第三章_門電路課件

1、補(bǔ)充：半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識導(dǎo) 體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)，例如金屬。絕緣體：電阻率很高的物質(zhì)，幾乎不導(dǎo)電，如橡皮、陶瓷、塑料和石英等。半導(dǎo)體：導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)， 例如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等半導(dǎo)體的特點(diǎn)當(dāng)受外界熱和光的作用時，它的導(dǎo)電能力明顯變化。往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會使它的導(dǎo)電能力明顯改變。11. 本征半導(dǎo)體GeSi本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理純凈的半導(dǎo)體。如：硅和鍺1）最外層四個價電子。2）共價鍵結(jié)構(gòu)+4+4+4+4共價鍵共用電子對+4表示除去價電子后的原子2 共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由

2、電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。 形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。 共價鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+433）在絕對0度和沒有外界激發(fā)時,價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運(yùn)動的帶電粒子（即載流子），它的導(dǎo)電能力為0，相當(dāng)于絕緣體。+4+4+4+44）在熱或光激發(fā)下，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子，同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴。+4+4+4+4空穴束縛電子自由電子4可見因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時成對出現(xiàn)的，稱為電子空穴對。5在其它力的作用下，空穴吸引臨

3、近的電子來填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動，因此可以認(rèn)為空穴是載流子。+4+4+4+45）自由電子和空穴的運(yùn)動形成電流6本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。溫度越高載流子的濃度越高本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。歸納72. 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體使某種載流子濃度大大增加。在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)。1）N型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體（四價）中摻入少量的五價元素磷，使自由電子濃度大大增加。多數(shù)載流子（多子）：電子。取決于摻雜濃度；少數(shù)載流子（少子）：空穴。取決于溫度。8+4+4+5+4N型半導(dǎo)體多

4、余電子磷原子92）P型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體（四價）中摻入少量的三價元素硼，使空穴濃度大大增加。多數(shù)載流子（多子）：空穴。取決于摻雜濃度；少數(shù)載流子（少子）：電子。取決于溫度。+4+4+3+4空穴硼原子10歸納3、雜質(zhì)半導(dǎo)體中起導(dǎo)電作用的主要是多子。4、N型半導(dǎo)體中電子是多子，空穴是少子； P型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。1、雜質(zhì)半導(dǎo)體中兩種載流子濃度不同，分為多數(shù)載流子和少數(shù)載流子（簡稱多子、少子）。2、雜質(zhì)半導(dǎo)體中多數(shù)載流子的數(shù)量取決于摻雜濃度，少數(shù)載流子的數(shù)量取決于溫度。11雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體12一、 PN 結(jié)的形成 在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P型半導(dǎo)體和N

5、型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了PN結(jié)。 因濃度差 多子的擴(kuò)散運(yùn)動由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū) 空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場 內(nèi)電場促使少子漂移 內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦远嘧拥臄U(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動態(tài)平衡13P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動內(nèi)電場E漂移運(yùn)動空間電荷區(qū)PN結(jié)處載流子的運(yùn)動14擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬。漂移運(yùn)動P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動內(nèi)電場EPN結(jié)處載流子的運(yùn)動內(nèi)電場越強(qiáng)，就使漂移運(yùn)動越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。15漂移運(yùn)動P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動內(nèi)電場EPN結(jié)處載流子的運(yùn)動所以擴(kuò)散和漂移這一對相反的運(yùn)動最終達(dá)到平衡，相當(dāng)于兩個區(qū)之間沒有

6、電荷運(yùn)動，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。16+空間電荷區(qū)N型區(qū)P型區(qū) PN結(jié)17 1） PN結(jié)加正向電壓時的導(dǎo)電情況 外加的正向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相反，削弱了內(nèi)電場。于是,內(nèi)電場對多子擴(kuò)散運(yùn)動的阻礙減弱，擴(kuò)散電流加大。擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響，PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性。18 2. PN結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)電情況 外加的反向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相同，加強(qiáng)了內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子擴(kuò)散運(yùn)動的阻礙增強(qiáng)，擴(kuò)散電流大大減小。此時PN結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場的作用下形成的漂移電流大于擴(kuò)散電流，可忽略擴(kuò)散電流，PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性。 在一定的溫度條件下，

