半導(dǎo)體二極管和三極管的開關(guān)特性ppt課件

1、回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路獲得高、低電平的基本方法：利用半導(dǎo)體開關(guān)元件的導(dǎo)通、截止即開、關(guān)兩種工作狀態(tài)。邏輯0、1： 電路中用高、低電平來表示。2.1 半導(dǎo)體二極管和三極管的開關(guān)特性半導(dǎo)體二極管和三極管的開關(guān)特性1 1、二極管的開關(guān)特性、二極管的開關(guān)特性邏輯門電路：用以實(shí)現(xiàn)基本和常用邏輯運(yùn)算的電子電路。簡稱門電路。常用門電路有與門、或門、非門反相器）、與非門、或非門、與或非門和異或門等。二極管符號：正極負(fù)極uD 回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路 + ui RL +uo D開關(guān)電路 IF 0.5 0.7iD(mA) uD(V)伏安特性UBR0 + ui=0V RL +uo Du

2、i=0V時的等效電路 + + ui=5V RL +uo D 0.7Vui=5V 時的等效電路ui0V時，二極管截止，如時，二極管截止，如同開關(guān)斷開，同開關(guān)斷開，uo0V。ui5V時，二極管導(dǎo)通，如同時，二極管導(dǎo)通，如同0.7V的電壓源，的電壓源，uo4.3V。ui0.5V時，時，二極管導(dǎo)通。二極管導(dǎo)通?；厥醉摰诘?章章 邏輯門電路邏輯門電路10kui iB eRb b+VCC=+5ViC uo Rc1k c=402 2、三極管的開關(guān)特性、三極管的開關(guān)特性 NPN型三極管截止、放大、飽和3 種工作狀態(tài)的特點(diǎn)工作狀態(tài)截 止放 大飽 和條 件iB00iBIBSiBIBS偏置情況發(fā)射結(jié)反偏集電結(jié)反偏u

3、BE0，uBC0，uBC0，uBC0集電極電流iC0iCiBiCICSce間電壓uCEVCCuCEVCCiCRcuCEUCES0.3V工作特點(diǎn)ce間等效電阻很大，相當(dāng)開關(guān)斷開可變很小，相當(dāng)開關(guān)閉合回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路Q2ui iB e Rb biC (mA) 直流負(fù)載線 VCC Rc 0+VCCiC uo工作原理電路輸出特性曲線80A60A40A20AiB=00 UCES VCC uCE(V) 0 0.5 uBE(V)輸入特性曲線iB(A)Q1Q Rc cRbRc+VCCbce截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài)飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)iBIBSui=UIL0.5Vuo=+VCCui=UIHuo=0.3

4、VRbRc+VCCbce0.7V0.3V飽和區(qū)截止區(qū)放大區(qū)回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路10kui iB eRb b+VCC=+5ViC uo Rc1k c=40ui=0.3V時，因?yàn)闀r，因?yàn)閡BE0.5V，iB=0，三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)，三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)，ic=0。因?yàn)?。因?yàn)閕c=0，所以輸出電壓：，所以輸出電壓：ui=1V時，基極電流：時，基極電流：因?yàn)橐驗(yàn)?iBIBS，三極管工作在飽，三極管工作在飽和狀態(tài)。輸出電壓：和狀態(tài)。輸出電壓：uouCES0.3V例：例：回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路 iD(mA) 0uDS(V)0 UT uGS(V)iD(mA)uGS=10V

5、8V6V4V2V轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線uiuiGDSRD+VDDGDSRD+VDDGDSRD+VDD截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài)uiUTuo03 3、場效應(yīng)管的開關(guān)特性、場效應(yīng)管的開關(guān)特性回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.2 分立元件門電路分立元件門電路+VCC(+5V) R 3k Y D1A D2B5V0VABY &uA uBuYD1 D20V 0V0V 5V5V 0V5V 5V0.7V0.7V0.7V5V導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通 截止截止 導(dǎo)通截止 截止A BY0 00 11 01 10001Y=AB1 1、二極管與門、二極管與門&回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路A D1B D2

