2.2 半导体二极管和三极管的开关半导体二极管和三极管的开关(kigun)特性特性 一、二极管的开关一、二极管的开关(kigun)(kigun)特性特性 二极管开关二极管开关(kigun)(kigun)电路电路第1页/共51页第一页，共52页。一、二极管的开关一、二极管的开关一、二极管的开关一、二极管的开关(kigun)(kigun)特性特性特性特性二极管伏安特性曲线(qxin)的近似第2页/共51页第二页，共52页。一、二极管的开关一、二极管的开关一、二极管的开关一、二极管的开关(kigun)(kigun)特性特性特性特性二极管的动态(dngti)开关特性tre反向(fn xin)恢复过程二极管从正向导通转为反向(fn xin)截止所经过的转换过程。原因是电荷存储效应。第3页/共51页第三页，共52页。二、双极型三极管的开关二、双极型三极管的开关(kigun)特性特性 输入(shr)特性 输出特性第4页/共51页第四页，共52页。二、双极型三极管的开关二、双极型三极管的开关(kigun)特性特性三极管的基本(jbn)开关电路三极管的开和关状态转换即在截止区和饱和区间来回切换，且受vI控制。vIVON后，三极管进入放大区，直至进入饱和区，vO=VOL 0。此时iBIBS。第5页/共51页第五页，共52页。二、双极型三极管的开关二、双极型三极管的开关二、双极型三极管的开关二、双极型三极管的开关(kigun)(kigun)特性特性特性特性开关等效电路和动态(dngti)开关特性第6页/共51页第六页，共52页。三、三、三、三、MOSMOSMOSMOS管的开关管的开关管的开关管的开关(kigun)(kigun)(kigun)(kigun)特性特性特性特性结构和符号（N沟道增强型）vGSVGS(th)且vDS0时，才会有导电(dodin)沟道形成，故称为N沟道增强型。（漏）（栅）（源）开启(kiq)（阈值）电压第7页/共51页第七页，共52页。三、三、三、三、MOSMOS管的开关管的开关管的开关管的开关(kigun)(kigun)特性特性特性特性共源接法输出特性曲线(qxin)截止(jizh)区可变电阻区恒流区第8页/共51页第八页，共52页。三、三、三、三、MOSMOS管的开关管的开关管的开关管的开关(kigun)(kigun)特性特性特性特性MOS管基本开关电路vIVGS(th)后，MOS管进入恒流区，直至进入可变电阻区，vO=VOL 0。MOS管的开和关状态转换即在截止区和可变电阻区间来回切换(qi hun)，且受vGS控制。第9页/共51页第九页，共52页。三、三、MOS管的开关管的开关(kigun)特性特性MOS管开关(kigun)等效电路第10页/共51页第十页，共52页。2.3 2.3 最简单最简单最简单最简单(jindn)(jindn)的与、或、非门电路的与、或、非门电路的与、或、非门电路的与、或、非门电路一、二极管与门存在问题：电平偏移(pin y)；高电平受负载影响不直接使用。第11页/共51页第十一页，共52页。二、二极管或门二、二极管或门二、二极管或门二、二极管或门存在问题：电平偏移不直接(zhji)使用。第12页/共51页第十二页，共52页。三、二极管非门三、二极管非门三、二极管非门三、二极管非门第13页/共51页第十三页，共52页。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(qudin)(1) 在多个(du )门串接使用时，会出现低电平偏离标准数值的情况。(2) 负载能力差第14页/共51页第十四页，共52页。 2.4 TTL2.4 TTL门电路门电路门电路门电路IC分类：SSI（小）MSI（中）LSI（大）VLSI（超大）ULSI（特大）GLSI（巨大(jd)）一、TTL反相器的结构和工作原理最基本的TTL门电路，其它TTL门电路以其为基础。TTL：Transistor-Transistor Logic常用：74系列按规模(gum)按制造(zhzo)工艺单极型双极型第15页/共51页第十五页，共52页。一、一、一、一、TTLTTL反相器的结构反相器的结构反相器的结构反相器的结构(jigu)(jigu)和工作原理和工作原理和工作原理和工作原理电路(dinl)结构： 设vbe=0.7V，VCE(sat)=0.1V。若A为低电平，vB1=0.9V，T1深饱和。vC1=0.3V，T2、T5截止，vC2高电平，使T4、D2通，vO=3.6V，为高电平。若A为高电平， vB1=2.1V,T1倒置放大(fngd)，T2、T5饱和，vC20.8V，不足以使T4、D2同时通，故vO=0.1V，为低电平。vC1输入级保护电平移位0.2V3.4V0.9V2.1V5V0.8V3.6V0.1V第16页/共51页第十六页，共52页。