7、由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關(guān)，這個電流也稱為反向飽和電流。 19空間電荷區(qū)中沒有載流子?？臻g電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙多子（ P中的 空穴、N中的電子） 的擴(kuò)散運(yùn)動。 P中的電子和N中的空穴（都是少子） 數(shù)量有限，因此由它們形成的漂移電流 很小?？臻g電荷區(qū)中內(nèi)電場推動少子（ P中的 電子、N中的空穴） 的漂移運(yùn)動。歸納20二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)加正向電壓（正向偏置）： P區(qū)接電源的正極、N區(qū)接電源的負(fù)極。 PN結(jié)加反向電壓（反向偏置）： P區(qū)接電源的負(fù)極、N區(qū)接電源的正極。 PN結(jié)呈現(xiàn)低電阻，處于導(dǎo)通狀態(tài)。 PN結(jié)呈現(xiàn)高電阻，處

8、于截止?fàn)顟B(tài)。21三、PN結(jié)的電容效應(yīng)1. 勢壘電容 PN結(jié)外加電壓變化時，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢壘電容Cb。2. 擴(kuò)散電容 PN結(jié)外加的正向電壓變化時，在擴(kuò)散路程中載流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過程，其等效電容稱為擴(kuò)散電容Cd。結(jié)電容： 結(jié)電容不是常量！若PN結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失去單向?qū)щ娦?！半?dǎo)體二極管的基本結(jié)構(gòu)一、 基本結(jié)構(gòu)PN結(jié) + 管殼和引線PN陽極陰極符號：D分類：點(diǎn)接觸型面接觸型平面型23二極管的伏安特性及主要參數(shù)UI死區(qū)電壓 硅管0.5V,鍺管0.1V。導(dǎo)通壓降: 硅管0.60.

9、8V,鍺管0.20.3V。反向擊穿電壓UBR正向特性：EDI反向特性：EDI反U死區(qū)電壓，導(dǎo)通；UII反很小，與溫度有關(guān)；U擊穿電壓，擊穿導(dǎo)通；I 一、伏安特性24二、 主要參數(shù)1.最大整流電流 IOM2.最大反向工作電壓URM二極管長時間使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。二極管正常工作時允許承受的最大反向工作電壓。手冊上給出的最高反向工作電壓URM一般是UBR的一半。3. 最大反向電流 IRM指二極管加反向工作峰值電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆睿虼朔聪螂娏髟叫≡胶?。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要大幾十到幾百倍。

10、252.二極管的應(yīng)用電路如圖示：已知E=5V， ui=10sint VRDEuiuO解：此類電路的分析方法：當(dāng)D的陽極電位高于陰極電位時，D導(dǎo)通，將D作為一短路線；當(dāng)D的陽極電位低于陰極電位時，D截止，將D作為一斷開的開關(guān)；將二極管看成理想二極管ui tuO t10V5V5V削波例1求： uO的波形26電路如圖示：已知 VA=3VVB=0V 求：VF=？解：此類電路的分析方法：將二極管看成理想二極管。當(dāng)幾個二極管共陽極或共陰極連接時，承受正向電壓高的二極管先導(dǎo)通。DB通， VF=0VRDAADBB+12VF箝位隔離例227本章介紹數(shù)字電路的基本邏輯單元-門電路主要內(nèi)容二極管三極管的開關(guān)特性TT

11、L和CMOS門電路的原理及輸入輸出特性第三章門電路3.1 概述3.2 半導(dǎo)體二極管門電路3.5 TTL門電路3.3 COMS門電路28門：具有開關(guān)作用。門電路：具有控制信號通過或不通過能力的電路。器件的開關(guān)作用開關(guān)特性體現(xiàn)開關(guān)作用靜態(tài)特性轉(zhuǎn)換過程動態(tài)特性理想開關(guān)特性Z0 短路、相當(dāng)開關(guān)閉合Z 斷路、相當(dāng)開關(guān)斷開門電路是用以實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系的電子電路。29門電路分立元件門電路集成門電路雙極型集成門（DTL、TTL）CMOS集成門集成邏輯門中廣泛使用的開關(guān)器件是： 晶體管 場效應(yīng)管 研究它們的開關(guān)特性303.1概述在數(shù)字電路中，用高、低電平分別表示邏輯代數(shù)中的1、0獲得高、低電平的基本方法：當(dāng)S打開時

