第三章门电路(1)PPT课件
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三极管的开关等效电路
.பைடு நூலகம்
22
四、 三极管非门
例： =30， VCC = VEE =12V，
VCES=0.3V， R1 =5.1k， RC =2k, R2
VCC
=20k， 当Vi = 0、5V、悬空时，晶体
RC
管的静态工作状态及Vo的值？
分析： 由叠加定理或戴维
南等效定理可知
+
IB R1
V’ i
IC
Vi'R1R 2R2Vi R1R 1R2VEEV- i
.
4
2. 分类
按工艺：双极型TTL、MOS型CMOS 按逻辑功能：与、或、非、与非等
按输出结构：推拉式、OC门
按集成度
小规模集成电路SSI 中规模集成电路MSI 大规模集成电路LSI 超大规模集成电路VLSI
.
5
3. 高、低电平的获取方法
1
只要能判断 高低电平即 可
0
可用三极
在数K字开电--管-路-代-中-替v，o=一1般, 输用出高高电电平平代表1、低 电平K代合表---0-，--即vo所=0谓, 的输正出逻低辑电系平统。
.
6
Vcc
互补开关电路：
开关S1和S2受同一输入 信号vI的控制，而且导通和 断开的状态相反。当S1闭合 时，S2断开，输出为高电平 “1”；相反当S1断开时，S2 闭合，输出为低电平“0”。
S1
输
输
入 信vI
vo
出 信
号
号
S2
图3.1.3 互补开关电路
.
7
3.2 最简单的与、或、非门电路
3.2.2 二极管与门
设：VIL =0V , VIH =3V VD =0.7V
AB Y
VIL VIL 0.7V
VIL VIH 0.7V
VIH VIL VIH VIH
0.7V 3.7V
.
8
AB Y VIL VIL 0.7V VIL VIH 0.7V VIH VIL 0.7V VIH VIH 3.7V
二极管与门
EWB 仿真
.
20
三极管的开关电路的分析方法
(1) 判断UBE (2) 计算ICS 和IBS (3) 计算IB (4) 判断IB 是否大于IBS , 若大于则三极管工作于 饱和状态，反之，则工作于放大状态。
.
21
三极管截止时相当于开关断开，在开 关电路的输出端给出高电平；
三极管饱和导通时相当于开关接通， 在开关电路的输出端给出低电平。
.
2
本章主要内容
3.1 概述 3.2 半导体二极管门电路 3.5 TTL门电路 3.6 其他类型的双极型集成门电路 3.3 CMOS门电路 3.4 其他类型的MOS集成门电路
.
3
§ 3.1 概述
1. 门电路是用以实现逻辑关系的电 子电路，与我们所讲过的基本逻辑关系 相对应，门电路主要有：与门、或门、 与非门、或非门、异或门等。
截止区
.
14
输出特性三个区域的特点:
(1) 放大区：发射结正偏，集电结反偏。
即： IC=IB , 且 IC = IB
(2) 饱和区：发射结正偏，集电结正偏。
即：UCEUBE ， IB>IC，UCES0.3V
IB > IBS
(3) 截止区： UBE< 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0
vO = Vcc - iC RC
.
17
晶体管的基本开关电路
三极管工作状 态判断方法：
RB
+ v iB
i
-
VCC RC
+
iC
vO
-
①当UBE
＜0.7V时，截止 ≥0.7V时，放大或饱和
.
18
三极管工作状态 判断方法：
RB
+ v iB
i
-
VCC RC
+
iC
vO
-
v ＜0时，放大
②当 BC ≥0时，饱和
VEE
Vi
VO
R2
2.4V0.7V
.
AB Y 00 0 01 0 100 11 1
9
3.2.3 二极管或门
设：VIL =0V , VIH =3V VD =0.7V
二极管或门
AB Y VIL VIL 0V VIL VIH 2.3V VIH VIL 2.3V VIH VIH 2.3V
EWB
仿真
.
10
二极管门电路的缺点
1. 体积大、工作不可靠。 2. 需要不同电源。 3. 各种门的输入、输出电平不匹配。 4. 带负载能力差。
80
60
开启电压: 40 硅管0.5V 20
锗管0.1V
导通电压： 硅管 UBE0.6~0.8V,锗管 UBE0.2~0.3V。
0.5 0.8 UBE(V)
.
