電子控制技術(shù)33數(shù)字集成電路

三極管的根本特性三極管的任務(wù)原理普通高中課程規(guī)范實(shí)驗(yàn)教科書(shū)通用技術(shù)選修１第三章電子控制系統(tǒng)的信號(hào)處置晶體三極管的開(kāi)關(guān)特性及其在數(shù)字電路中的運(yùn)用常用數(shù)字集成電路的類(lèi)型第三節(jié)數(shù)字集成電路晶體三極管的開(kāi)關(guān)特性cb

eNPNRbIcIsRc第三節(jié)數(shù)字集成電路NPN型晶體管。電阻Rb為基極電阻，電阻Rc為集電極電阻，晶體三極管T的基極b起控制的作用，經(jīng)過(guò)它來(lái)控制開(kāi)關(guān)開(kāi)閉動(dòng)作，集電極c及發(fā)射極e構(gòu)成開(kāi)關(guān)兩個(gè)端點(diǎn)，由b極來(lái)控制其開(kāi)閉，c、e兩端的電壓即為開(kāi)關(guān)電路的輸出電壓V0。當(dāng)輸入電壓V1為高電平常，晶體管導(dǎo)通，相當(dāng)于開(kāi)封鎖合，所以集電極電壓Vc≈0，即輸出低電平，而集電極電流ic≈VCC/RC。當(dāng)輸入電壓Vc為低電平常，由圖可見(jiàn)，晶體管截止，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，所以得集電極電流iC≈0，而集電極電壓Vc≈VCC，即輸出為高電平。這就是晶體三極管的理想穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)特性。第三節(jié)數(shù)字集成電路數(shù)字集成電路是將元器件和連線集成于同一半導(dǎo)體芯片上而制成的數(shù)字邏輯電路或系統(tǒng)。根據(jù)數(shù)字集成電路中包含的門(mén)電路或元、器件數(shù)量，可將數(shù)字集成電路分為小規(guī)模集成〔SSI〕電路、中規(guī)模集成MSI電路、大規(guī)模集成〔LSI〕電路、超大規(guī)模集成VLSI電路和特大規(guī)模集成〔ULSI〕電路。晶體三極管的開(kāi)關(guān)特性及其數(shù)字電路中的運(yùn)用第三節(jié)數(shù)字集成電路在數(shù)字電路中，用電平的高和低來(lái)代表邏輯1和邏輯0。不同類(lèi)型的邏輯電路，其高、低電子的電壓值有不同的界定規(guī)那么。晶體三極管的開(kāi)關(guān)特性及其數(shù)字電路中的運(yùn)用第三節(jié)數(shù)字集成電路在右圖所示用電阻和開(kāi)關(guān)構(gòu)成的電路中，開(kāi)封鎖合，開(kāi)關(guān)所呈現(xiàn)的電阻為0，使得開(kāi)關(guān)兩端的電壓也就是輸出電壓為0，輸出低電平；反之，假設(shè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，由于電阻R上沒(méi)有電流流過(guò)，R上的電壓為0，所以輸出電壓等于電源電壓，即輸出高電平。因此，用開(kāi)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)高、低電平，這是構(gòu)成門(mén)電路的根底。第三節(jié)數(shù)字集成電路門(mén)電路中的開(kāi)關(guān)不能運(yùn)用機(jī)械開(kāi)關(guān)，由于機(jī)械開(kāi)關(guān)不僅體積大、壽命短、操作不方便，而且開(kāi)關(guān)的速度低。在現(xiàn)代高速電子控制系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)每秒能夠要開(kāi)合上億次，機(jī)械開(kāi)關(guān)是絕對(duì)無(wú)法勝任的，必需運(yùn)用電子開(kāi)關(guān)，即用晶體管或MOS管(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管)做成的開(kāi)關(guān)。例如，用晶體三極管替代圖中開(kāi)關(guān)得到的電路如右圖所示。第三節(jié)數(shù)字集成電路實(shí)驗(yàn)?zāi)康模翰炜淳w三極管的開(kāi)關(guān)特性。實(shí)驗(yàn)預(yù)備：晶體三極管3DK4C1只，10kΩ、2.2kΩ電阻各1只，3V(或5V)電源1只，多用電表。

