三极管的开关特性_门电路教程
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
第三章TTL门电路讲解
5
IB2 80uA
三极管工作在饱和状态的电流条件为：
4
3
放大区 IB1 40uA
2
IB＞ IBS 电压条件为：
发射结正 0 截止区
集电结正偏：VBC 0,VB VC
0
2468
VCE /V
截止区：IC接近零的区域，IB=0的曲线的下方。
放大区：IC平行于VCE轴的区域，曲线基本 平行等距。 IC IB
T2、T2′截止， T5截止 ， T4导通 Y=1
Y=(A+B) ′
其他类型的TTL门电路
1、其他逻辑功能的门电路
1
0
0
1
A=B=1 T2、T5导通， T4截止 Y=0
C=D=1 T2 ′ 、T5导通， T4截止 Y=0
1
0
仅当A、B和C、D每组输
入都不同时为1
1
0
0
(例A=0B=1C=1D=0， T2、T2′截止，T5截止，T4 导通)
线性区
饱和区 转折区（CD）
中点的输入电压称为
阈值电压(门槛电压)VTH
饱和区 (DE)
截止区（AB） VI =0 T2、T5截止， T4导通 VO=1
线性区（BC） VI升高 T2导通， T5截止 VO降低
转折区（CD） VI=1
v
T2、T5导通
VO=0
中点的输入电压VTH
称为阈值电压（门槛电压）
的输出电平，并说明电路参数的设计是否合理。
vB vI vI VEE R1 (vI vI 8 3.3)V
R1 R2
13.3
RB R1 R2 3.310 2.5 KΩ
R1 R2 3.3 10
三极管的开关等效电路
半导体材料
硅（Si）或锗（Ge）。
三极管的工作原理
电流放大
通过控制基极电流来控制集电极 和发射极之间的电流，实现电流
放大。
电压控制
基极电压控制集电极和发射极之间 的电压。
开关作用
通过控制基极电压，使三极管在饱 和导通和截止两种状态之间切换。
三极管的开关状态
饱和状态
由于表面态和界面态变 化产生的噪声，表现为 低频噪声。
05 三极管开关等效电路的优 化设计
优化设计方法
01
02
03
04
减少元件数量
简化电路，减少元件数量，降 低成本和体积。
提高开关速度
优化电路结构，减小寄生参数 ，提高开关速度。
降低功耗
优化电路设计，降低功耗，提 高效率。
增强稳定性
优化元件参数，增强电路的稳 定性。
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功率放大器
在射频功率放大器中，三 极管开关等效电路用于ห้องสมุดไป่ตู้ 制信号的放大和传输。
04 三极管开关等效电路的特 性分析
开关时间特性
1 2
开启时间
从基极输入信号开始到集电极开始导通所需要的 时间。
关闭时间
从基极输入信号结束到集电极完全截止所需要的 时间。
3
延迟时间
从基极输入信号开始到集电极电流达到稳定值所 需要的时间。
三极管的开关等效电路
目录
• 三极管开关等效电路的基本概念 • 三极管开关等效电路的建立 • 三极管开关等效电路的应用 • 三极管开关等效电路的特性分析 • 三极管开关等效电路的优化设计
01 三极管开关等效电路的基 本概念
三极管典型开关电路
三极管典型开关电路三极管是一种常用的半导体器件，在电路中起着非常重要的作用。
其中，三极管的典型开关电路是一种常见且广泛应用的电路，用于实现对电路的开关控制。
下面将对三极管典型开关电路进行详细介绍。
三极管典型开关电路通常由三极管、电阻、电源等元器件组成。
其基本原理是通过控制三极管的输入信号，使得三极管处于导通或截止状态，从而实现电路的开关控制。
在三极管典型开关电路中，通常会采用双极型晶体管（NPN型或PNP型）来实现开关功能。
在NPN型三极管典型开关电路中，当输入信号为低电平时，三极管处于截止状态，电路中的电流无法流通，此时电路处于断开状态；当输入信号为高电平时，三极管处于饱和状态，电路中的电流可以流通，此时电路处于闭合状态。
通过控制输入信号的高低电平，可以实现对电路的开关控制。
在PNP型三极管典型开关电路中，其工作原理与NPN型相反。