13
【 】 2. 输出特性 IC(mA 放) 大区
内容 回顾
4
100A
饱和区3 2
80A 60A 40A
1
20A
IB=0
3 6 9 12 UCE(V)
.
15
三、 三极管的开关特性
vi = 0
iB = 0 T截止
RB
+ v iB
i
-
iC = 0
vRC = 0 .
VCC RC
+
iC
vO -
vO = Vcc 16
三、三极管的开关特性
vi 较大
VCC RC
iB
vI
VON RB
iC =β iB
+
+ TR饱B 和 iC
vvi oiB=VCES
vO
-
-
vRC = iC RC
R2 -VEE
+
VO
-
.
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例： =30， VCC = VEE =12V，
VCES=0.3V， R1 =5.1k， RC =2k,
VCC
R2 =20k， 当Vi = 0、5V、悬空时，
RC
晶体管的静态工作状态及Vo的值？
分析： 当Vi =0时：
IB
R1 Vi’
IC
+
+
Vi'
R2 R1 R2
Vi
R1 R1 R2
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》
（第五版）教学课件
信息科学与工程学院 ·基础电子教研室
.
1
第三章 门电路
内容提要
本章介绍数字电路的基本逻辑单元—门电 路。首先复习二极管、三极管的工作特性，然 后讲述由三极管构成的TTL电路的工作原理， 重点介绍TTL电路电气特性，即输入特性和输 出特性，为以后应用这些器件打下基础，最后 简单介绍了CMOS门电路。
.
19
假设三极管饱和， IC最大 饱和电流为ICS
ICS
VCCUCES RC
+
IBS = ICS /β
ui
而实 际 的 基 极 电 流
-
IB
ui
UON RB
IC(mA VCC
)
4
RC
R3B
+iC
+
iB2
UCES
vO
1
--
IB=0
3 6 9 12UCE(V)
③ IB
≥ IBS时，饱和 ＜ IBS时，放大
•多用于集成电路（IC）内部电路
.
11
§3.5 TTL门电路（P109）
3.5.1 三极管及其构成的非门电路 一、 晶体管的结构和类型
发射区 基区 集电区
NPN型
e 发射极
c 集电极PNP型
发射结
集电结
【 】 内容 回顾
b 基极
.
12
【 】 二、晶体管的共射特性曲线
1. 输入特性
内容 回顾
IB(A)
.பைடு நூலகம்
22
四、 三极管非门
例： =30， VCC = VEE =12V，
VCES=0.3V， R1 =5.1k， RC =2k, R2
VCC
=20k， 当Vi = 0、5V、悬空时，晶体
RC
管的静态工作状态及Vo的值？
分析： 由叠加定理或戴维
南等效定理可知
+
IB R1
V’ i
IC
Vi'R1R 2R2Vi R1R 1R2VEEV- i
.
4
2. 分类
按工艺：双极型TTL、MOS型CMOS 按逻辑功能：与、或、非、与非等
按输出结构：推拉式、OC门
按集成度
小规模集成电路SSI 中规模集成电路MSI 大规模集成电路LSI 超大规模集成电路VLSI
.
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3. 高、低电平的获取方法
1
只要能判断 高低电平即 可
0
可用三极
在数K字开电--管-路-代-中-替v，o=一1般, 输用出高高电电平平代表1、低 电平K代合表---0-，--即vo所=0谓, 的输正出逻低辑电系平统。
.
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Vcc
互补开关电路：
开关S1和S2受同一输入 信号vI的控制，而且导通和 断开的状态相反。当S1闭合 时，S2断开，输出为高电平 “1”；相反当S1断开时，S2 闭合，输出为低电平“0”。
S1
输
输
入 信vI
vo
出 信
号
号
S2
图3.1.3 互补开关电路
.
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3.2 最简单的与、或、非门电路
3.2.2 二极管与门
设：VIL =0V , VIH =3V VD =0.7V
AB Y
VIL VIL 0.7V
VIL VIH 0.7V
VIH VIL VIH VIH
0.7V 3.7V
.
8
AB Y VIL VIL 0.7V VIL VIH 0.7V VIH VIL 0.7V VIH VIH 3.7V
二极管与门
EWB 仿真
.
20
三极管的开关电路的分析方法
(1) 判断UBE (2) 计算ICS 和IBS (3) 计算IB (4) 判断IB 是否大于IBS , 若大于则三极管工作于 饱和状态，反之，则工作于放大状态。
.