6、 5V 0V YR3k2 2、二極管或門、二極管或門ABY 1uA uBuYD1 D20V 0V0V 5V5V 0V5V 5V0V4.3V4.3V4.3V截 止 截 止截 止 導(dǎo) 通導(dǎo) 通 截 止導(dǎo) 通 導(dǎo) 通A BY0 00 11 01 10111Y=A+B回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路A =40+5V Y電路圖1邏輯符號AY1k4.3k3 3、三極管非門、三極管非門uA0V時，三極管截止，時，三極管截止，iB0，iC0，輸出，輸出電壓電壓uYVCC5VuA5V時，三極管導(dǎo)通。基極電流為：時，三極管導(dǎo)通?；鶚O電流為：iBIBS，三極管工作在飽和狀態(tài)。，三極管工作在飽和狀態(tài)。輸出電壓輸

7、出電壓uYUCES0.3V。mA1mA3 . 47 . 05 Bi三極管臨界飽和時的基極電流為：三極管臨界飽和時的基極電流為：mA16. 01303 . 05 BSIAY0110AY 回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路AA1電路圖邏輯符號YYGSDB+VDD+10V RD20k當(dāng)當(dāng)uA0V時，由于時，由于uGSuA0V，小于開啟電壓，小于開啟電壓UT，所以，所以MOS管截止。輸出電壓為管截止。輸出電壓為uYVDD10V。當(dāng)當(dāng)uA10V時，由于時，由于uGSuA10V，大于開啟電壓，大于開啟電壓UT，所以，所以MOS管導(dǎo)通，且工作在可變電阻區(qū)，導(dǎo)通電阻很小，只有幾百歐姆。管導(dǎo)通，且工作在可變

8、電阻區(qū)，導(dǎo)通電阻很小，只有幾百歐姆。輸出電壓為輸出電壓為uY0V。AY 回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路 T4 +VCC(+5V) b1 A B R1 4k T3 T2 T1 Y R4 100 +VCC(+5V) T5 A B TTL與非門電路 T1的等效電路 D3 c1 R1 3k R2 750 R3 360 R5 3k D1 D2 2.3 TTL集成門電路集成門電路一、一、TTLTTL與非門工作原理與非門工作原理倒置狀態(tài)倒置狀態(tài) Y A B & 回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路ABY+5VT1T2D3T4T5R1R2R3R44k1.6k1301k0.3V1.0V3.6V

9、T2，T5截截止止1. 有一個輸入端輸入低電平T4 ， D3導(dǎo)通導(dǎo)通回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路ABY+5VT1T2D3T4T5R1R2R3R44k1.6k1301k2.1V3.6V3.6VT2飽和飽和,T5深度飽和深度飽和0.7V1.0VT3，T4截止截止0.3V2. 兩個輸入端都輸入高電平回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路BAY uA uBuY0.3V 0.3V0.3V 3.6V3.6V 0.3V3.6V 3.6V3.6V3.6V3.6V0.3VA BY0 00 11 01 11110功能表功能表真值表真值表邏輯表達(dá)式邏輯表達(dá)式回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路74LS0

10、0 的引腳排列圖VCC 3A 3B 3Y 4A 4B 4Y 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND 14 13 12 11 10 9 874LS20 1 2 3 4 5 6 7VCC 2A 2B NC 2C 2D 2Y 1A 1B NC 1C 1D 1Y GND74LS20 的引腳排列圖 14 13 12 11 10 9 874LS00 1 2 3 4 5 6 774LS00內(nèi)含內(nèi)含4個個2輸入與非門，輸入與非門，74LS20內(nèi)含內(nèi)含2個個4輸入與非門。輸入與非門。回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路TTLTTL非門、或非門非門、或非門 14 13 12 11 10 9 874LS04

