门电路和基本逻辑门mm

2020/4/4
数字逻辑电路基础
教学内容
2.1 半导体二极管和三极管的开关特性
A
动态特性
S ttOOFNF==00
K 理想开关
开通时间tON=0，即理想开关S由断开状态转换到闭合状态不需 要时间，可以瞬间完成。
关断时间tOFF=0，即理想开关S由闭合状态转换到断开状态也不 需要时间，可以瞬间完成。
接通时间和关断时间合称三极管的开关 时间
t
三极管的开关时间长短，决定了三极管的开关速度
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数字逻辑电路基础 MOS管的开关特性
D
G S
当MOS管的 UGS>UT时导通， 漏极电流ID通过 小灯泡使其点亮
MOS开关管电路示意图
MOS管相当一个闭合的开关
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数字逻辑电路基础 MOS管的开关特性
0
tON
t 接通时间和关断时间合称MOS管的开关时
tOFF
间。
MOS管的开关时间比双极型晶体管要长，开关性能较差。
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思考题 Sikaoti
1
半导体二极管导通和截 止时各有什么特点？其 开关条件是什么？和理 想开关相比，半导体二 极管做为开关管主要缺 点有哪些？
动态波形
当二极管突然由正向偏置变为反向偏置 时，开始时空间电荷区依然很窄，二极
tS 0 开通时间极短！
t
管电阻仍很小，所以反向电流很大，经
过一定的时间tS后，PN结两侧存储的载流子显著减少，空间电荷区 逐渐变宽，反向电流慢慢减小至反向饱和电流时，二极管截止。
数字逻辑电路基础
u
0
t 开通时间和反向恢复时间二者之和称为二极 管的开关时间。因反向恢复时间远大于正向
2020/4/4
数字逻辑电路基础
教学内容
2.1 半导体二极管和三极管的开关特性
静态特性
IOFF=0 S A
++
UUAAKK=0
K 理想开关ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
--
理想开关断开时，无论UAK在多大范围内变化，其等效电ROFF=∞， 通过理想开关S的电流IOFF=0。
理想开关闭合时，无论流通其中的电流在多大范围内变化，其等 效电阻RON=0，电压UAK=0。
二极管开关电路
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半导体二极管的开关特性
（2）反向特性
当二极管开关电路的输入电压为高电 平，即VCC-ui<UT时，二极管反向偏 置呈截止状态。截止状态下二极管呈 现很大的电阻，电流基本不能通过约 等于0，此时二极管相当一个断开的 电子开关。
二极管开关电路
工程实际中，通常在二极管开关电路中串接一只限电阻R，以防止 电流突然增大时造成二极管烧坏。
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数字逻辑电路基础
理想开关S显然在客观世界中不存在。常见的机械开关、继电 器、接触器等，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，根本满足不了数字电路 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，其静态特性不如机械开关，但它们的 动态特性却是机械开关无法比拟的，因此广泛应用于数字电 路中。
数字逻辑电路基础
双极型晶体管的开关特性
模拟电路中，晶体管是放大电路的核心元件必须工作在放大区；数字电路 中，晶体管作为开关元件则主要工作在饱和区和截止区：晶体管处于饱和 状态时，相当于一个闭合的电子开关，晶体管工作在截止状态时，相当于 一个断开的电子开关。
当输入电压为高电平3V时，晶体管饱和导通，饱和状态下晶体管 的输出电压uCE≤0.3V，即电源VCC供出的+5V电压几乎全部加在 小灯泡RC两端，小灯泡点亮。此时，晶体管相当于一个闭合的电 子开关，其等效电路如图（b）所示。
数字逻辑电路基础
数字逻辑电路基础
学习要点
理解二极管、三极管、MOS管的开关特 性；了解分立元件基本逻辑门的结构组 成；重点理解分立元件的TTL与非门、 OC门、三态门的工作原理。
理解TTL逻辑门、CMOS逻辑门的工作原理，重 点掌握其外部特性；熟悉74LS00、74LS20等集 成逻辑门的管脚排列及功能测试方法。
D
G S
当MOS管的 UGS<UT时导通， 漏极电流ID=0， 小灯泡不亮。
MOS开关管电路示意图
MOS管相当一个断开的开关
2020/4/4
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MOS管的动态特性
ui
0
t1
iD
IDmax
高电平 t2
接通时间tON是指从ui上升沿开始至iD上升 到0.9IDmax时所经历的时间。
t
关断时间tOFF是从输入电压ui的下降跳变 沿至iD下降到0.1IDmax时所经历的时间。
当输入电压为低电平0V时，晶体管截止，截止状态下由于晶体管无传输 和放大，因此小灯泡不亮，晶体管的输出电压uCE=+5V。此时，晶体管 相当于一个断开的电子开关，其等效电路如图（c）所示。
2020/4/4
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ui
0
t1
ic
ICmax
3V t2
0
tON
tOFF
接通时间tON是指从ui上升沿开始至ic上 升到0.9ICmax时所经历的时间。 t 关断时间tOFF是从输入电压ui的下降 跳变沿至ic下降到0.1Icmax时所经历的 时间。
2020/4/4
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半导体二极管的动态特性
动态特性，指二极管在导通与截止两种状态转换过程中的特性。
二极管正偏导通时呈现的电阻很小，正 向导通电流几乎立即达到最大值。因此 正向导通时间一般可忽略不计。
u 二极管两端脉冲电压
0
t
二极管从正向导通到反向截止所需要的 i 时间称为反向恢复时间。
2020/4/4
数字逻辑电路基础
半导体二极管的开关特性
利用二极管“正向导通、反向阻断”的单向导电性，在数字电路中常 用做电子开关使用。电子开关的“通”态用数字“1”表示，“断” 态用数字“0”表示。显然，电子开关的通、断状态在数字电路中属 于二值的逻辑变量。
（1）正向特性
当电路的输入电压为低电平，且VCC-ui 大于二极管的导通压降UT时，二极管正 向导通。由于二极管导通时正向电阻很 小，因此正向电流急剧增长，此时的VD 相当于具有压降UT的闭合电子开关。
i
导通所需要的时间，故在开关二极管的使用
开关时间 参数上往往只给出反向恢复时间来作为二极
0
tS
管的开关时间。 t
二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度。但是在实际应用中， 开关二极管的开关速度是相当快的，硅开关二极管的反向恢复时间只有 几纳秒，即使是锗开关二极管，也不过几百纳秒。
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