当输入信号为高电平时，三极管处于截止状态，电路处于断开状态；当输入信号为低电平时，三极管处于饱和状态，电路处于闭合状态。
同样，通过控制输入信号的高低电平，可以实现对电路的开关控制。
三极管典型开关电路在实际电路设计中具有广泛的应用。
例如，可以用于数字电路中的开关控制、电源管理电路中的电路保护等方面。
此外，三极管的开关电路还可以实现电路的时序控制、电路的选择性切换等功能，极大地提高了电路的灵活性和可控性。
总的来说，三极管典型开关电路是一种常见且实用的电路，通过控制三极管的开关状态，可以实现对电路的开关控制。
在电子电路设计和应用中，三极管开关电路发挥着重要的作用，为电路的实现和功能的实现提供了关键的支持。
希望通过本文的介绍，读者对三极管典型开关电路有了更深入的了解，可以更好地应用于实际电路设计中。
晶体三极管的开关电路和放大电路的工作过程
晶体三极管的开关电路和放大电路的工作过程晶体三极管是一种重要的半导体器件，常用于电子学中的开关和放大电路中。
它具有高频特性、低噪声以及较高的放大能力，因此被广泛应用于各种电子设备中。
下面我们来详细了解晶体三极管在开关电路和放大电路中的工作原理和过程。
一、晶体三极管的基本结构及工作原理晶体三极管由发射极、基极和集电极组成，通过控制发射极电流来实现对集电极电流的调控。
当在基极端加上一个小信号电压时，将使发射极与基极之间的耗尽层宽度发生变化，进而改变发射极电流，从而达到放大电压信号的目的。
1. 晶体三极管在开关电路中的工作过程晶体三极管可以作为一个二极管开关，用来控制电路的通断。
当在基极端加上一个正电压时，将使发射极-基极间的耗尽层封锁，导通电流，此时处于导通状态；当在基极端加上一个反向偏置电压时，将使发射极-基极间的耗尽层扩大，截至电流，此时处于截至状态。
晶体三极管可以根据基极端的输入信号来控制电路的开关状态。
2. 晶体三极管在放大电路中的工作过程晶体三极管可以作为放大器使用，用来放大小信号电压。
在放大电路中，通过在基极端施加一个交流信号电压，使得发射极-基极之间的电流产生相应变化，从而得到经放大的输出信号。
晶体三极管的放大能力由其电流放大倍数β来决定，β值越大，放大能力越强。
二、晶体三极管的开关电路和放大电路设计1. 晶体三极管开关电路设计晶体三极管开关电路常用于数字电路中，可以实现逻辑门、计数器等功能。
设计开关电路时需要合理选择电阻、电容等元件参数，以保证电路的稳定性和可靠性。
还需要注意控制信号的功率和频率范围，以满足具体应用的需求。
2. 晶体三极管放大电路设计晶体三极管放大电路常用于模拟电路中，可以实现音频放大、射频放大等功能。
设计放大电路时需要考虑输入输出阻抗的匹配、电压和电流的偏置设置、负载电阻的选择等因素，以提高电路的放大性能和线性度。
三、晶体三极管在实际电路中的应用晶体三极管广泛应用于各种电子设备中，如放大器、收音机、电视机、电脑等。
第2章半导体二极管、三极管和MOS管的开关特性培训讲学
0.3V
2.1.4 MOS管的开关特性
输入特性和输出特性：
输入特性：直流电流为0，看进去有一个输入电容CI，对动 态有影响。 输出特性：iD = f (VDS) 对应不同的VGS下得一族曲线 。
(a) 符号
(b) 漏极特性
漏极特性曲线（分三个区域）
① 截止区：VGS<VGS(th)，iD = 0, ROFF > 109Ω
工作状态 条件
偏置情况
工
作 集电极电流
特
点
ce 间电压
ce 间等效电阻
截止 iB＝0 发射结反偏 集电结反偏 uBE<0，uBC<0 iC＝0
uCE＝VCC
很大， 相当开关断开
放大 0＜iB＜IBS 发射结正偏 集电结反偏 uBE>0，uBC<0
iC＝βiB
uCE＝VCC－ iCRc
可变
饱和
iB＞IBS 发射结正偏 集电结正偏 uBE>0，uBC>0
+VCC Rc iC
Rb b c uo
ui
iB
e
iB(μA)
iC (mA) 直流负载线
VCC Q2 Rc
饱 和 区
放
Q
大
区
80μA 60μA 40μA 20μA Q1 iB=0
工作原理电路
0 0.5 uBE(V)
输入特性曲线
0 UCES
VCC uCE(V)
截止区
输出特性曲线
NPN 型三极管截止、放大、饱和 3 种工作状态的特点