12、，vO為高電平當(dāng)S閉合時，vO為低電平S用二極管或三極管或場效應(yīng)管來實(shí)現(xiàn)控制管子工作在截止和導(dǎo)通狀態(tài)，它們就可起到圖中S的作用VCCvOvIS輸出信號輸入信號31若以高電平表示1，低電平表示0，則稱正邏輯若以高電平表示0，低電平表示1，則稱負(fù)邏輯10正邏輯01負(fù)邏輯本書采用正邏輯高電平下限低電平上限323.2半導(dǎo)體二極管的門電路3.2.1 半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性VCCRDvO+-v+-1. 二極管開關(guān)電路當(dāng)vI=VIL時，D導(dǎo)通，vO=0V=VOL設(shè)VIL=0V，VIH=VCC，D為理想二極管當(dāng)vI=VIH時，D截止，vO=VCC=VOH用vI的高低電平控制二極管的開關(guān)狀態(tài)，在輸出端得到高、低

13、電平輸出信號33二極管的開關(guān)特性 正向?qū)〞rUD(ON)0.7V（硅） 0.3V（鍺）RD幾 幾十相當(dāng)于開關(guān)閉合 EDuiU(BR)0UonIS203435理想二極管近似分析中最常用理想開關(guān)導(dǎo)通時 UD0截止時IS0導(dǎo)通時UDUon截止時IS0導(dǎo)通時i與u成線性關(guān)系應(yīng)根據(jù)不同情況選擇不同的等效電路！二極管的等效模型35反向截止時反向飽和電流極小反向電阻很大（約幾百k）相當(dāng)于開關(guān)斷開EDuiU(BR)0UonIS20為了保證可靠截止，通常二極管兩端加負(fù)壓。36 當(dāng)外加電壓突然由正向變?yōu)榉聪驎r，存儲電荷反向電場的作用下，形成較大的反向電流。經(jīng)過ts后，存儲電荷顯著減少，反向電流迅速衰減并趨于穩(wěn)態(tài)時

14、的反向飽和電流。 當(dāng)外加電壓由反向突然變?yōu)檎驎r，要等到PN結(jié)內(nèi)部建立起足夠的電荷梯度后才開始有擴(kuò)散電流形成，因而正向電流的建立稍微滯后一點(diǎn)。反向恢復(fù)時間（幾納秒內(nèi)）2. 動態(tài)特性：373.2.2 二極管與門VCC=5VR=3KD1ABYD2設(shè)：VIL=0V，VIH=3V，二極管正向?qū)▔航禐?.7V分析可得：若定義1表示高電平，0表示低電平，則得真值表：&ABY結(jié)論：該電路實(shí)現(xiàn)了與的關(guān)系，為與門38工作波形(又一種表示邏輯功能的方法）邏輯表達(dá)式FA B39VCC=5VR=3KD1A1B1Y1D2VCC=5VR=3KD1A2B2Y2D2一般不用它直接驅(qū)動負(fù)載電路403.2.2 二極管或門分析可

15、得：若定義1表示高電平，0表示低電平，則得真值表：設(shè)：VIL=0V，VIH=3V，二極管正向?qū)▔航禐?.7VRD1ABYD2結(jié)論：該電路實(shí)現(xiàn)了或的關(guān)系，為或門1ABY41工作波形邏輯表達(dá)式FA+ B42MOS門電路：以MOS管作為開關(guān)元件構(gòu)成的門電路。 MOS門電路，尤其是CMOS門電路具有制造工藝簡單、集成度高、抗干擾能力強(qiáng)、功耗低、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，得到了十分迅速的發(fā)展。3.3 CMOS 門電路43CMOS MOS管有NMOS管和PMOS管兩種。 當(dāng)NMOS管和PMOS管成對出現(xiàn)在電路中，且二者在工作中互補(bǔ)，稱為CMOS管(意為互補(bǔ))。MOS管有增強(qiáng)型和耗盡型兩種。 在數(shù)字電路中，多采用增

