晶體管開關(guān)特性+基本邏輯門電路

1、晶體管開關(guān)特性+基本邏輯門電路分立元件門電路分立元件門電路集成門電路集成門電路雙極型集成門（雙極型集成門（TTLTTL集成門集成門）單極型集成門（單極型集成門（MOSMOS集成門）集成門）集成邏輯門中使用的開關(guān)器件是：集成邏輯門中使用的開關(guān)器件是： 晶體管晶體管 場效應(yīng)管場效應(yīng)管 研究它們的開關(guān)特性研究它們的開關(guān)特性是數(shù)字系統(tǒng)最基本的單元電路。是數(shù)字系統(tǒng)最基本的單元電路。與門、與門、或門、或門、與非門、與非門、 或非門、或非門、 異或門等。異或門等。3.1 概述概述 ViVoK5VRK斷斷開開-K閉閉合合-可用可用二極管、三極二極管、三極管管、場效應(yīng)管場效應(yīng)管代替代替Vo= 5v輸出高電平輸出

2、高電平Vo= 0v輸出低電平輸出低電平獲得高低輸出電平的原理電路獲得高低輸出電平的原理電路、高、低電平的概念、高、低電平的概念 電平就是電位，在數(shù)字電路中，人們習慣于電平就是電位，在數(shù)字電路中，人們習慣于高、低電平一詞來描述電位的高低。高、低電平一詞來描述電位的高低。它們表示的都它們表示的都是一定的電壓范圍，而不是一個固定不變的數(shù)值。是一定的電壓范圍，而不是一個固定不變的數(shù)值。高電平的電壓范圍：高電平的電壓范圍：1.8-5V低電平的電壓范圍：低電平的電壓范圍：0-0.8V0V5V0.8V1.8V正邏輯正邏輯10負邏輯負邏輯013.2.1 晶體二極管的開關(guān)特性晶體二極管的開關(guān)特性 二極管正偏與等

3、效電路二極管正偏與等效電路+1 k5V(a)(b)RVcc0.7V+i+0.7v3.2 半導體二極管邏輯門電路半導體二極管邏輯門電路VccR+(b)5V+0mA5V+1 k(a) 二極管反偏與等效電路二極管反偏與等效電路tVi0(a)ti0(b)tre 二極管動態(tài)電流波形二極管動態(tài)電流波形VCC=+5VAFR=2.8KBCA B CF0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 100000001&ABCFIILIIL =(VCC-0.7)/RII L =(5-0.7)/2.8K =1.5mA3.2.2 二極管與門電路二極管與門電路思考如下問題：思考如下

4、問題：（1）試問）試問IIL，IIL1，IIL2，IIL3其值各為多少？它們之間有其值各為多少？它們之間有何關(guān)系？（設(shè)何關(guān)系？（設(shè)VCC=5V，UIL=0.3V，UIH=6V） IIL3IIL2FIIL &IIL1VCC=+5VAFR=2.8KBCIIL1IIL2IIL3 IIL & 將幾個輸入端并聯(lián)使用時，總的輸入低電平電流將幾個輸入端并聯(lián)使用時，總的輸入低電平電流與使用單個輸入端的輸入低電平電流基本相等。與使用單個輸入端的輸入低電平電流基本相等。IIL=(5-0.7)/2.8（mA）IIL1 = IIL2= IIL3 = IIL /3（2）在下圖中，（設(shè)）在下圖中，（設(shè)VC

5、C=5V，UIL=0.3V，UIH=6V）。）。 F +6V &IIHR 2.8k VCC +5VD3D2ABCD1輸入高電平電流輸入高電平電流IIH=二極管反向飽和電流二極管反向飽和電流IIH+6V 在下圖中，在下圖中，IIH，IIH1，IIH2，IIH3其值各為多少？它們之其值各為多少？它們之間有何關(guān)系？（設(shè)間有何關(guān)系？（設(shè)VCC=5V，UIL=0.3V，UIH=6V）。）。 IIH3FIIHIIH2 +6V &IIH1VCC=+5VAFR=2.8KBC 將幾個輸入端并聯(lián)使用時，總的輸入高將幾個輸入端并聯(lián)使用時，總的輸入高電平電流將按并聯(lián)輸入端的數(shù)目加倍。電平電流將按并聯(lián)輸

6、入端的數(shù)目加倍。 IIH1+6VIIH2IIH33.2.3 半導體二極管或門電路半導體二極管或門電路 R=2.8KABCFA B CF0 1 11 0 10 0 10 0 00 1 01 0 01 1 01 1 1011111111ABCF二極管與門和或門電路的缺點：二極管與門和或門電路的缺點：0V5V+V+VL5VDDDD3k（ +5V）RCC211CCR2（ +5V）0.7V1.4V3k（2 2）負載能力差）負載能力差（1 1）在多個門串接使用時，會出現(xiàn)低電平偏）在多個門串接使用時，會出現(xiàn)低電平偏離標準數(shù)值的情況。離標準數(shù)值的情況。3.3.4 TTL4 TTL集成邏輯門電路集成邏輯門電路

