半导体二极管和三极管的开关特性

半导体二极管和三极管的开关特性第1页/共40页22三月20232ui＝0V时，二极管截止，如同开关断开，uo＝0V。ui＝5V时，二极管导通，如同0.7V的电压源，uo＝4.3V。ui<0.5V时，二极管截止，iD=0。ui>0.5V时，二极管导通。第2页/共40页22三月202332、三极管的开关特性第3页/共40页22三月20234＋－RbRc+VCCbce＋－截止状态饱和状态iB≥IBSui=UIL<0.5Vuo=+VCCui=UIHuo=0.3V＋－RbRc+VCCbce＋－＋＋－－0.7V0.3V饱和区截止区放大区第4页/共40页22三月20235②ui=0.3V时，因为uBE<0.5V，iB=0，三极管工作在截止状态，ic=0。因为ic=0，所以输出电压：①ui=1V时，基极电流：因为0<iB<IBS，三极管工作在放大状态。iC=βiB=50×0.03=1.5mA，输出电压：三极管临界饱和时的基极电流：uo=uCE=UCC-iCRc=5-1.5×1=3.5Vuo=VCC=5V③ui＝3V时，基极电流：而因为iB>IBS，三极管工作在饱和状态。输出电压：uo＝uCES＝0.3V例：第5页/共40页22三月20236转移特性曲线输出特性曲线uiuiGDSRD+VDDGDSRD+VDDGDSRD+VDD截止状态ui<UTuo=+VDD导通状态ui>UTuo≈03、场效应管的开关特性第6页/共40页22三月202372.2分立元件门电路Y=AB1、二极管与门&第7页/共40页22三月202382、二极管或门Y=A+B第8页/共40页22三月202393、三极管非门①uA＝0V时，三极管截止，iB＝0，iC＝0，输出电压uY＝VCC＝5V②uA＝5V时，三极管导通。基极电流为：iB＞IBS，三极管工作在饱和状态。输出电压uY＝UCES＝0.3V。三极管临界饱和时的基极电流为：第9页/共40页22三月202310①当uA＝0V时，由于uGS＝uA＝0V，小于开启电压UT，所以MOS管截止。输出电压为uY＝VDD＝10V。②当uA＝10V时，由于uGS＝uA＝10V，大于开启电压UT，所以MOS管导通，且工作在可变电阻区，导通电阻很小，只有几百欧姆。输出电压为uY≈0V。第10页/共40页22三月2023112.3TTL集成门电路一、TTL与非门工作原理倒置状态第11页/共40页22三月2023120.3V1.0V3.6VT2，T5截止1.有一个输入端输入低电平T4

，D3导通第12页/共40页22三月2023132.1V3.6V3.6VT2饱和,T5深度饱和0.7V1.0VT3，T4截止0.3V2.两个输入端都输入高电平第13页/共40页22三月202314功能表真值表逻辑表达式输入有低，输出为高；输入全高，输出为低。第14页/共40页22三月20231574LS00内含4个2输入与非门，74LS20内含2个4输入与非门。第15页/共40页22三月202316TTL非门、或非门①A=0时，T2、T5截止，T3、T4导通，Y=1。②A=1时，T2、T5导通，T3、T4截止，Y=0。TTL非门只有一个输入端第16页/共40页22三月202317TTL或非门第17页/共40页22三月202318二、TTL电路的特性和参数抗干扰能力

(1)输出高电平值VOH

典型值：3.6V

VOH(min)=2.4V(2)输出低电平值VOL

典型值：0.3V

VOL(max)=0.4V第18页/共40页22三月202319(3)输入高电平值VIH

VIH(min)=VON=2.0V

保证输出为低电平的最小输入高电平

(4)输入低电平值VIL

VIL(max)=VOFF=0.8V

保证输出为高电平的最大输入低电平vIvO03.6V0.3V2.4V0.4VVOFFVON(5)噪声容限

VNH=VOH(min)

–

VON

VNL=VOFF–

VOL(max)第19页/共40页22三月2023202.带负载能力(1)输入低电平电流IIL

典型值1.6mA(2)输入高电平电流IIH

典型值40uA第20页/共40页22三月202321(3)输出低电平电流IOL带灌电流负载能力：典型值16mAT4截止T5饱和IOL=IC5第21页/共40页22三月202322(4)输出高电平电流IOH带拉电流负载能力：典型值0.4mAIOH=IE4第22页/共40页22三月202323(5)扇出系数NO

