半导体二极管和三极管的开关特性.ppt

《半导体二极管和三极管的开关特性.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半导体二极管和三极管的开关特性.ppt（39页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路获得高、低电平的基本方法：获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导通、截止（即开、关）两种工作状态。逻辑逻辑0、1：电路中用高、低电平来表示。2.1 半导体半导体二极管和二极管和三极管的开关特性三极管的开关特性1 1、二极管的开关特性、二极管的开关特性逻辑门电路：逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。简称门电路。常用门电路有与门、或门、非门（反相器）、与非门、或非门、与或非门和异或门等。二极管符号：正极负极uD 10/27/20221回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路ui0V时，二极管截止，如时，二极管截止，如同开关断开，同开关断开

2、，uo0V。ui5V时时，二二极极管管导导通通，如如同同的的电电压源，压源，uo。ui时，二极管截止，时，二极管截止，iD=0。ui时，二极管时，二极管导通。导通。10/27/20222回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路2 2、三极管的开关特性、三极管的开关特性10/27/20223回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路RbRc+VCCbce截止状态截止状态饱和状态饱和状态iBIBSui=UILuo=+VCCui=UIHuoRbRc+VCCbce0.7V0.3V饱和区截止区放大区10/27/20224回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路ui时，因为时，因为uBE，iB=0，三极管工三极管

3、工作在截止状态，作在截止状态，ic=0。因为。因为ic=0，所，所以输出电压：以输出电压：ui=1V时，基极电流：时，基极电流：因为因为0iBIBS，三极管工作在饱和三极管工作在饱和状态状态。输出电压：。输出电压：uouCES例：例：10/27/20225回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路转移特性曲线输出特性曲线uiuiGDSRD+VDDGDSRD+VDDGDSRD+VDD截止状态截止状态uiUTuo03 3、场效应管的开关特性、场效应管的开关特性10/27/20226回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路2.2 分立元件门电路分立元件门电路Y=AB1 1、二极管与门、二极管与门&10/2

4、7/20227回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路2 2、二极管或门、二极管或门Y=A+B10/27/20228回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路3 3、三极管非门、三极管非门uA0V时，时，三极管截止三极管截止，iB0，iC0，输出电，输出电压压uYVCC5VuA5V时，三极管导通。基极电流为：时，三极管导通。基极电流为：iBIBS，三极管工作在，三极管工作在饱和状态。饱和状态。输出电压输出电压uYUCES。三极管临界饱和时的基极电流为：三极管临界饱和时的基极电流为：10/27/20229回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路当当uA0V时时，由由于于uGSuA0V，小小于于开开启启电

5、电压压UT，所所以以MOS管管截止截止。输出电压为。输出电压为uYVDD10V。当当uA10V时，由于时，由于uGSuA10V，大于开启电压，大于开启电压UT，所以，所以MOS管管导通，导通，且工作在可变电阻区，导通电阻很小，只有几百欧姆。输出且工作在可变电阻区，导通电阻很小，只有几百欧姆。输出电压为电压为uY0V。10/27/202210回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路2.3 TTL集成门电路集成门电路一、一、TTLTTL与非门工作原理与非门工作原理倒置状态倒置状态10/27/202211回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路T2，T5截截止止1.有一个有一个输入端输入低电平输入端输入

6、低电平T4，D3导通导通10/27/202212回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路3.6V3.6VT2饱和饱和,T5深度饱和深度饱和T3，T4截止截止2.两个输入端两个输入端都输入高电平都输入高电平10/27/202213回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路功能表功能表真值表真值表逻辑表达式逻辑表达式输入有低，输出为高；输入有低，输出为高；输入有低，输出为高；输入有低，输出为高；输入全高，输出为低。输入全高，输出为低。输入全高，输出为低。输入全高，输出为低。10/27/202214回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路74LS00内含内含4个个2输入与非门，输入与非门，74LS20内含内

7、含2个个4输入与非门。输入与非门。10/27/202215回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路TTLTTL非门、或非门非门、或非门A=0时，时，T2、T5截止，截止，T3、T4导通，导通，Y=1。A=1时，时，T2、T5导通，导通，T3、T4截止，截止，Y=0。TTL非门非门只有一个输只有一个输入端入端10/27/202216回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路TTL或非门或非门10/27/202217回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路二、二、TTL电路的特性和参数电路的特性和参数1.抗干扰能力抗干扰能力2.(1)输出高电平值输出高电平值VOH3.典型值：典型值：4.VOH(min)5

8、.(2)输出低电平值输出低电平值VOL6.典型值：典型值：7.VOL(max)10/27/202218回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路(3)输入高电平值输入高电平值VIH VIH(min)=VON 保证输出为低电平的最小输入高电平保证输出为低电平的最小输入高电平(4)输入低电平值输入低电平值VIL VIL(max)=VOFF 保证输出为高电平的最大输入低电平保证输出为高电平的最大输入低电平vIvO03.6V0.3V2.4V0.4VVOFFVON(5)(5)噪声容限噪声容限 VNH=VOH(min)VON VNL=VOFF VOL(max)10/27/202219回首页第第2章章 逻辑门电