16、強(qiáng)型。44PN+SGDN+以P型半導(dǎo)體作襯底形成兩個PN結(jié)SiO2保護(hù)層引出兩個電極引出兩個電極引出柵極Al從襯底引出電極兩邊擴(kuò)散兩個高濃度的N區(qū)N溝道增強(qiáng)型MOSFET的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)型MOS管45PN+SGDN+SiO2保護(hù)層Al故又稱為MOS管管子組成：a. 金屬（Metal)b. 氧化物(Oxide)c.半導(dǎo)體(Semiconductor)462. 工作原理 電路連接圖PN+SGDN+47(1) uGS =0 ,uDS0源極和漏極之間始終有一個PN結(jié)反偏，iD=0PN+SGN+iD=0D+SDB 不論D、S間有無電壓，均無法導(dǎo)通，不能導(dǎo)電。48PN+SGN+iD=0D+2uGS 0 ,uDS

17、 =0產(chǎn)生垂直向下的電場49PN+SGN+iD=0D+電場排斥空穴形成耗盡層吸引電子50PN+SGN+iD=0D+形成導(dǎo)電溝道當(dāng)uGS =UGS(th)時出現(xiàn)反型層可以通過改變vGS的大小來控制iD的大小。51PN+SGN+iD=0D+UGS(th)開啟電壓N溝道增強(qiáng)型MOS管，簡稱NMOSN溝道52二、MOS管的輸入、輸出特性 對于共源極接法的電路，柵極和襯底之間被二氧化硅絕緣層隔離，所以柵極電流為零。輸出特性曲線（漏極特性曲線）53夾斷區(qū)（截止區(qū)） 用途：做無觸點(diǎn)的、斷開狀態(tài)的電子開關(guān)。條件：整個溝道都夾斷 特點(diǎn)：54可變電阻區(qū)特點(diǎn):(1)當(dāng)vGS 為定值時，iD 是 vDS 的線性函數(shù)，

18、管子的漏源間呈現(xiàn)為線性電阻，且其阻值受 vGS 控制。 （2）管壓降vDS 很小。用途：做壓控線性電阻和無觸點(diǎn)的、閉合狀態(tài)的電子開關(guān)。條件：源端與漏端溝道都不夾斷 55恒流區(qū)：(又稱飽和區(qū)或放大區(qū)）特點(diǎn):(1)受控性： 輸入電壓vGS控制輸出電流(2)恒流性：輸出電流iD 基本上不受輸出電壓vDS的影響。條件:(1)源端溝道未夾斷 (2)漏端溝道預(yù)夾斷 用途:可做放大器和恒流源。56三、MOS管的基本開關(guān)電路 當(dāng)vI=vGSVGS(th)且vI繼續(xù)升高時，MOS管工作在可變電阻區(qū)。MOS管導(dǎo)通內(nèi)阻RON很小，D-S間相當(dāng)于閉合的開關(guān),vO0。58場效應(yīng)管開關(guān)電路VDDRDGiD+vIvO+SD

19、當(dāng)vI=VIL時，場效應(yīng)管截止，iD0，相當(dāng)于開關(guān)斷開，vOVCC；當(dāng)vI=VIH時，場效應(yīng)管導(dǎo)通，uDS0，相當(dāng)于開關(guān)閉合， vO0 ；當(dāng)vI VGS(th) 時，場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)；當(dāng)vI增加到一定程度時，場效應(yīng)管工作在 變阻區(qū)。uDSiDUGS1=UGS(th)OUGS1UGS2UGS3可變電阻區(qū)夾斷區(qū)恒流區(qū)59關(guān)于場效應(yīng)管符號的說明：N溝道增強(qiáng)型MOS管，襯底箭頭向里。漏、襯底和源、分開，表示零柵壓時溝道不通。表示襯底在內(nèi)部沒有與源極連接。N溝道耗盡型MOS管。漏、襯底和源不斷開表示零柵壓時溝道已經(jīng)連通。GSD如果是P溝道，箭頭則向外。P 溝道增強(qiáng)型603.3.2 CMOS反相器工作