7、集成電路（集成電路（Integrated circuit），），簡稱簡稱IC。就是將元器件和連線制作在一個半導體基片上就是將元器件和連線制作在一個半導體基片上的完整電路。的完整電路。集成度：一個芯片內(nèi)含有等效邏輯門的個數(shù)。集成度：一個芯片內(nèi)含有等效邏輯門的個數(shù)。小規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路SSI 1-10個邏輯門個邏輯門/片片中規(guī)模集成電路中規(guī)模集成電路MSI 10-100個邏輯門個邏輯門/片片大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路LSI 大于大于100個邏輯門個邏輯門/片片 超大規(guī)模超大規(guī)模IC VLSI 10000以上個邏輯門以上個邏輯門/片片所用半導體器件的不同所用半導體器件的不同TTL電路電路M

8、OS電路電路3.4.1 晶體三極管的開關(guān)特性晶體三極管的開關(guān)特性1. 晶體三極管的工作狀態(tài)晶體三極管的工作狀態(tài) 截止、放大、飽和截止、放大、飽和iC/ mAVCE / V截止區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)80A60A40A20AIB=0放大區(qū)放大區(qū)0 RCRBVCCvivoiBiCb b RCRBVCCvivoiBiCb b截止：截止：發(fā)射結(jié)、集電結(jié)都反偏發(fā)射結(jié)、集電結(jié)都反偏vi0.7viB 0iC= iB飽和：飽和： 發(fā)射結(jié)、集電結(jié)都正偏發(fā)射結(jié)、集電結(jié)都正偏0.7viB 0vo=vces 0.3viB iCviVCE / V截止區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)80A60A40A20AIB=0放大區(qū)放大區(qū)0iC/

9、mAVCE / V截止區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)80A60A40A20AIB=0放大區(qū)放大區(qū)0飽和判別條件飽和判別條件: iB IBS飽和：飽和： ICS (VCC-0.3)/RC臨界飽和：臨界飽和： IBS= ICS/ b b RCRBVCCvivoiBiCb b- -BRBESViV= =Bi RCRBVCCvivoiBiCb b(a)截止：截止：vi0.7viB 0iC= iB飽和：飽和：vi0.7viB 0vo=vces 0.3viCS= (VCC 0.3)/RCiB IBS判斷三極管是否飽和的條件判斷三極管是否飽和的條件IBS=(VCC 0.3)/RC RCRBVCCvivoiBiCb b

10、(a)例例1.在所示電路中，若在所示電路中，若VCC=5V, RC = 1k, RB=30k時，試分析計算：時，試分析計算：(1) b b=100，試求試求vi=0V和和vi=3V時的輸出時的輸出 電壓電壓vo 解：解：vi=0V時時,VBE = Vi = 0 V三極管三極管截止截止,Vo= VCC=5Vvi=3V時時,047. 011003 . 05= =. .- -= =- -= =BSICESVCCV= =CRb bCSIb b077.0= =307.03 - -= =- -BRBESViV= =Bi由于：由于：iBIBS ，三極管飽和，所以輸出電壓三極管飽和，所以輸出電壓vo=0.3V

11、(2) 若若b b=50其余條件不變其余條件不變 ，再求，再求vi=0V和和 vi=3V 時時的輸出電壓的輸出電壓vo= ? (VCC=5V, RC = 1k, RB=30k)解：解：vi=0V時時, Vo= 5Vvi=3V時時,0.094150= =. .= = =BSICESV= =CRb bCSIb b5 - - -CCV3 . 0077.0= =307.03 - -= =BRBESViV= =Bi由于：由于：iBIBS ，所以三極管處于放大狀態(tài)所以三極管處于放大狀態(tài)- RCRBVCCvivoiBiCb bvo=VCCiCRCiC=b biB=500.077=3.85mA5v1K ？三極

12、管處于放大狀態(tài)時，三極管處于放大狀態(tài)時，vo=? RCRBVCCvivoiBiCb b(a)vo=1.15 V(3) 分析分析VCC , vi , RB , RC , b b的大小如何變的大小如何變 化才有化才有利于三極管的飽和？利于三極管的飽和？ 飽和條件？飽和條件？iB IBS- -= =BSICESVCCV= =CRb bCSIb b- -BRBESViV= =Bi時有利于三極管飽和。時有利于三極管飽和。VCCviRBRCb b RCRBVCCvivoiBiCb b(a)2晶體管的動態(tài)特性晶體管的動態(tài)特性 tofftonVO00ViRCRBVCCvivoiBiCb(a)ton:開通時間開通時間toff:關(guān)閉時間關(guān)閉時間R1DR2AF+5V+3V嵌位二極管嵌位二極管3. 三極管非門三極管非門uA uF 3V 0.3