2.1 二极管的开关特性
数电讲义--2章
1.0
VOL（max）0.5
输入标 准低电
平
0.4V
VNL
D VNH
E
V V 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
SL VOFF VON
SH
Vi (V)
输入标准
高电平
2. 输入特性
+VCC
1) 输入伏安特性
iI
R1 3kΩ
1
-1.6 mA
<50 uA vI A
31
B
T1
1.4 V
和边沿，T4放大。 VO随iOH变化不大。 当由i于Oi以OHH受↑：线时功性,R耗变4上的化压限。降制增，大i0，H过T大3 、会T4烧饱毁和T，4管V，O随所
功耗 1mW IOH 400 A
输出高电平时的扇出系数 3.6V
R2 750Ω 2T3 Vc2 1 3 R4
VO
+VCC
R 4 +5V 100Ω
抗干扰能力越强。 高电平噪声容限
VNH= VSH ¯ VON 。
VNH越大，输入为1态下
抗干扰能力越强。
Vo (V)
4.0 A B
3.5
3.0
VOH（min）2.5 2.4V
C
2.0
1.5
A(0V, 3. 6V) B(0.6V, 3.6V) C(1.3V, 2.48V) D(1.4V, 0.3V) E(3.6V, 0.3V)
• 导通(VD>VTH) • 2、二极管的开关时间
截止5V(VDR<VT+H)
0V
D VD
uo
_
VF Vi
二极管开关状态的转换需要时间：
t1 t2
常用开关二极管型号及主要参数
常用开关二极管型号及主要参数开关二极管是一种具有特殊结构的二极管，其主要作用是实现电路开关控制功能。
在数字电子、通信、电源管理等领域都广泛应用。
以下将对常用的几种开关二极管型号及其主要参数进行介绍。
1.1N4148开关二极管-最大反向电压：100V-最大正向电流：200mA-最大功耗：500mW- 开关时间：4ns1N4148是一种常见的开关二极管，具有快速开关、低反向电流、高正向导通能力等特点。
广泛应用于数字逻辑门、开关电路以及高频信号放大电路中。
2.1N4007开关二极管-最大反向电压：1000V-最大正向电流：1A-最大功耗：3W-开关时间：<50μs1N4007是一种经典的开关二极管，主要用于低频交流电源整流和保护电路，具有高耐压、大电流特点，适用于一般电源电路。
3.1N5822开关二极管-最大反向电压：40V-最大正向电流：3A-最大功耗：2.5W- 开关时间：20ns1N5822是一种快恢复型开关二极管，具有快速恢复时间和低导通损耗的特点。
常用于开关电源和充电电路中，以提高电路的稳定性和效率。
4.2N3904开关二极管-最大反向电压：40V-最大正向电流：200mA-最大功耗：625mW- 开关时间：20ns2N3904是一种常见的NPN型开关二极管，适用于低功耗开关电路和放大电路。
具有高动态特性、低饱和电压和低输入电容等特点。
5.PN2222开关二极管-最大反向电压：40V-最大正向电流：600mA-最大功耗：500mW- 开关时间：25nsPN2222是一种广泛应用的PNP型开关二极管，常用于电源管理、接口驱动、瞬态抑制等电路。
具有较高的集电极电流和较低的饱和电压。
以上是几种常见的开关二极管型号及其主要参数。
在实际应用中，选择合适的开关二极管要综合考虑最大反向电压、最大正向电流、功耗和开关时间等参数，并根据具体应用需求进行合适选择。
第二章门电路
7
§2.2 半导体三极管的开关特性 一. 双极型三极管的结构 IC
IB
VBC – + + + VCE VBE – – IE
NPN Si管
8
二. 特性
1.电流：IE =IB +IC 2.工作状态： 工作状态分类 导通 截止
IC1
T2 • IE2 • Y ° T5
R3
•
IR3
IB5
N—表示N个发射极。
41
●T1的状态：
∵VB1=VBC1+VBE2+VBE5=2.1V ∴T1处于倒置状态。 I C1 I B1 N反 I B1
I B1 VCC VB1 R1
0.73mA
● T2、 T5的状态：
T2、 T5饱和VO=0.3V
45
二.TTL与非门 • R1 4K • Vcc =5V
°