20、原理 PMOS管NMOS管CMOS電路VDDT1T2vIvO一、電路結(jié)構(gòu) 當(dāng)NMOS管和PMOS管成對出現(xiàn)在電路中，且二者在工作中互補(bǔ)，稱為CMOS管(意為互補(bǔ))。61VDDTPTNvIvOvI=0截止 vo=“”導(dǎo) 通62vI=1VDDT1T2vIvO導(dǎo)通 vo=“”截止 靜態(tài)下，無論vI是高電平還是低電平，T1、T2總有一個截止，因此CMOS反相器的靜態(tài)功耗極小。633.3.2 CMOS與非門AT1T2VDDYT3T4BT1、T2構(gòu)成反相器；T3、T4構(gòu)成反相器 將T1、T3并聯(lián)，T2、T4串聯(lián)只要A、B中有一個為低電平，則T2、T4 有一個截止，T1、T3有一個導(dǎo)通，輸出高電平。只有A、

21、B均為高電平，則T2、T4均導(dǎo)通，T1、T3均截止，輸出低電平。工作原理：64T1、T2構(gòu)成反相器；T3、T4構(gòu)成反相器 將T1、T3串聯(lián)，T2、T4并聯(lián)只要A、B中有一個為高電平，則T2、T4有一個導(dǎo)通，T1、T3有一個截止，輸出低電平。只有A、B均為低電平，則T2、T4均截止， T1、T3均導(dǎo)通，輸出高電平。利用與非門、或非門和反相器又可組成與門、或門、與或非門等工作原理：AT3VDDYT1BT2T43.3.3 CMOS或非門653. 帶緩沖級的CMOS門電路66 帶緩沖級的門電路其輸出電阻、輸出高、低電平以及電壓傳輸特性將不受輸入端狀態(tài)的影響。電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)也變得更陡。67CMOS

22、三態(tài)輸出的門電路當(dāng)EN=1時，T1、T2截止，輸出為高阻態(tài)；當(dāng)EN=0時，T1、T2導(dǎo)通，輸出Y=A電路結(jié)構(gòu)與符號AVDDT1ENYT1T2T2控制端低電平有效YAEN68CMOS電路的優(yōu)點(diǎn)：靜態(tài)功耗小，每個門的功耗低至 1 W ， 僅為 TTL 的 1/1000 。2. 允許電源電壓范圍寬。 VDD相對的范圍達(dá) 318V。輸入阻抗高，輸入電流小，對信號無衰減作用。4. 扇出系數(shù)大（ N 50 ），驅(qū)動能力強(qiáng)。 抗干擾能力強(qiáng)： CMOS電路的噪聲容限為 40% UDD 。 集成度高，工作頻率范圍寬。7. 溫度穩(wěn)定性好， 可達(dá)-40+85 ，接近于 TTL 中 54 軍 品系列（ -55+125

23、 ）。8. 內(nèi)部有較完善的保護(hù)電路。691. 焊接時，電烙鐵外殼應(yīng)接地。2.存儲和運(yùn)輸CMOS電路，最好采用金屬屏蔽層做包裝材料。3. 器件插入或拔出插座時，所有電壓均需除去。4. 多余的輸入端不能懸空。輸入端懸空極易產(chǎn)生感應(yīng)較高的靜電電壓，造成器件的永久損壞。對多余的輸入端，可以按功能要求接電源或接地，或者與其它輸入端并聯(lián)使用。5. 注意與 TTL 電路連接時的匹配問題。CMOS電路使用注意事項輸入電路的靜電保護(hù) CMOS電路的輸入端設(shè)置了保護(hù)電路，給使用者帶來很大方便。但是，這種保護(hù)還是有限的。由于CMOS電路的輸入阻抗高，極易產(chǎn)生感應(yīng)較高的靜電電壓，從而擊穿MOS管柵極極薄的絕緣層，造成

24、器件的永久損壞。為避免靜電損壞，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：70TTL集成邏輯門電路的輸入和輸出結(jié)構(gòu)均采用半導(dǎo)體三極管，所以稱晶體管晶體管邏輯門電路，簡稱TTL電路。3.5 TTL門電路71一、 晶體管的結(jié)構(gòu)及類型NPN集電區(qū)發(fā)射區(qū)基區(qū)發(fā)射極集電極基極ecb發(fā)射結(jié)集電結(jié)1. 基區(qū)很薄2. 發(fā)射區(qū)摻雜濃度基區(qū)摻雜濃度3. 集電區(qū)尺寸發(fā)射區(qū)尺寸，集電區(qū)摻雜濃度0， UCE UBE 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏I(xiàn)C = IB 電流放大作用UBE0， UCE UBE IC = IB 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏無電流放大作用放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)76四、雙極型三極管的開關(guān)等效電路 開關(guān)等效電路(1) 截止?fàn)顟B(tài) 條件：發(fā)射結(jié)反偏特

