31+晶體管的開(kāi)關(guān)特性+32基本邏輯門(mén)電路培訓(xùn)教材

第3章集成邏輯門(mén)電路3.1概述3.2半導(dǎo)體二極管邏輯門(mén)電路3.4TTL集成邏輯門(mén)電路3.3MOS集成邏輯門(mén)電路*3.5TTL與CMOS電路的接口1門(mén)電路分立元件門(mén)電路集成門(mén)電路雙極型集成門(mén)（TTL集成門(mén)）單極型集成門(mén)（MOS集成門(mén)）集成邏輯門(mén)中使用的開(kāi)關(guān)器件是：晶體管場(chǎng)效應(yīng)管

研究它們的開(kāi)關(guān)特性門(mén)電路是數(shù)字系統(tǒng)最基本的單元電路。與門(mén)、或門(mén)、與非門(mén)、或非門(mén)、異或門(mén)等。3.1概述2

ViVoK5VRK斷開(kāi)----K閉合----可用二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管代替Vo=5v輸出高電平Vo=0v輸出低電平3.1.1獲得高低輸出電平的原理電路33.2.1晶體二極管的開(kāi)關(guān)特性

二極管正偏與等效電路–+1kΩ5V

(a)

(b)

–RVcc0.7V

++–i+–0.7v3.2半導(dǎo)體二極管邏輯門(mén)電路5Vcc

–R+

(b)–5V+0mA

–

5V+1kΩ(a)

二極管反偏與等效電路6tVi0(a)ti0(b)tre

二極管動(dòng)態(tài)電流波形7VCC=+5VAFR=2.8KBCABCF00000101001110010111011100000001&ABCFIILIIL=(VCC-0.7)/RIIL

=(5-0.7)/2.8K=1.5mA3.2.2二極管與門(mén)電路8思考如下問(wèn)題：（1）試問(wèn)IIL，IIL1，IIL2，IIL3其值各為多少？它們之間有何關(guān)系？（設(shè)VCC=5V，UIL=0.3V，UIH=6V）

IIL3IIL2FIIL

&IIL1VCC=+5VAFR=2.8KBCIIL1IIL2IIL3

IIL

&

將幾個(gè)輸入端并聯(lián)使用時(shí)，總的輸入低電平電流與使用單個(gè)輸入端的輸入低電平電流基本相等。IIL=(5-0.7)/2.8（mA）IIL1=

IIL2=

IIL3=IIL/39（2）在下圖中，（設(shè)VCC=5V，UIL=0.3V，UIH=6V）。

F

+6V

&IIHR2.8kΩ

VCC+5V

D3D2

ABCD1

輸入高電平電流IIH=二極管反向飽和電流IIH+6V10在下圖中，IIH，IIH1，IIH2，IIH3其值各為多少？它們之間有何關(guān)系？（設(shè)VCC=5V，UIL=0.3V，UIH=6V）。

IIH3FIIHIIH2+6V

&IIH1VCC=+5VAFR=2.8KBC

將幾個(gè)輸入端并聯(lián)使用時(shí)，總的輸入高電平電流將按并聯(lián)輸入端的數(shù)目加倍。

IIH1+6VIIH2IIH3113.2.3半導(dǎo)體二極管或門(mén)電路R=2.8KABCFABCF01110100100001010011011101111111≥1ABCF12二極管與門(mén)和或門(mén)電路的缺點(diǎn)：（2）負(fù)載能力差（1）在多個(gè)門(mén)串接使用時(shí)，會(huì)出現(xiàn)低電平偏離標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的情況。133.4TTL集成邏輯門(mén)電路集成電路（Integratedcircuit），簡(jiǎn)稱(chēng)IC。就是將元器件和連線(xiàn)制作在一個(gè)半導(dǎo)體基片上的完整電路。集成度：一個(gè)芯片內(nèi)含有等效邏輯門(mén)的個(gè)數(shù)。小規(guī)模集成電路SSI1-10個(gè)邏輯門(mén)/片中規(guī)模集成電路MSI10-100個(gè)邏輯門(mén)/片大規(guī)模集成電路LSI大于100個(gè)邏輯門(mén)/片超大規(guī)模ICVLSI10000以上個(gè)邏輯門(mén)/片所用半導(dǎo)體器件的不同TTL電路MOS電路143.4.1晶體三極管的開(kāi)關(guān)特性1.晶體三極管的工作狀態(tài)截止、放大、飽和iC/mAVCE/V截止區(qū)飽和區(qū)80μA60μA40μA20μAIB=0放大區(qū)0

RCRBVCCvivoiBiCb15

RCRBVCCvivoiBiCb截止：發(fā)射結(jié)、集電結(jié)都反偏vi<0.7viB≈0iC≈0vo

≈

VCC放大：發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏vo=vce=VCC-iCRCvi>0.7viB>0iC=βiB飽和：發(fā)射結(jié)、集電結(jié)都正偏>0.7viB>0vo=vces≈0.3vβiB>iCviVCE/V截止區(qū)飽和區(qū)80μA60μA40μA20μAIB=0放大區(qū)016iC/mAVCE/V截止區(qū)飽和區(qū)80μA60μA40μA20μAIB=0放大區(qū)0飽和判別條件:iB≥

IBS飽和：ICS(VCC-0.3)/RC臨界飽和：IBS=ICS/

RCRBVCCvivoiBiCb-BRBESViV=Bi17

RCRBVCCvivoiBiCb(a)截止：vi<0.7viB≈0iC≈0vo

≈

VCC放大：vo=vce=VCC

-iCRCvi>0.7viB>0iC=βiB飽和：vi>0.7viB>0vo=vces≈0.3viCS=(VCC

–0.3)/RCiB≥IBS判斷三極管是否飽和的條件IBS=(VCC–0.3)/βRC18

RCRBVCCvivoiBiCb(a)例1.在所示電路中，若VCC=5V,RC=1kΩ,RB=30kΩ時(shí)，試分析計(jì)算：(1)b=100，試求vi=0V和vi=3V時(shí)的輸出電壓vo

解：vi=0V時(shí),VBE=Vi=0V∴三極管截止,Vo=VCC=5Vvi=3V時(shí),047.011003.05=.-=-=BSICESVCCV=CRbCSIb077.0=307.03-=-BRBESViV=Bi由于：iB>IBS，三極管飽和，所以輸出電壓vo=0.3V19(2)若b=50其余條件不變，再求vi=0V和vi=3V時(shí)的輸出電壓vo=?(VCC=5V,RC=1kΩ,RB=30kΩ)解：vi=0V時(shí),Vo=5Vvi=3V時(shí),0.094150=.==BSICESV=CRbCSIb5--CCV3.0077.0=307.03-=BRBESViV=Bi由于：iB<IBS，所以三極管處于放大狀態(tài)-

RCRBVCCvivoiBiCb20vo=VCC－iCRCiC=biB=50×0.077=3.85mA5v1KΩ？三極管處于放大狀態(tài)時(shí)，vo=?

RCRBVCCvivoiBiCb(a)vo=1.15V21(3)分析VCC,vi,RB,RC,

b的大小如何變化才有利于三極管的飽和？

飽和條件？iB≥

IBS-=BSICESVCCV=CRbCSIb-BRBESViV=Bi時(shí)有利于三極管飽和。VCCviRBRCb

RCRBVCCvivoiBiCb(a)222．晶體管的動(dòng)態(tài)特性

tofftonVO00Vi

RCRBVCCvivoiBiCb(a)ton:開(kāi)通時(shí)間toff:關(guān)閉時(shí)間23R1DR2AF+5V+3V嵌位二極管3.三極管非門(mén)u