第二章門電路1

2.1半導體二極管、三極管和MOS管的開關特性

2.1.1二極管的開關特性因為半導體二極管具有單向導電性，所以它相當于一個受外加電壓極性控制的開關.

1.二極管靜態開關特性(a)電路圖(b)輸入高電平時的等效電路(c)輸入低電平時的等效電路

圖2.1二極管靜態開關電路及其等效電路

2.二極管動態開關特性

在高速開關電路中，需要了解二極管導通與截止間的快速轉換過程。(a)

電路圖(b)輸入脈沖電壓波形(c)實際電路波形

圖2.2二極管的動態開關特性

2.1.2三極管的開關特性

1．三極管的三種工作狀態

（1）截止狀態：當VI小于三極管發射結死區電壓時，IB＝ICBO≈0，IC＝ICEO≈0，VCE≈VCC，三極管工作在截止區，對應圖1.4.5（b）中的A點。

三極管工作在截止狀態的條件為：發射結反偏或小于死區電壓此時，若調節Rb↓，則IB↑，IC↑，VCE↓，工作點沿著負載線由A點→B點→C點→D點向上移動。在此期間，三極管工作在放大區，

其特點為IC＝βIB。三極管工作在放大狀態的條件為：發射結正偏，集電結反偏

（2）放大狀態：當VI為正值且大于死區電壓時，三極管導通。有

若再減小Rb，IB會繼續增加，但IC已接近于最大值VCC/RC，不會再增加，三極管進入飽和狀態。飽和時的VCE電壓稱為飽和壓降VCES，其典型值為：VCES≈0.3V。三極管工作在飽和狀態的電流條件為：IB＞IBS電壓條件為：集電結和發射結均正偏

（3）飽和狀態：保持VI不變，繼續減小Rb，當VCE＝0.7V時，集電結變為零偏，稱為臨界飽和狀態，對應圖（b）中的E點。此時的集電極電流稱為集電極飽和電流，用ICS表示，基極電流稱為基極臨界飽和電流，用IBS表示，有:

2.2分立元器件門電路

一、二極管與門電路（a）電路圖（B）邏輯符號（C）工作波形二極管與門的工作原理二、二極管或門電路

（a）電路圖（B）邏輯符號（C）工作波形

二極管或門的工作原理

四、組合邏輯門電路

1．與非門電路 與非門電路及其邏輯符號 （a）電路圖（b）邏輯符號2、或非門電路或非門電路及其邏輯符號（a）電路圖（b）邏輯符號2．3CMOS門電路一、CMOS反相器工作原理①輸入低電平:Ui=0,Uo=1②輸入高電平:Ui=1,Uo=0

二CMOS門電路或非門

驅動管并聯負載管并聯或非：有1出0，全1出1三.CMOS傳輸門電路結構：

四．三態門2．4TTL集成與非門電路如果把分立元件電路中的半導體器件、電阻、電容及導線等都制造在一個半導體基片（通常是硅片）上，構成一個完整的電路，封裝在一個管殼內，就是集成門電路。基于半導體工藝的特點，集成電路中管子制造較容易，占芯片面積小，但電容和高阻值電阻制造較困難，占芯片面積較大。因此，在數字集成電路中，一般都避免使用電容和高阻值電阻，往往多用管子。數字集成電路可以分成兩大類：一類以雙極型晶體管為基本器件，稱為雙極型數字集成電路，屬于這一類的有TTL等；另一類以MOS晶體管為基本器件，稱為MOS型（或單極型）數字集成電路，屬于這一類的有NMOS和CMOS等。

數字集成電路按半導體器件：按照集成度（即每一片硅片中所含元、器件數）的高低，可將集成電路分成小規模集成電路（smallscaleIntegration,簡稱SSI），中規模集成電路（MediumScaleIntegration,簡稱MSI），大規模集成電路（LargeScaleIntegration，簡稱LSI）和超大規模集成電路(VeryLargeScaleIntegration，簡稱VLSI)。

1．TTL集成與非門電路結構

電路組成:Ⅰ:輸入級V1多發射極管Ⅱ:中間級(倒相級)V2R2R3Ⅲ:輸出級V3V4為射極輸出器與V5構成推拉式輸出級

①輸入有低電平0.3V時，K點電位為1V，V1導通，V2、V5截止，V3、V4導通。（F為3.6V高電平。）

②輸入全為高電平3V，則K點電位3.7V，在三個PN結的鉗制下，VK=2.1v，V1集電結正偏，發射結反偏。

R1處于倒置工作狀態（B反）R1V5-飽和，M點電位1V，則V3——微通，V4——截止（則F=0.3V低電平）

由①、②得F=

2．工作原理3．電壓傳輸特性和噪聲容限a．電壓傳輸特性

2．工作原理工作區

1、

AB段:UI<0.6V且UO=UOH

2、DE段：UI>1.5V且UO=UOL飽和區

線形區3、BC段：0.6v<UI<1.3V則UI↑UO↓（V5截止）轉折區4、CD段：1.3V<UI<1.5VUI↑UO↓（利用之可構成振蕩電路。如產生矩形波）

b．關門電平、開門電平和閾值電壓（1）關門電平在保證輸出為標準高電平USH(常取USH＝3V）時，允許輸入低電平的最大值稱為關門電平,用UOFF表示。由上圖可得UOFF≈1.0V。顯然，只有當輸入uI＜UOFF時，與非門才關閉，輸出高電平。

在保證輸出為標準低電平USL（常取USL＝0.3V）時，允許輸入高電平的最小值稱為開門電平，用UON表示。由上圖可得UON≈1.2V。顯然，只有當uI＞UON