2.1.2 半导体二极管的开关特性 高电平：VIH=VCC 低电平：VIL=0
• VI=VIH D截止，VO=VOH=VCC
npn三级管开关电路
npn三级管开关电路npn三极管开关电路是非常常见的控制电路，它们可以用来开关各种不同的设备。
在本篇文章中，我们将介绍npn三极管开关电路的一些基本知识和工作原理。
同时，我们将介绍它们的各种应用场景和如何进行设计和组装。
在npn三极管开关电路中，通常由一个微控制器或某个其他类型的逻辑开关来控制它们的工作状态。
当控制信号被输入到基极时，电流会开始从集电极流向发射极。
当电流通过三极管时，会产生一个电场，使得它的集电极和发射极之间形成一个“通道”。
在正常工作状态下，三极管处于饱和状态，意味着电流可以自由地流通。
当控制信号被移除时，npn三极管将回到其关断状态，此时三极管处于截止状态，电流无法通过它流动。
npn三极管开关电路可以被用来控制各种不同的设备和装置。
下面列出了一些常见的应用场景：1. 电机控制npn三极管开关电路可以用来控制电机的启停或改变其工作状态。
这对于需要根据程序或某个其他变量控制电机转速的应用非常重要。
2. LED照明控制npn三极管开关电路可以用来控制LED灯的亮度。
通过改变控制信号的强度，可以改变LED灯的亮度。
3. 自动化生产npn三极管开关电路可以被用来控制自动化工厂中的各种设备和装置。
它们可以被用来控制机械臂和其他机器人设备。
4. 物联网设备npn三极管开关电路可以被用来设计各种物联网设备，例如门禁系统，安防监控设备和智能家居装置。
如果你需要设计和组装一个npn三极管开关电路，以下是几个关键步骤：1. 选择适当的三极管类型不同的应用可能需要不同类型的npn三极管。
在选择三极管时，请确保它能够承受你的应用所需要的最大电流或电压。
本篇文章只是一个指导性的简介，应该在选择三极管时请仔细查看其数据手册。
2. 连接电路元件将npn三极管与其他必要的电路元件进行连接，例如二极管，电阻器和电容器。
在连接电路元件时，请确保将它们正确地接地。
3. 连接控制信号将控制信号与npn三极管基极连接，确保控制信号的强度和电流符合电路要求。
三极管开关电路图原理及设计详解
（3）三极管开关没有跃动（bounce）现象。一般的机械式开关在导通的瞬间会有快速的连续启闭动作，然后才能逐渐达到稳定状态。
（4）利用三极管开关来驱动电感性负载时，在开关开启的瞬间，不致有火花产生。反之，当机械式开关开启时，由于瞬间切断了电感性负载样上的电流，因此电感之瞬间感应电压，将在接点上引起弧光，这种电弧非但会侵蚀接点的表面，亦可能造成干扰或危害。
1．3 实用的NPN型开关原理图2（消特基二极管钳位）
解释：由于消特基二极管Vf为0．2至0．4V比Vbe小，所以当晶体管导通后大部分的基极电流是从二极管然后通过三极管到地的，这样流到三极管基极的电流就很小，积累起来的电荷也少，当晶体管关断（IN信号突然发生跳变）时需要卸放的电荷少，关断自然就快。
1．4 实际电路设计
发射极接地开关电路
1．1 NPN型和PNP型基本开关原理图：
上面的基本电路离实际设计电路还有些距离：由于晶体管基极电荷存储积累效应使晶体管从导通到断开有一个过渡过程（当晶体管断开时，由于R1的存在，减慢了基极电荷的释放，所以Ic不会马上变为零）。也就是说发射极接地型开关电路存在关断时间，不能直接应用于中高频开关。
由方程式（1）可知
因此输入电压可由下式求得﹕
图2用三极管做为灯泡开关
由例题1－1得知，欲利用三极管开关来控制大到1．5A的负载电流之启闭动作，只须要利用甚小的控制电压和电流即可。此外，三极管虽然流过大电流，却不须要装上散热片，因为当负载电流流过时，三极管呈饱和状态，其VCE趋近于零，所以其电流和电压相乘的功率之非常小，根本不须要散热片。
同理，当Vin为高电压时，由于有基极电流流动，因此使集电极流过更大的放大电流，因此负载回路便被导通，而相当于开关的闭合，此时三极管乃胜作于饱和区（saturation）。838电子
三极管的开关等效电路
02
三极管开关等效电路的参 数分析
输入电阻
输入电阻：指三极管输入端的等效电阻，它反映了三极 管对输入信号的阻碍作用。