11、1 2 3 4 5 6 7VCC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND6 反相器 74LS04 的引腳排列圖T4AR13kT3T2T1YR4100+VCCT5R2750R3360R53kTTL 反相器電路A=0時，時，T2、T5截止，截止，T3、T4導(dǎo)通，導(dǎo)通，Y=1。A=1時，時，T2、T5導(dǎo)通，導(dǎo)通，T3、T4截止，截止，Y=0。AY TTL非門非門只有一個只有一個輸入端輸入端回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路 14 13 12 11 10 9 874LS02 1 2 3 4 5 6 7VCC 3Y 3B 3A 4Y 4B 4A 1Y 1B 1

12、A 2Y 2B 3A GND74LS02 的引腳排列圖T4ABR1T3T2T1YR4+VCCT5R2R3R5T2T1R1TTL 或非門電路BAYTTL或非門或非門回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路二、二、TTL電路的特性和參數(shù)電路的特性和參數(shù)抗干擾能力抗干擾能力 (1)輸出高電平值輸出高電平值VOH 典型值：典型值：3.6V VOH(min) =2.4V(2)輸出低電平值輸出低電平值VOL 典型值：典型值：0.3V VOL(max) =0.4VvI&+5VVVvOvIvO03.6V0.3V2.4V0.4VVOFFVON回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路(3)輸入高電平值輸入高電

13、平值VIH VIH(min)=VON=2.0V 保證輸出為低電平的最小輸入高電平保證輸出為低電平的最小輸入高電平 (4)輸入低電平值輸入低電平值VIL VIL(max)=VOFF =0.8V 保證輸出為高電平的最大輸入低電平保證輸出為高電平的最大輸入低電平vIvO03.6V0.3V2.4V0.4VVOFFVON(5)(5)噪聲容限噪聲容限 VNH= VOH(min) VONVNH= VOH(min) VON VNL= VOFF VOL(max) VNL= VOFF VOL(max)回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路2. 帶負(fù)載能力帶負(fù)載能力(1)輸入低電平電流輸入低電平電流IIL 典型值典

14、型值1.6mAT1R1+5VIIH2.1V3.6VT1R1+5VIIL1.0V0.3V(2)輸入高電平電流輸入高電平電流IIH 典型值典型值40uA回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路ABY+5VT1T2T3T4T5R1R2R3R4R5T1R1T1R1+5V(3)輸出低電平電流輸出低電平電流IOL帶灌電流負(fù)載能力：帶灌電流負(fù)載能力： 典型值典型值16mAT4截止截止T5飽和飽和IOL=IC5回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路ABY+5VT1T2T3T4T5R1R2R3R4R5T1R1T1R1+5V(4)輸出高電平電流輸出高電平電流IOH帶拉電流負(fù)載能力：帶拉電流負(fù)載能力： 典型值典型值0

15、.4mAIOH=IE4回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路(5)扇出系數(shù)扇出系數(shù)NO 門電路能夠驅(qū)動同類門電路的門電路能夠驅(qū)動同類門電路的個數(shù)個數(shù)3.平均傳輸延遲時間平均傳輸延遲時間tPdtPHL輸出由高電平變?yōu)榈碗娖降妮敵鲇筛唠娖阶優(yōu)榈碗娖降臅r間時間tPLH輸出由低電平變?yōu)楦唠娖降妮敵鲇傻碗娖阶優(yōu)楦唠娖降臅r間時間tPHLtPLH50%50%tPd=(tPHL+ tPLH)/2回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路TTLTTL系列集成電路系列集成電路74：標(biāo)準(zhǔn)系列，前面介紹的TTL門電路都屬于74系列，其典型電路與非門的平均傳輸時間tpd10ns，平均功耗P10mW。74H：高速系列，是在7

16、4系列基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的，其典型電路與非門的平均傳輸時間tpd6ns，平均功耗P22mW。74S：肖特基系列，是在74H系列基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的，其典型電路與非門的平均傳輸時間tpd3ns，平均功耗P19mW。74LS：低功耗肖特基系列，是在74S系列基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的，其典型電路與非門的平均傳輸時間tpd9ns，平均功耗P2mW。74LS系列產(chǎn)品具有最佳的綜合性能，是TTL集成電路的主流，是應(yīng)用最廣的系列?；厥醉摰诘?章章 邏輯門電路邏輯門電路三、三、OC OC （集電極開路門（集電極開路門及及TSLTSL三態(tài)門三態(tài)門Y1 =1,Y2=0 流過T4,T5的電流很大“線與線與”221121BABAYY

