅）0.3V（鍺）RD幾幾十相當于開關(guān)閉合,27.04.2020,.,7,反向截止時反向飽和電流極小反向電阻很大（約幾百k）相當于開關(guān)斷開,27.04.2020,.,8,圖2-2二極管的開關(guān)等效電路(a)導(dǎo)通時(b)截止時,27.04.2020,.,9,2.動態(tài)特性：,若輸入信號頻率過高，二極管會雙向?qū)?，失去單向?qū)щ娮饔?。因此高頻應(yīng)用時需考慮此參數(shù)。,二極管從截止變?yōu)閷?dǎo)通和從導(dǎo)通變?yōu)榻刂苟夹枰欢ǖ臅r間。通常后者所需的時間長得多。,反向恢復(fù)時間tre：二極管從導(dǎo)通到截止所需的時間。一般為納秒數(shù)量級（通常tre5ns）。,27.04.2020,.,10,2.1.2三極管的開關(guān)特性,1.靜態(tài)特性及開關(guān)等效電路,在數(shù)字電路中，三極管作為開關(guān)元件，主要工作在飽和和截止兩種開關(guān)狀態(tài)，放大區(qū)只是極短暫的過渡狀態(tài)。,圖2-3三極管的三種工作狀態(tài)（a）電路（b）輸出特性曲線,返回,27.04.2020,.,11,開關(guān)等效電路,(1)截止狀態(tài),條件：發(fā)射結(jié)反偏特點：電流約為0,27.04.2020,.,12,(2)飽和狀態(tài),條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏特點：UBES=0.7V，UCES=0.3V/硅,27.04.2020,.,13,圖2-4三極管開關(guān)等效電路(a)截止時(b)飽和時,27.04.2020,.,14,2.三極管的開關(guān)時間（動態(tài)特性）,圖2-5三極管的開關(guān)時間,27.04.2020,.,15,(1)開啟時間ton三極管從截止到飽和所需的時間。ton=td+trtd：延遲時間tr：上升時間,(2)關(guān)閉時間toff三極管從飽和到截止所需的時間。toff=ts+tfts：存儲時間（幾個參數(shù)中最長的；飽和越深越長）tf：下降時間,toffton。開關(guān)時間一般在納秒數(shù)量級。高頻應(yīng)用時需考慮。,27.04.2020,.,16,門電路的概念：實現(xiàn)基本和常用邏輯運算的電子電路，叫邏輯門電路。實現(xiàn)與運算的叫與門，實現(xiàn)或運算的叫或門，實現(xiàn)非運算的叫非門，也叫做反相器，等等。,分立元件門電路和集成門電路:分立元件門電路：用分立的元件和導(dǎo)線連接起來構(gòu)成的門電路。簡單、經(jīng)濟、功耗低，負載差。集成門電路：把構(gòu)成門電路的元器件和連線都制作在一塊半導(dǎo)體芯片上，再封裝起來，便構(gòu)成了集成門電路?，F(xiàn)在使用最多的是CMOS和TTL集成門電路。,2.2基本邏輯門電路,27.04.2020,.,17,2.2.1二極管與門電路,1.電路,2.工作原理,A、B為輸入信號（+3V或0V）F為輸出信號VCC+12V,表2-1電路輸入與輸出電壓的關(guān)系,返回,27.04.2020,.,18,用邏輯1表示高電平（此例為+3V）用邏輯0表示低電平（此例為0.7V）,3.邏輯賦值并規(guī)定高低電平,4.真值表,可見實現(xiàn)了與邏輯,27.04.2020,.,19,5.邏輯符號6.工作波形(又一種表示邏輯功能的方法）7.邏輯表達式FAB,圖2-6二極管與門（a）電路（b）邏輯符號（c）工作波形,27.04.2020,.,20,2.2.2二極管或門電路,1.電路,2.工作原理,A、B為輸入信號（+3V或0V）F為輸出信號,返回,27.04.2020,.,21,4.真值表,可見實現(xiàn)了或邏輯,3.邏輯賦值并規(guī)定高低電平,用邏輯1表示高電平（此例為+2.3V）用邏輯0表示低電平（此例為0V）,27.04.2020,.,22,圖2-7二極管或門（a）電路（b）邏輯符號（c）工作波形,5.邏輯符號6.工作波形7.邏輯表達式FA+B,27.04.2020,.,23,2.2.3關(guān)于高低電平的概念及狀態(tài)賦值,電位指絕對電壓的大??；電平指一定的電壓范圍。高電平和低電平：在數(shù)字電路中分別表示兩段電壓范圍。例：上面二極管與門電路中規(guī)定高電平為3V，低電平0.7V。又如，TTL電路中，通常規(guī)定高電平的額定值為3V，但從2V到5V都算高電平；低電平的額定值為0.3V，但從0V到0.8V都算作低電平。,1.關(guān)于高低電平的概念,返回,27.04.2020,.,24,2.邏輯狀態(tài)賦值,在數(shù)字電路中，用邏輯0和邏輯1分別表示輸入、輸出高電平和低電平的過程稱為邏輯賦值。經(jīng)過邏輯賦值之后可以得到邏輯電路的真值表，便于進行邏輯分析。,27.04.2020,.,25,2.2.4非門（反相器）,圖2-8非門(a)電路（b）邏輯符號,1.電路,2.工作原理,A、B為輸入信號（+3.6V或0.3V）F為輸出信號,返回,27.04.2020,.,26,3.邏輯賦值并規(guī)定高低電平,用邏輯1表示高電平（此例為+3.6V）用邏輯0表示低電平（此例為0.3V）,4.真值表,27.04.2020,.,27,2.2.5關(guān)于正邏輯和負邏輯的概念,正邏輯體系：用1表示高電平，用0表示低電平。負邏輯體系：用1表示低電平，用0表示高電平。,1.正負邏輯的規(guī)定,2.正負邏輯的轉(zhuǎn)