一、一、一、一、TTLTTL反相器的结构反相器的结构反相器的结构反相器的结构(jigu)(jigu)和工作原理和工作原理和工作原理和工作原理电压(diny)传输特性 vO=f(vI)截止(jizh)区线性区转折区饱和区BC段：T2通、T5止CD段： T2通、T5止rbe5很小，VI微量增加将使VO急剧下降VTH：阈值电压（门槛电压），为1.4V。第17页/共51页第十七页，共52页。一、一、一、一、TTLTTL反相器的结构反相器的结构反相器的结构反相器的结构(jigu)(jigu)和工作原理和工作原理和工作原理和工作原理输入(shr)端噪声容限在保证输出高、低电平不变的情况下，输入(shr)电平允许的波动范围。VNH=VOH(min)-VIH(min)VNL=VIL(max)-VOL(max)噪声容限表示门电路的抗干扰能力。显然(xinrn)，噪声容限越大，电路的抗干扰能力越强。二值数字逻辑中的“0”和“1”都是允许有一定的容差的，这也是数字电路的一个突出的特点。 第18页/共51页第十八页，共52页。二、二、二、二、TTLTTL反相器的静态输入反相器的静态输入反相器的静态输入反相器的静态输入(shr)(shr)特性和输出特性特性和输出特性特性和输出特性特性和输出特性在数字系统中，门电路的输出(shch)端一般都要与其他门电路的输入端相连，称为带负载。我们主要讨论一个门电路最多允许带几个同类的负载门？ 第19页/共51页第十九页，共52页。二、二、TTL反相器的静态输入反相器的静态输入(shr)特性和输出特特性和输出特性性1. 输入(shr)特性 输入(shr)等效电路 输入(shr)特性IILIIHD1作用结果第20页/共51页第二十页，共52页。二、二、二、二、TTLTTL反相器的静态输入反相器的静态输入反相器的静态输入反相器的静态输入(shr)(shr)特性和输出特性特性和输出特性特性和输出特性特性和输出特性2. 输出特性（带负载(fzi)能力）(1) 高电平输出特性电流从驱动门的T4、D2拉出而流至负载(fzi)门的输入端，“拉电流”由此得名。 iLtPHL。第25页/共51页第二十五页，共52页。三、三、三、三、TTLTTL反相器的动态反相器的动态反相器的动态反相器的动态(dngti)(dngti)特性特性特性特性交流(jioli)噪声容限第26页/共51页第二十六页，共52页。三、三、TTL反相器的动态反相器的动态(dngti)特性特性电源的动态尖峰电流ICCM=iC4+iB4+iB1影响(yngxing)：使电源平均电流增加 形成系统内部噪声T4、T5同时(tngsh)导通所造成第27页/共51页第二十七页，共52页。三、三、三、三、TTLTTL反相器的动态反相器的动态反相器的动态反相器的动态(dngti)(dngti)特性特性特性特性电源(dinyun)尖峰电流近似波形第28页/共51页第二十八页，共52页。四、其它四、其它(qt)类型的类型的TTL门电路门电路其它逻辑功能(gngnng)的门电路输入端、输出端电路结构与反相器基本相同。与非门、或非门、与或非门、异或门等集电极开路的门电路（OC门）三态输出门电路（TS门）第29页/共51页第二十九页，共52页。四、其它四、其它四、其它四、其它(qt)(qt)类型的类型的类型的类型的TTLTTL门电路门电路门电路门电路多发射极三极管第30页/共51页第三十页，共52页。四、其它四、其它(qt)类型的类型的TTL门电路门电路TTL与非门返回(fnhu)第31页/共51页第三十一页，共52页。四、其它四、其它四、其它四、其它(qt)(qt)类型的类型的类型的类型的TTLTTL门电路门电路门电路门电路与非门IIL的大小和门输入端并联的数目无关。如vI=VIL=0.3V，vBE=0.7V，则vB1=1V，IR1=(VCC-vBE)/R1=1.43(mA)。若VIL和一个输入端并联，则IIL=IR1;若和两个或两个以上输入端并联，则流过T1各发射极的电流总和(zngh)也只有IR=IIL。IIH为一个发射极反偏时的漏电流。与非门的入端有多个输入端并联在一起，则入端加高电平时流入门的总的漏电流应为这多个输入端漏电流的总和(zngh)，有几个入端并联，IIH就应扩大几倍。【例2.2】TTL与非门接成如图所示。已知门电路参数IOH/IOL=1.0mA/-20mAIIH/IIL=50A/-1.43mA试求门P的扇数系数N。第32页/共51页第三十二页，共52页。四、其它四、其它四、其它四、其它(qt)(qt)类型的类型的类型的类型的TTLTTL门电路门电路门电路门电路TTL或非门 T2、 并联(bnglin)或非门有几个入端并联(bnglin)， IIL 和IIH都应扩大几倍。返回(fnhu)第33页/共51页第三十三页，共52页。四、其它四、其它四、其它四、其它(qt)(qt)类型的类型的类型的类型的TTLTTL门电路门电路门电路门电路TTL与或非门返回(fnhu)第34页/共51页第三十四页，共52页。四、其它四、其它四、其它四、其它(qt)(qt)类型的类型的类型的类型的TTLTTL门电路门电路门电路门电路TTL异或门返回(fnhu)第35页/共51页第三十五页，共52页。