二极管、三极管的开关特性、基本逻辑门电路

单击此处编辑母版标题样式,*,.,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第2章 逻辑门电路,2.1 二极管及三极管的开关特性,2.2 基本逻辑门电路,2.1.1,二极管的开关特性,2.1.2,三极管的开关特性,2.2.1,二极管与门,2.2.2,二极管或门,2.2.3,关于高低电平的概念及状态赋值,2.2.4,二极管非门（反相器）,2.2.5,关于正逻辑和负逻辑的概念,返回,结束,放映,11/30/2024,1,.,复习,请回忆实现与、或、非逻辑的开关电路形式？,它们有何共同特点？,开关电路与逻辑电路是如何联系起来的？,11/30/2024,2,.,2.1 二极管及三极管的开关特性,数字电路中的晶体二极管、三极管和MOS管工作在开关状态。,导通状态：相当于开关闭合,截止状态：相当于开关断开。,逻辑变量两状态开关：,在逻辑代数中逻辑变量有两种取值：0和1；,电子开关有两种状态：闭合、断开。,半导体二极管、三极管和MOS管，则是构成这种电子开关的基本开关元件。,11/30/2024,3,.,(1)静态特性：,断开时，开关两端的电压不管多大，等效电阻R,OFF,=无穷，电流I,OFF,=0。,闭合时，流过其中的电流不管多大，等效电阻R,ON,=0，电压U,AK,=0。,(2)动态特性：开通时间 t,on,=0,关断时间 t,off,=0,理想开关的开关特性：,11/30/2024,4,.,客观世界中，没有理想开关。,乒乓开关、继电器、接触器等的静态特性十分接近理想开关，但动态特性很差，无法满足数字电路一秒钟开关几百万次乃至数千万次的需要。,半导体二极管、三极管和MOS管做为开关使用时，其静态特性不如机械开关，但动态特性很好。,11/30/2024,5,.,2.1.1 二极管的开关特性,返回,1.,静态特性及开关等效电路,正向导通时U,D(ON),0.7V（硅）,0.3V（锗）,R,D,几 几十,相当于开关闭合,图2-1 二极管的伏安特性曲线,11/30/2024,6,.,反向截止时,反向饱和电流极小,反向电阻很大（约几百k）,相当于开关断开,图2-1 二极管的伏安特性曲线,11/30/2024,7,.,图2-2 二极管的开关等效电路,(a)导通时 (b)截止时,图,2-1,二极管的伏安特性曲线,开启电压,理想化伏安特性曲线,11/30/2024,8,.,2.动态特性：,若输入信号频率过高，二极管会双向导通，失去单向导电作用。因此,高频应用时,需考虑此参数。,二极管从截止变为导通和从导通变为截止都需要一定的时间。通常后者所需的时间长得多。,反向恢复时间t,re,：二极管从导通到截止所需的时间。,一般为纳秒数量级（通常t,re,5ns）。,11/30/2024,9,.,2.1.2 三极管的开关特性,1.静态特性及开关等效电路,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。,图2-3三极管的三种工作状态,（a）电路 （b）输出特性曲线,返回,11/30/2024,10,.,开关等效电路,(1)截止状态,条件：发射结反偏,特点：电流约为,0,11/30/2024,11,.,(2)饱和状态,条件：发射结正偏，集电结正偏,特点：,U,BES,=0.7V，U,CES,=0.3V/硅,11/30/2024,12,.,图2-4三极管开关等效电路,(a)截止时(b)饱和时,11/30/2024,13,.,2.三极管的开关时间（动态特性）,图2-5 三极管的开关时间,开启时间,t,on,上升时间,t,r,延迟时间,t,d,关闭时间,t,off,下降时间,t,f,存储时间,t,s,11/30/2024,14,.,(1)开启时间,t,on,三极管从截止到饱和所需的时间。,t,on,=t,d,+t,r,t,d：,延迟时间,t,r：,上升时间,(2)关闭时间,t,off,三极管从饱和到截止所需的时间。,t,off,=t,s,+t,f,t,s,：存储时间（几个参数中最长的；饱和越深越长）,t,f,：下降时间,t,off,t,on,。,开关时间一般在纳秒数量级。高频应用时需考虑。,11/30/2024,15,.,门电路的概念：,实现基本和常用逻辑运算的电子电路，叫逻辑门电路。实现与运算的叫与门，实现或运算的叫或门，实现非运算的叫非门，也叫做反相器，等等。,分立元件门电路和集成门电路:,分立元件门电路：用分立的元件和导线连接起,来构成的门电路。简单、经济、功耗低，负载差。