三极管的开关特性,门电路教程

§2门电路2.1概述1、门电路3、分立元件门电路和集成门电路2、高低电平与正负逻辑高电平为1，低电平为0称为正逻辑高电平为0，低电平为1称为负逻辑2.2二极管和三极管的开关特性二极管导通条件及导通时的特点:VVF7.0)(7.0硅VVD0DI二极管截止条件及截止时的特点:VVF5.0较大的反向漂移电流ret一般为纳秒数量级出现大量的反向电流的原因：在数字电路中，三极管是作为开关使用的。三极管截止相当于开关断开；三极管饱和相当于开关闭合；因此我们最关心三极管截止和饱和时的情况。一、开关特性2.2.2三极管的开关特性图2.2.6双极型三极管的特性曲线(a)输入特性曲线(b)输出特性曲线图2.2.8用图解法分析图2.2.7电路(a)电路图(b)作图方法截止.饱和条件:截止条件:饱和条件:)5.0(0VVVVBEBE或BSBII图2.2.9双极型三极管的开关等效电路(a)截止状态(b)饱和导通状态图2.3.1二极管与门2.3最简单的与、或、非门电路图2.3.2二极管或门图2.3.3三极管非门（反相器）2.4TTL门电路TTL（Transistor-Transistor-Logic)目前，我们使用的TTL门电路和中、小规模集成电路以74/54系列为主，包括做实验时所使用的芯片，都是这一系列产品。74/54系列又根据功耗的大小，速度的快慢等分为几个子系列，如74SXX、74LSXX、74ALSXX、74HXX和74FXX等等。（一）、TTL门电路我们以TTL与非门电路为例，分析一下TTL电路的特点，特别是输出级的结构，因为大多数TTL门电路的输出级都是这种结构。图2.4.1TTL反相器的典型电路非门内部电路工作原理A为0.2v5v3.4V2.1v1v1v0.9v1.4v0.7v0.3v3.6v0.5v2、推拉输出电路推拉输出电路：推拉输出因T4和T5你通我止，你止我通而得名。它也叫图腾柱（Totempole）输出，有源上拉电路（Activepull-up）。本推拉输出电路由T4、T5、D2及R4组成，它的特点是无论输出电平是高是低，输出阻抗始终较低，负载能力强。同时，电路转换速度快。此电路相当于反相器电路有一个阻值可变的集电极电阻RC，三极管饱和时变大，有利于加大饱和程度，降低输出电压；三极管截止时变小，有利于三极管退出饱和，降低高电平输出阻抗。二、TTL非门的主要外部特性1、电压传输特性V0随Vi变化的规律ab段：截止区Vi0.6vV0=VHbc段：线性区VI=0.6~1.3V0随VI增加线性下降。cd段：转折区VI1.3v以后V0加速下降。de段：饱和区VI增大。2.4.4其它TTL门图2.4.20TTL与非门电路图2.4.22TTL或非门电路图2.4.23TTL与或非门图2.4.24TTL异或门图2.4.25推拉式输出级并联的情况二、OC门图2.4.26集电极开路与非门的电路和图形符号图2.4.27OC门输出并联的接法及逻辑图OC门电路可以实现线与，高电压、大电流的驱动能力很强，但失去了推拉功耗低、输出速度快的优点。图2.4.31三态输出门的电路图和图形符号（a）控制端高电平有效（b）控制端低电平有效三、三态门Enable:控制端，又称使能端•三态输出门三态：电路输出端可以处于三种状态：高电平、低电平和悬空态。推拉输出的特点是T4、T5轮流导通，如果我们使T4、T5全都截止，则输出端处于悬空态，也称高阻态。图2.4.32用三态输出门接成总线结构图2.4.33用三态输出门实现数据的双向传输2.6CMOS门电路2.6.1、CMOS反相器工作原理CMOS电路的结构特点是：一个N沟道管和一个P沟道管配对使用，即N、P互补（Comp-lementary）。P管作负载管，N管作输入管，两管栅极接在一起。注意：P沟的开启电压是负值栅极电压要低于源极。两管导通时的电阻较小为RON两管截止时的电阻很大为ROFFN沟道增强型和P沟道增强型(1)当输入电压VI为低电平时，VI=0T1管导通，T2管截止，输出电压V0为：VDD(2)当输入电压VI为高电平时，VI=VDDT1管截止，T2管导通，输出电压V0为：0v与TTL反相器相比，输出高电平更高(=VDD)，稳态时，且总有一个管子是截止的，工作电流极小，功耗极低。图2.6.2CMOS反相器的电压传输特性图2.6.3CMOS反相器的电流传输特性图2.6.4不同VDD下CMOS反相器的噪声容限图2.6.5CMOS反相器输入端噪声容限与VDD的关系图2.6.6CMOS反相器的输入保护电路（a）CC4000系列的输入保护电路（b）74HC系列的输入保护电路图2.6.7CMOS反相器的输入特性（a）图2.6.6(a)电路的输入特性（b）图2.6.6(b)电路的输入特性图2.6.8vO=VOL时CMOS反相器的工作状态图2.6.9CMOS反相器的低电平输出特性图2.6.10vO=VOH时CMOS反相器的工作状态图2.6.11CMOS反相器的高电平输出特性图2.6.12CMOS反相器传输延迟时间的定义图2.6.13VDD和CL对传输延迟时间的影响图2.6.14CMOS反相器的交流噪声容限图2.6.15CMOS反相器的瞬时导通电流图2.6.16CMOS反相器对负载电容的充、放电电流图2.6.17CMOS反相器的静态漏电流（a）vI=0（b）vI=VDD图2.6.18CMOS与非门图2.6.19CMOS或非门图2.6.20带缓冲级的CMOS与非门电路图2.6.21带缓冲级的CMOS或非门电路图2.6.22漏极开路输出的与非门CC40107图2.6.23CMOS传输门的电路结构和逻辑符号图2.6.24CMOS传输门中两个MOS管的工作状态图2.6.25CMOS双向模拟开关的电路结构和符号图2.6.26CMOS模拟开关接负载电阻的情况图2.6.27CMOS模拟开关的电阻特性图2.6.28CMOS三态门电路结构之一图2.6.29CMOS三态门电路结构之二（a）用或非门控制（b）用与非门控制图2.6.30CMOS三态门电路结构之三