版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
探秘门电路:二极管与三极管的开关特性原理及应用Exploringgatecircuits:switchingcharacteristicsofdiodesandtransistorsandtheirapplications探秘门电路:二极管与三极管的开关特性原理及应用Exploringgatecircuits:switchingcharacteristicsofdiodesandtransistorsandtheirapplicationsTeacher:JiaLisi授课教师:贾丽斯门电路掌控信号的流通与阻断
Gatecircuitscontroltheflowandblockingofsignals.二极管
Diodes三极管
Transistors门电路的基础元件
Fundamentalcomponentsofgates探秘门电路:二极管与三极管的开关特性原理及应用Exploringgatecircuits:switchingcharacteristicsofdiodesandtransistorsandtheirapplicationsPart01学习目标LearningObjectives能力培养:Capacitybuilding:学习目标LearningObjectives知识掌握:Knowledgemastery:二极管、三极管开关特性原理。Principlesofswitchingcharacteristicsofdiodesandtransistors.分析二极管、三极管在简单电路中的工作状态。Analyzeworkingconditionsofdiodesandtransistorsinsimplecircuits.运用二极管、三极管实现基本逻辑功能。Usediodesandtransistorstoimplementbasiclogicalfunctions.素养提升:Literacyimprovement:认识相关知识的应用价值。Recognizetheapplicationvalueofrelevantknowledge.培养科学态度与创新思维。cultivateascientificattitudeandinnovativethinking.Part02案例导入CaseIntroduction灯灭
Turnoff
案例导入CaseIntroduction电灯按钮开关(按亮按灭)Lightswitch(turnonandturnoff)灯亮Turnon案例导入CaseIntroduction二极管
Diodes
三极管
Transistors
案例导入CaseIntroduction二极管
Diodes
三极管
Transistors
无需机械操作Nomechanicaloperationrequired
电子开关
Electronicswitches通过电信号控制Controlledbyelectricalsignals
例如,在计算机的数据存储和处理电路中,就大量运用了二极管和三极管的开关特性来存储和传输0、1数字信号。案例导入CaseIntroductionForexample,computerdatastorageandprocessingcircuitsmakeextensiveuseoftheswitchingcharacteristicsofdiodesandtransistorstostoreandtransmitdigitalsignals(0sand1s).二极管、三极管的开关特性Switchingcharacteristicsofdiodesandtransistors
门电路的基本概念
Basicconceptsofgatecircuits探秘门电路:二极管与三极管的开关特性原理及应用Exploringgatecircuits:switchingcharacteristicsofdiodesandtransistorsandtheirapplicationsPart03二极管的开关特性SwitchingcharacteristicsofdiodesNP电极引线Electrodelead管壳Case结构与开关原理Structureandprinc二极管的开关特性Switchingcharacteristicsofdiodes负极
Negativeelectrode正极
Positiveelectrode结构:PN结Structure:PNjunctionP区:阳极Pregion:anodeN区:阴极Nregion:cathodePN结PNjunction导通Conduction正向电压(P高、N低)>导通压降(硅0.7V,锗0.3V),电流从阳极→阴极,等效开关闭合;Forwardvoltage(Pishigh,andNislow)>conductionvoltagedrop(0.7Vforsilicon,0.3Vforgermanium),currentflowsfromanodetocathode,equivalenttoaclosedswitch;结构与开关原理StructureandprincPN负极
Negativeelectrode正极