门电路能够驱动同类门电路的个数3.平均传输延迟时间tPdtPHL输出由高电平变为低电平的时间tPLH输出由低电平变为高电平的时间tPd=(tPHL+tPLH)/2第23页/共40页22三月202324TTL系列集成电路①74：标准系列，前面介绍的TTL门电路都属于74系列，其典型电路与非门的平均传输时间tpd＝10ns，平均功耗P＝10mW。②74H：高速系列，是在74系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd＝6ns，平均功耗P＝22mW。③74S：肖特基系列，是在74H系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd＝3ns，平均功耗P＝19mW。④74LS：低功耗肖特基系列，是在74S系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均传输时间tpd＝9ns，平均功耗P＝2mW。74LS系列产品具有最佳的综合性能，是TTL集成电路的主流，是应用最广的系列。第24页/共40页22三月202325三、OC（集电极开路）门及TSL（三态）门Y1=1,Y2=0流过T4,T5的电流很大“线与”线与：实行两个输出Y1,Y2相与A2B2Y2+5VT1T2D3T4T5R1R2R3R44k1.6k130W1kA1B1Y1+5VT1T2D3T4T5R1R2R3R44k1.6k130W1kY第25页/共40页22三月202326为解决一般TTL与非门不能线与而设计的，VCC、R决定电流。OC（集电极开路）门第26页/共40页22三月202327TSL（三态）门①E＝0时，二极管D导通，T1、T3基极均被钳制在低电平，因而T2、T5均截止，输出端开路，电路处于高阻状态。结论：电路的输出有高阻态、高电平和低电平三种状态。②E＝1时，二极管D截止，输出取决于输入A的状态，输出与输入的逻辑关系和一般反相器相同:第27页/共40页22三月202328TSL（三态）门的应用：③构成数据总线：让各门的控制端轮流处于低电平，即任何时刻只让一个TSL门处于工作状态，而其余TSL门均处于高阻状态，这样总线就会轮流接受各TSL门的输出。①作多路开关：E=0时，门G1使能，G2禁止，Y=A；E=1时，门G2使能，G1禁止，Y=B。②信号双向传输：E=0时信号向右传送，B=A；E=1时信号向左传送，A=B。第28页/共40页22三月2023292.4CMOS集成门电路1、CMOS非门（1）uA＝0V时，TN截止，TP导通。输出电压uY＝VDD＝10V。（2）uA＝10V时，TN导通，TP截止。输出电压uY＝0V。第29页/共40页22三月2023302、CMOS与非门、或非门、与门、或门、与或非门和异或门CMOS与非门①A、B当中有一个或全为低电平时，TN1、TN2中有一个或全部截止，TP1、TP2中有一个或全部导通，输出Y为高电平。②只有当输入A、B全为高电平时，TN1和TN2才会都导通，TP1和TP2才会都截止，输出Y才会为低电平。第30页/共40页22三月202331CMOS或非门①只要输入A、B当中有一个或全为高电平，TP1、TP2中有一个或全部截止，TN1、TN2中有一个或全部导通，输出Y为低电平。②只有当A、B全为低电平时，TP1和TP2才会都导通，TN1和TN2才会都截止，输出Y才会为高电平。第31页/共40页22三月202332门与Y=AB=AB或门Y=A+B=A+BCMOS与或非门第32页/共40页22三月202333CMOS异或门3、CMOSOD门、TSL门及传输门CMOSOD门第33页/共40页22三月202334CMOSTSL门①E=1时，TP2、TN2均截止，Y与地和电源都断开了，输出端呈现为高阻态。②E=0时，TP2、TN2均导通，TP1、TN1构成反相器。可见电路的输出有高阻态、高电平和低电平3种状态，是一种三态门。第34页/共40页22三月202335CMOS传输门①C＝0、，即C端为低电平（0V）、端为高电平（＋VDD）时，TN和TP都不具备开启条件而截止，输入和输出之间相当于开关断开一样。②C＝1、，即C端为高电平（＋VDD）、端为低电平（0V）时，TN和TP都具备了导通条件，输入和输出之间相当于开关接通一样，uo＝ui。第35页/共40页22三月2023364、CMOS数字电路的特点及使用时的注意事项（1）CMOS电路的工作速度比TTL电路的低。（2）CMOS带负载的能力比TTL电路强。（3）CMOS电路的电源电压允许范围较大，约在3～18V，抗干扰能力比TTL电路强。（4）CMOS电路的功耗比TTL电路小得多。门电路的功耗只有几个μW，中规模集成电路的功耗也不会超过100μW。（5）CMOS集成电路的集成度比TTL电路高。（6）CMOS电路适合于特殊环境下工作。（7）CMOS电路容易受静电感应而击穿，在使用和存放时应注意静电屏蔽，焊接时电烙铁应接地良好，尤其是CMOS电路多余不用的输入端不能悬空，应根据需要接地或接高电平。CMOS数字电路的特点第36页/共40页22三月202337使用集成电路时的注意事项（1）对于各种集成电路，使用时一定要在推荐的工作条件范围内，否