R2 1.6K
•
R4 130
T4
A
B
T1
T2
• R3 1K • 倒相级
D3
• T5 Y °
输入级
输出级
46
三.负载能力分析 负载——指门电路输出端所接的其它 电路。 NO——扇出系数，表示能够驱动同类门的数目。 灌电流负载——负载电流从后级门注入前级门 负载
14
5）饱和条件及特点 条件：IB >IBS IB — 进入饱和以后的基流。 IBS—临界饱和基流。 求IB 、 IBS的步骤： Vi VBE a）I B Rb
b）I CS c）I BS VCC VCES VCC RC RC I CS
二极管、三极管的开关特性
C断，F灭
断“0”
合“1” 亮“1”
灭“0”
A 0 0 0 0 1 1 1 1
B 0 0 1 1 0 0 1 1
C 0 1 0 1 0 1 0 1
F 0 0 0 1 0 1 0 1
逻辑函数式
F =（A+B）C
二极管构成的与门
A 0 0 1 1 二极管构成的或门 A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 Z 0 1 1 1 B 0 1 0 1 Z 0 0 0 1
VO
c
RB b Vi N N P
0 VCC RC Vi RB
IC ≠β IB 这时候三极管进入饱和状态。 此时输出电压VO接近于 0。
IB
e
相当于C-E间直通。 实际的三极管在饱和状态下CE间是有一定电压的， 一般为 0.2V，这个电压称为三极管的饱和电压。
（1）截止
c b
（2）饱和
c b 0.7V
F
或逻辑运算符，也有 N个输入： 用“∨”、“∪”表 逻辑表达式 示 F= A + B+ ...+
F= A + B
N
非逻辑
当决定某一事件的条件满足时，事件不发 生；反之事件发生，
非逻辑真值表 A F 0 1 1 0
逻辑表达式
“-”非逻辑运算符
F= A
逻辑符号 1 A
F
三、复合逻辑运算 与非逻辑运算 或非逻辑运算 与或非逻辑运算
A
B
=1
F
二极管与门电路 工作原理
A、B中有一个 或一个以上为 低电平0V 则输出F就为低
3V 0V 3V 3V A 0V 0V 3V 3V B 0V 3V 0V 3V
0V 3V
第4章 (第四讲) 逻辑门电路(1)机械
2.2.4 TTL与非门电路 TTL与非门电路 （1） 电路
（2） 工作原理
(a)ABC全为高电平： (a)ABC全为高电平： T1的多个发射极并联作集电极用，即T1倒置运用。 νB1＝2.1V，T2、T3饱和，νC2＝0.9V，T4截止，L 为低电平。即当A＝B＝C＝1时，L＝0。 (b) ABC至少有一个低电平： ABC至少有一个低电平： T1至少有一个发射极正向导通，νB1＝0.9V，T1因 ｉC1＝ICBO2而处于深饱和运用状态，T2、T3截止， T4导通(放大状态)，L为高电平。即当ABC至少有 一个0时，L＝1。
说明： (1)截止区（AB段）：νI很小时，T1处于深饱和运用状态，VCES1 (1)截止区（AB段）： ＝0.1V。T2、T5截止，T4导通(放大状态)，Vo＝5－1.4＝3.6（V）。 (2)线性区（BC段）：当νI增加到νB2＝0.6V时，T2开始导通。但T2 (2)线性区（BC段）： 的导通必须要求ｉC1反向，即ｉC1必须经过0点，也即VCE1＝0V这 一点。这也就是说T2开始导通时，νI＝0.6V。此时，T5仍然截止， T4继续保持放大状态。电路表现出线性特征。νI继续增加，到 νB1>1.3V时，T1进入发射结和集电结都处于正偏置而同时导通的 特殊运用状态。随着νI的增加，｜ｉC1｜ 将增大，ｉe1将减小。 (3)转折区（CD段）：当νI增加到νB2＝1.3V（即νI＝1.3V）时，T5 (3)转折区（CD段）： 开始导通，同时ｉe1继续减小。T1进入临界倒置运用状态。随着νI 的增加，ｉe1急剧减小，ｉb2急剧增大，Vo急剧下降，电路在此区 间有很大的放大倍数。 (4)饱和区（DE段）：当νI增加到大于1.4V后，T1进入倒置运用状 (4)饱和区（DE段）： 态，νB1＝2.1V，T2、T5饱和，νC2＝0.9V，T4截止。Vo＝VCES3＝ 0.2V。