17、Y 線與：實(shí)行兩個輸出線與：實(shí)行兩個輸出Y1,Y2相與相與A2B2Y2+5VT1T2D3T4T5R1R2R3R44k1.6k1301kA1B1Y1+5VT1T2D3T4T5R1R2R3R44k1.6k1301kY回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路OC 與非門的電路結(jié)構(gòu)AB+VCCYR YABCD&OC 門線與圖+VCCR Y1 Y2 T1 T2 T3 uB1為解決一般為解決一般TTL與非門不能線與而設(shè)計的，與非門不能線與而設(shè)計的，VCC、R決定電流。決定電流。OC集電極開路門集電極開路門21YYY 回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路TSL （三態(tài)門（三態(tài)門國標(biāo)符號T4AR13k

18、T3T2T1YR4100+VCC(+5V)T5R2750R3360R53kAE&ENYED電路結(jié)構(gòu)E0時，二極管時，二極管D導(dǎo)通，導(dǎo)通，T1、T3基極均被鉗制在低電平，因而基極均被鉗制在低電平，因而T2、T5均截均截止，輸出端開路，電路處于高阻狀態(tài)。止，輸出端開路，電路處于高阻狀態(tài)。結(jié)論：電路的輸出有高阻態(tài)、高電平和低電平三種狀態(tài)。結(jié)論：電路的輸出有高阻態(tài)、高電平和低電平三種狀態(tài)。E1時，二極管時，二極管D截止，輸出取決于輸入截止，輸出取決于輸入A的狀態(tài)，的狀態(tài)， 輸出與輸入的邏輯關(guān)輸出與輸入的邏輯關(guān)系和一般反相器相同系和一般反相器相同:AY 回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路TS

19、L三態(tài)門的應(yīng)用：三態(tài)門的應(yīng)用：G1總線ABE1ENY1EN1AE1ENB1EN1 1ENE1 A1 1ENE2 A2 1ENEn An(a) 多路開關(guān)(b) 雙向傳輸(c) 單向總線G1G2G1G2G2Gn構(gòu)成數(shù)據(jù)總線：讓各門的構(gòu)成數(shù)據(jù)總線：讓各門的控制端輪流處于低電平，即控制端輪流處于低電平，即任何時刻只讓一個任何時刻只讓一個TSL門處門處于工作狀態(tài)，而其余于工作狀態(tài)，而其余TSL門門均處于高阻狀態(tài)，這樣總線均處于高阻狀態(tài)，這樣總線就會輪流接受各就會輪流接受各TSL門的輸門的輸出。出。作多路開關(guān)：作多路開關(guān)：E=0時，門時，門G1使能，使能，G2禁止，禁止，Y=A；E=1時，門時，門G2使能

20、，使能，G1禁止，禁止，Y=B。信號雙向傳輸：信號雙向傳輸：E=0時信號向右傳時信號向右傳送，送，B=A；E=1時時信號向左傳送，信號向左傳送，A=B 。回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路2.4 CMOS集成門電路集成門電路1 1、CMOSCMOS非門非門uA+VDD+10VTPTN+VDD+10V+VDD+10VSSRONPRONN10V0V(a) 電路(b) TN截止、TP導(dǎo)通(c) TN導(dǎo)通、TP截止uYuYuY（1uA0V時，TN截止，TP導(dǎo)通。輸出電壓uYVDD10V。（2uA10V時，TN導(dǎo)通，TP截止。輸出電壓uY0V。AY 回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路2 2、CM

