晶體管開關(guān)與邏輯門電路

1、晶體管開關(guān)與邏輯門電路晶體管開關(guān)與邏輯門電路 補(bǔ)充資料補(bǔ)充資料 數(shù)字集成電路絕大多數(shù)都是由雙極型二極管、三數(shù)字集成電路絕大多數(shù)都是由雙極型二極管、三極管或單極型場(chǎng)效應(yīng)管組成。這些晶體管大部分工作在極管或單極型場(chǎng)效應(yīng)管組成。這些晶體管大部分工作在導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于開關(guān)的導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于開關(guān)的“接通接通”和和“斷開斷開” 。晶體管門電路晶體管門電路( (分立元件分立元件) ) 集成電路集成電路 (TTL(TTL和和MOS)MOS)可編程邏輯器件可編程邏輯器件(CPLD、FPGA)數(shù)字?jǐn)?shù)字電路電路一、二極管的特性一、二極管的特性 ( (一一) P) P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 、N N型半導(dǎo)體型半

2、導(dǎo)體 （二）（二）PNPN結(jié)的形成及特性結(jié)的形成及特性 （三）（三）PNPN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦酝饧诱螂妷和饧诱螂妷?外加反向電壓外加反向電壓 （三）（三）PNPN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦远O管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)部分二極管實(shí)物部分二極管實(shí)物 （四）、晶體二極管靜態(tài)開關(guān)特性（四）、晶體二極管靜態(tài)開關(guān)特性 1. 1. 二極管正向?qū)〞r(shí)的特點(diǎn)及導(dǎo)通條件二極管正向?qū)〞r(shí)的特點(diǎn)及導(dǎo)通條件 A.A.V VONON ：門檻電壓或稱閾值電壓、開啟電壓門檻電壓或稱閾值電壓、開啟電壓 B.B.V VD D ：導(dǎo)導(dǎo)通壓降通壓降 C：導(dǎo)通條件：導(dǎo)通條件：VVD (0.7V)被視為硅二極管導(dǎo)

3、通的條件被視為硅二極管導(dǎo)通的條件二極管伏安特性曲線二極管伏安特性曲線D：導(dǎo)通狀態(tài)：二極管正向?qū)〞r(shí)，相當(dāng)于一個(gè)具有：導(dǎo)通狀態(tài)：二極管正向?qū)〞r(shí)，相當(dāng)于一個(gè)具有0.7V壓降的閉合開關(guān)。壓降的閉合開關(guān)。二極管正向?qū)〞r(shí)的等效電路二極管正向?qū)〞r(shí)的等效電路2. 2. 二極管截止時(shí)的特點(diǎn)及截止條件二極管截止時(shí)的特點(diǎn)及截止條件 A. 截止條件：截止條件：v vD D V VONON ，實(shí)際：實(shí)際：v vD00，保證二極管可靠截止，保證二極管可靠截止 C. V VZ Z ：二極管的反向擊穿電壓：二極管的反向擊穿電壓 二極管截止二極管截止時(shí)的等效電路時(shí)的等效電路B.截止?fàn)顟B(tài)：雖然有很小的截止?fàn)顟B(tài)：雖然有很小

4、的Is反相漏電流，一般反相漏電流，一般二極管可以相二極管可以相當(dāng)于一個(gè)斷開的開關(guān)當(dāng)于一個(gè)斷開的開關(guān)（二）、晶體二極管動(dòng)態(tài)開關(guān)特性（二）、晶體二極管動(dòng)態(tài)開關(guān)特性 動(dòng)態(tài)過程（過渡過程）：二極管導(dǎo)通和截止之間轉(zhuǎn)換過程動(dòng)態(tài)過程（過渡過程）：二極管導(dǎo)通和截止之間轉(zhuǎn)換過程。t re反向恢復(fù)時(shí)間：二極管反向恢復(fù)時(shí)間：二極管從導(dǎo)通到截止所需時(shí)間。從導(dǎo)通到截止所需時(shí)間。 二極管兩端輸入電壓的頻二極管兩端輸入電壓的頻率過高，以至輸入負(fù)電壓率過高，以至輸入負(fù)電壓的持續(xù)時(shí)間小于它的反向的持續(xù)時(shí)間小于它的反向恢復(fù)時(shí)間時(shí)，二極管將失恢復(fù)時(shí)間時(shí)，二極管將失去其單向?qū)щ娦?。去其單向?qū)щ娦浴?（一）三極管基本結(jié)構(gòu)及符號(hào)（一）三

