晶体管的开关特性+32基本逻辑门电路课件.ppt

1、1第第3 3章章 集成逻辑门电路集成逻辑门电路 3.1 3.1 概述概述 3.2 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 TTL3.4 TTL集成逻辑门电路集成逻辑门电路 3.3 MOS3.3 MOS集成逻辑门电路集成逻辑门电路*3.5 TTL3.5 TTL与与CMOSCMOS电路的接口电路的接口2门电路门电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

2、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 3.1 概述概述3 ViVoK5VRK K断断开开-K K闭闭合合-可用可用二极管二极管、三极三极管管、场效应管场效应管代替代替V Vo o=5 5v v输出输出高电平高电平V Vo o=0 0v v输出输出低电平低电平3.1.13.1.1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43.1.23.1.2、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

3、、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。，而不是一个固定不变的数值。高电平的电压范围：高电平的电压范围：1.8-51.8-5V V低电平的电压范围：低电平的电压范围：0-0.80-0.8V V0V5V0.8V1.8V正逻辑正逻辑10负逻辑负逻辑0153.3.2.1 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+0.7v3.3.2 2 半导体二极管逻辑门电路半导体二极管逻辑门电路6VccR+(b)5V+

4、0mA5V+1 k(a)二极管反偏与等效电路二极管反偏与等效电路7tVi0(a)ti0(b)tre 二极管动态电流波形二极管动态电流波形8VCC=+5VAFR=2.8KBCA B CA B CF F0 0 0 0 0 00 0 0 0 1 10 1 0 1 0 00 1 0 1 1 11 0 1 0 0 01 0 1 0 1 11 1 1 1 0 01 1 1 1 1 10 00 00 00 00 00 00 01 1&ABCFIILI IIL IL=(V=(VCCCC-0.7)/R-0.7)/RI II LI L =(5-0.7)/=(5-0.7)/2.82.8K K=1.5=1.5mAmA

5、3.2.3.2.2 2 二极管与门电路二极管与门电路9思考如下问题：思考如下问题：（1 1）试问）试问I IIL IL，I IIL1IL1，I IIL2IL2，I IIL3IL3其值各为多少？它们之间有何其值各为多少？它们之间有何关系？（设关系？（设V VCCCC=5V=5V，U UIL IL=0.3V=0.3V，U UIHIH=6V=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

6、电流基本相等。I IIL IL=(5-0.7)/2.8=(5-0.7)/2.8（mAmA）I IIL1 IL1=I IIL2IL2=I IIL3 IL3=I IIL IL/3/310（2 2）在下图中，（设）在下图中，（设V VCCCC=5V=5V，U UIL IL=0.3V=0.3V，U UIHIH=6V=6V）。）。F +6V&IIHR 2.8k VCC +5VD3D2ABCD1输入高电平电流输入高电平电流I IIHIH=二极管反向饱和电流二极管反向饱和电流I IIHIH+6V+6V11 在下图中，在下图中，I IIHIH，I IIH1IH1，I IIH2IH2，I IIH3IH3其值各为

7、多少？它们之间其值各为多少？它们之间有何关系？（设有何关系？（设V VCCCC=5V=5V，U UIL IL=0.3V=0.3V，U UIHIH=6V=6V）。）。IIH3FIIHIIH2+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+6VIIH2IIH3123.2.3 3.2.3 半导体二极管或门电路半导体二极管或门电路 R=2.8KR=2.8KABCFA B CF0 1 11 0 10 0 10 0 00 1 01 0 01 1 01 1 1

8、0 01 11 11 11 11 11 11 11ABCF13二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：0V5V+V+VL5VDDDD3k（+5V）RCC211CCR2（+5V）0.7V1.4V3k（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。离标准数值的情况。143.3.4 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 circuitIntegrated circuit），），简称简称ICIC。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

9、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 1-10SSI 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 10-100MSI 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 LSI 大于大于100100个逻辑门个逻辑门/片片 超大规模超大规模IC VLSI 10000IC VLSI 10000以上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TTLTTL电路电路MOSMOS电路电路 皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉、心、肺、

10、肾等多脏器严重损害的，全身性疾病，而且不少患者同时伴有恶性肿瘤。它的1症状表现如下：1、早期皮肌炎患者，还往往伴有全身不适症状，如-全身肌肉酸痛，软弱无力，上楼梯时感觉两腿费力；举手梳理头发时，举高手臂很吃力；抬头转头缓慢而费力。皮肌炎图片皮肌炎的症状表现163.3.4.1 4.1 晶体三极管的开关特性晶体三极管的开关特性1.1.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截止区截止区饱和区饱和区80A60A40A20AIB=0放大区放大区0 RCRBVCCvivoiBiCb b17 RCRBVCCvivoiBiCb b截止：截止：发射结、集电结

