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文檔簡介
半導體二極管和三極管開關(guān)特性第1頁/共39頁22三月202322、三極管的開關(guān)特性第2頁/共38頁第2頁/共39頁22三月20233+-RbRc+VCCbce+-截止狀態(tài)飽和狀態(tài)iB≥IBSui=UIL<0.5Vuo=+VCCui=UIHuo=0.3V+-RbRc+VCCbce+-++--0.7V0.3V飽和區(qū)截止區(qū)放大區(qū)第3頁/共38頁第3頁/共39頁22三月20234②ui=0.3V時,因為uBE<0.5V,iB=0,三極管工作在截止狀態(tài),ic=0。因為ic=0,所以輸出電壓:①ui=1V時,基極電流:因為0<iB<IBS,三極管工作在放大狀態(tài)。iC=βiB=50×0.03=1.5mA,輸出電壓:三極管臨界飽和時的基極電流:uo=uCE=UCC-iCRc=5-1.5×1=3.5Vuo=VCC=5V③ui=3V時,基極電流:而因為iB>IBS,三極管工作在飽和狀態(tài)。輸出電壓:uo=uCES=0.3V例:第4頁/共38頁第4頁/共39頁22三月20235轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線uiuiGDSRD+VDDGDSRD+VDDGDSRD+VDD截止狀態(tài)ui<UTuo=+VDD導通狀態(tài)ui>UTuo≈03、場效應管的開關(guān)特性第5頁/共38頁第5頁/共39頁22三月202362.2分立元件門電路Y=AB1、二極管與門&第6頁/共38頁第6頁/共39頁22三月202372、二極管或門Y=A+B第7頁/共38頁第7頁/共39頁22三月202383、三極管非門①uA=0V時,三極管截止,iB=0,iC=0,輸出電壓uY=VCC=5V②uA=5V時,三極管導通?;鶚O電流為:iB>IBS,三極管工作在飽和狀態(tài)。輸出電壓uY=UCES=0.3V。三極管臨界飽和時的基極電流為:第8頁/共38頁第8頁/共39頁22三月20239①當uA=0V時,由于uGS=uA=0V,小于開啟電壓UT,所以MOS管截止。輸出電壓為uY=VDD=10V。②當uA=10V時,由于uGS=uA=10V,大于開啟電壓UT,所以MOS管導通,且工作在可變電阻區(qū),導通電阻很小,只有幾百歐姆。輸出電壓為uY≈0V。第9頁/共38頁第9頁/共39頁22三月2023102.3TTL集成門電路一、TTL與非門工作原理倒置狀態(tài)第10頁/共38頁第10頁/共39頁22三月2023110.3V1.0V3.6VT2,T5截止1.有一個輸入端輸入低電平T4
,D3導通第11頁/共38頁第11頁/共39頁22三月2023122.1V3.6V3.6VT2飽和,T5深度飽和0.7V1.0VT3,T4截止0.3V2.兩個輸入端都輸入高電平第12頁/共38頁第12頁/共39頁22三月202313功能表真值表邏輯表達式輸入有低,輸出為高;輸入全高,輸出為低。第13頁/共38頁第13頁/共39頁22三月20231474LS00內(nèi)含4個2輸入與非門,74LS20內(nèi)含2個4輸入與非門。第14頁/共38頁第14頁/共39頁22三月202315TTL非門、或非門①A=0時,T2、T5截止,T3、T4導通,Y=1。②A=1時,T2、T5導通,T3、T4截止,Y=0。TTL非門只有一個輸入端第15頁/共38頁第15頁/共39頁22三月202316TTL或非門第16頁/共38頁第16頁/共39頁22三月202317二、TTL電路的特性和參數(shù)抗干擾能力(1)輸出高電平值VOH
典型值:3.6V
VOH(min)=2.4V(2)輸出低電平值VOL
典型值:0.3V
VOL(max)=0.4V第17頁/共38頁第17頁/共39頁22三月202318(3)輸入高電平值VIH
VIH(min)=VON=2.0V
保證輸出為低電平的最小輸入高電平
(4)輸入低電平值VIL
VIL(max)=VOFF=0.8V
保證輸出為高電平的最大輸入低電平vIvO03.6V0.3V2.4V0.4VVOFFVON(5)噪聲容限
VNH=VOH(min)–VON
VNL=VOFF–VOL(max)第18頁/共38頁第18頁/共39頁22三月2023192.帶負載能力(1)輸入低電平電流IIL
典型值1.6mA(2)輸入高電平電流IIH
典型值40uA第19頁/共38頁第19頁/共39頁22三月202320(3)輸出低電平電流IOL帶灌電流負載能力:典型值16mAT4截止T5飽和IOL=IC5第20頁/共38頁第20頁/共39頁22三月202321(4)輸出高電平電流IOH帶拉電流負載能力:典型值0.4mAIOH=IE4第21頁/共38頁第21頁/共39頁22三月202322(5)扇出系數(shù)NO