Positiveelectrode截止CutoffPN结PNjunction电极引线Electrodelead管壳Case反向电压,无电流,等效开关断开。Whenareversevoltageisapplied,nocurrentflows,equivalenttoanopenswitch.二极管的开关特性Switchingcharacteristicsofdiodes等效电路Equivalentcircuit:二极管的开关特性Switchingcharacteristicsofdiodes导通时:可等效为“一个具有导通压降的闭合开关”,如硅二极管导通时等效为一个0.7V的电压源与一个小电阻串联。Whenconducting:itisequivalentto“aclosedswitchwithaconductionvoltagedrop”.Forexample,whenasilicondiodeisconducting,itisequivalenttoa0.7Vvoltagesourceconnectedinserieswithasmallresistor.截止时:等效为“断开的开关”,电阻极大(通常视为无穷大),可近似认为“无电流通过”。Whenitiscutoff:itisequivalenttoanopenswitchwithaverylargeresistance(usuallyconsideredtobeinfinite),andcanbeapproximatedas"nocurrentflowing".PtypeNtype等效电路Equivalentcircuit:二极管的开关特性Switchingcharacteristicsofdiodes导通时:可等效为“一个具有导通压降的闭合开关”,如硅二极管导通时等效为一个0.7V的电压源与一个小电阻串联。Whenconducting:itisequivalentto“aclosedswitchwithaconductionvoltagedrop”.Forexample,whenasilicondiodeisconducting,itisequivalenttoa0.7Vvoltagesourceconnectedinserieswithasmallresistor.截止时:等效为“断开的开关”,电阻极大(通常视为无穷大),可近似认为“无电流通过”。Whenitiscutoff:itisequivalenttoanopenswitchwithaverylargeresistance(usuallyconsideredtobeinfinite),andcanbeapproximatedas"nocurrentflowing".InternalelectricfieldPtyperegionSpacechargeregionNtyperegion等效电路Equivalentcircuit:二极管的开关特性Switchingcharacteristicsofdiodes导通时:可等效为“一个具有导通压降的闭合开关”,如硅二极管导通时等效为一个0.7V的电压源与一个小电阻串联。Whenconducting:itisequivalentto“aclosedswitchwithaconductionvoltagedrop”.Forexample,whenasilicondiodeisconducting,itisequivalenttoa0.7Vvoltagesourceconnectedinserieswithasmallresistor.截止时:等效为“断开的开关”,电阻极大(通常视为无穷大),可近似认为“无电流通过”。Whenitiscutoff:itisequivalenttoanopenswitchwithaverylargeresistance(usuallyconsideredtobeinfinite),andcanbeapproximatedas"nocurrentflowing".开关时间Switchingtime二极管的开关特性Switchingcharacteristicsofdiodes开通时间
Turn-ontime实际二极管的开关切换并非瞬时完成,存在两个关键时间:Theactualswitchingofadiodeisnotinstantaneous.Therearetwocriticaltimes:从截止到导通的时间,通常极短,工程分析中可忽略。Thetimefromcutofftoconduction,whichisusuallyveryshortandcanbeignoredinengineeringanalysis.从导通到截止的时间,相对较长。Reverserecoverytime:Thetimefromconductiontocutoff,whichisrelativelylong.反向恢复时间
Reverserecoverytime注意:反向恢复时间会限制二极管的开关速度,在高频数字电路(如射频信号处理)中需重点考虑。Note:Reverserecoverytimelimitstheswitchingspeedofthediodeandisakeyconsiderationinhigh-frequencydigitalcircuits(suchasRFsignalprocessing).
PtypeNtypePart04三极管的开关特性Switchingcharacteristicsoftransistors结构与工作区域Structureandworkingarea三极管的开关特性SwitchingcharacteristicsoftransistorsCP+nPCEPNP型
PNPType
n-pnENPN型
NPNType
发射极(E)
Emitter
(E)基极(B)
Base
集电极(C)
Collector(C)基本结构Basicstructure以NPN为例
TaketheNPNtypeasanexample两个PN结(发射结:B-E之间;集电结:B-C之间)
TwoPNjunctions(Emitterjunction:betweenbaseandemitter;Collectorjunction:betweenbaseandcollector)NPNBaseb基级bCollectorc集电极cEmitterc发射极cCollectorregion集电区Collectorjunction集电结Baseregion基区Emitterjunction发射结Emitterregion发射区三极管的开关特性Switchingcharacteristicsoftransistors三极管的开关特性Switchingcharacteristicsoftransistors△ic△ib放大区饱和区IB4IB3IB2IB4IB=0UCEUCE截止区截止区:Cutoffregion:工作条件:OperatingConditions:发射结反偏(B电位<E电位)Emitterjunctionreversebiased(Bpotential<Epotential)集电结反偏(B电位<C电位)Collectorjunctionreversebiased(Bpotential<Cpotential)集电极电流Ic≈0,C-E之间电阻极大,相当于“开关断开”,输出高电平。