21、OSCMOS與非門、或非門、與門、或門、與或非門和異或門與非門、或非門、與門、或門、與或非門和異或門CMOS與非門與非門BY+VDDATP1TN1TN2TP2BAYA、B當(dāng)中有一個或全為低電當(dāng)中有一個或全為低電平時，平時，TN1、TN2中有一個或全中有一個或全部截止，部截止，TP1、TP2中有一個或中有一個或全部導(dǎo)通，輸出全部導(dǎo)通，輸出Y為高電平。為高電平。只有當(dāng)輸入只有當(dāng)輸入A、B全為高電平時，全為高電平時，TN1和和TN2才會都導(dǎo)通，才會都導(dǎo)通，TP1和和TP2才會都截止，輸出才會都截止，輸出Y才會為才會為低電平。低電平?；厥醉摰诘?章章 邏輯門電路邏輯門電路BY+VDDATN1TP2TN

22、2TP1CMOS或非門或非門BAY只要輸入只要輸入A、B當(dāng)當(dāng)中有一個或全為高中有一個或全為高電平，電平，TP1、TP2中中有一個或全部截止，有一個或全部截止，TN1、TN2中有一個中有一個或全部導(dǎo)通，輸出或全部導(dǎo)通，輸出Y為低電平。為低電平。只有當(dāng)只有當(dāng)A、B全為全為低電平時，低電平時，TP1和和TP2才會都導(dǎo)通，才會都導(dǎo)通，TN1和和TN2才會都截才會都截止，輸出止，輸出Y才會為高才會為高電平。電平?；厥醉摰诘?章章 邏輯門電路邏輯門電路門門與與ABAB&1Y=AB=ABAB&YABA+B11或門或門AB1YY=A+B=A+B&1&1 & 1ABCDA

23、BCDABCDYYY(a) 由與非門和反相器構(gòu)成(b) 由與門和或非門構(gòu)成(c) 邏輯符號CMOS與或非門與或非門DCBADCBAYDCBAY回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路&ABY&CMOS異或門異或門BABABABABABAY3 3、CMOS ODCMOS OD門、門、TSLTSL門及傳輸門門及傳輸門&1YAB+VDDRD外接AB&Y(a) 電路(b) 符號ABYCMOS OD門回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路CMOS TSL門門11ENAETP2TP1 YTN1TN2AEY+VDD(a) 電路(b) 符號E=1時，時，TP2、TN2均截止，均截

24、止，Y與地和電源都斷開了，輸出端呈與地和電源都斷開了，輸出端呈現(xiàn)為高阻態(tài)?，F(xiàn)為高阻態(tài)。E=0時，時，TP2、TN2均導(dǎo)通，均導(dǎo)通，TP1、TN1構(gòu)成反相器。構(gòu)成反相器。可見電路的輸出有高阻態(tài)、高電可見電路的輸出有高阻態(tài)、高電平和低電平平和低電平3種狀態(tài)，是一種三態(tài)種狀態(tài)，是一種三態(tài)門。門?；厥醉摰诘?章章 邏輯門電路邏輯門電路C+VDDTGuiuiuouoTPTNCCC(a) 電路(b) 符號CMOS 傳輸門傳輸門C0、 ，即C端為低電平0V）、 端為高電平（VDD時， TN和TP都不具備開啟條件而截止，輸入和輸出之間相當(dāng)于開關(guān)斷開一樣。C1、 ，即C端為高電平（VDD）、 端為低電平0V時，TN和TP都具備了導(dǎo)通條件，輸入和輸出之間相當(dāng)于開關(guān)接通一樣，uoui。1C0CCC回首頁第第2章章 邏輯門電路邏輯門電路4 4、CMOSCMOS數(shù)字電路的特點(diǎn)及使用時的注意事項(xiàng)數(shù)字電路的特點(diǎn)及使用時的注意事項(xiàng)（1CMOS電路的工作速度比TTL電路的低。（2CMOS帶負(fù)載的能力比TTL電路強(qiáng)。（3CMOS電路的電源電壓允許范圍較大，約在318V，抗干擾能力比TTL電路強(qiáng)。（4CMOS電路的功耗比TTL電路小得多。門電路的功耗只有幾個W，中規(guī)模集成電路的功耗也不會超過100W。（5CMOS集成電路的集成度比TTL電路高。（