晶体管的开关特性+32基本逻辑门电路.ppt

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1、第第3 3章章 集成逻辑门电路集成逻辑门电路3.1 概述概述3.2 半导体二极管逻辑门电路半导体二极管逻辑门电路3.4 TTL集成逻辑门电路集成逻辑门电路3.3 MOS集成逻辑门电路集成逻辑门电路*3.5 TTL与与CMOS电路的接口电路的接口1门门电电路路分立元件门电路分立元件门电路集成门电路集成门电路双极型集成门（双极型集成门（TTLTTL集成门集成门）单极型集成门（单极型集成门（MOSMOS集成门）集成门）集成逻辑门中使用的开关器件是：集成逻辑门中使用的开关器件是：晶体管晶体管 场效应管场效应管 研究它们的研究它们的开关开关特性特性门电路门电路是数字系统最基本的单元电路。是数字系统最基本

2、的单元电路。与门、与门、或门、或门、与非门、与非门、或非门、或非门、异或门等。异或门等。3.1 概述概述2 ViVoK5VRK断断开开-K闭闭合合-可用可用二极管二极管、三极管三极管、场效应管场效应管代替代替Vo=5v输出输出高电平高电平Vo=0v输出输出低电平低电平获得高低输出电平的原理电路获得高低输出电平的原理电路3、高、低电平高、低电平的概念的概念 电平就是电位，在数字电路中，人们习惯于电平就是电位，在数字电路中，人们习惯于高、低电平一词来描述电位的高低。高、低电平一词来描述电位的高低。它们表示的都它们表示的都是是一定的电压范围一定的电压范围，而不是一个固定不变的数值。，而不是一个固定不

3、变的数值。高电平的电压范围：高电平的电压范围：1.8-5V低电平的电压范围：低电平的电压范围：0-0.8V0V5V0.8V1.8V正逻辑正逻辑10负逻辑负逻辑0143.2.1 晶体二极管的开关特性晶体二极管的开关特性 二极管正偏与等效电路二极管正偏与等效电路+1 k5V(a)(b)RVcc0.7V+i+0.7v3.2 半导体二极管逻辑门电路半导体二极管逻辑门电路5VccR+(b)5V+0mA5V+1 k(a)二极管反偏与等效电路二极管反偏与等效电路6tVi0(a)ti0(b)tre 二极管动态电流波形二极管动态电流波形7VCC=+5VAFR=2.8KBCA B CF0 0 00 0 10 1

4、00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 100000001&ABCFIILIIL=(VCC-0.7)/RII L =(5-0.7)/2.8K=1.5mA3.2.2 二极管与门电路二极管与门电路8思考如下问题：思考如下问题：（1）试问）试问IIL，IIL1，IIL2，IIL3其值各为多少？它们之间有其值各为多少？它们之间有何关系？（设何关系？（设VCC=5V，UIL=0.3V，UIH=6V）IIL3IIL2FIIL&IIL1VCC=+5VAFR=2.8KBCIIL1IIL2IIL3 IIL&将几个输入端并联使用时，总的输入低电平电流将几个输入端并联使用时，总的输入低电平电流与使用单个输

5、入端的输入低电平电流基本相等。与使用单个输入端的输入低电平电流基本相等。IIL=(5-0.7)/2.8（mA）IIL1=IIL2=IIL3=IIL/39（2）在下图中，（设）在下图中，（设VCC=5V，UIL=0.3V，UIH=6V）。）。F +6V&IIHR 2.8k VCC +5VD3D2ABCD1输入高电平电流输入高电平电流IIH=二极管反向饱和电流二极管反向饱和电流IIH+6V10 在下图中，在下图中，IIH，IIH1，IIH2，IIH3其值各为多少？它们之其值各为多少？它们之间有何关系？（设间有何关系？（设VCC=5V，UIL=0.3V，UIH=6V）。）。IIH3FIIHIIH2+

6、6V&IIH1VCC=+5VAFR=2.8KBC 将几个输入端并联使用时，总的输入高将几个输入端并联使用时，总的输入高电平电流将按并联输入端的数目加倍。电平电流将按并联输入端的数目加倍。IIH1+6VIIH2IIH3113.2.3 半导体二极管或门电路半导体二极管或门电路 R=2.8KABCFA B CF0 1 11 0 10 0 10 0 00 1 01 0 01 1 01 1 1011111111ABCF12二极管与门和或门电路的缺点：二极管与门和或门电路的缺点：（2 2）负载能力差）负载能力差（1 1）在多个门串接使用时，会出现低电平偏）在多个门串接使用时，会出现低电平偏离标准数值的情况