5、極管基本結(jié)構(gòu)及符號(hào)BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極NPN型型PNP集電極集電極基極基極發(fā)射極發(fā)射極BCEPNP型型二、二、 雙極型晶體三極管雙極型晶體三極管(BJT)(BJT)的開關(guān)特性的開關(guān)特性 BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極基區(qū)：較薄，基區(qū)：較薄，摻雜濃度低摻雜濃度低集電區(qū)：集電區(qū)：面積較大面積較大發(fā)射區(qū)：摻發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高雜濃度較高BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié) 三極管具有飽和、放大和截止三種工作狀態(tài)，三極管具有飽和、放大和截止三種工作狀態(tài)，在數(shù)字電路中，靜態(tài)主要工作于飽和和截止?fàn)顟B(tài)在數(shù)字電路中，靜態(tài)主要工作于飽和和截止

6、狀態(tài) 。NPNNPN型硅三極管開關(guān)電路及其特性型硅三極管開關(guān)電路及其特性 （二）、三極管的截止?fàn)顟B(tài)和可靠截止的條件（二）、三極管的截止?fàn)顟B(tài)和可靠截止的條件 當(dāng)當(dāng)v vI I很小，如很小，如v vI I0.5V=IBS 或者或者 iC= ICS （ICS= IBS） （四）、三極管開關(guān)的過渡開關(guān)特性（四）、三極管開關(guān)的過渡開關(guān)特性 ton = td +tr ton開通時(shí)間開通時(shí)間, 建立基區(qū)電荷時(shí)間建立基區(qū)電荷時(shí)間 toff = ts +tf toff關(guān)斷時(shí)間，關(guān)斷時(shí)間，存儲(chǔ)電荷消散時(shí)間存儲(chǔ)電荷消散時(shí)間 td：延遲時(shí)間，上升到延遲時(shí)間，上升到0.1Icmaxtr：上升時(shí)間，上升時(shí)間， 0.1Ic

7、max到到0.9Icmaxts：存儲(chǔ)時(shí)間，下降到存儲(chǔ)時(shí)間，下降到0.9Icmaxtf：下降時(shí)間，下降到下降時(shí)間，下降到0.1Icmax開關(guān)時(shí)間為納秒級(jí)，它限制了開關(guān)時(shí)間為納秒級(jí)，它限制了三極管開關(guān)的工作速度三極管開關(guān)的工作速度三三 基本邏輯門電路基本邏輯門電路 （一）、二極管與門及或門電路（一）、二極管與門及或門電路 1. 二極管二極管“與與”門電路門電路 D1 On，D2 On D1 On，D2 Off D1 Off，D2 On D1 On，D2 On 0 (0.7V) 0 (0.7V) 0 (0.7V) 1 (3.7V) 2. 2. 二極管二極管“或或”門電路門電路 BAYD1 On D2

8、 OnD1 Off D2 OnD1 On D2 OffD1 On D2 On0 ( -0.7V) 1 (2.3V) 1 (2.3V) 1 (2.3V) 3. BJT3. BJT反相器非門反相器非門 電路電路R1DR2AF+12V +3V三極管非門三極管非門uA uF 3V 0.3 0V 3.7 嵌位二極管嵌位二極管AF T 飽和飽和D 截止截止 T 截止截止D 導(dǎo)通導(dǎo)通R1DR2F+12V +3V三極管非門三極管非門D1D2AB+12V二極管與門二極管與門與非門與非門DTL門電路門電路四四 TTLTTL門電路門電路晶體管門電路晶體管門電路( (分立元件分立元件) ) 集成電路集成電路 (TTL

9、(TTL和和MOS)MOS)可編程邏輯器件可編程邏輯器件(CPLD、FPGA)數(shù)字?jǐn)?shù)字電路電路集成電路優(yōu)點(diǎn)集成電路優(yōu)點(diǎn): :體積小、耗電少、重量輕、可靠性高等。體積小、耗電少、重量輕、可靠性高等。 RTL（Resister-Transistor Logic）電阻晶體管邏輯；）電阻晶體管邏輯；DTL（Diode-Transistor Logic）二極管晶體管邏輯；）二極管晶體管邏輯；HTL（High-Threshold Logic）高閾值邏輯；）高閾值邏輯；TTL（Transistor -Transistor Logic）晶體管晶體管邏輯；）晶體管晶體管邏輯；ECL（Emitter Coupled Logic）發(fā)射極耦合邏輯