二极管的电容效应、等效电路及开关特性
二极管的电容效应、等效电路及开关特性二极管的电容效应二极管具有电容效应。
它的电容包括势垒电容CB和扩散电容CD。
1.势垒电容CB(Cr)前面已经讲过，PN结内缺少导电的载流子，其电导率很低，相当于介质;而PN结两侧的P区、N区的电导率高，相当于金属导体。
从这一结构来看，PN结等效于一个电容器。
事实上，当PN结两端加正向电压时，PN结变窄，结中空间电荷量减少，相当于电容"放电"，当PN结两端加反向电压时，PN结变宽，结中空间电荷量增多，相当于电容"充电"。
这种现象可以用一个电容来模拟，称为势垒电容。
势垒电容与普通电容不同之处，在于它的电容量并非常数，而是与外加电压有关。
当外加反向电压增大时，势垒电容减小;反向电压减小时，势垒电容增大。
目前广泛应用的变容二极管，就是利用PN 结电容随外加电压变化的特性制成的。
2.扩散电容CDPN结正向偏置时，N区的电子向P区扩散，在P区形成一定的非平衡载流子的浓度分布，即靠近PN结一侧浓度高，远离PN结的一侧浓度低。
显然，在P区积累了电子，即存贮了一定数量的负电荷;同样，在N区也积累了空穴，即存贮了一定数的正电荷。
当正向电压加大时，扩散增强，这时由N区扩散到P区的电子数和由P区扩散到N区的空穴数将增多，致使在两个区域内形成了电荷堆积，相当于电容器的充电。
相反，当正向电压减小时，扩散减弱，即由N 区扩散到P区的电子数和由P区扩散到N区的空穴数减少，造成两个区域内电荷的减少，、这相当于电容器放电。
因此，可以用一个电容来模拟，称为扩散电容。
总之，二极管呈现出两种电容，它的总电容Cj相当于两者的并联，即Cj=CB + CD。
二极管正向偏置时，扩散电容远大于势垒电容Cj≈CD ;而反向偏置时，扩散电容可以忽略，势垒电容起主要作用，Cj≈CB 。
二极管的等效电路二极管是一个非线性器件，对于非线性电路的分析与计算是比较复杂的。
为了使电路的分析简化，可以用线性元件组成的电路来模拟二极管。
半导体二极管的开关特性_数字逻辑电路基础_[共2页]
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40 数字逻辑电路基础1．静态特性静态特性是指处于闭合状态或关断状态时，开关所具有的特性。
（1）理想开关处于断开状态时，开关的等效电阻R OFF =∞。
因此，无论U AK 在多大范围内变化，理想开关S 上通过的电流I OFF =0。
（2）理想开关处于闭合状态时，开关的等效电阻R ON =0。
因此，无论流过开关的电流在多大范围内变化，理想开关S 两端的电压U AK =0。
2．动态特性动态特性是指理想开关由断开状态转换到闭合状态，或由闭合状态转换为断开状态时，理想开关所呈现的特性。
（1）理想开关S 的开通时间t ON =0。
说明由断开状态转换到闭合状态时，理想开关不需要时间，可以瞬间完成。
（2）理想开关S 的关断时间t OFF =0。
说明由闭合状态转换到到断开状态时，理想开关也不需要时间，可以瞬间完成。
显然，上述理想开关S 在客观世界中是不存在的。
日常生活中的机械开关，如按压式的家庭用开关，推拉式的刀闸开关，控制电路通、断的继电器触点、接触器触点等，在一定电压和电流的范围内，静态特性与理想开关十分接近，但动态特性较差，完全满足不了数字电路一秒钟开关几百万次乃至数千万次的需要。
而由二极管、三极管构成的电子开关，其静态特性比机械开关的特性稍差，但它们的动态特性却是机械开关无法比拟的，基本上可以满足数字电路对开关的要求。
因此，作为电子开关的二极管、三极管和MOS 管广泛应用于数字电路中。
2.1.2 半导体二极管的开关特性半导体二极管的核心部分是一个PN 结，因此具有“单向导电”性。
当二极管处于正向偏置时，开关二极管导通。
导通二极管的电阻很小，为几十至几百欧，相当于一个闭合的电子开关；二极管处于反向偏置时呈截止状态。
截止时，二极管的电阻很大，一般硅二极管在10M Ω以上，锗二极管也有几十千欧至几百千欧，相当于一个断开的电子开关。
半导体二极管的开关特性在数字电路中起控制电流接通或关断的作用。
1．静态特性二极管的静态特性是指二极管在导通和截止两种稳定状态下的特性。
