数字电路逻辑设计 第三章集成逻辑门

+
－
(b)
P 区中电子 浓度分布
N 区中空穴 浓度分布
x Ln 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。
三、晶体三极管的开关特性
1.三极管稳态开关特性
基本单管共射电路
单管共射电路传输特性
三、三极管的开关特性
三极管的三种工作状态
例 1.4.1 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。
3 - 0.7 IB 0.023(mA ) 100 V 12 I BS CC 0.020(mA ) RC 60 10
Rb
1
+VCC （ +12V） RC 10kΩ
3 2
T
+ VO -
∵IB＞IBS ∴三极管饱和。
I C I CS VCC 12 1.2(mA ) RC 10
+ VI －
100kΩ
VO VCES 0.3 V
（2）将RC改为6.8kW，重复以上计算。
IB不变，仍为0.023mA
I BS
图1.4.6
例1.4.1电路
VCC 12 0.029(mA ) RC 60 6.8
注意
在严格的电路分析中或者在高速开关电路中， 晶体二极管则不能当作一个理想开关。
§3.1 晶体管的开关特性
数字电路中的二极管与三极管 一、二极管伏安特性
(a)二极管电路表示
(b)二极管伏安特性
§3.1 晶体管的开关特性
二、二极管的开关特性
1．二极管的静态特性
(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。
V - 0.7V VCC CC RC RC
I CS
I BS
VCC RC
I CS
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
内
集 成 逻 辑 门
按器件类型分
按集成度分
TTL、ECL 2L、HTL I 容 概 述 PMOS 双极型集成逻辑门 NMOS CMOS MOS集成逻辑门 SSI（100以下个等效门） MSI（〈103个等效门） LSI （〈104个等效门） VLSI（>104个以上等效门）
本章内容 基本逻辑门的基本结构、工作原理以及外部特性
TTL系列逻辑电路出现在19世纪60年代, 它在此之前占据了数字集成电路的主导地位. 随着计算技术和半导体技术的发展,19世纪80 年代中期出现了CMOS电路。虽然它出现晚 一些,但因为它有效地克服了TTL和ECL集成 电路中存在的单元电路结构复杂,器件之间需 要外加电隔离,以及功耗大,影响电路集成密 度提高的严重缺点 ,因而在向大规模和超大 规模集成电路的发展中,CMOS集成电路已占 有统治地位,而且这一优势将继续延伸。
知 识 回 顾
A B =1
F
F1=AB
F2=A+B
F=AB
内部电路是什么样的，如何实现相应的逻辑功能？
内部电路不同，逻辑功能相同，如何正确使用？
在数字集成电路的发展过程中,同时 存在着两种器件的发展。一种是由三 极管组成的双极型集成电路,例如晶体 管—晶体管逻辑电路(简称TTL电路) 。 另一种是由MOS管组成的单极型集成 电路,例如N—MOS逻辑电路和互补 MOS(简称CMOS)逻辑电路。
+VCC RC iC Rb + VI － iB
1
iC VCC/RC ICS IB5 E D C B A 0.7V VCC IB4 = IBS IB3 IB2 IB1 IB= 0 v
CE
b
c3 T
2
e
（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。
D VF IF
K
RL
VF
IF
RL
(a)
(b)
(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 IS
K
R
RL
VR
RL (b)
(a)
Hale Waihona Puke Baidu
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 过程就是二极管开关的动态特性。
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
（2）放大状态：当VI为正值且大于死区电压时，三极管导通。有
VI VBE VI IB Rb 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
§3.1 晶体管的开关特性 §3.2 基本逻辑门电路 §3.3 TTL集成逻辑门 §3.4 MOS逻辑门电路 §3.5 集成逻辑门电路的应用
§3.1 晶体管的开关特性
晶体二极管开关特性:
晶体二极管是由PN结构成，具有单向导电的特 性。在近似的开关电路分析中，晶体二极管可以作 为一个理想开关来分析；
+VCC RC iC Rb + VI － iB
1
iC VCC/RC ICS IB5 E D C B A 0.7V VCC IB4 = IBS IB3 IB2 IB1 IB= 0 v
CE
b
c3 T
2
e
（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 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:
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 + vi － (a) i RL
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。
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)