半導(dǎo)體二極管和三極管開關(guān)特性

半導(dǎo)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?fàn)顟B(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?fàn)顟B(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?fàn)顟B(tài)ui<UTuo=+VDD導(dǎo)通狀態(tài)ui>UTuo≈03、場效應(yīng)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(dǎo)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(dāng)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(dāng)uA＝10V時，由于uGS＝uA＝10V，大于開啟電壓UT，所以MOS管導(dǎo)通，且工作在可變電阻區(qū)，導(dǎo)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(dǎo)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(dá)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(dǎo)通，Y=1。②A=1時，T2、T5導(dǎo)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(fù)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(fù)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(fù)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yīng)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(dǎo)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(yīng)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(dǎo)通。輸出電壓uY＝VDD＝10V。（2）uA＝10V時，TN導(dǎo)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(dāng)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(dǎo)通，輸出Y為高電平。②只有當(dāng)輸入A、B全為高電平時，TN1和TN2才會都導(dǎo)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(dāng)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(dǎo)通，輸出Y為低電平。②只有當(dāng)A、B全為低電平時，TP1和TP2才會都導(dǎo)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(dǎo)通，TP1、TN1構(gòu)成反相器。可見電路的輸出有高阻態(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(dāng)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(dǎo)通條件，輸入和輸出之間相當(dāng)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(diǎn)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(fù)載的能力比TTL電路強(qiáng)。（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(qiáng)。（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(yīng)而擊穿，在使用和存放時應(yīng)注意靜電屏蔽，焊接時電烙鐵應(yīng)接地良好，尤其是CMOS電路多余不用的輸入端不能懸空，應(yīng)根據(jù)需要接地或接高電平。CMOS數(shù)字電路的特點(diǎn)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(dǎo)致性能