11、都反偏发射结、集电结都反偏v vi i0.70.70.7v v i iB B 0 0i iC C=i=iB B饱和：饱和：发射结、集电结都正偏发射结、集电结都正偏0.70.7v v i iB B 0 0v vo o=v=vces ces 0.3v 0.3viiB B iiC Cv vi iVCE/V截止区截止区饱和区饱和区80A60A40A20AIB=0放大区放大区018iC/mAVCE/V截止区截止区饱和区饱和区80A60A40A20AIB=0放大区放大区0饱和判别条件饱和判别条件:i iB B I IBSBS饱和：饱和：I ICSCS(V VCCCC-0.3)/-0.3)/R RC C临界

12、饱和：临界饱和：I IBSBS=I ICSCS/b b RCRBVCCvivoiBiCb b-BRBESViV=Bi19 RCRBVCCvivoiBiCb b(a)截止：截止：v vi i0.70.70.7v vi iB B 0 0i iC C=i=iB B饱和：饱和：v vi i0.70.7v vi iB B 0 0v vo o=v=vces ces 0.3v 0.3vi iCSCS=(=(V VCCCC 0.3)/R0.3)/RC Ci iB B I IBSBS判断三极管是否饱和的条件判断三极管是否饱和的条件I IBSBS=(V VCC CC 0.3)/0.3)/R RC C20 RCRB

13、VCCvivoiBiCb b(a)例例1.1.在所示电路中，若在所示电路中，若V VCCCC=5V,=5V,R RC C=1k,=1k,R RB B=30k=30k时，试分析计算：时，试分析计算：(1)(1)b b=100=100，试求试求v vi i=0V=0V和和v vi i=3V=3V时的输出时的输出 电压电压v vo o 解：解：v vi i=0V=0V时时,V VBE BE=V Vi i=0 V=0 V三极管三极管截止截止,V Vo o=V VCCCC=5V=5Vv vi i=3V=3V时时,047.01 11001003.05 5=.-=-=BSICESVCCV=CRb bCSIb

14、 b077.0=307.03-=-BRBESViV=Bi由于：由于：i iB B I IBSBS ，三极管饱和，所以输出电压三极管饱和，所以输出电压v vo o=0.3V=0.3V21(2)(2)若若b b=50=50其余条件不变其余条件不变 ，再求，再求v vi i=0V=0V和和 v vi i=3V=3V 时的输出电压时的输出电压v vo o=?(=?(V VCCCC=5V,=5V,R RC C=1k,=1k,R RB B=30k)=30k)解：解：v vi i=0V=0V时时,V Vo o=5V5Vv vi i=3V=3V时时,0.090.094 41 15050=.=BSICESV=C

15、Rb bCSIb b5 5-CCV3.0077.0=307.03-=BRBESViV=Bi由于：由于：i iB B I IBSBS ，所以三极管处于所以三极管处于放大放大状态状态-RCRBVCCvivoiBiCb b22v vo o=V VCCCCi iC CR RC Ci iC C=bibiB B=50500.077=3.850.077=3.85mAmA5 5v v1 1K K？三极管处于三极管处于放大放大状态时，状态时，v vo o=?=?RCRBVCCvivoiBiCb b(a)v vo o=1.15 V=1.15 V23(3)(3)分析分析V VCC,CC,v vi i,R RB B,

16、R RC C,b b的大小如何变的大小如何变 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？i iB B I IBSBS-=BSICESVCCV=CRb bCSIb b-BRBESViV=Bi时有利于三极管饱和。时有利于三极管饱和。V VCCCCv vi iR RB BR RC Cb b RCRBVCCvivoiBiCb b(a)242 2晶体管的动态特性晶体管的动态特性 tofftonVO00ViRCRBVCCvivoiBiCb(a)t tonon:开通时间开通时间t toffoff:关闭时间关闭时间25R1DR2AF+5V+3V嵌位二极管嵌位二极管3.3.三极管非门三极管非门uA uF 3V 0.3V0.3V 0V 3.7V3.7V 26D1D2AB+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D427 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 FABC=FABCD=28作作 业业3.10