CollectorcurrentIc≈0,andtheresistancebetweenCandEisextremelylarge,equivalenttoa“openswitch“,resultinginahighoutputlevel.特点CharacteristicsSaturationregionCutoffregionAmplificationregion三极管的开关特性Switchingcharacteristicsoftransistors饱和区:SaturationRegion:工作条件:OperatingConditions:发射结正偏(B电位>E电位,且电压>0.7V)Emitterjunctionforwardbiased(Bpotential>Epotential,andvoltage>0.7V)集电结正偏(B电位>C电位)Collectorjunctionforwardbiased(Bpotential>Cpotential)C-E之间电压极小(饱和压降Uces≈0.3V),电阻极小,相当于“开关闭合”,输出低电平。ThevoltagebetweenCandEisextremelysmall(saturationvoltagedropUces≈0.3V),andtheresistanceisextremelylow,equivalenttoa"closedswitch"withalowoutput.特点CharacteristicsSaturationregionCutoffregionAmplificationregion三极管的开关特性Switchingcharacteristicsoftransistors电流关系与控制Currentrelationshipandcontrol公式
FormulaIe=Ib+Ic(发射极电流=基极电流+集电极电流)。(Emittercurrent=basecurrent+thecollectorcurrent)控制核心
Keyofcontrolling改变Ib,切换截止/饱和状态。ChangeIbtoswitchesthecutoff/saturationstate.ceb+RIcIevIb△ic△ib放大区饱和区IB4IB3IB2IB4IB=0UCEUCE截止区三极管的开关特性Switchingcharacteristicsoftransistors开关时间Switchingtime开启时间(ton)
Turn-ontime截止→饱和的时间
timeofcutofftosaturation
关断时间(toff)
Turn-offtime饱和→截止的时间
timeofsaturationtocutoff
SaturationregionCutoffregionAmplificationregion三极管的开关特性Switchingcharacteristicsoftransistors开关时间Switchingtime开启时间(ton)
Turn-ontime截止→饱和的时间
timeofcutofftosaturation
关断时间(toff)
Turn-offtime饱和→截止的时间
timeofsaturationtocutoff
关断时间通常大于开启时间,且三极管饱和程度越深(Ib越大),存储时间越长,关断速度越慢,设计时需避免过度饱和。Theturn-offtimeisusuallylongerthantheturn-ontime,andthedeeperthetransistorsaturation(thelargerIb),thelongerthestoragetimeandtheslowertheturn-offspeed.Over-saturationshouldbeavoidedduringdesign.SaturationregionCutoffregionAmplificationregionPart05案例分析
CaseStudy
基于二极管与三极管的逻辑门
Logicgatesbasedondiodesandtransistors
电路结构
Circuitstructure
二极管D1、D2的阳极分别接输入信号A、B,阴极共同连接输出端Y,输出端通过电阻R接电源Vcc。TheanodesofdiodesD1andD2areconnectedtoinputsignalsAandBrespectively,andtheircathodesareconnectedtotheoutputterminalY.TheoutputterminalisconnectedtothepowersupplyVccthroughresistorR.案例分析CaseStudy二极管与门
DiodeANDGate
基于二极管与三极管的逻辑门
Logicgatesbasedondiodesandtransistors
案例分析CaseStudy二极管与门
DiodeANDGate
A、B均高电平→二极管截止,Y高电平;WhenbothAandBareathighlevel,bothdiodesareturnedoff,andYoutputsahighlevel.其余输入→二极管导通,Y低电平(硅0.7V),实现“与”逻辑。Forallotherinputcombinations,oneofthediodesalwaysconducts,clampingYtoalowlevel(about0.7Vforasilicondiode),whichimplementsANDlogic.逻辑功能分析:
sLogicalfunctionanalysis:
结论:只有A、B均为高电平时,Y才为高电平,实现“与”逻辑(Y=A・B)
Conclusion:OnlywhenAandBarebothathighlevel,Yisathighlevel,realizingthe"AND"logic(Y=A・B)三极管构成的“非门”电路
