第08讲2.1-2.2二极管及三极管的开关特性、基本逻辑门电路电子教案课件最新版.ppt

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1、2022-5-311 2022-5-312请回忆实现与、或、非逻辑的开关电路形式？它们有何共同特点？开关电路与逻辑电路是如何联系起来的？2022-5-313 数字电路中的晶体二极管、三极管和MOS管工作在开关状态。导通状态：相当于开关闭合截止状态：相当于开关断开。逻辑变量两状态开关： 在逻辑代数中逻辑变量有两种取值：0和1；电子开关有两种状态：闭合、断开。半导体二极管、三极管和MOS管，则是构成这种电子开关的基本开关元件。2022-5-314 (1) 静态特性： 断开时，开关两端的电压不管多大，等效电阻ROFF = 无穷，电流IOFF = 0。 闭合时，流过其中的电流不管多大，等效电阻RON

2、= 0，电压UAK = 0。 (2) 动态特性：开通时间 ton = 0 关断时间 toff = 0 理想开关的开关特性： 2022-5-315客观世界中，没有理想开关。乒乓开关、继电器、接触器等的静态特性十分接近理想开关，但动态特性很差，无法满足数字电路一秒钟开关几百万次乃至数千万次的需要。半导体二极管、三极管和MOS管做为开关使用时，其静态特性不如机械开关，但动态特性很好。2022-5-316静态特性及开关等效电路正向导通时UD(ON)0.7V（硅） 0.3V（锗）RD几 几十相当于开关闭合 图2-1 二极管的伏安特性曲线2022-5-317反向截止时反向饱和电流极小反向电阻很大（约几百k

3、）相当于开关断开图2-1 二极管的伏安特性曲线2022-5-318图2-2 二极管的开关等效电路(a) 导通时 (b) 截止时图2-1 二极管的伏安特性曲线开启电压理想化伏安特性曲线2022-5-3192. 动态特性：若输入信号频率过高，二极管会双向导通，失去单向导电作用。因此高频应用时需考虑此参数。二极管从截止变为导通和从导通变为截止都需要一定的时间。通常后者所需的时间长得多。 反向恢复时间tre ：二极管从导通到截止所需的时间。一般为纳秒数量级（通常tre 5ns ）。2022-5-31101. 静态特性及开关等效电路在数字电路中，三极管作为开关元件，主要工作在饱和和截止两种开关状态，放大

4、区只是极短暂的过渡状态。图2-3三极管的三种工作状态（a）电路 （b）输出特性曲线2022-5-3111开关等效电路(1) 截止状态 条件：发射结反偏特点：电流约为0 2022-5-3112(2)饱和状态条件：发射结正偏，集电结正偏特点：UBES=0.7V，UCES=0.3V/硅2022-5-3113图2-4三极管开关等效电路(a) 截止时 (b) 饱和时2022-5-31142. 三极管的开关时间（动态特性）图2-5 三极管的开关时间 开启时间ton 上升时间tr延迟时间td关闭时间toff下降时间tf存储时间ts2022-5-3115(1) 开启时间ton 三极管从截止到饱和所需的时间。t

5、on = td +tr td ：延迟时间 tr ：上升时间(2) 关闭时间toff 三极管从饱和到截止所需的时间。toff = ts +tf ts ：存储时间（几个参数中最长的；饱和越深越长）tf ：下降时间toff ton 。开关时间一般在纳秒数量级。高频应用时需考虑。2022-5-3116门电路的概念： 实现基本和常用逻辑运算的电子电路，叫逻辑门电路。实现与运算的叫与门，实现或运算的叫或门，实现非运算的叫非门，也叫做反相器，等等。分立元件门电路和集成门电路: 分立元件门电路：用分立的元件和导线连接起来构成的门电路。简单、经济、功耗低，负载差。 集成门电路：把构成门电路的元器件和连线都制作在

6、一块半导体芯片上，再封装起来，便构成了集成门电路。现在使用最多的是CMOS和TTL集成门电路。2022-5-3117电路工作原理A、B为输入信号 （+3V或0V）F 为输出信号 VCC+12V表2-1电路输入与输出电压的关系ABF0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V2022-5-3118用逻辑1 1表示高电平（此例为+3V+3V）用逻辑0 0表示低电平（此例为0.7V0.7V）ABF0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V3. 逻辑赋值并规定高低电平4. 真值表ABF000010100111表2-2 二极管与门的真值表A A、B B全1，F

7、F才为1。可见实现了与逻辑2022-5-3119逻辑符号工作波形(又一种表示逻辑功能的方法）逻辑表达式FA B图2-6 二极管与门（a）电路 （b）逻辑符号 （c）工作波形2022-5-3120电路工作原理电路输入与输出电压的关系ABF0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3VA、B为输入信号（+3V或0V）F为输出信号 2022-5-31214. 真值表ABF0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3V可见实现了或逻辑3. 逻辑赋值并规定高低电平用逻辑1 1表示高电平（此例为+2.3V+2.3V）用逻辑0 0表示低电平（此例为0V0V）ABF00001110

8、1111A A、B B有1，F F就1。表2-2 二极管或门的真值表2022-5-3122图2-7 二极管或门（a）电路 （b）逻辑符号 （c）工作波形逻辑符号工作波形逻辑表达式FA+ B2022-5-3123 电位指绝对电压的大小；电平指一定的电压范围。 高电平和低电平：在数字电路中分别表示两段电压范围。 例：上面二极管与门电路中规定高电平为3V，低电平0.7V。 又如，TTL电路中，通常规定高电平的额定值为3V，但从2V到5V都算高电平；低电平的额定值为0.3V，但从0V到0.8V都算作低电平。关于高低电平的概念 2022-5-31242. 逻辑状态赋值 在数字电路中，用逻辑0和逻辑1分别

9、表示输入、输出高电平和低电平的过程称为逻辑赋值。 经过逻辑赋值之后可以得到逻辑电路的真值表，便于进行逻辑分析。2022-5-3125图2-8 非门(a) 电路 （b）逻辑符号电路工作原理A、B为输入信号 （+3.6V或0.3V）F为输出信号 AF0.3V+VCC3.6V0.3V2022-5-31263. 逻辑赋值并规定高低电平用逻辑1 1表示高电平（此例为+3.6V+3.6V）用逻辑0 0表示低电平（此例为0.3V0.3V）4. 真值表AF0.3V+VCC3.6V0.3VAF0110表2-4 三极管非门的真值表A与F相反可见实现了非逻辑Y=A2022-5-3127正逻辑体系：用1表示高电平，用0表示低电平。负逻辑体系：用1表示低电平，用0表示高电平。 正负逻辑的规定 正负逻辑的转换对于同一个门电路，可以采用正逻辑，也可以采用负逻辑。 本书若无特殊说明，一律采用正逻辑体制。 同一个门电路，对正、负逻辑而言，其逻辑功能是不同的。2022-5-3128ABF0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V正与门相当于负或门二极管与门电路用正逻辑ABF000010100111正与门用负逻辑负或门ABF1111010110002022-5-31292-1