二极管的电容效应、等效电路及开关特性
二极管的电容效应、等效电路及开关特性二极管的电容效应二极管具有电容效应。
它的电容包括势垒电容CB和扩散电容CD。
1.势垒电容CB(Cr)前面已经讲过，PN结内缺少导电的载流子，其电导率很低，相当于介质;而PN结两侧的P区、N区的电导率高，相当于金属导体。
从这一结构来看，PN结等效于一个电容器。
事实上，当PN结两端加正向电压时，PN结变窄，结中空间电荷量减少，相当于电容"放电"，当PN结两端加反向电压时，PN结变宽，结中空间电荷量增多，相当于电容"充电"。
这种现象可以用一个电容来模拟，称为势垒电容。
势垒电容与普通电容不同之处，在于它的电容量并非常数，而是与外加电压有关。
当外加反向电压增大时，势垒电容减小;反向电压减小时，势垒电容增大。
目前广泛应用的变容二极管，就是利用PN 结电容随外加电压变化的特性制成的。
2.扩散电容CDPN结正向偏置时，N区的电子向P区扩散，在P区形成一定的非平衡载流子的浓度分布，即靠近PN结一侧浓度高，远离PN结的一侧浓度低。
显然，在P区积累了电子，即存贮了一定数量的负电荷;同样，在N区也积累了空穴，即存贮了一定数的正电荷。
当正向电压加大时，扩散增强，这时由N区扩散到P区的电子数和由P区扩散到N区的空穴数将增多，致使在两个区域内形成了电荷堆积，相当于电容器的充电。
相反，当正向电压减小时，扩散减弱，即由N 区扩散到P区的电子数和由P区扩散到N区的空穴数减少，造成两个区域内电荷的减少，、这相当于电容器放电。
因此，可以用一个电容来模拟，称为扩散电容。
总之，二极管呈现出两种电容，它的总电容Cj相当于两者的并联，即Cj=CB + CD。
二极管正向偏置时，扩散电容远大于势垒电容Cj≈CD ;而反向偏置时，扩散电容可以忽略，势垒电容起主要作用，Cj≈CB 。
二极管的等效电路二极管是一个非线性器件，对于非线性电路的分析与计算是比较复杂的。
为了使电路的分析简化，可以用线性元件组成的电路来模拟二极管。
二极管开关电路特性及原理详解
二极管开关电路特性及原理详解二极管开关特性在数字电子技术门电路中，在脉冲信号的作用下，二极管时而导通，时而截止，相当于开关的“接通”和“关断”。
二极管由截止到开通所用的时间称为开通时间，由开通到截止所用的时间称为关断时间。
研究其开关特性，就是分析导通和截止转换快慢的问题，当脉冲信号频率很高时，开关状态变化的速率就高。
作为一种开关器件，其开关的速度越快越好，但是二极管是由硅或锗等半导体材料通过特殊工艺制成的电子器件，有一个最高极限工作速度，当开关速度大于极限工作速度，二极管就不能正常工作。
要使二极管安全可靠快速地工作，外界的脉冲信号高低电平的转换频率要小于二极管开关的频率。
如图1所示，输入端施加一脉冲信号Vi，其幅值为+V1和-V2。
当加在二极管两端的电压为+V1，二极管导通；当加在二极管两端的电压为-V2，二极管截止，输入、输出波形如图2所示。
二极管两端的电压由正向偏置+V1变为反向偏置-V2时，二极管并不瞬时截止，而是维持一段时间ts后，电流才开始减小，再经tf后，反向电流才等于静态特性上的反向漂移电流I0，其值很小。
ts称为存贮时间，tf称为下降时间，ts+tf=trr称为关断时间。
二极管两端的电压由反向偏置-V2变为正向偏置+V1时，二极管也不是瞬时导通，而是经过导通延迟时间和上升时间后才稳定导通，这段时间称为开通时间。
显然二极管的导通和截止时刻总是滞后加于其两端高、低电平的时刻。
二极管从截止转为正向导通的开通时间，与从导通转向截止时的关断时间相比很小，其对开关速度的影响很小，在分析讨论中主要考虑关断时间的影响。
二极管开关时间延迟原因分析在半导体中存在两种电流，因载流子浓度不同形成的电流为扩散电流，依靠电场作用形成的电流为漂移电流。
当把P型半导体和N型半导体靠近，在两种半导体的接触处，因为载流子浓度差就会产生按指数规律衰减的扩散运动。
在扩散过程中，电子和空穴相遇就会复合，在交界处产生内电场，内电场会阻止扩散运动的进行，而促进漂移运动，最终，扩散运动和漂移运动达到动态平衡。
二极管的开关特性
•在t1 时，突然I ＝ －VR时，
IF
电路中电流 i = ?
