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3.1 半导体二极管、三极管的开关特性及门电路,半导体二极管的开关特性,概述,下页,总目录,推出,半导体三极管的开关特性,1,下页,返回,一、概述,1.门电路的概念 用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路，通称为逻辑门电路，简称门电路。 常用的门电路在逻辑功能上有： 与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、 异或门等。,上页,2,下页,返回,上页,在二值逻辑中，逻辑变量的取值不是就 是，在数字电路中，与之对应的是： 电子 开关的两种状态。 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。,2.逻辑变量与状态开关,3,下页,返回,上页,高电平和低电平是两种状态，是两个不同的可以截然区别开来的电压范围。,在电子电路中用高、低电平，分别表示二值逻辑的 1 和 0 两种逻辑状态。,3.高、低电平与正、负逻辑,控制开关S,S断开时，输出高电平 S接通时，输出低电平,4,下页,返回,上页,4. 正逻辑和负逻辑,用表示高电平 用表示低电平,用0表示高电平 用1表示低电平,今后除非特别说明，本书中一律采用正逻辑。,5,下页,返回,上页,二、半导体二极管的开关特性,1.理想开关的开关特性,静态：断开时，其等效电阻ROFF = ， 通过其中的电流 IOFF = 0。 闭合时，其等效电阻ROFF = 0， 其上的电压 UAK = 0。 动态：开通时间tON = 0。 关断时间tOFF = 0。,6,下页,返回,上页,2. 半导体二极管的开关特性,时，二极管导通,时，二极管截止,控制二极管的开关状态,假定二极管D 为理想二极管,动画,7,下页,返回,上页,在分析各种实际的二极管电路时，由于二极管的特性并不是理想的开关特性，所以并不是任何时候都能假定二极管为理想二极管。,反向电阻不是无穷大,正向电阻不是0,为简化分析和计算，常用近似的二极管特性。,8,返回,三、二极管与门,D1、D2导通,D1导通 D2截止,D1截止 D2导通,D1、 D2导通,1. 电路组成及工作原理,最简单的与门可以由二极管和电阻组成。,图中A、B为两个输入变量，Y为输出变量。,设输入的高、低电平分别为3V、0V， 二极管的正向导通压降为0.7V 。,下页,上页,9,下页,返回,上页,如果规定3V以上为高电平，用逻辑1 状态表示， 0.7V以下为低电平，用逻辑0状态表示，则可得如下真值表。,逻辑函数式,2. 真值表,这种与门电路虽然简单，但输出的高、低电平数值和输入的高、低电平数值不相等，负载电阻的改变有时会影响输出高电平。仅用作集成电路内部的逻辑单元。,10,下页,返回,上页,四、二极管或门,D1、D2截止,D1截止D2导通,D1导通D2截止,D1、 D2导通,1. 电路组成及工作原理,最简单的或门也是由二极管和电阻组成。,图中A、B为两个输入变量，Y为输出变量。,设输入的高、低电平分别为3V、0V， 二极管的正向导通压降为0.7V 。,11,返回,逻辑函数式,2. 真值表,如果规定2.3V以上为高电平，用逻辑1 状态表示， 0.7V以下为低电平，用逻辑0状态表示，则可得如下真值表。,二极管或门同样存在输出电平偏移的问题， 也只用于集成电路内部的逻辑单元。,下页,上页,12,下页,返回,上页,vBE VON 时三极管导通 vBE VON 时三极管截止,1. 三极管的输入特性,实际特性,理想特性,二、半导体三极管的开关特性,13,下页,返回,上页,饱和区：UCE很小 深度饱和时在0.3V以下,2. 三极管的输出特性,放大区,截止区：iC几乎为零 ICEO通常在1A以下,放大区： iC随iB成正比地变化 几乎不受vCE变化的影响,14,下页,返回,上页,若参数选择合理 三极管截止时相当于开关断开，输出高电平； 三极管导通时相当于开关闭合，输出低电平。,3. 三极管的基本开关电路,动画,15,下页,返回,上页,4. 三极管的开关等效电路,相当于开关断开。,相当于开关闭和。,16,下页,返回,上页,T深度饱和,T截止,逻辑符号,为保证在输入低电平时, 三极管可靠截止， 接入了电阻R2和负电源VEE。,5. 三极管反相器,17,
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