7、。离标准数值的情况。133.3.4 TTL4 TTL集成逻辑门电路集成逻辑门电路 集成电路（集成电路（Integrated circuit），），简称简称IC。就是将元器件和连线制作在一个半导体基片上就是将元器件和连线制作在一个半导体基片上的完整电路。的完整电路。集成度集成度：一个芯片内含有等效逻辑门的个数。：一个芯片内含有等效逻辑门的个数。小规模集成电路小规模集成电路SSI 1-10个逻辑门个逻辑门/片片中规模集成电路中规模集成电路MSI 10-100个逻辑门个逻辑门/片片大规模集成电路大规模集成电路LSI 大于大于100个逻辑门个逻辑门/片片 超大规模超大规模IC VLSI 10000以上

8、个逻辑门以上个逻辑门/片片所用半导体器件的不同所用半导体器件的不同TTL电路电路MOS电路电路143.4.1 晶体三极管的开关特性晶体三极管的开关特性1.晶体三极管的工作状态晶体三极管的工作状态截止、截止、放大、放大、饱和饱和iC/mAVCE/V截止区截止区饱饱和和区区80A60A40A20AIB=0放放大大区区0 RCRBVCCvivoiBiC 15 RCRBVCCvivoiBiC 截止：截止：发射结、集电结都反偏发射结、集电结都反偏vi0.7viB 0iC=iB饱和：饱和：发射结、集电结都正偏发射结、集电结都正偏0.7viB 0vo=vces 0.3viB iCviVCE/V截止区截止区饱

9、饱和和区区80A60A40A20AIB=0放放大大区区016iC/mAVCE/V截止区截止区饱饱和和区区80A60A40A20AIB=0放放大大区区0饱和判别条件饱和判别条件:iB IBS饱和：饱和：ICS(VCC-0.3)/RC临界饱和：临界饱和：IBS=ICS/RCRBVCCvivoiBiC-BRBESViV=Bi17 RCRBVCCvivoiBiC(a)截止：截止：vi0.7viB 0iC=iB饱和：饱和：vi0.7viB 0vo=vces 0.3viCS=(VCC 0.3)/RCiB IBS判断三极管是否饱和的条件判断三极管是否饱和的条件IBS=(VCC 0.3)/RC18 RCRBV

10、CCvivoiBiC(a)例例1.在所示电路中，若在所示电路中，若VCC=5V,RC=1k,RB=30k时，试分析计算：时，试分析计算：(1)=100，试求试求vi=0V和和vi=3V时的输出时的输出 电压电压vo 解：解：vi=0V时时,VBE=Vi=0 V三极管三极管截止截止,Vo=VCC=5Vvi=3V时时,047.011003.05=.-=-=BSICESVCCV=CR CSI 077.0=307.03-=-BRBESViV=Bi由于：由于：iBIBS，三极管饱和，所以输出电压三极管饱和，所以输出电压vo=0.3V19(2)若若=50其余条件不变其余条件不变，再求，再求vi=0V和和

11、vi=3V 时时的输出电压的输出电压vo=?(VCC=5V,RC=1k,RB=30k)解：解：vi=0V时时,Vo=5Vvi=3V时时,0.094150=.=BSICESV=CR CSI 5-CCV3.0077.0=307.03-=BRBESViV=Bi由于：由于：iBIBS，所以三极管处于所以三极管处于放大放大状态状态-RCRBVCCvivoiBiC 20vo=VCCiCRCiC=iB=500.077=3.85mA5v1K？三极管处于三极管处于放大放大状态时，状态时，vo=?RCRBVCCvivoiBiC(a)vo=1.15 V21(3)分析分析VCC,vi,RB,RC,的大小如何变的大小如

12、何变 化才化才有利于三极管的饱和？有利于三极管的饱和？饱和条件？饱和条件？iB IBS-=BSICESVCCV=CR CSI-BRBESViV=Bi时有利于三极管饱和。时有利于三极管饱和。VCCviRBRC RCRBVCCvivoiBiC(a)222晶体管的动态特性晶体管的动态特性 tofftonVO00ViRCRBVCCvivoiBiCb(a)ton:开通时间开通时间toff:关闭时间关闭时间23R1DR2AF+5V+3V嵌位二极管嵌位二极管3.三极管非门三极管非门uA uF 3V 0.3V 0V 3.7V 24D1D2AB+5V二极管与门二极管与门与非门与非门R1DD5F+5V+3V三极管非门三极管非门D425 同样，我们利用二极管或门和三极管同样，我们利用二极管或门和三极管非门串联可构成非门串联可构成或非门或非门。即。即 如果将与门的输出和或非门的输入相如果将与门的输出和或非门的输入相连，便构成连，便构成与或非门与或非门，即，即 26作作 业业3.1027