通常将二极管从导通转为截止所 -IR
需的时间称为反向恢复时间:
0.1IR
t
ts tt
tre= ts+tt
存储时间 渡越时间
二、二极管的动态特性
1.二极管从正向导通到反
向截止的过程
+
P 区 势垒区
•正向（饱和）电流愈大，电 荷的浓度分布梯度愈大，存 储的电荷愈多，电荷消散所 需的时间也愈长。
结论：二极管的开通时间与反向恢复时间相比很小， 可以忽略不计。二极管的动态特性主要考虑反向恢 复时间。
end
2.1 二极管的开关特性
一、数字电路中，二极管工作在开关状态：
• 二极管正向导通时：导通电阻很小，两端相 当于短路； • 二极管反向截止时：等效电阻很大，两端相 当于开路。
• 二极管的开关特性表现在正向导通和反向截止 状态之间的转换过程（即动态特性）：
当脉冲信号的频率很高时，开关状态的变化速 度很快，每秒可达百万次，这就要求器件的开关转 换速度要在微秒甚至纳秒内完成。
•产生反向恢复的过程的原因： 存储电荷消散需要时间
•反向恢复时间一般在纳秒数量 级。
P 区的电子 浓度分布
N区 -
N 区的空穴 浓度分布
二、二极管的动态特性
1.二极管从反向截止到正向导通的过程
•二极管从截止转为正向导通所需的时间称为开通 时间。 •原因是：PN结加正偏电压时，其正向压降很小， 比VF小得多，故电路中的正向电流IF VF / RL 。 主要由外电路参数决定。
二、二极管的动态特性
1.二极管从正向导通到反向截止的过程
D
vi
数电-第三章 门电路
三、门电路概述 • 工艺分类 –双极型门电路 双极型门电路 – MOS门电路 门电路 – Bi-CMOS电路 电路 • 基本逻辑门电路 –与门、或门、非门 与门、或门、 与门 • 常用门电路 –与门、或门、非门 与门、 与门 或门、 –与非门、或非门、与或非门、同或、异或 与非门、 与非门 或非门、与或非门、同或、
A B ≥1 L=A+B
逻辑电平关系 正逻辑
真值表
VD1 A VD2 B R Y
A/V B/V Y/V
0 0 3 3 0 3 0 3 0 2.3 2.3 2.3
A B
0 0 1 1 0 1 0 1
Y
0 1 1 1
只有A、B同时为低电平（0V），Y才为低电平 （0V）。即：只有A+B=0，才有Y=0。 只要A、B中有一个为高电平（3V），Y就为高电 平（2.3V），即：只要A+B=1，则Y=1。 这种或门电路同样存在“电平偏离” 这种或门电路同样存在“电平偏离”和带载能力差的问 题
四、二极管或门 或门
VD1 A
Y 2.7V 0V
3V 0V A、B——输入，Y——输出 VD2 B 以A=1为例 设：UIH=3V， UIL=0V 0V 二极管正向导通压降 UDF=0.7V。
R
只要A、B中有一个为高电平（3V）， 则相应的二极管导通， Y就为低电平（2.3V），即：只要A+B=1，则Y=1。 只有A、B同时为低电平（0V），两个二极管均截止。 Y才为低电平（0V）,即：只有A+B=0，才有Y=0 所以：管的截止条件和等效电路 当输入信号uI=UIL=0.3V时（UBE=0.3V<0.5V） i 三极管截止，B=0， iC ≈ 0， uO=UOH=UCC 可靠截止条件为:UBE<0V 截止时，iB、iC都很小，三个极均可看作开路
004-双极晶体管(2a1)--频率特性及开关特性
此时基区 的电流分布
xMC
IC
VCB
vcb t
P151
下x 页集电结渡越过程
ine xME
IE
i pe
xMC
IC
iCTe
VBE
vbe t IB
VCB
vcb t
交流电流通过Xmc时，不仅幅度衰减，而且产生相位延迟，
原因是：
电流通过空间电荷区时会对空间电荷区的分布产生影响； 当交变电流通过Xmc时，其分布便随时间而不断变化。
a、与发射结反向注入电流的复合； b、在基区输运过程中在基区体内的复合。 所以直流电流的传输过程也可以用下图简单描述:
对于交流小信号电流，其传输过程与直流情况又很 大不同见下页
我们将交流小信号电流的传输过程分为以下几个子 过程：
IE
IC
ICBO
IB
以上是我们对交流小信号电流在晶体管内传输过程的定性 分析，相比直流电流的传输，交流小信号电流在整个传输 过程中要多考虑以下四个问题：
