第二章门电路案例

截止时，发射结和集电结都反偏
三极管的三种工作状态
+VCC RC iC Rb + VI － iB
1
iC VCC/RC ICS IB5 E D C B A 0.7V VCC IB4 = IBS IB3 IB2 IB1 IB=0 vCE
b
c3 T
2
e
（1）截止状态：当VI小于三极管发射结死区电压时，IB＝ICBO≈0，IC ＝ICEO≈0，VCE≈VCC，三极管工作在截止区，对应图中的A点。 三极管工作在截止状态的条件为：发射结反偏或小于死区电压。
+VCC（ + 5V） R 3kΩ
D
Rc 1kΩ
D5 3 1
A B C
1
P
D
4
L
T 2
D2 D 3
R1 4.7kΩ
DTL门到TTL门的演进
+VCC （ + 5V ） Rb1
+VCC （ +5V） R b1
A B C
N N N
P P P
P
N
1
3
A B C
T1
TTL与非门电路
+V CC （ + 5V） Rc 2 R b1 4kΩ
P型半导体：在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。
硅原子
电子空穴对
+4
空穴 硼原子
+4
+4
－
空穴 P型半导体 － － － － － － － －
+4
+3
+4
－
－
－
受主离子
+4
+4
+4
多数载流子—— 空穴 少数载流子——自由电子
N型半导体：在本征半导体中掺入五价杂质元素，如磷、砷等。
硅原子 多余电子
IB
c
I CBO
IC I CN
N
RC
因为集电结反偏，收 集扩散到集电区边缘的 电子，形成电流ICN 另外，集电结区的少 数载流子形成漂移电流 ICBO
b
Rb V BB
I EN I EP
P
VCC
N
e
IE
两种载流子参与导电——双极型晶体管
双极型三极管的特性曲线
双极型三极管的基本开关电路
双极型三极管的基本开关电路
第二章 门 电 路
第二章 门电路
2.1 概述 2.2 半导体二极管门电路 2.3 CMOS门电路 2.4 TTL门电路
2.1 概述
用来实现基本逻辑关系的电路通称为门电路 正逻辑和负逻辑 获得高、低电平的基本方法
二极管 晶体管 三极管 单极型三极管（FET） MOSFET 双极型三极管（BJT） JFET 增强型
正偏
反偏 反向击穿
IR（少数载流子漂移）
电击穿——可逆
热击穿——烧坏PN结
PN结的单向导电性
二极管的伏安特性
二极管伏安特性的几种近似
二极管开关电路
二极管开关特性
D + vi － (a)
IF VF VD VF RL RL
i RL
ts称为存储时间， tt称为渡越时间， tre＝ts十tt称为 反向恢复时间。
+4
+4
+4
电子空穴对
自由电子
N型半导体
+4
磷原子
+5
+4
+ +
+ + +
+
+ + +
施主离子
+ +
+4
+4
+4
+
多数载流子——自由电子 少数载流子—— 空穴
PN结
+ + + + + + + + + + N区 - - - - - - - - P区
内电场
+ + + + + + + + + + N区
- - - - - - - - P区
+VCC （ +5V） R 3kΩ D1 0V D2 5V 5V 0.7V D1 D2 +VCC （ +5V） R 3kΩ 1.4V L
2.3 最简单的门电路
2.3.1 二极管与门 2.3.2 二极管或门 2.3.3 三极管非门
返回
解决办法：
将二极管与门（或门）电路和三极管非门电路组合起来。
解决办法：
将二极管与门（或门）电路和三极管非门电路组合起来。
+V CC （ +5V） R 3kΩ
D
Rc 1kΩ
D 4
A B
1
P
Rb
D5
3 1
L
T 2
D2
R1 4.7kΩ
DTL与非门电路
工作原理：
（1）当A、B、C全接为高电平 5V时，二极管D1～D3都截止，而D4、 D5和T导通，且T为饱和导通， VL=0.3V，即输出低电平。 （2）A、B、C中只要有一个为低电平 0.3V时，则VP≈1V，从而使D4、 D5和T都截止，VL=VCC=5V，即输出高电平。 所以该电路满足与非逻辑关系，即：L A B C
平衡状态下的PN结 耗尽层
PN结的导电特性
电流 I
+ + + + + + + + + + N区
- - - - - - - - P区
R
+
+ + + + + + + + + + N区
+
- - - - - - - - R
P区
PN结的伏安特性
根据理论推导，PN结的伏安特性曲线如图
IF（多数载流子扩散）
反向饱和电流 反向击穿电压
耗尽型
返回
2.2 半导体二极管门电路
2.2.1半导体二极管的开关特性
一、结构和符号 二、伏安特性 三、开关电路
2.2.2 二极管与门 2.2.3 二极管或门
返回
二极管的结构和符号
本征半导体——化学成分纯净的半导体晶体。
制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。
返回
2.4.1 双极型三级管的开关特性
一、双极型三级管的结构和符号 二、双极型三级管的输入特性和输出特性 三、双极型三级管的基本开关电路 四、双极型三级管的开关等效电路 五、双极型三级管的动态开关特性 六、三级管非门
双极型三极管的结构和符号
双极型三极管的结构和符号
BJT放大的工作原理
发射结正偏，发射区 的电子向基区移动形成 电流，其中小部分与空 穴复合，形成电流IBN
1
1.6kΩ Vc 2
1
Rc 4 130Ω
3
T 24
D
3 3 1
A B C
T1
T2 2 Ve 2 Re 2 1kΩ
3 1
Vo T3 2
输入级
中间级
输出级
2.4 TTL门电路
2.4.1 双极型三级管的开关特性 2.4.2 TTL反相器的电路结构和工作原理 2.4.3 TTL反相器的静态特性 2.4.4 TTL反相器的动态特性 2.4.5 其它类型的TTL门电路 2.4.6 TTL电路的改进系列
IR
VR RL
二极管开关特性
产生反相恢复过程的原因——电荷存储效应
二极管与门
A B Y
0
0 3
0
3 0
0.7
0.7 0.7
3
3
3.7
A
B
Y
0
0 1 1
0பைடு நூலகம்
1 0 1
0
0 0 1
二极管或门
A B Y
0
0 3
0
3 0
0
2.3 2.3
3
3
2.3
A
B
Y
0
0 1 1
0
1 0 1
0
1 1 1
二极管与门和或门电路的缺点： （1）在多个门串接使用时，会出现低电平偏离标准数值 的情况。 （2）负载能力差