第三章-逻辑门电路

IB
3 - 0.7 60
0.038(mA)
IBS≈0.029 mA
∵IB＞IBS ∴三极管饱和。
IC
I CS
VCC RC
12 6.8
1.76(mA)
VO VCES 0.3V
+
由上定例三可极见管，是R否b 饱、和R。C 、β等参数都能决
VI －
Rb
1
100kΩ
+VCC （ +12V） RC 10kΩ
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3.2 基本逻辑门电路
一、二极管与门和或门电路
1．与门电路
+VCC （ +5V）
D1 A
D2 B
R 3kΩ
L
A
&
L=A·B
B
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2．或门电路
D1
A
L
D2 B
R 3kΩ
A
≥1
B
L=A+B
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二、三极管非门电路
+V
CC
（
+5V）
RC
A
Rb 1
3
T
L
2
A
1
L=A A
1 L=A
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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
IB
3 - 0.7 100
0.023(mA)
IBS
VCC RC
12 60 10
0.020(mA)
∵IB＞IBS ∴三极管饱和。
IC
ICS
VCC RC
12 10
1.2(mA)
+VCC （ +12V） RC 10kΩ
Rb
1
3
T
+
+
100kΩ
2
VO
VI
－
-
VO VCES 0.3V
（2）将RC改为6.8kW，重复以上计算。 图1.4.6 例1.4.1电路
第三章 逻辑门电路
第三章 逻辑门电路
§3.1 数字电路中的二极管与三极管 §3.2 基本逻辑门电路 §3.3 TTL逻辑门电路 §3.4 MOS逻辑门电路 §3.5 集成逻辑门电路的应用 §3.6 混合逻辑中逻辑符号的变换
2
3.1 数字电路中的二极管与三极管 一、二极管的开关特性
1．二极管的静态特性
+VCC
RC
iC
Rb b
c3
1
T
2
+
VI
iB
－
e
iC VCC/RC E
ICS D C
0.7V
IB5 IB4 = IBS IB3
IB2
B
IB1
A IB=0 v
VCC
CE
8
（3）饱和状态：保持VI不变，继续减小Rb，当VCE ＝0.7V时，集电
结变为零偏，称为临界饱和状态，对应图（b）中的E点。此时的
3
T
+
2
VO
-
该电路的则饱和条件可写为：
VI Rb
＞
VC C RC
图1.4.6 例1.4.1电路
即在VI一定（要保证发射结正偏）和VCC一定的条件下，Rb越小，
β越大，RC越大，三极管越容易饱和。在数字电路中总是合理
地选择这几个参数，使三极管在导通时为饱和导通。
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2．三极管的动态特性
（1）延迟时间td—— 从输入信号vi正跳变的 瞬间开始，到集电极电流iC 上升到0.1ICS所需的时间 （2）上升时间tr—— 集电极电流从0.1ICS上 升到0.9ICS所需的时间。 （3）存储时间ts—— 从输入信号vi下跳变的 瞬间开始，到集电极电流iC 下降到0.9ICS所需的时间。 （4）下降时间tf—— 集电极电流从0.9ICS下降 到0.1ICS所需的时间。
(1)加正向电压VF时，二极管导通，管压降VD可忽略。
二极管相当于一个闭合的开关。
D
V
F
IF
RL
(a)
K
V
F
IF
RL
(b)
3
(2)加反向电压VR时，二极管截止，反向电流IS可忽略。
二极管相当于一个断开的开关。
D
V
R
IS
RL
K
V
R
RL
(a)
(b)
可见，二极管在电路中表现为一个受外加电压vi控制的开 关。当外加电压vi为一脉冲信号时，二极管将随着脉冲 电压的变化在“开”态与“关”态之间转换。这个转换
VI
iB
－
e
iC VCC/RC E
ICS D C
0.7V
IB5 IB4 = IBS IB3
IB2
B
IB1
A IB=0 v
VCC
CE
（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1.4.5（b）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
过程就是二极管开关的动态特性。
4
2．二极管开关的动态特性
给二极管电路加入 一个方波信号，电流的 波形怎样呢？
D
+
i
vi
RL
－
(a)
ts为存储时间，tt称为渡 越 时 间 ， tre ＝ ts 十 tt 称 为 反向恢复时间。
5
反向恢复时间：tre＝ts十tt
产生反向恢复过程的原因：
反向恢复时间tre就是存储电荷消散所需要的时间。
P 区 耗尽层 N 区
(a) +
－
P 区中电子 浓度分布 (b)
Ln
N 区中空穴 浓度分布
x Lp
同理，二极管从截止转为正向导通也需要时间，这段 时间称为开通时间。开通时间比反向恢复时间要小得多， 一般可以忽略不计。
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二、三极管的开关特性
1．三极管的三种工作状态
+VCC
源自文库RC
iC
Rb b
c3
1
T
2
+
IB不变，仍为0.023mA
IBS
VCC RC
12 60 6.8
0.029(mA)
∵IB＜IBS ∴三极管处在放大状态。 IC IB 60 0.023 1.4(mA)
VO VCE VCC - IC RC 12 -1.4 6.8 2.48(V)
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（3）将RC改为6.8kW，再将Rb改为60kW，重复以上计算。
集电极电流称为集电极饱和电流，用ICS表示，基极电流称为基极 临界饱和电流，用IBS表示，有:
ICS
VCC - 0.7V RC
VCC RC
I BS
I CS
VCC
RC
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若再减小Rb，IB会继续增加，但IC已接近于最大值VCC/RC，不会再增加， 三极管进入饱和状态。饱和时的VCE电压称为饱和压降VCES，其典型
值为：VCES≈0.3V。
三极管工作在饱和状态的电流条件为：IB＞ IBS
电压条件为：集电结和发射结均正偏
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例 电路及参数如图1.4.6所示，设输入电压VI=3V，三极管的VBE=0.7V。 （1）若β＝60，试判断三极管是否饱和，并求出IC和VO的值。
解： 根据饱和条件IB＞IBS解题。
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（2）放大状态：当VI为正值且大于死区电压时，三极管导通。有
IB
VI
VBE Rb
VI Rb
此时，若调节Rb↓，则IB↑，IC↑，VCE↓，工作点沿着负载线由A
点→B点→C点→D点向上移动。在此期间，三极管工作在放大区，
其特点为IC＝βIB。
三极管工作在放大状态的条件为：发射结正偏，集电结反偏
+VCC （ +5V）
+VCC （ +5V）
D1 0V