小實(shí)驗(yàn)第三節(jié)數(shù)字集成電路實(shí)驗(yàn)過(guò)程：在電路實(shí)驗(yàn)板上按圖搭接電路，并在以下各空格處填入實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(1)將輸入端接地，用多用電表丈量電阻Rc兩端的電壓Ur=V，此時(shí)晶體三極管集電極的電流Ice(填“很大〞或“很小〞)，三極管處于〔填“導(dǎo)通〞或“截止〞)形狀；三極管集電極c與發(fā)射極e之間的電壓Uce=V，屬于(填“高〞或“低〞)電平。(2)將輸入端接3V電壓，用多用電表丈量電阻Rc兩端的電壓Ur=V，此時(shí)晶體三級(jí)管集電極的電流Ice(填“很大〞或“很小〞)，三極管處于(填“導(dǎo)通〞或“截止〞)形狀；二極管集電極c與發(fā)射極e之間的電壓Uce=V，應(yīng)屬于(填“高〞或“低〞)電平。(3)用發(fā)光二極管高、低電平檢測(cè)器檢測(cè)(1)、(2)兩種情況下電路的輸入端和輸出端，判別該電路的邏輯功能。實(shí)驗(yàn)總結(jié)：晶體三極管能否可以當(dāng)做開(kāi)關(guān)運(yùn)用？為什么？0很小截止3高2.8很大導(dǎo)通0.2低第三節(jié)數(shù)字集成電路晶體三極管存在截止和飽和兩種形狀。截止形狀相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，飽和形狀相當(dāng)于開(kāi)封鎖合，因此可以當(dāng)作開(kāi)關(guān)運(yùn)用，其條件與景象是：飽和：條件——輸入信號(hào)足夠大〔高電平〕；景象——三極管流過(guò)的電流較大，而集電極與發(fā)射極之間的電壓只需0.2V左右〔低電平〕。截止：條件——輸人信號(hào)足夠小〔低電平〕；景象——三極管沒(méi)有電流流過(guò)，集電極與發(fā)射極之間的電壓與電源電壓相近〔高電子〕。由于加到三極管基極的信號(hào)不是高電平，就是低電平，因此晶體三極管任務(wù)于開(kāi)關(guān)形狀，即不是任務(wù)于飽和形狀，就是任務(wù)于截止形狀。我們通常稱(chēng)這種信號(hào)為開(kāi)關(guān)信號(hào)〔即數(shù)字信號(hào)〕。晶體三極管的開(kāi)關(guān)效應(yīng)第三節(jié)數(shù)字集成電路另一種常作為門(mén)電路中開(kāi)關(guān)運(yùn)用的器件是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體三極管，即MOS管，它和雙極型晶體三極管一樣也有三個(gè)極：源極S、柵極G和漏極D。這三個(gè)極和雙極型晶體三極管的各電極的對(duì)應(yīng)關(guān)系是：源極相當(dāng)于發(fā)射極，通常接地；漏極相當(dāng)于集電極，通常經(jīng)過(guò)電阻接電源；柵極相當(dāng)于基極，用來(lái)控制漏極電流的大小。普通晶體三極管是電流控制的器件，即基極必需注入電流方能使三極管導(dǎo)通，而MOS管屬于電壓控制器件，在其柵極與源極之間加適當(dāng)?shù)碾妷壕湍苁筂OS管導(dǎo)通，MOS管在開(kāi)關(guān)信號(hào)的作用下，也有導(dǎo)通和截止兩種形狀，因此也可做開(kāi)關(guān)運(yùn)用。