21
三极管截止时相当于开关断开，在开 关电路的输出端给出高电平；
三极管饱和导通时相当于开关接通， 在开关电路的输出端给出低电平。
.
2
本章主要内容
3.1 概述 3.2 半导体二极管门电路 3.5 TTL门电路 3.6 其他类型的双极型集成门电路 3.3 CMOS门电路 3.4 其他类型的MOS集成门电路
.
3
§ 3.1 概述
1. 门电路是用以实现逻辑关系的电 子电路，与我们所讲过的基本逻辑关系 相对应，门电路主要有：与门、或门、 与非门、或非门、异或门等。
截止区
.
14
输出特性三个区域的特点:
(1) 放大区：发射结正偏，集电结反偏。
即： IC=IB , 且 IC = IB
(2) 饱和区：发射结正偏，集电结正偏。
即：UCEUBE ， IB>IC，UCES0.3V
IB > IBS
(3) 截止区： UBE< 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0
vO = Vcc - iC RC
.
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晶体管的基本开关电路
三极管工作状 态判断方法：
RB
+ v iB
i
-
VCC RC
+
iC
vO
-
①当UBE
＜0.7V时，截止 ≥0.7V时，放大或饱和
.
18
三极管工作状态 判断方法：
RB
+ v iB
i
-
VCC RC
+
iC
vO
-
v ＜0时，放大
②当 BC ≥0时，饱和
VEE
Vi
VO
R2
2.4V0.7V
.
AB Y 00 0 01 0 100 11 1
9
3.2.3 二极管或门
设：VIL =0V , VIH =3V VD =0.7V
二极管或门
AB Y VIL VIL 0V VIL VIH 2.3V VIH VIL 2.3V VIH VIH 2.3V
EWB
仿真
.
10
二极管门电路的缺点
1. 体积大、工作不可靠。 2. 需要不同电源。 3. 各种门的输入、输出电平不匹配。 4. 带负载能力差。
80
60
开启电压: 40 硅管0.5V 20
锗管0.1V
导通电压： 硅管 UBE0.6~0.8V,锗管 UBE0.2~0.3V。
0.5 0.8 UBE(V)
.
13
【 】 2. 输出特性 IC(mA 放) 大区
内容 回顾
4
100A
饱和区3 2
80A 60A 40A
1
20A
IB=0
3 6 9 12 UCE(V)
.
15
三、 三极管的开关特性
vi = 0
iB = 0 T截止
RB
+ v iB
i
-
iC = 0
vRC = 0 .
VCC RC
+
iC
vO -
vO = Vcc 16
三、三极管的开关特性
vi 较大
VCC RC
iB
vI
VON RB
iC =β iB
+
+ TR饱B 和 iC
vvi oiB=VCES
vO
-
-
vRC = iC RC
R2 -VEE
+
VO
-
.
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例： =30， VCC = VEE =12V，
VCES=0.3V， R1 =5.1k， RC =2k,
VCC
R2 =20k， 当Vi = 0、5V、悬空时，
RC
晶体管的静态工作状态及Vo的值？
分析： 当Vi =0时：
IB
R1 Vi’
IC
+
+
Vi'
R2 R1 R2
Vi
R1 R1 R2
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》
（第五版）教学课件
信息科学与工程学院 ·基础电子教研室
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第三章 门电路
内容提要
本章介绍数字电路的基本逻辑单元—门电 路。首先复习二极管、三极管的工作特性，然 后讲述由三极管构成的TTL电路的工作原理， 重点介绍TTL电路电气特性，即输入特性和输 出特性，为以后应用这些器件打下基础，最后 简单介绍了CMOS门电路。
.
19
假设三极管饱和， IC最大 饱和电流为ICS
ICS
VCCUCES RC
+
IBS = ICS /β
ui
而实 际 的 基 极 电 流
-
IB
ui
UON RB
IC(mA VCC
)
4
RC
R3B
+iC
+
iB2
UCES
vO
1
--
IB=0
3 6 9 12UCE(V)
③ IB
≥ IBS时，饱和 ＜ IBS时，放大
•多用于集成电路（IC）内部电路
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§3.5 TTL门电路（P109）
3.5.1 三极管及其构成的非门电路 一、 晶体管的结构和类型
发射区 基区 集电区
NPN型
e 发射极
c 集电极PNP型
发射结
集电结
【 】 内容 回顾
b 基极
.
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【 】 二、晶体管的共射特性曲线
1. 输入特性
内容 回顾
IB(A)