在放大状态下，输入电阻通常较大，而在饱和或截止状 态下，输入电阻较小。
输入电阻的大小取决于三极管的材料、结构以及工作状 态。
输入电阻的大小对电路的性能和稳定性有重要影响。
输出电阻
01
输出电阻：指三极管输 出端的等效电阻，它反 映了三极管输出信号的 负载能力。
02
输出电阻的大小也取决 于三极管的材料、结构 以及工作状态。
03
在放大状态下，输出电 阻通常较小，而在饱和 或截止状态下，输出电 阻较大。
04
输出电阻的大小对电路 的输出信号幅度和稳定 性有重要影响。
开关时间
开关时间：指三极管从饱和状 态到截止状态，或从截止状态 到饱和状态转换所需的时间。
工艺改进
随着微电子制造工艺的不断发展，新型工艺技术如纳米加工、薄膜工艺等被应用于三极管制造中。这些新工艺能 够实现更精细的器件结构，提高三极管的开关速度和集成度，进一步优化三极管开关等效电路的性能。
三极管开关等效电路的应用拓展
通信领域
三极管开关等效电路在通信领域具有广泛应用，如无线通信、卫星通信等。随着5G、6G通信技术的发展，对高速、 高频、低功耗的电子器件需求增加，三极管开关等效电路将发挥重要作用。
三极管的开关控制精度受限于其制造工艺和 材料特性，难以实现高精度的控制。
可靠性问题
三极管在高温、高湿等恶劣环境下工作的可 靠性较低，容易出现性能退化和失效。
05
三极管开关等效电路的发 展趋势
新型三极管材料的研发
硅基材料
作为传统的半导体材料，硅基材料在三极管制造中占据主导地位。随着技术的进步，硅基材料的性能 不断提升，使得三极管开关等效电路的性能得到优化。
电工基础：三极管构成的门电路
iB
3 0.7 10
mA
0.23mA
I BS
三极管饱和导通
uo＝UCES＝0.3V
一 三极管的开关特性
饱和状态：
一 三极管的开关特性
三极管截止条件：uBE<0.5V
当ui=0.3V时，因为uBE<0.5V，iB=0， 三极管工作在截止状态，ic=0。因为ic=0， 所以输出电压：uo=VCC=5V。
三极管构成 的门电路
一 三极管的开关特性
在数字电路中，三极管作为开关元件，主要 工作在饱和和截止两种开关状态，放大区只是极 短暂的过渡状态。
一 三极管的开关特性
三极管临界饱和时的基极电流：
I BS
VCC UCES
Rc
5 0.3 mA 50 1
0.094mA
一 三极管的开关特性
当ui＝3V时，基极电流：
05
5
50
5
55
0.3
四 知识拓展—— DTL与非门
或非门
或门
非门
四 知识拓展—— DTL与非门
或非门
AB
Y
00
1
01
1
10
1
11
0
Y A B
UA(V)
0 5
UY(V)
5 0.3
设4V以上为高电平， 用“1”表示；1V以下为 低电平，用“0”表示。
三 三极管构成的非门
反相器
A
Y
0
1
1
0
四 知识拓展—— DTL与非门
与门 非门
四 知识拓展—— DTL与非门
ABBiblioteka Y00101
1
10
1
11
【2019年整理】三极管的开关特性,门电路教程
图2.2.8 用图解法分析图2.2.7电路
(a)电路图 (b)作图方法
截止.饱和条件:
截止条件:VBE 0V (或VBE 0.5V )
饱和条件: IB IBS
图2.2.9 双极型三极管的开关等效电路
(a)截止状态 (b)饱和导通状态
2.3 最简单的与、或、非门电路 图2.3.1 二极管与门
注意：P沟的开启电压是负值 栅极电压要低于源极。 两管导通时的电阻较小为RON 两管截止时的电阻很大为ROFF
N沟道增强型和P沟道增强型
(1) 当输入电压VI为低电平 时，VI=0 T1管导通，T2管截止，输 出电压V0为：
VDD
(2) 当输入电压VI为高电平 时，VI=VDD
T1管截止，T2管导通，输 出电压V0为：0v
（一）、TTL门电路 我们以TTL与非门电路为例，分析一下TTL电路的特 点，特别是输出级的结构，因为大多数TTL门电路的输 出级都是这种结构。
图2.4.1 TTL反相器的典型电路
非门内部电路工作原理
A 为0.2v
3.4V
0.9v 2.1v
1.4v
0.5v
5v
1v 1v
3.6v
0.7v 0.3v
出现大量的反向电流的原因：