成交流电子电流向集电极传输时比直流时多一部分损失。
所以此时发射机交流小信号电流由三部分组成：
定义交流发射效率为：
p151
显然，信号频率越高，结电容分流电流越大，交流发射效
率越低。
此外，由于电容充放电需要时间，从而使电流传输过程产
生延迟。
下页基区输运过程
ine xME
IE
i pe
iCTe
VBE
vbe t IB
所需的时间都很小，反向恢复时间 是影响开关速度的主要因素。
U1
T1
反向恢复过程的存在使二极管使用，因为如果反向脉冲的持续时
I1
tr
间比反向恢复时间短，则二极管在
逻辑门dd2.ppt
UA 3V
UL 0 3
Байду номын сангаас
A
R2
L
0V
真值表
A L 1 0
A
1
L
0 1
DTL与非门
+12V +3V +12V R1 R2 D
A B
D1 D2
L
二极管与门
三极管非门
2.4 TTL 逻辑门电路
与分立元件电路相比，集成电路具 有体积小、可靠性高、速度快的特点， 而且输入、输出电平匹配，所以早已广 泛采用。 根据电路内部的结构，可分为DTL、 TTL、HTL、IIL、ECL、CMOS管集 成门电路等。
2.衬底漏源极之间 的PN结在任何时 候都不能正偏。
3.工作原理 C加“0‖，开关断开 C加“1‖，开关导通
C加“1‖ 接高电压+5V 开关导通
Vi在-5V到＋3V的范围内，TN导通 Vi在-3V到＋3V的范围内，TP TN导通 Vi在-3V到＋5V的范围内，TP导通
VT 2V
开关导通电阻约为数百欧，近似为 一常数。
T2
vo
2.NMOS或非门电路
VDD12V
L＝A＋B
3.各种门电路的延迟时间 和功耗的关系图
tPD CMOS TTL BiCMOS 0 NMOS ECL PD
L A
T1
B
T2
2.8 正负逻辑问题
B
0 1 0 1
L
1 1 1 0
L＝A B
2.或非门电路
A
0 0 1 1
B
0 1 0 1
L
1 0 0 0
L＝A＋B
问题：N个输入端的与非门、或非门电路应如何联接？
半导体二极管和三极管的开关特性
第2章 逻辑门电路 章
②ui=0.3V时，因为 BE<0.5V，iB=0， 时 因为u ， ， 三极管工作在截止状态， 三极管工作在截止状态，ic=0。因 。 为ic=0，所以输出电压： ，所以输出电压：
uo=VCC=5V
③ui＝3V时，基极电流： 时 基极电流：
u i − u BE 1 − 0 .7 iB = mA = 0.03 mA = Rb 10
T4 ， D3 导通
T1
Y 3.6V
R 3 1k
T2，T5截 止
2012年4月9日星期一 年 月 日星期一
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第2章 逻辑门电路 章
2. 两个输入端都输入高电平 两个输入端都输入高电平
+5V R4 130Ω T4 D3 T5 R 3 1k 0.7V
T2饱和 饱和, T5深度饱和 T3，T4 截止
RL
+ uo －
D + + ui =0V RL uo － － ui =0V 时的等效电路
ui＝0V时，二极管截止，如 时 二极管截止， 同开关断开， 同开关断开，uo＝0V。 。
2012年4月9日星期一 年 月 日星期一
+ uo －
ui =5V 时的等效电路
ui＝5V时，二极管导通，如同 时 二极管导通，如同0.7V 的电压源， 的电压源，uo＝4.3V。 。
+VCC(+5V) Y
A B D1 D2 R1 3kΩ b1 D3 c1
TTL 与非门电路
T1 的等效电路
A B
2012年4月9日星期一 年 月 日星期一
&
Y
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第2章 逻辑门电路 章
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内电场E
PN结又叫做耗尽区（Depletion Region）、阻挡层、势垒区（Barrir Region）.