門電路能夠驅(qū)動同類門電路的個數(shù)3.平均傳輸延遲時間tPdtPHL輸出由高電平變?yōu)榈碗娖降臅r間tPLH輸出由低電平變?yōu)楦唠娖降臅r間tPd=(tPHL+tPLH)/2第22頁/共38頁第22頁/共39頁22三月202323TTL系列集成電路①74:標準系列,前面介紹的TTL門電路都屬于74系列,其典型電路與非門的平均傳輸時間tpd=10ns,平均功耗P=10mW。②74H:高速系列,是在74系列基礎(chǔ)上改進得到的,其典型電路與非門的平均傳輸時間tpd=6ns,平均功耗P=22mW。③74S:肖特基系列,是在74H系列基礎(chǔ)上改進得到的,其典型電路與非門的平均傳輸時間tpd=3ns,平均功耗P=19mW。④74LS:低功耗肖特基系列,是在74S系列基礎(chǔ)上改進得到的,其典型電路與非門的平均傳輸時間tpd=9ns,平均功耗P=2mW。74LS系列產(chǎn)品具有最佳的綜合性能,是TTL集成電路的主流,是應用最廣的系列。第23頁/共38頁第23頁/共39頁22三月202324三、OC(集電極開路)門及TSL(三態(tài))門Y1=1,Y2=0流過T4,T5的電流很大“線與”線與:實行兩個輸出Y1,Y2相與A2B2Y2+5VT1T2D3T4T5R1R2R3R44k1.6k130W1kA1B1Y1+5VT1T2D3T4T5R1R2R3R44k1.6k130W1kY第24頁/共38頁第24頁/共39頁22三月202325為解決一般TTL與非門不能線與而設(shè)計的,VCC、R決定電流。OC(集電極開路)門第25頁/共38頁第25頁/共39頁22三月202326TSL(三態(tài))門①E=0時,二極管D導通,T1、T3基極均被鉗制在低電平,因而T2、T5均截止,輸出端開路,電路處于高阻狀態(tài)。結(jié)論:電路的輸出有高阻態(tài)、高電平和低電平三種狀態(tài)。②E=1時,二極管D截止,輸出取決于輸入A的狀態(tài),輸出與輸入的邏輯關(guān)系和一般反相器相同:第26頁/共38頁第26頁/共39頁22三月202327TSL(三態(tài))門的應用:③構(gòu)成數(shù)據(jù)總線:讓各門的控制端輪流處于低電平,即任何時刻只讓一個TSL門處于工作狀態(tài),而其余TSL門均處于高阻狀態(tài),這樣總線就會輪流接受各TSL門的輸出。①作多路開關(guān):E=0時,門G1使能,G2禁止,Y=A;E=1時,門G2使能,G1禁止,Y=B。②信號雙向傳輸:E=0時信號向右傳送,B=A;E=1時信號向左傳送,A=B。第27頁/共38頁第27頁/共39頁22三月2023282.4CMOS集成門電路1、CMOS非門(1)uA=0V時,TN截止,TP導通。輸出電壓uY=VDD=10V。(2)uA=10V時,TN導通,TP截止。輸出電壓uY=0V。第28頁/共38頁第28頁/共39頁22三月2023292、CMOS與非門、或非門、與門、或門、與或非門和異或門CMOS與非門①A、B當中有一個或全為低電平時,TN1、TN2中有一個或全部截止,TP1、TP2中有一個或全部導通,輸出Y為高電平。②只有當輸入A、B全為高電平時,TN1和TN2才會都導通,TP1和TP2才會都截止,輸出Y才會為低電平。第29頁/共38頁第29頁/共39頁22三月202330CMOS或非門①只要輸入A、B當中有一個或全為高電平,TP1、TP2中有一個或全部截止,TN1、TN2中有一個或全部導通,輸出Y為低電平。②只有當A、B全為低電平時,TP1和TP2才會都導通,TN1和TN2才會都截止,輸出Y才會為高電平。第30頁/共38頁第30頁/共39頁22三月202331門與Y=AB=AB或門Y=A+B=A+BCMOS與或非門第31頁/共38頁第31頁/共39頁22三月202332CMOS異或門3、CMOSOD門、TSL門及傳輸門CMOSOD門第32頁/共38頁第32頁/共39頁22三月202333CMOSTSL門①E=1時,TP2、TN2均截止,Y與地和電源都斷開了,輸出端呈現(xiàn)為高阻態(tài)。②E=0時,TP2、TN2均導通,TP1、TN1構(gòu)成反相器??梢婋娐返妮敵鲇懈咦钁B(tài)、高電平和低電平3種狀態(tài),是一種三態(tài)門。第33頁/共38頁第33頁/共39頁22三月202334CMOS傳輸門①C=0、,即C端為低電平(0V)、端為高電平(+VDD)時,TN和TP都不具備開啟條件而截止,輸入和輸出之間相當于開關(guān)斷開一樣。②C=1、,即C端為高電平(+VDD)、端為低電平(0V)時,TN和TP都具備了導通條件,輸入和輸出之間相當于開關(guān)接通一樣,uo=ui。第34頁/共38頁第34頁/共39頁22三月2023354、CMOS數(shù)字電路的特點及使用時的注意事項(1)CMOS電路的工作速度比TTL電路的低。(2)CMOS帶負載的能力比TTL電路強。(3)CMOS電路的電源電壓允許范圍較大,約在3~18V,抗干擾能力比TTL電路強。(4)CMOS電路的功耗比TTL電路小得多。門電路的功耗只有幾個μW,中規(guī)模集成電路的功耗也不會超過100μW。(5)CMOS集成電路的集成度比TTL電路高。(6)CMOS電路適合于特殊環(huán)境下工作。(7)CMOS電路容易受靜電感應而擊穿,在使用和存放時應注意靜電屏蔽,焊接時電烙鐵應接地良好,尤其是CMOS電路多余不用的輸入端不能懸空,應根據(jù)需要接地或接高電平。CMOS數(shù)字電路的特點第35頁/共38頁第35頁/共39頁22三月202336使用集成電路時的注意事項(1)對于各種集成電路,使用時一定要在推薦的工作條件范圍內(nèi),否則將導致性能
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