25、點(diǎn)：電流約為0 77(2)飽和狀態(tài)條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏特點(diǎn)：UBES=0.7V，UCES=0.3V/硅78五、三極管的開關(guān)時間快慢從截止到飽和導(dǎo)通所需的時間稱為開啟時間 ton從飽和導(dǎo)通到截止所需時間稱為關(guān)閉時間toff輸出vO落后于輸入vIvIiCvOttttontoff發(fā)射區(qū)變窄、基區(qū)建立電荷所需要的時間。清除三級管內(nèi)存電荷所需要的時間。79六、 三極管反相器實(shí)際應(yīng)用中，接R2和VEE，使T可靠截止。-VEER2A為低電平（0），T截止，Y為高電平（1）A為高電平（1），T導(dǎo)通，Y為低電平（0） 實(shí)現(xiàn)了非門的關(guān)系 又稱反相器。(vI)A(vO)VCCR1RcYAY 加入VEE的目的

26、是確保即使輸入低電平信號稍大于零時，也能使三極管基極為負(fù)電位，從而使三極管 可靠截止，輸出為高電平。801. 體積大、工作不可靠。2. 需要不同電源。3. 各種門的輸入、輸出電平不匹配。分立元件門電路的缺點(diǎn)4. 帶負(fù)載能力差。 與分立元件電路相比，集成電路具有體積小、可靠性高、速度快的特點(diǎn)，而且輸入、輸出電平匹配，所以早已廣泛采用。根據(jù)電路內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，可分為DTL、TTL、HTL、MOS管集成門電路等。81輸入級倒相級輸出級稱為推拉式電路或圖騰柱輸出電路一、TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理821.輸入為低電平（0.2V）時三個PN結(jié)導(dǎo)通需2.1V0.9V不足以讓T2、T5導(dǎo)通T2、T5截止83

27、1.輸入為低電平（0.2V）時vovo=5vR2vbe4vD23.4V 輸出高電平842.輸入為高電平（3.4V）時電位被嵌在2.1V全導(dǎo)通 vB1=VIH+VON=4.1V發(fā)射結(jié)反偏1V截止T2、T5飽和導(dǎo)通852.輸入為高電平（3.4V）時vo =VCE50.3V 輸出低電平86 可見，無論輸入如何，T4和T5總是一管導(dǎo)通而另一管截止。 這種推拉式工作方式，帶負(fù)載能力很強(qiáng)。87VCCR14kR26kR4140R31kD1D2AYT1T2T4T5(vI)(vO)B1C2E2二、電壓傳輸特性（輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系曲線）vI0.7V，vB11.4V，T2、T5截止，T4導(dǎo)通vO=VOH=3.

28、4VABvO / V00.51.01.51.02.03.04.0vI / V截止區(qū)0.788VCCR14kR26kR4140R31kD1D2AYT1T2T4T5(vI)(vO)B1C2E2二、電壓傳輸特性（輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系曲線）ABvO / V00.51.01.51.02.03.04.0vI / V截止區(qū)0.7vI1.3V，1.4vB11.4，vB12.1V，T2、T5飽和導(dǎo)通，vO=VOL=0.2VE飽和區(qū)91門檻電壓VTH：當(dāng)輸入電壓高于此值時，輸出變?yōu)榈碗娖健?VTH 1.4VVCCR14kR26kR4140R31kD1D2AYT1T2T4T5(vI)(vO)B1C2E2二、電壓

29、傳輸特性（輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系曲線）ABvO / V00.51.01.51.02.03.04.0vI / VCDEVTH92二、主要參數(shù)1）輸出高電平UOH、輸出低電平UOL UOH2.4V UOL 0.4V 便認(rèn)為合格。 典型值UOH=3.6V UOL=0.3V93uO(V)ui(V)123UOHUOL(3.6V)(0.3V)2）輸入高電平UIHUIH 輸入低電平UILUIL 典型值UIH=3.6V UIL=0.3V UonUoff 開門電平Uon= UIH（min）關(guān)門電平Uoff = UIL（max） 典型值Uon=1.8V Uoff =0.8V 943）閾值電壓UTuiUT時，認(rèn)為