9、路逻辑门电路2.带负载能力带负载能力(1)输入低电平电流输入低电平电流IIL 典型值典型值(2)输入高电平电流输入高电平电流IIH 典型值典型值40uA10/27/202220回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路(3)输出低电平电流输出低电平电流IOL带灌电流负载能力：带灌电流负载能力：典型值典型值16mAT4截止截止T5饱和饱和IOL=IC510/27/202221回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路(4)输出高电平电流输出高电平电流IOH带拉电流负载能力：带拉电流负载能力：典型值典型值IOH=IE410/27/202222回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路(5)扇出系数扇出系数NO

10、 门电路能够驱动同类门电路的个数门电路能够驱动同类门电路的个数3.平均传输延迟时间平均传输延迟时间tPdtPHL输出由高电平变为低电平的时间输出由高电平变为低电平的时间tPLH输出由低电平变为高电平的时间输出由低电平变为高电平的时间tPd=(tPHL+tPLH)/210/27/202223回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路TTLTTL系列集成电路系列集成电路74：标准系列，前面介绍的TTL门电路都属于74系列，其典型电路与非门的平均传输时间tpd10ns，平均功耗P10mW。74H：高速系列，是在74系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd6ns，平均功耗P22mW。74

11、S：肖特基系列，是在74H系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd3ns，平均功耗P19mW。74LS：低功耗肖特基系列，是在74S系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd9ns，平均功耗P2mW。74LS系列产品具有最佳的综合性能，是TTL集成电路的主流，是应用最广的系列。10/27/202224回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路三、三、OC OC（集电极开路）（集电极开路）门门及及TSLTSL（三态）门（三态）门Y1=1,Y2=0 流过T4,T5的电流很大“线与线与”线与：线与：实行两个输出实行两个输出Y1,Y2相与相与A2B2Y2+5VT1T2D3

12、T4T5R1R2R3R44k1.6k130W1kA1B1Y1+5VT1T2D3T4T5R1R2R3R44k1.6k130W1kY10/27/202225回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路为解决一般为解决一般TTL与非门与非门不能线与不能线与而设计的，而设计的，VCC、R决定电流。决定电流。OC（集电极开路）门（集电极开路）门10/27/202226回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路TSL（三态）门（三态）门E0时，二极管时，二极管D导通，导通，T1、T3基极均被钳制在低电平，因而基极均被钳制在低电平，因而T2、T5均截止，均截止，输出端开路，电路处于输出端开路，电路处于高阻状态。高阻状

13、态。结论：电路的输出有结论：电路的输出有高阻态、高电平高阻态、高电平和和低电平低电平三种状态。三种状态。E1时，二极管时，二极管D截止，输出取决于输入截止，输出取决于输入A的状态，的状态，输出与输入的逻辑关输出与输入的逻辑关系和一般反相器相同系和一般反相器相同:10/27/202227回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路TSL（三态）门的应用：（三态）门的应用：构成数据总线：让各门的构成数据总线：让各门的控制端轮流处于低电平，即控制端轮流处于低电平，即任何时刻只让一个任何时刻只让一个TSL门处门处于工作状态，而其余于工作状态，而其余TSL门门均处于高阻状态，这样总线均处于高阻状态，这样总线就

14、会轮流接受各就会轮流接受各TSL门的输门的输出。出。作多路开关：作多路开关：E=0时，门时，门G1使能，使能，G2禁止，禁止，Y=A；E=1时，门时，门G2使能，使能，G1禁止，禁止，Y=B。信号双向传输：信号双向传输：E=0时信号向右传时信号向右传送，送，B=A；E=1时信时信号向左传送，号向左传送，A=B。10/27/202228回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路2.4 CMOS集成门电路集成门电路1 1、CMOS非门非门（1）uA0V时，TN截止，TP导通。输出电压uYVDD10V。（2）uA10V时，TN导通，TP截止。输出电压uY0V。10/27/202229回首页第第2章章 逻

15、辑门电路逻辑门电路2 2、CMOSCMOS与非门、或非门、与门、或门、与或非门和异或门与非门、或非门、与门、或门、与或非门和异或门CMOS与非门与非门A、B当中有一个或全为低电当中有一个或全为低电平时，平时，TN1、TN2中有一个或全部中有一个或全部截止，截止，TP1、TP2中有一个或全部中有一个或全部导通，输出导通，输出Y为高电平。为高电平。只有当输入只有当输入A、B全为高电平时，全为高电平时，TN1和和TN2才会都导通，才会都导通，TP1和和TP2才会都截止，输出才会都截止，输出Y才会为低电才会为低电平。平。10/27/202230回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路CMOS或非门或非门

