三极管的开关特性_门电路教程

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
§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2.6.12 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
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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
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2.4.1
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。
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
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。
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
(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
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。
图2.3.1 二极管与门
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2.6.25
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2.6.18 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
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与非门电路