快速准确判断电路快速准确判断电路(dinl)输入输出间逻辑关系的方法输入输出间逻辑关系的方法常见四种典型(dinxng)结构(a)图 P=A(b)图 P=AB(c)图 P1= P2=A(d)图 P1=A+B P2=第36页/共51页第三十六页，共52页。四、其它四、其它四、其它四、其它(qt)(qt)类型的类型的类型的类型的TTLTTL门电路门电路门电路门电路推拉式输出的局限：输出不能并联；（如右图）VCC一旦确定，高电平也固定，无法满足对电平的多种需要。采用OC门可解决上述(shngsh)问题。第37页/共51页第三十七页，共52页。四、其它四、其它(qt)类型的类型的TTL门电路门电路OC门第38页/共51页第三十八页，共52页。四、其它四、其它四、其它四、其它(qt)(qt)类型的类型的类型的类型的TTLTTL门电路门电路门电路门电路OC门并联(bnglin)（线与）RL的选择(xunz)非常重要第39页/共51页第三十九页，共52页。四、其它四、其它(qt)类型的类型的TTL门电路门电路RL的选取方法注意(zh y)电流方向只有(zhyu)一个OC门导通输入端数负载门数返回全部OC门截至第40页/共51页第四十页，共52页。四、其它四、其它(qt)类型的类型的TTL门电路门电路OC门的其它应用(yngyng) 实现电平转换 用做驱动器 第41页/共51页第四十一页，共52页。四、其它四、其它四、其它四、其它(qt)(qt)类型的类型的类型的类型的TTLTTL门电路门电路门电路门电路TS门：在普通(ptng)门电路基础上附加控制电路输出(shch)3种状态。EN=1时，（高电平有效）EN=0时，T4、T5止，Y呈高阻态。EN=0时，（低电平有效）EN=1时，T4、T5止，Y呈高阻态。Y为高阻态时随外接电平的变化而变化。第42页/共51页第四十二页，共52页。四、其它四、其它四、其它四、其它(qt)(qt)类型的类型的类型的类型的TTLTTL门电路门电路门电路门电路TS门的应用 信号(xnho)的分时单向传送 信号(xnho)的分时双向传送 第43页/共51页第四十三页，共52页。五、五、五、五、TTLTTL电路电路电路电路(dinl)(dinl)的改进系列的改进系列的改进系列的改进系列系列特点74H高电平时输出电阻小；平均传输延迟时间短。静态功耗大。74S传输延迟时间短，开关速度快，电压传输特性改善。功耗大，VOL升高。 74LS功耗小，延迟功耗积（dp积）小。电压传输特性无线性区。74AS & 74ALS74AS：速度快，功耗大。74ALS：延迟功耗积更小。第44页/共51页第四十四页，共52页。五、五、五、五、TTLTTL电路电路电路电路(dinl)(dinl)的改进系列的改进系列的改进系列的改进系列74H系列输出级采用达林顿结构(jigu) （两级射极输出）大幅度地降低了电路中的电阻的阻值 达林顿结构(jigu)返回第45页/共51页第四十五页，共52页。五、五、五、五、TTLTTL电路的改进电路的改进电路的改进电路的改进(gijn)(gijn)系列系列系列系列74S系列输出级采用达林顿结构 采用了抗饱和(boh)三极管 有源泄放电路 肖特基三极管有源泄放电(fng din)路T2、T5只可能同时导通返回第46页/共51页第四十六页，共52页。五、五、五、五、TTLTTL电路的改进电路的改进电路的改进电路的改进(gijn)(gijn)系列系列系列系列74LS系列(xli)返回(fnhu)第47页/共51页第四十七页，共52页。典型典型(dinxng)TTL门门IC7400TTL与非门与非门7400引脚排列(pili)图第48页/共51页第四十八页，共52页。TTL门电路输入特性门电路输入特性(txng)习题（习题（P123 （三）（三）对于TTL电路，若门的输入端接的电阻小于ROFF（关门电阻），则可认为(rnwi)是逻辑低电平；所接电阻若大于 RON（开门电阻），则可认为(rnwi)输入端接的是逻辑高电平。若电阻趋于无穷大（悬空），也为逻辑高电平。ROFF可根据 求得RON通常由实验测得，一般 以上。第49页/共51页第四十九页，共52页。9月月15日作业日作业(zuy)P1279P12810,11,13第50页/共51页第五十页，共52页。感谢您的观赏(gunshng)！第51页/共51页第五十一页，共52页。内容(nirng)总结2.2 半导体二极管和三极管的开关特性。开关等效电路和动态开关特性。IOH/IOL=1.0mA/-20mA。IIH/IIL=50A/-1.43mA。IIH/IIL=50A/-1.43mA。输出波形滞后于输入波形的时间。T4导通时工作在放大状态，T5导通时工作在深度(shnd)饱和状态。由放大状态恢复到截止状态要比深度(shnd)饱和恢复到截止快。ICCM=iC4+iB4+iB1。功耗小，延迟功耗积（dp积）小。10,11,13第五十二页，共52页。