16、只要输入只要输入A、B当当中有一个或全为高电中有一个或全为高电平，平，TP1、TP2中有一中有一个或全部截止，个或全部截止，TN1、TN2中有一个或全部中有一个或全部导通，输出导通，输出Y为低电为低电平。平。只有当只有当A、B全为全为低电平时，低电平时，TP1和和TP2才会都导通，才会都导通，TN1和和TN2才会都截止，输出才会都截止，输出Y才会为高电平。才会为高电平。10/27/202231回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路门门与与Y=AB=AB或门或门Y=A+B=A+BCMOS与或非门与或非门10/27/202232回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路CMOS异或门异或门3 3、CM

17、OS ODCMOS OD门、门、TSLTSL门及传输门门及传输门CMOS OD门10/27/202233回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路CMOS TSL门门E=1时，时，TP2、TN2均截止，均截止，Y与与地和电源都断开了，输出端呈现地和电源都断开了，输出端呈现为高阻态。为高阻态。E=0时，时，TP2、TN2均导通，均导通，TP1、TN1构成反相器。构成反相器。可见电路的输出有高阻态、高电可见电路的输出有高阻态、高电平和低电平平和低电平3种状态，是一种三态种状态，是一种三态门。门。10/27/202234回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路CMOS 传输门传输门C0、，即C端为低电平（

18、0V）、端为高电平（VDD）时，TN和TP都不具备开启条件而截止，输入和输出之间相当于开关断开一样。C1、，即C端为高电平（VDD）、端为低电平（0V）时，TN和TP都具备了导通条件，输入和输出之间相当于开关接通一样，uoui。10/27/202235回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路4 4、CMOSCMOS数字电路的特点及使用时的注意事项数字电路的特点及使用时的注意事项（1）CMOS电路的工作速度比TTL电路的低。（2）CMOS带负载的能力比TTL电路强。（3）CMOS电路的电源电压允许范围较大，约在318V，抗干扰能力比TTL电路强。（4）CMOS电路的功耗比TTL电路小得多。门电路的

19、功耗只有几个W，中规模集成电路的功耗也不会超过100W。（5）CMOS集成电路的集成度比TTL电路高。（6）CMOS电路适合于特殊环境下工作。（7）CMOS电路容易受静电感应而击穿，在使用和存放时应注意静电屏蔽，焊接时电烙铁应接地良好，尤其是CMOS电路多余不用的输入端不能悬空，应根据需要接地或接高电平。CMOS数字电路的特点数字电路的特点10/27/202236回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路使用集成电路时的注意事项使用集成电路时的注意事项（1）对于各种集成电路，使用时一定要在推荐的工作条件范围）对于各种集成电路，使用时一定要在推荐的工作条件范围内，否则将导致性能下降或损坏器件。内，否

20、则将导致性能下降或损坏器件。（2）数字集成电路中多余的输入端在不改变逻辑关系的前提下）数字集成电路中多余的输入端在不改变逻辑关系的前提下可以并联起来使用，也可根据逻辑关系的要求接地或接高电平。可以并联起来使用，也可根据逻辑关系的要求接地或接高电平。TTL电路多余的输入端悬空表示输入为高电平；但电路多余的输入端悬空表示输入为高电平；但CMOS电路，电路，多余的输入端不允许悬空，多余的输入端不允许悬空，否则电路将不能正常工作。否则电路将不能正常工作。（3）TTL电路和电路和CMOS电路之间一般不能直接连接，电路之间一般不能直接连接，而需利用接而需利用接口电路进行电平转换或电流变换才可进行连接，使前

21、级器件的输口电路进行电平转换或电流变换才可进行连接，使前级器件的输出电平及电流满足后级器件对输入电平及电流的要求，并不得对出电平及电流满足后级器件对输入电平及电流的要求，并不得对器件造成损害。器件造成损害。10/27/202237回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路利用半导体器件的开关特性，可以构成与门、或门、利用半导体器件的开关特性，可以构成与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等各种逻辑门电非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等各种逻辑门电路，也可以构成在电路结构和特性两方面都别具特色的三态路，也可以构成在电路结构和特性两方面都别具特色的三态门、门、OCOC门。门。随着集成

22、电路技术的飞速发展，分立元件的数字电路随着集成电路技术的飞速发展，分立元件的数字电路已被集成电路所取代。已被集成电路所取代。TTLTTL电路的优点是开关速度较高，抗干扰能力较强，带电路的优点是开关速度较高，抗干扰能力较强，带负载的能力也比较强，缺点是功耗较大。负载的能力也比较强，缺点是功耗较大。CMOSCMOS电路具有制造工艺简单、功耗小、输入阻抗高、电路具有制造工艺简单、功耗小、输入阻抗高、集成度高、电源电压范围宽等优点，其主要缺点是工作速度集成度高、电源电压范围宽等优点，其主要缺点是工作速度稍低，但随着集成工艺的不断改进，稍低，但随着集成工艺的不断改进，CMOSCMOS电路的工作速度已电路的工作速度已有了大幅度的提高有了大幅度的提高。本本章章小结小结10/27/202238回首页第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路第2章结 束10/27/202239