,集成门电路：把构成门电路的元器件和连线都,制作在一块半导体芯片上，再封装起来，便构成了集成门电路。现在使用最多的是CMOS和TTL集成门电路。,2.2 基本逻辑门电路,11/30/2024,16,.,2.2.1 二极管与门电路,1.,电路,2.,工作原理,A、B,为输入信号,（,+3V,或,0V,）,F,为输出信号,V,CC,+12V,表2-1电路输入与输出电压的关系,A,B,F,0V,0V,0.7V,0V,3V,0.7V,3V,0V,0.7V,3V,3V,3.7V,返回,11/30/2024,17,.,用逻辑,1,表示高电平（此例为,+3V,）,用逻辑,0,表示低电平（此例为,0.7V,）,A,B,F,0V,0V,0.7V,0V,3V,0.7V,3V,0V,0.7V,3V,3V,3.7V,3.逻辑赋值并规定高低电平,4.真值表,A,B,F,0,0,0,0,1,0,1,0,0,1,1,1,表2-2 二极管与门的真值表,A,、,B,全1，,F,才为1。,可见实现了与逻辑,11/30/2024,18,.,5.,逻辑符号,6.,工作波形(又一种表示逻辑功能的方法）,7.,逻辑表达式,F,A B,图2-6,二极管与门,（a）电路（b）逻辑符号（c）工作波形,11/30/2024,19,.,2.2.2 二极管或门电路,1.,电路,2.,工作原理,电路输入与输出电压的关系,A,B,F,0V,0V,0V,0V,3V,2.3V,3V,0V,2.3V,3V,3V,2.3V,A、B,为输入信号（,+3V,或,0V,）,F,为输出信号,返回,11/30/2024,20,.,4.真值表,A,B,F,0V,0V,0V,0V,3V,2.3V,3V,0V,2.3V,3V,3V,2.3V,可见实现了或逻辑,3.逻辑赋值并规定高低电平,用逻辑,1,表示高电平（此例为,+2.3V,）,用逻辑,0,表示低电平（此例为,0V,）,A,B,F,0,0,0,0,1,1,1,0,1,1,1,1,A,、,B,有1，,F,就1。,表2-2 二极管或门的真值表,11/30/2024,21,.,图2-7 二极管或门,（a）电路（b）逻辑符号（c）工作波形,5.,逻辑符号,6.,工作波形,7.,逻辑表达式,F,A+B,11/30/2024,22,.,2.2.3 关于高低电平的概念及状态赋值,电位指绝对电压的大小；电平指一定的电压范围。,高电平和低电平：在数字电路中分别表示两段电压范围。,例：上面二极管与门电路中规定高电平为,3V,，低电平,0.7V,。,又如，,TTL,电路中，通常规定高电平的额定值为,3V,，但从,2V,到,5V,都算高电平；低电平的额定值为,0.3V,，但从,0V,到,0.8V,都算作低电平。,1.,关于高低电平的概念,返回,11/30/2024,23,.,2.逻辑状态赋值,在数字电路中，用逻辑,0,和逻辑,1,分别表示输入、输出高电平和低电平的过程称为逻辑赋值。,经过逻辑赋值之后可以得到逻辑电路的真值表，便于进行逻辑分析。,11/30/2024,24,.,2.2.4 非门（反相器）,图2-8 非门,(a)电路 （b）逻辑符号,1.,电路,2.,工作原理,A、B,为输入信号,（,+3.6V,或,0.3V,）,F,为输出信号,A,F,0.3V,+V,CC,3.6V,0.3V,返回,11/30/2024,25,.,3.逻辑赋值并规定高低电平,用逻辑,1,表示高电平（此例为,+3.6V,）,用逻辑,0,表示低电平（此例为,0.3V,）,4.真值表,A,F,0.3V,+V,CC,3.6V,0.3V,A,F,0,1,1,0,表2-4 三极管非门的真值表,A,与,F,相反,可见实现了非逻辑,Y,=,A,11/30/2024,26,.,2.2.5 关于正逻辑和负逻辑的概念,正逻辑体系：用1表示高电平，用0表示低电平。,负逻辑体系：用1表示低电平，用0表示高电平。,1.,正负逻辑的规定,2.,正负逻辑的转换,对于同一个门电路，可以采用正逻辑，也可以采用负逻辑。,本书若无特殊说明，一律采用正逻辑体制。,同一个门电路，对正、负逻辑而言，其逻辑功能是不同的。,返回,11/30/2024,27,.,A,B,F,0V,0V,0.7V,0V,3V,0.7V,3V,0V,0.7V,3V,3V,3.7V,正与门相当于负或门,二极管与门电路,用正逻辑,A,B,F,0,0,0,0,1,0,1,0,0,1,1,1,正与门,用负逻辑,负或门,A,B,F,1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,0,返回,11/30/2024,28,.,作业题,2-1,返回,11/30/2024,29,.,