第二章 晶体管开关与逻辑门电路 2 1 二极管的开关特性 数字集成电路绝大多数都是由双极型二极管、三极管或单极型场效应管组成。这些晶体管大部分工作在导通和截止状态，相当于开关的“接通”和“断开” 。 静态开关特性 ：导通，截止状态特点及条件 动态开关特性 ： 导通与截止两种状态之间转换过程的特性 一、晶体二极管静态开关特性 1. 二极管正向导通时的特点及导通条件 门槛电压或称阈值电压、开启电压 ： 导 通压降 C：导通条件： V视为硅二极管导通的条件 二极管伏安特性曲线 D：导通状态：二极管正向导通时， 二极管正向导通时的等效电路 2. 二极管截止时的特点及截止条件 A. 截止条件： 者 三、三极管开关的过渡开关特性 建立基区电荷时间 储电荷消散时间 延迟时间，上升到 上升时间， 存储时间，下降到 下降时间，下降到 关时间为纳秒级，它限制了 三极管开关的工作速度 2 3 基本逻辑门电路 一、二极管与门及或门电路 晶体管门电路 (分立元件 ) 集成电路 (可编程逻辑器件 (数字电路 1. 二极管“与”门电路 n， n n， n n， n 0 ( 0 ( 0 ( 1 ( 2. 二极管 “ 或 ” 门电路 n n 2 1 2 1 2 ( 1 ( 1 ( 1 ( 3. 门 电路 F +12V +3V 三极管非门 u A u F 3V 0 0V 3. 7 嵌位二极管 T 饱和D 截止 T 截止D 导通 +12V +3V 三极管非门 2 A B +12V 二极管与门 与非门 2 4 晶体管门电路 (分立元件 ) 集成电路 (可编程逻辑器件 (数字电路 集成电路优点 :体积小、耗电少、重量轻、可靠性高等。 电阻晶体管逻辑； 二极管晶体管逻辑； 高阈值逻辑； 晶体管晶体管逻辑； 发射极耦合逻辑； 成注入逻辑 ( 常见的数字集成电路分为双极型和单极型两大工艺类 双极型 单极型 一、 （ 1）输入级 1. 输出级 组成 : 1 多发射极三极管 ,实现与逻辑 护 （ 2）中间级 输入级 组成 : 2、 信号放大、缓冲并且以正确的相位送至输出极 （ 3）输出级 分相级 组成 ： 3和 拉式电路。总是一个导通而另一个截止，有效地降低了输出级的静态功耗，提高了与非门的负载能力。 1) 任一输入为低电平（ ： 输入有低，输出必高 “0” 1V 不足以让 截止 “0” 1V uo 电平！ 1) 任一输入为低电平（ :输入有低，输出必高 2) 输入全为高电平（ :输入全高，输出才低 “1” 全导通 电位被嵌 在 结反偏，集结 正偏，倒置放大 1V 截止 2) 输入全为高电平（ 输入全高，输出才低 “1” 饱和 2. 入输出特性和动态特性。 1）电压传输特性 传输特性曲线 ) ) 1 2 3 阈值 想的传输特性 输出高电平 载 载稍低 为 输出为低电平 ）输出电压参数 3V， 出低电平 载 0V，带载稍高 值电压 转折区 止与导通的分界线 3）噪声容限 外界噪声电压叠加到输入电平上，只要不超过容许的限度，不会影响正常的逻辑功能。噪声容限反映了门电路的抗干扰能力。 在保证输出为高电平的条件下，输入低电平上允许的最大正向干扰电压为低电平噪声容限： 入 低电平的抗正向 干扰能力越强 在保证输出为低电平的条件下，输入高电平上允许的最大负向干扰电压为高电平噪声容限： 入 高电平的抗负向 干扰能力越强 & ？ 前级输出为高电平时 前级：驱动级 后级：负载级 流出前级 电流 电流） R1 5V 4）扇入、扇出系数 扇入数是门的输入端数： 级输出为低电平时 1 +5V 前级：驱动级 后级 负载级 流入前级的电流 灌电流 ) 高拉低灌 扇出系数与门电路输出驱动同类门的个数 +5V 2 1 前级 1 级输出为 高电平时 后级 2动门） /载门） 越大 ,带拉电流负载能力越强 +5V 1 4k 3 4 b1 级 级输出为 低电平时 扇出系数与门电路输出驱动同类门的个数 动门） /载门） 越大 ,带灌电流负载能力越强 2范值为 。 5）传输延迟时间 t ui o t uo o 50% 50% 输延迟时间 )1t 2输出波形相对输入波形的滞后时间称为传输延迟时间 成电路一般平均传输延迟时间的单位是纳秒（ ,它反映了集成电路的工作速度 . 6）功耗 静态功耗 :电路没有状态转换时的功耗 P ） 双列直插 表面贴装 7）延时 DP= 1”,“0”？ 注：悬空的输入端 ? ？ ,输入高电平 ,输出低电平 1、悬空的输入端相当于接高电平。 2、为了防止干扰，可将悬空的输入端通过电阻接高电平。 3、输入端接低电平时，一定要通过较小电阻接地。 思考题： 三、其它 1. 若 A 0， B 0，则 4、 出高电平。 若 A、 ，如 A 1，则 出低电平。 P x 2. 集电极开路门（ “0” “1” 1. 电流过大 2. 功耗过大损坏管子 3. 无法实现线与逻辑 线与 2 Y 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 解决 输出级改为集电极开路 p 几个 以共用一个电阻和电源 只要电阻的阻值和电源电压的数值选择得当，能够实现“线与” Y D 问题： 4同时处于截止状态 1. 如何实现？ 2. 效果如何？ E 1时，输出 、 E 0时， 4截止。同时，二极管 而实现了 4同时截止。 输出除高电平、低电平之外，还有一个相当于断开的高阻状态，故将这种电路称为三态门 3. 三态与非 高电平使能三态门符号 低电平使能三态门符号 时， 7饱和，使 截止，而出呈现高阻态 1时， 正常实现 L 印机 扫描仪 显示器 通过控制使能端，可以使各个设备输出的数据轮流占有总线，分时传送。 分析以下电路 的功能 E 1时， Y /D 输出 E 0时， X /Y 三态门可以实现数据双向传输 四、 54系列：军品 74系列 ： 民品 作业 6 互补型 场效应管 结型场效应管 缘栅效应管 增强型 耗尽型 、 1. G：栅极或称控制极 D：漏极 S：源极 B：衬底 晶体管的三个区：截止区、放大区、饱和区 截止区 、恒流区和 线性区 启电压，也叫阈值电压，一般为（ 2 3V） 特性曲线 （ 1）当 性区 )(R 0 二、 1.