30、ui是高電平。UT=1.4Vu0(V)ui(V)123UOHUOL閾值UT=1.4VT4輸出管由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通(輸出高電平轉(zhuǎn)為低電平)時所對應(yīng)的輸入電壓954）抗干擾能力（輸入噪聲容限）uO(V)ui(V)123UOHUOL(3.6V)(0.3V)UIHUILUonUoff低電平噪聲容限： UNL= Uoff- UILUNL高電平噪聲容限： UNH= UIH - UonUNH用來說明門電路抗干擾能力96一、輸入特性（輸入端的伏安特性）1.vI=VIL=0.2V時1VIL=0.2VIIL=?負(fù)號表示輸入電流流出門.R14kD1T10.2VIILVCCbe2be5輸入端等效電路3.5.3 TTL反相

31、器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性972.vI=VIH=3.4V時1VIHI=3.4VIIH=?R14kD1T13.4VIIHVCCbe2be5VB1=2.1VT1處于倒置放大狀態(tài)一般情況下，IIH40A正號表示輸入電流流進(jìn)門.98一.輸入特性:輸入短路電流IIS(IIL)高電平輸入電流IIH99二.輸出特性TTL反相器高電平輸出特性由于受到功耗的限制手冊上給出的高電平輸出電流的最大值要比5mA小得多。74系列IOH(max)=0.4mARLVCCR4130VOHT4D2R21.6kiL輸出高電平時，T4導(dǎo)通，T5截止,電流流出門（拉電流）RL | iL | vR4 VOH100二.輸出特性IOL(m

32、ax)RLiL T 5 飽和程度 vCE5 VOL 輸出低電平時，T4截止，T5飽和VCCR3VOLT5iLRL電流流進(jìn)門（灌電流）VOL=0.2V時，iL=16mAiL /mA1015 52.01.0VOL /V0.216101前后級之間電流的聯(lián)系？102前級輸出為 高電平時前級（驅(qū)動門）后級（負(fù)載門）前級流出電流IOH（拉電流）1發(fā)射結(jié)反偏,輸入電流IIH很小(幾十A)103前級輸出為 低電平時前級（驅(qū)動門）后級（負(fù)載門）0流入前級的電流IOL (灌電流)輸入低電平時的輸入電流IIL，大約為1mA。104扇出系數(shù)驅(qū)動同類門的個數(shù)。灌電流工作時：拉電流工作時：扇出系數(shù)NO取NOL、 NOH中

33、較小的一個。扇出系數(shù)衡量門電路的帶負(fù)載能力。IILIOLIIHIOH105三、輸入端負(fù)載特性實(shí)際使用時，輸入端往往需接電阻RP =0.9K時，vI =0.8V； RP =1.9K時，vI =1.4V，輸出變?yōu)榈碗娖?；vI增加到1.4V后，不再增加。通過電阻接地R14kRPT1vIVCCbe2be51vIRP1061. 懸空的輸入端相當(dāng)于接高電平。2. 為了防止干擾，一般應(yīng)將懸空的輸入端接高電平。說明1073.5.5 其他類型的TTL門電路 一. 其他邏輯功能的門電路輸入端改成多發(fā)射極三極管1.與非門108 TTL集成門電路的封裝： 雙列直插式 如：TTL門電路芯片（四2輸入與非門，型號74LS

34、00 )地GND外 形管腳 電源VCC（+5V）10974LS00內(nèi)含4個2輸入與非門，74LS20內(nèi)含2個4輸入與非門。110兩方框中電路相同A為高電平時，T2、T5同時導(dǎo)通，T4截止，輸出Y為低電平。B為高電平時，T2、T5同時導(dǎo)通，T4截止，輸出Y為低電平。A、B都為低電平時，T2、T2同時截止，T5截止，T4導(dǎo)通，輸出Y為高電平。2.或非門111或非門與或非門1123.與或非門1134.異或門若A、B同時為高電平，T6、T9導(dǎo)通，T8截止，輸出低電平；A、B同時為低電平，T4、T5同時截止，使T7、T9導(dǎo)通，T8截止，輸出也為低電平。A、B不同時，T1正向飽和導(dǎo)通，T6截止；T4、T5中必有一個導(dǎo)通，從