给二极管加正向电压（图7） P
电子技术基础之数字电路
N
-------+ +++++ +
-------------++++++ +
------ -+ + + + + + + -------------+ + + + + + +
反向截止时 反向饱和电流极小 反向电阻很大（约几百kΩ） 相当于开关断开
电子技术基础之数字电路
二极管的伏安特性曲线
二极管的开关特性
vi
VF
D
O
+ vi
+ VD –
RL
–VR i
–
IF
O
–IR
电子技术基础之数字电路
t1
t
t
二极管的理想开关特性
电子技术基础之数字电路
vi
VF
D
O
+ vi
+ VD –
电子技术基础之数字电路
加反向电压时的反向恢复时间（图10）
P
N
E VD
VR I R RL
反向恢复时间由存储时间和渡越时间组成，存储时间 对应于存储电荷消散的时间，渡越时间对应于阻挡层 变宽的时间。
-------+ + + + + + + -------------+ + + + + + +
已形成的PN结（图6）
电子技术基础之数字电路
-------+ + + + + + +
-------
P
------- + + + + + + +
N
-------+ + + + + + +
-------
-------+ + + + + + +
电子技术基础之数字电路
2.1.2 二极管的开关特性
1. 静态特性及开关等效电路
正向导通时，UD(ON)≈0.7（硅） 、 0.3V（锗）
RD≈几Ω ～几十Ω 相当于开关闭合
二极管的伏安特性曲线
电子技术基础之数字电路
开启电压
二极管的伏安特性曲线
理想化 伏安特 性曲线
二极管的开关等效电路 (a) 导通时 (b) 截止时
2.1.1半导体二极管的工作原理
电子技术基础之数字电路
半导体二极管（Diode）结构示意图（图1）
正极
PN
负极 正极
D
负极
引线 外壳
PN结
（a）内部结构示意图
引线
（b）电路符号
图1-0-1 晶体二极管内部结构示意图及相应的电路符号
电子技术基础之数字电路
图2 本征半导体内部结构图
电子技术基础之数字电路
第2章 逻辑门电路
2.1 二极管的开关特性 2.2 三极管的开关特性 2.3 基本逻辑门电路 2.4 TTL逻辑门电路 2.6 CMOS逻辑门电路
电子技术基础之数字电路
电子技术基础之数字电路
2.1 二极管及其开关特性
2.1.1 二极管的工作原理 2.1.2 二极管的开关特性
要求：理解二极管的基本工作原理和主要开关参数
内电场E i
外加电压的正极接N区，负极接P区，此时阻挡层变宽，反向电流极小。 管子处于截止状态。
电子技术基础之数字电路
二极管加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，
呈现低电阻。D来自+ vi+ VD –
RL
–
加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻。
D
+ +–
vi
RL
–
这就是二极管（PN结）的单向导电性。也就是二极 管的开关特性。
内电场E i
外加电压的正极接P区，负极接N区，此时阻挡层变窄，正 向电流较大。管子处于导通状态。
给二极管加反向电压（图8）
电子技术基础之数字电路
P
N
-------+ + + + + + +
-------------+ + + + + + +
-------+ + + + + + + -------------+ + + + + + +
-
-
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----------
图4 P型半导体电结构示意图
在P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流 子。同时还存在大量不能自由移动的负离子。
PN结的形成
扩散尚未进行时（图5）
P
N
-------+ + + + + + +
------------- + + + + + + +
图2‘ 本征半导体内部结构图
N型半导体
电子技术基础之数字电路
++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++
图3 N型半导体电结构示意图 在N型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数 载流子。同时还存在大量不能自由移动的正离子。
P型半导体
电子技术基础之数字电路
RL
–VR
i
–
IF
O
–IR
ts称为存储时间 tt称为渡越时间 tre=ts+tt称为反向恢复时间
t1
t
tS tt
t
0.1IR
二极管的实际开关特性
电子技术基础之数字电路
加正向电压时的电荷存储效应（图9）
P
N
E
I F VF
RL
当外加正向电压时，PN结很窄，且在N区具有空穴的浓 度梯度，在P区具有自由电子的浓度梯度，正向电流越 大，浓度梯度也越大。即在P区和N区中有大量的载流 子存储。