"NOTgate"circuitcomposedoftransistors
案例分析CaseStudy三极管非门
TransistorNOTGate
电路结构
Circuitstructure
NPN型三极管的基极通过电阻Rb接输入信号A,集电极通过电阻Rc接电源Vcc(5V),发射极接地(0V),输出信号Y取自集电极(C极)。ThebaseoftheNPNtransistorisconnectedtotheinputsignalAthroughresistorRb,thecollectorisconnectedtothepowersupplyVcc(5V)throughresistorRc,theemitterisgrounded(0V),andtheoutputsignalYistakenfromthecollector(Cpole).三极管构成的“非门”电路
"NOTgate"circuitcomposedoftransistors
案例分析CaseStudy三极管非门
TransistorNOTGate
A低电平→三极管截止,Y高电平;WhenAisatlowlevel,thetransistorisinthecut-offstateandYoutputsahighlevel;A高电平→三极管饱和,Y低电平,实现“非”逻辑。WhenAisatahighlevel,thetransistorisinsaturatedstate,andYoutputsalowlevel,completingthe"not"logicfunction.逻辑功能分析:
sLogicalfunctionanalysis:
结论:当A为高电平时,三极管饱和导通,Y输出低电平,完成"非"逻辑功能。
Conclusion:WhenAisathighlevel,thetransistorissaturatedandconductive,Youtputsalowlevel,completingthe"not"logicfunction.教学重点梳理
Keypointsofteaching二极管开关特性
Switchingcharacteristicsofdiodes正向导通/反向截止原理Principlesofforwardconductionandreversecutoff导通压降、开关时间影响Effectsofconductionvoltagedropandswitchingtime.三极管开关特性Switchingcharacteristicsoftransistors截止区/饱和区工作状态
workingconditionsinthecut-offregionandthesaturationregionIb对Ic的控制
ControleffectoftheIbonIc开关时间特点Characteristicsoftheswitchingtime
电路分析能力Circuitanalysiscapabilities:跟据元件连接、输入信号,判断工作状态,分析输出。Judgetheworkingstatus,andanalyzetheoutputbasedontheconnectionandinputsignal.职业岗位应用
Applicationofjobs
电路测试工程师
Circuittestengineer应用场景:检测数字电路故障(如逻辑门输出异常、芯片功能失效)。
Applications:Detectingdigitalcircuitfaults(suchasabnormallogicgateoutputandchipmalfunction).工作内容:依据二极管、三极管的开关特性原理,通过测量电压、电流等参数来判断元件是否正常工作。Responsibilities:Basedontheswitchingcharacteristicsofdiodesandtransistors,measureparameterssuchasvoltageandcurrenttodeterminewhethercomponentsarefunctioningproperly.职业岗位应用
Applicationofjobs
集成电路设计工程师
Integratedcircuitdesignengineer应用场景:设计数字芯片(如CPU、内存、逻辑芯片)。
Applications:Designofdigitalchips(suchasCPUs,memory,andlogicchips).工作内容:精确控制二极管和三极管的特性参数,以提高芯片的性能和可靠性。
Responsibilities:Preciselycontrolthecharacteristicp
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 2025年高职(现代农业技术)现代农业装备试题及答案
- 2025年高职物流案例与实践(物流创新)试题及答案
- 2025年中职油气开采技术(油气开采实操)试题及答案
- 2025年中职印刷媒体技术(印刷工艺基础)试题及答案
- 2026年注册消防工程师(一级消防安全案例分析-建筑防火)试题及答案
- 2025年中职数控技术应用(数控车床操作)试题及答案
- 2025年高职电子技术应用(放大电路设计)试题及答案
- 2025年中职第三学年(计算机应用)网页设计实操试题及答案
- 2025年大学信息对抗技术(信息对抗方案)模拟试题
- 2025年大三(临床医学)外科学基础期末试题
- 土地续租赁合同(标准版)
- 语文五上:期末总复习(按单元复习)【课件】
- 养殖场安全培训课件
- 房地产机电设计注意事项汇编
- 移风易俗文明殡葬课件
- 2025年高考语文二卷诗歌鉴赏解析
- 《现代物流设施与规划》课件(共十四章)
- 医院主任年终工作总结与计划
- GB/T 18344-2025汽车维护、检测、诊断技术规范
- DGTJ08-2134-2013 建筑装饰工程石材应用技术规范
- 2025院感爆发考试试题及答案
评论
0/150
提交评论