较大的反向漂移电流 tre 一般为纳秒数量级
2.2.2 三极管的开关特性
在数字电路中，三极管是作为开关使用的。 三极管
截止相当于开关断开；三极管饱和相当于开关闭合；因此 我们最关心三极管截止和饱和时的情况。
一、开关特性
图2.2.6 双极型三极管的特性曲线
(a)输入特性曲线 (b)输出特性曲线
图2.3.2 二极管或门
图2.3.3 三极管非门（反相器）
名词解释三极管的开关特性
名词解释三极管的开关特性三极管是一种重要的电子器件，常用于电子电路中的开关和放大功能。
它由三个控制层、基本层和输出层组成，具有灵活的开关特性。
在电子技术领域中，三极管的开关特性是指在特定电压和电流条件下，三极管可以实现开关的状态转换，即在低电压输入情况下传导电流，而在高电压输入情况下截断电流。
三极管的开关特性是由其特殊的结构和材料性质所决定的。
它包括两种常见类型：NPN型和PNP型。
NPN型三极管由两个P型半导体夹着一个N型半导体构成，而PNP型三极管则相反，由两个N型半导体夹着一个P型半导体构成。
这种结构可以实现电流的双向流动，并且通过控制基极电流可以实现开关的状态变化。
在三极管的开关特性中，主要存在两种工作状态：饱和状态和截止状态。
饱和状态是当三极管的输入电压高于一定阈值时，经过适当的基极电流驱动后，三极管的集电极与发射极之间的电压非常低，导致电流流过。
这种状态下，三极管相当于一个导通的开关，电流可以在电路中流动。
而截止状态则是当三极管的输入电压低于一定阈值时，三极管的集电极与发射极之间的电阻非常高，导致电流无法流过。
此时，三极管相当于一个断开的开关，电路中的电流被截断。
三极管的开关特性在电子电路中起到了重要的作用。
它可以实现逻辑门、计时器、振荡器等电路的构建。
通过控制三极管输入电压的变化，可以改变电路中的电流流向，实现不同的功能。
在数字电路中，三极管的开关特性被广泛应用于逻辑门的设计和实现。
通过组合不同的逻辑门，可以构建出各种复杂的电路，用于处理和操作数字信号。
除了在数字电路中的应用，三极管的开关特性在模拟电路中也有广泛的应用。
在放大器电路中，三极管可以作为信号放大的关键元件，通过控制输入电压的变化，实现对输入信号的放大和处理。
在功率放大电路中，三极管可以承受高电流和高功率的输入，实现对功率信号的放大和转换。
总结起来，三极管的开关特性在电子电路中起着重要的作用。
通过控制输入电压和电流条件，三极管可以实现开关的状态转换，从而实现电路功能的改变。
三极管开关电路原理
三极管开关电路原理
三极管开关电路是一种常见的电路，它利用三极管的开关特性实现信号的放大和控制。
三极管有三个引脚，分别是基极（B）、发射极（E）和集电极（C）。
当输入信号施加在基极上时，三极管根据输入信号的大小决定是否将电流通过，从而对输出进行控制。
在三极管开关电路中，输入信号一般被称为控制信号，通过对输入信号的控制，可以实现对输出信号的放大或截断。
当控制信号为低电平时，三极管处于截止状态，输出信号为低电平；当控制信号为高电平时，三极管处于饱和状态，输出信号为高电平。
三极管开关电路的工作原理和普通的开关电路有所不同。
在传统的开关电路中，开关的状态是通过机械开关的打开与关闭来控制的，而在三极管开关电路中，则是通过控制信号的高低电平来实现的。
同时，三极管开关电路由于采用了半导体器件，因此具有体积小、可靠性高、寿命长等优点。
三极管开关电路广泛应用于电子设备、通信设备等领域。
它可以作为信号放大器，将微弱信号放大到较大的幅值；也可以作为开关，对信号进行截断，控制输出信号的开与关。
需要注意的是，三极管开关电路的设计和使用需要合理选择电阻、电容等元件，保证电路的稳定性和可靠性。
同时，应避免过大的输入信号，以免对三极管产生损坏。
如果需要进行更高级的控制，还可以通过多级的。
三极管门电路
压的分界线。
4.0 A B VOFF VON A(0V,3.6V)
近似地：Vth
≈V 3.5 OF3.F0
≈VON
B(0.6V,3.6V)
即Vi＜Vth ，与非门关V门OH（m，in）2输.5 出2.4高V 电C平；C(1.3V,2.48V)
流IOH。
产品规定:IOH =0.4mA。 由此可得出：
N OH
?