場(chǎng)效應(yīng)晶體三極管的開(kāi)關(guān)效應(yīng)第三節(jié)數(shù)字集成電路數(shù)字集成電路的類(lèi)型數(shù)字集成電路有多種類(lèi)型，最常用的有TTL和CMOS兩種。TTL與CMOS部分參數(shù)對(duì)照第三節(jié)數(shù)字集成電路CMOS器件與TTL器件的邏輯電平和電路的輸出才干不一樣，因此兩種類(lèi)型的集成電路通常不能在同一個(gè)電路中運(yùn)用，如需同時(shí)運(yùn)用，要在它們之間加上電平轉(zhuǎn)換電路。TTL(晶體管—晶體管邏輯)是用普通晶體三極管構(gòu)成的集成電路，與CMOS相比，其運(yùn)轉(zhuǎn)速度較快，允許負(fù)載流過(guò)的電流較大，但耗費(fèi)功率較大。CMOS(互補(bǔ)MOS電路)電路是用MOS管構(gòu)成的集成電路，在任務(wù)時(shí)耗費(fèi)的功率最低，但任務(wù)速度較TTL的低，允許負(fù)載流過(guò)的電流較TTL的小。數(shù)字集成電路TTL和CMOS管的特點(diǎn)第三節(jié)數(shù)字集成電路常用邏輯門(mén)電路的型號(hào)第三節(jié)數(shù)字集成電路部分常用集成邏輯門(mén)的引腳圖第三節(jié)數(shù)字集成電路邏輯門(mén)電路符號(hào)圖〔非門(mén)、與門(mén)、與非門(mén)、或門(mén)、異或門(mén)〕第三節(jié)數(shù)字集成電路馬上行動(dòng)在電路實(shí)驗(yàn)板上丈量TTL非門(mén)CT74LS04和CMOS非門(mén)CC4069的輸出電平值，并填入下表。3.7V5V0.2V0V第三節(jié)數(shù)字集成電路小資料第三節(jié)數(shù)字集成電路請(qǐng)?jiān)陔娐穼?shí)驗(yàn)板上搭接圖所示電路，其中，VA、VB、VC、VD分別是CC4011中的四個(gè)與非門(mén)。VA和VB組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，當(dāng)光線變暗，使RG的數(shù)值大到一定程度時(shí)，從10腳會(huì)出現(xiàn)一個(gè)寬度(繼續(xù)時(shí)間)一定的高電平，其繼續(xù)時(shí)間tw約為0.7C1·R1。VC、VD組成多諧振蕩器，在2腳為高電平常，多諧振蕩器將產(chǎn)生周期性矩形波，其周期約等于1.4C2·R3。用手遮一下光敏電阻RG(MG4)，聽(tīng)蜂鳴器嗚叫的聲音，記錄嗚叫繼續(xù)的時(shí)間。討論：該電路有何用途?第三節(jié)數(shù)字集成電路COMS器件較容易損壞，運(yùn)用時(shí)要留意維護(hù)，如電源的極性不能接反。焊接時(shí)，最好將烙鐵的電源切斷等。第三節(jié)數(shù)字集成電路焊接焊接的本質(zhì)：利用熱能將兩金屬原子間加速分散，由于冷卻金屬原子間產(chǎn)生吸引力，使焊錫金屬結(jié)實(shí)地結(jié)合兩被焊金屬。錫焊的特征：焊錫和元件之間呈浸潤(rùn)形狀。焊接集成電路要留意焊接技術(shù)第三節(jié)數(shù)字集成電路1.加熱正確焊接第三節(jié)數(shù)字集成電路正確焊接1.加熱第三節(jié)數(shù)字集成電路2.加焊錫〔松香〕正確焊接第三節(jié)數(shù)字集成電路正確焊接2.加焊錫〔松香〕第三節(jié)數(shù)字集成電路正確焊接3.撤離第三節(jié)數(shù)字集成電路3.撤離正確焊接第三節(jié)數(shù)字集成電路正確焊接3.撤離第三節(jié)數(shù)字集成電路正確焊點(diǎn)：光潔的圓錐體形，大小適中。第三節(jié)數(shù)字集成電路焊錫用量過(guò)多。第三節(jié)數(shù)字集成電路焊錫用量太少。第三節(jié)數(shù)字集成電路有毛刺；加熱時(shí)間控制不當(dāng)。第三節(jié)數(shù)字集成電路焊接的要點(diǎn)：1.控