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三极管的工作原理晶体三极管的开关特性及其在数字电路中的应用常用数字集成电路的类型晶体三极管的开关特性•c•b••eNPNRbIcIsRcNPN型晶体管。电阻Rb为基极电阻，电阻Rc为集电极电阻，晶体三极管T的基极b起控制的作用，通过它来控制开关开闭动作，集电极c及发射极e形成开关两个端点，由b极来控制其开闭，c、e两端的电压即为开关电路的输出电压V0。当输入电压V1为高电平时，晶体管导通，相当于开关闭合，所以集电极电压Vc≈0，即输出低电平，而集电极电流ic≈VCC/RC。当输入电压Vc为低电平时，由图可见，晶体管截止，相当于开关断开，所以得集电极电流iC≈0，而集电极电压Vc≈VCC，即输出为高电平。这就是晶体三极管的理想稳态开关特性。数字集成电路是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统。根据数字集成电路中包含的门电路或元、器件数量，可将数字集成电路分为小规模集成（SSI）电路、中规模集成MSI电路、大规模集成（LSI）电路、超大规模集成VLSI电路和特大规模集成（ULSI）电路。晶体三极管的开关特性及其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、低电子的电压值有不同的界定规则。晶体三极管的开关特性及其数字电路中的应用在右图所示用电阻和开关构成的电路中，开关闭合，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。因此，用开关可以实现高、低电平，这是构成门电路的基础。门电路中的开关不能使用机械开关，因为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。在现代高速电子控制系统中，开关每秒可能要开合上亿次，机械开关是绝对无法胜任的，必须使用电子开关，即用晶体管或MOS管(金属氧化物半导体场效应管)做成的开关。例如，用晶体三极管代替图中开关得到的电路如右图所示。试验目的：观察晶体三极管的开关特性。试验准备：晶体三极管3DK4C1只，10kΩ、2.2kΩ电阻各1只，3V(或5V)电源1只，多用电表。小试验试验过程：在电路试验板上按图搭接电路，并在下列各空格处填入试验结果。(1)将输入端接地，用多用电表测量电阻Rc两端的电压Ur=V，此时晶体三极管集电极的电流Ice(填“很大”或“很小”)，三极管处于（填“导通”或“截止”)状态；三极管集电极c与发射极e之间的电压Uce=V，属于(填“高”或“低”)电平。(2)将输入端接3V电压，用多用电表测量电阻Rc两端的电压Ur=V，此时晶体三级管集电极的电流Ice(填“很大”或“很小”)，三极管处于(填“导通”或“截止”)状态；二极管集电极c与发射极e之间的电压Uce=V，应属于(填“高”或“低”)电平。(3)用发光二极管高、低电平检测器检测(1)、(2)两种情况下电路的输入端和输出端，判断该电路的逻辑功能。试验总结：晶体三极管是否可以当做开关使用？为什么？0很小截止3高2.8很大导通0.2低晶体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——输人信号足够小（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（高电子）。由于加到三极管基极的信号不是高电平，就是低电平，因此晶体三极管工作于开关状态，即不是工作于饱和状态，就是工作于截止状态。我们通常称这种信号为开关信号（即数字信号）。晶体三极管的开关效应另一种常作为门电路中开关使用的器件是金属氧化物半导体场效应晶体三极管，即MOS管，它和双极型晶体三极管一样也有三个极：源极S、栅极G和漏极D。这三个极和双极型晶体三极管的各电极的对应关系是：源极相当于发射极，通常接地；漏极相当于集电极，通常通过电阻接电源；栅极相当于基极，用来控制漏极电流的大小。普通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，而MOS管属于电压控制器件，在其栅极与源极之间加适当的电压就能使MOS管导通，MOS管在开关信号的作用下，也有导通和截止两种状态，因而也可做开关使用。场效应晶体三极管的开关效应数字集成电路的类型数字集成电路有多种类型，最常用的有TTL和CMOS两种。TTL与CMOS部分参数对照CMOS器件与TTL器件的逻辑电平和电路的输出能力不一样，因此两种类型的集成电路通常不能在同一个电路中使用，如需同时使用，要在它们之间加上电平转换电路。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。数字集成电路TTL和CMOS管的特点常用逻辑门电路的型号部分常用集成逻辑门的引脚图逻辑门电路符号图（非门、与门、与非门、或门、异或门）马上行动在电路试验板上测量TTL非门CT74LS04和CMOS非门CC4069的输出电平值，并填入下表。3.7V5V0.2V0V小资料请在电路试验板上搭接图所示电路，其中，VA、VB、VC、VD分别是CC4011中的四个与非门。VA和VB组成单稳态触发器，当光线变暗，使RG的数值大到一定程度时，从10脚会出现一个宽度(持续时间)一定的高电平，其持续时间tw约为0.7C1·R1。VC、VD组成多谐振荡器，在2脚为高电平时，多谐振荡器将产生周期性矩形波，其周期约等于1.4C2·R3。用手遮一下光敏电阻RG(MG4)，听蜂鸣器呜叫的声音，记录呜叫持续的时间。讨论：该电路有何用途?COMS器件较容易损坏，使用时要注意保护，如电源的极性不能接反。焊接时，最好将烙铁的电源切断等。焊接的实质：利用热能将两金属原子间加速扩散，由于冷却金属原子间产生吸引力，使焊锡金属牢固地结合两被焊金属。锡焊的特征：焊锡和元件之间呈浸润状态。焊接集成电路要注意焊接技术1.加热正确焊接正确焊接1.加热2.加焊锡（松香）正确焊接正确焊接2.加焊锡（松香）正确焊接3.撤离3.撤离正确焊接正确焊接3.撤离正确焊点：光洁的圆锥体形，大小适中。焊锡用量过多。焊锡用量太少。有毛刺；加热时间控制不当。焊接的要点：1.控制焊锡用量。2.控制加热时间。课堂小结1.通过学习了解晶体三极管的开关特性及其在数字电路中的应用。2.知道常见的数字集成电路有TTL和CMOS两种类型及其基本性能。3.并初步尝试用数字集成电路安装简单的实用电路装置。