I OH I IH
NOH称为输出高电平时的扇出系数 。
一般NOL ≠NOH ，常取两者中的较小值作为门电路的 扇出系数，用NO表示。
五、TTL与非门举例——7400
7400是一种典型的 TTL 与非门器件，内部含有 4个2输入端 与非门，共有14个引脚。引脚排列图如图所示。
VNH VON
3.6V
输入“1”
2V
VOFF
0.8V
VOL（max） VNL 0.4V 输出“0”
输入“0”
0V
0V
低电平噪声容限 VNL＝VOFF-VOL（max）＝0.8V-0.4V＝0.4V 高电平噪声容限 VNH＝VOH（min ）-VON＝2.4V-2.0V＝0.4V
四、TTL 与非门的带负载能力
（2）实现电平转换。
A
&
L1
L
B
如图示，可使输出高电平变为 10V。
C
&
L2
+10V
D
+5V
& VO
270Ω
（3）用做驱动器。
&
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图2.6.2 CMOS反相器的电压传输特 性
图2.6.3 CMOS反相器的电流传输特性
图2.6.4 不同VDD下CMOS反相器的噪 声容限
图2.6.5 CMOS反相器输入端噪声容限与VDD的关系
图2.6.6 CMOS反相器的输入保护电路
（a）CC4000系列的输入保护电路 （b）74HC系列的输入保护电路
二、TTL非门的主要外部特性 1、电压传输特性 V0 随 Vi 变化的规律 ab段：截止区 Vi<0.6v V0=VH bc段：线性区VI =0.6~1.3 V0随VI增加线 性下降。 cd段：转折区 VI>1.3v以后 V0加 速下降。 de段：饱和区 VI增大。
2.4.4 其它TTL门
图2.4.20 TTL图2.3.2 二极管或门
图2.3.3 三极管非门（反相器）
2.4
TTL门电路
TTL（Transistor-Transistor-Logic) 目前，我们使用的TTL门电路和中、小规模集成电路 以74 / 54系列为主，包括做实验时所使用的芯片，都是这 一系列产品。 74 / 54 系列又根据功耗的大小，速度的快慢等分为几 个子系列，如74SXX、 74LSXX、74ALSXX、74HXX和 74FXX等等。 （一）、TTL门电路 我们以TTL与非门电路为例，分析一下TTL电路的特 点，特别是输出级的结构，因为大多数TTL门电路的输 出级都是这种结构。
图2.6.12 CMOS反相器传输延迟时间的 定义
图2.6.13 VDD 和CL对传输延迟时间的 影响
图2.6.14 CMOS反相器的交流噪声容 限
图2.6.15
CMOS反相器的瞬时导通电 流
图2.6.16 CMOS反相器对负载电容的 充、放电电流
图2.6.17
CMOS反相器的静态漏电流 （a） vI= 0 （b） vI=VDD
ID 0
出现大量的反向电流的原因：
较大的反向漂移电流 tre 一般为纳秒数量级
在数字电路中，三极管是作为开关使用的。 三极管 截止相当于开关断开；三极管饱和相当于开关闭合；因此 我们最关心三极管截止和饱和时的情况。 一、开关特性
2.2.2 三极管的开关特性
图2.2.6 双极型三极管的特性曲线
图2.6.25
CMOS双向模拟开关的电路结构 和符号
图2.6.26
CMOS模拟开关接 负载电阻的情况
图2.6.27 CMOS模拟开关的电阻特性
图2.6.28 CMOS三态门电路结构之一
图2.6.29 CMOS三态门电路结构之二
（a）用或非门控制 （b）用与非门控制
图2.6.30 CMOS三态门电路结构之三
图2.4.22 TTL或非门电路
图2.4.23 TTL与或非门
图2.4.24 TTL异或门
二、OC门 图2.4.25
推拉式输出级并联的情况
