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,第三节 数字集成电路,第三节 数字集成电路,1. 晶体三极管的开关特性及其在数字电路中的应用,在数字电路中,用电平的高和低来代表逻辑1和逻辑0 不同类型的逻辑电路,其高、低电平的电压值有不同的界定规则。,1. 晶体三极管的开关特性及其在数字电路中的应用,晶体三极管,晶体三极管,是半导体基本元器件之一,具有电流放大作用,是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结,两个PN结把整块半导体分成三部分,中间部分是基区,两侧部分是发射区和集电区,排列方式有PNP和NPN两种。,1. 晶体三极管的开关特性及其在数字电路中的应用,晶体三极管的结构及类型,三极管都有发射极e、基极b和集电极c三个电极。有两种类型:PNP和NPN型三极管。,1. 晶体三极管的开关特性及其在数字电路中的应用,非门开关模型,在左图中,开关闭合时,开关所呈现的电阻为0,使得开关两端的电压也就是输出电压UO为0,输出低电平。 反之,若开关断开,因为电阻R上没有电流流过,R上的电压为0,所以输出电压等于电源电压,即输出高电平。,1. 晶体三极管的开关特性及其在数字电路中的应用,在刚才的门电路中,使用的是机械开关,但由于机械开关不仅体积大、寿命短、操作不方便,而且开关的速度低,所以在门电路中不能使用机械开关,必须用电子开关,如晶体管或MOS管(金属氧化物半导体场效应管)做成的开关。如下图:,1. 晶体三极管的开关特性及其在数字电路中的应用,电路试验,3V电源,3V电源,开关,6V灯泡,NPN三极管,100欧姆电阻,47K电位器,发光二极管,1. 晶体三极管的开关特性及其在数字电路中的应用,通过试验我们可以发现,三极管存在截止和饱和两种状态,截止状态相当于开关断开,饱和状态相当于开关闭合,因而可以当作开关使用,其条件与现象是:,饱和:条件输入信号足够大(高电平); 现象三极管流过的电流较大,而集电极与发射极之间的电压只 有0.2V左右(低电平),截止:条件输入信号足够小(低电平); 现象三极管没有电流流过,集电极与发射极之间的电压与电源 电压相近(高电平),1. 晶体三极管的开关特性及其在数字电路中的应用,MOS管的开关特性,G是栅极,相当于基极,用来控制电流的大小。,D是漏极,相当于集电极,通常通过电阻接电源。,S是源极,相当于发射极,通常接地。,1. 晶体三极管的开关特性及其在数字电路中的应用,晶体三极管和MOS管的区别,普通的晶体三极管是电流控制的器件,即基极必须注入电流方能使三极管导通。,MOS管属于电压控制器件,在栅极和源极之间加适当的电压就能使MOS管导通。,2.常用数字集成电路的类型,数字电路都已集成化,按规模分类,小规模集成电路,中规模集成电路,大规模、超大规模集成电路,2.常用数字集成电路的类型,按结构工艺分,厚膜集成电路,薄膜集成电路,混合集成电路,半导体集成电路,TTL,CMOS,2.常用数字集成电路的类型,目前,世界上生产最多、使用最多的就是半导体数字集成电路,最常用的有TTL和CMOS两种。,TTL(晶体管-晶体管逻辑)是用普通晶体三极管构成的集成电路,与CMOS相比,其运行速度较快,允许负载流过的电流较大,但消耗功率较大。,CMOS(互补MOS电路)电路是用MOS管构成的集成电路,在工作时消耗的功率最低,但工作速度较TTL的低,允许负载流过的电流较TTL的小。,2.常用数字集成电路的类型,TTL集成电路实例,这是一个555时基电路,也是TTL的一种。它有8个脚,在这个电子器件里做了调整,5脚空着不用,把4脚和8脚合接正电源。7、6、2脚是信号输入脚,1脚接电源负极,3脚是信号输出脚。,4,3,1,7,6,2,基本工作原理:通过6、2脚的信号输入来控制3脚的信号输出。6脚输入高电平时,3脚输出低电平;2脚输入低电平时,3脚输入高电平。,2.常用数字集成电路的类型,时基电路的功能演示,课堂小结,1、晶体三极管的开关特性及其在数字电路中的应用,2、常用数字集成电路的类型,课后练习,观察一下你们所住小区的楼道灯的工作方式,在按了开关之后灯会亮,但过一会自己会暗掉,不需要我们去关掉。利用我们今天所学习的晶体三极管的开关特性,可以思考一下,它是怎么工作的,试着画出它的工作电路图。,谢谢观赏!,
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