晶体管开关与逻辑门电路

晶体管开关与逻辑门电路补充资料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”。晶体管门电路(分立元件)集成电路(TTL和MOS)可编程逻辑器件(CPLD、FPGA)数字电路一、二极管的特性(一)P型半导体、N型半导体（二）PN结的形成及特性（三）PN结的单向导电性外加正向电压外加反向电压（三）PN结的单向导电性二极管的结构和符号部分二极管实物（四）、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A.VON：门槛电压或称阈值电压、开启电压B.VD：导通压降C：导通条件：VVD(0.7V)被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，相当于一个具有0.7V压降的闭合开关。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：vDVON，实际：vD≤0，保证二极管可靠截止C.VZ：二极管的反向击穿电压二极管截止时的等效电路B.截止状态：虽然有很小的Is反相漏电流，一般二极管可以相当于一个断开的开关（二）、晶体二极管动态开关特性动态过程（过渡过程）：二极管导通和截止之间转换过程。tre反向恢复时间：二极管从导通到截止所需时间。二极管两端输入电压的频率过高，以至输入负电压的持续时间小于它的反向恢复时间时，二极管将失去其单向导电性。（一）三极管基本结构及符号BECNNP基极发射极集电极NPN型PNP集电极基极发射极BCEPNP型二、双极型晶体三极管(BJT)的开关特性BECNNP基极发射极集电极基区：较薄，掺杂浓度低集电区：面积较大发射区：掺杂浓度较高BECNNP基极发射极集电极发射结集电结三极管具有饱和、放大和截止三种工作状态，在数字电路中，静态主要工作于饱和和截止状态。NPN型硅三极管开关电路及其特性（二）、三极管的截止状态和可靠截止的条件当vI很小，如vI0.5V时B.C.三极管工作在Q1点或Q1点以下位置，三极管的这种工作状态叫截止状态NPN硅三极管截止的条件为vBE≤0.5V，可靠截止的条件为vBE≤0V。A.vBE小于开启电压，B－E间，C－E间都截止（三）、三极管的饱和状态和可靠饱和的条件当输入电压vI增加：A.iB增加，工作点上移，当工作点上移至Q3点时，三极管进入临界饱和状态。B.iB再增加，输出iC将不再明显变化iB=IBS临界饱和电流，VCE=VCES≈0.3VC.工作点向上移至Q3点以上，饱和深度增加，进入可靠饱和状态VCE=VCES≈0.3V当输入电压vI增加：可靠饱和条件：iB=IBS或者iC=ICS（ICS=IBS）（四）、三极管开关的过渡开关特性ton=td+trton开通时间,建立基区电荷时间toff=ts+tftoff关断时间，存储电荷消散时间td：延迟时间，上升到0.1Icmaxtr：上升时间，0.1Icmax到0.9Icmaxts：存储时间，下降到0.9Icmaxtf：下降时间，下降到0.1Icmax开关时间为纳秒级，它限制了三极管开关的工作速度三基本逻辑门电路（一）、二极管与门及或门电路1.二极管“与”门电路D1On，D2OnD1On，D2OffD1Off，D2OnD1On，D2On0(0.7V)0(0.7V)0(0.7V)1(3.7V)2.二极管“或”门电路BAYD1OnD2OnD1OffD2OnD1OnD2OffD1OnD2On0(-0.7V)1(2.3V)1(2.3V)1(2.3V)3.BJT反相器－非门电路R1DR2AF+12V+3V三极管非门uAuF3V0.30V3.7嵌位二极管AFT饱和D截止T截止D导通R1DR2F+12V+3V三极管非门D1D2AB+12V二极管与门与非门DTL门电路四TTL门电路晶体管门电路(分立元件)集成电路(TTL和MOS)可编程逻辑器件(CPLD、FPGA)数字电路集成电路优点:体积小、耗电少、重量轻、可靠性高等。RTL（Resister-TransistorLogic）电阻晶体管逻辑；DTL（Diode-TransistorLogic）二极管晶体管逻辑；HTL（High-ThresholdLogic）高阈值逻辑；TTL（Transistor-TransistorLogic）晶体管晶体管逻辑；ECL（EmitterCoupledLogic）发射极耦合逻辑；I2L（IntegratedInjectionLogic）集成注入逻辑(IIL)。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PMOS型;NMOS型;CMOS型单极型