图2.4.26 集电极开路与非门的电路和图形符号
图2.4.27 OC门输出并联的接法及逻辑图
OC门电路可以实现线与，高电压、大电流的驱动能力 很强，但失去了推拉功耗低、输出速度快的优点。
三、三态门
Enable:控制端， 又称使能端
图2.4.31
三态输出门的电路图和图形符号
（a）控制端高电平有效 （b）控制端低电平有效
• 三态输出门 三态：电路输出端可以处于三 种状态：高电平、低电平和悬空态。 推拉输出的特点是T4、T5轮流 导通，如果我们使T4、T5全都截止， 则输出端处于悬空态，也称高阻态。
§2
门电路
2. 1 概述
1、门电路 2、高低电平与正负逻辑
高电平为1，低电平为0称为正逻辑 高电平为0，低电平为1称为负逻辑
3、分立元件门电路和集成门电路
2. 2 二极管和三极管的开关特性
二极管导通条件及导通时的特点:
VF 0.7V
VD 0.7V (硅)
二极管截止条件及截止时的特点:
VF 0.5V
图2.4.1
TTL反相器的典型电路
非门内部电路工作原理
5v
A 为0.2v
3.4V
0.9v 2.1v 0.5v
1v
1v
1.4v 0.7v
3.6v
0.3v
2、推拉输出电路
推拉输出电路：
推拉输出因T4和T5你通我止，你止我通而得名。它 也叫图腾柱（Totem pole）输出，有源上拉电路（Active pull-up）。 本推拉输出电路由T4、T5、D2及R4组成，它的特点 是无论输出电平是高是低，输出阻抗始终较低，负载能 力强。同时，电路转换速度快。 此电路相当于反相器电路有一个阻值可变的集电极电 阻RC，三极管饱和时变大，有利于加大饱和程度，降低 输出电压；三极管截止时变小，有利于三极管退出饱和， 降低高电平输出阻抗。
N沟道增强型和P沟道增强型
(1) 当输入电压VI为低电平 时，VI=0 T1管导通，T2管截止，输 出电压V0为： VDD (2) 当输入电压VI为高电平 时，VI=VDD T1管截止，T2管导通，输 出电压V0为：0v
与 TTL 反相器相比，输出 高电平更高(= VDD)， 稳态 时，且总有一个管子是截止 的，工作电流极小，功耗极 低。
图2.6.18 CMOS与非门
图2.6.19 CMOS或非门
图2.6.20 带缓冲级的CMOS与非门电 路
图2.6.21 带缓冲级的CMOS或非门电 路
图2.6.22 漏极开路输出的与非门CC40107
图2.6.23 CMOS传输门的电路结构和逻辑符号
图2.6.24 CMOS传输门中两个MOS管的 工作状态
图2.6.7 CMOS反相器的输入特性
（a）图2.6.6 (a)电路的输入特性 （b）图2.6.6 (b)电路的输入特性
图2.6.8 vO= VOL时CMOS反相器的工作 状态
图2.6.9 CMOS反相器的低电平输出 特性
图2.6.10 vO= VOH时CMOS反相器的工 作状态
图2.6.11 CMOS反相器的高电平输出 特性
图2.4.32 用三态输出门接成总线结构
图2.4.33 用三态输出门实现数据的双向传 输
2.6
CMOS 门电路
2.6.1、CMOS反相器工作原理 CMOS 电路的结构特点是： 一个N沟道管和一个P沟道管配 对使用，即N、P互补（Complementary）。 P管作负载管，N管作输入管， 两管栅极接在一起。 注意：P沟的开启电压是负值 栅极电压要低于源极。 两管导通时的电阻较小为RON 两管截止时的电阻很大为ROFF
(a)输入特性曲线 (b)输出特性曲线
图2.2.8 用图解法分析图2.2.7电路
(a)电路图 (b)作图方法
截止.饱和条件: 截止条件: VBE 0V (或VBE 0.5V ) 饱和条件: IB
IBS
图2.2.9 双极型三极管的开关等效电路
(a)截止状态 (b)饱和导通状态
2.3 最简单的与、或、非门电路