《数字电子技术》-第8讲2.1二极管及三极管的开关特性（思政：安全教育）

2.1二极管及三极管的开关特性

二极管的开关特性2.1二极管及三极管的开关特性三极管的开关特性小结学习目标（1）了解逻辑门电路的作用和常用类型（2）理解高电平信号和低电平信号的含义（3）理解三极管的开关特性2.1二极管及三极管的开关特性（3）掌握三极管开关工作的条件安全教育：用电安全，用好每个参数！

231安全教育增强学生遵纪守法意识，培养学生诚实友善品格，具有责任感和使命感中国特色社会主义道路自信、理论自信、制度自信、文化自信树立当代使命感和历史责任感2026/5/85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？TTL即Transistor-TransistorLogicCMOS即ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor

引入：门电路的作用和常用类型按功能特点不同分普通门(推拉式输出)

CMOS传输门

输出开路门三态门门电路

(GateCircuit)

指用以实现基本逻辑关系和常用复合逻辑关系的电子电路。是构成数字电路的基本单元之一按逻辑功能不同分与门

或门

非门

异或门

与非门

或非门

与或非门

按电路结构不同分

TTL

集成门电路

CMOS

集成门电路输入端和输出端都用三极管的逻辑门电路。

用互补对称MOS管构成的逻辑门电路。引入：高电平和低电平的含义

高电平和低电平为某规定范围的电位值，而非一固定值。

高电平信号是多大的信号？低电平信号又是多大的信号？10高电平低电平01高电平低电平正逻辑体制负逻辑体制由门电路种类等决定2026/5/882.1二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。2026/5/89

(1)静态特性：断开时，开关两端的电压不管多大，等效电阻ROFF=无穷，电流IOFF=0。

闭合时，流过其中的电流不管多大，等效电阻RON=0，电压UAK=0。

(2)动态特性：开通时间ton=0

关断时间toff=0

理想开关的开关特性：

2026/5/810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。2026/5/811一、

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UD(ON)≈0.7V（硅）

0.3V（锗）RD≈几Ω～几十Ω相当于开关闭合图2-1二极管的伏安特性曲线2026/5/812反向截止时反向饱和电流极小反向电阻很大（约几百kΩ）相当于开关断开图2-1二极管的伏安特性曲线2026/5/813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2026/5/8142.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tre

：二极管从导通到截止所需的时间。一般为纳秒数量级（通常tre≤5ns）。2026/5/815二、

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）输出特性曲线返回三极管为什么能用作开关？

怎样控制它的开和关？

当输入uI为低电平，使

uBE<Uth时，三极管截止。

iB

0，iC

0，C、E间相当于开关断开。

三极管关断的条件和等效电路IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS负载线临界饱和线

饱和区放大区二、三极管的开关作用及其条件

截止区uBE<UthBEC三极管截止状态等效电路uI=UILuBE+-Uth为门限电压IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS临界饱和线

饱和区放大区二、三极管的开关作用及其条件

uI增大使

iB增大，从而工作点上移，iC增大，uCE减小。截止区uBE<UthBEC三极管截止状态等效电路S为放大和饱和的交界点，这时的iB称临界饱和基极电流，用IB(sat)表示；相应地，IC(sat)为临界饱和集电极电流；UBE(sat)为饱和基极电压；

UCE(sat)为饱和集电极电压。对硅管，UBE(sat)

0.7V，UCE(sat)

0.3V。在临界饱和点三极管仍然具有放大作用。uI增大使uBE>Uth时，三极管开始导通，iB>0，三极管工作于放大导通状态。IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS临界饱和线

饱和区放大区二、三极管的开关作用及其条件

截止区uBE<UthBEC三极管截止状态等效电路uI=UIH三极管开通的条件和等效电路当输入

uI为高电平，使iB≥

IB(sat)时，三极管饱和。

uBE+-uBE

UCE(sat)

0.3V

0，C、E间相当于开关合上。

iB≥

IB(sat)BEUBE(sat)CUCE(sat)三极管饱和状态等效电路iB愈大于IB(Sat)，则饱和愈深。由于UCE(Sat)

0，因此饱和后iC基本上为恒值，

iC

IC(Sat)=开关工作的条件

截止条件

饱和条件uBE＜

UthiB＞

IB(Sat)

可靠截止条件为uBE≤0

[例]下图电路中

=50,UBE(on)=0.7V,UIH=3.6V,UIL=0.3V,为使三极管开关工作,试选择

RB值,并对应输入波形画出输出波形。解：(1)根据开关工作条件确定

RB取值uI=UIL=0.3V时,三极管满足截止条件uI=UIH=3.6V时,为使三极管饱和,应满足

iB>IB(sat)因为iB=IHB-0.7VUR所以求得RB<29k

，可取标称值27k

。OuItUIHUIL+5V(2)

对应输入波形画出输出波形OuItUIHUIL可见，该电路在输入低电平时输出高电平，输入高电平时输出低电平，因此构成三极管非门。由于输出信号与输入信号反相，故又称三极管反相器。三极管截止时，iC

0，uO

+5V三极管饱和时，uO

UCE(sat)

0.3VOuO/Vt50.32026/5/822三.三极管的开关时间（动态特性）图2-5三极管的开关时间

开启时间ton

上升时间tr延迟时间td关闭时间toff下降时间tf存储时间ts2026/5/823(1)开启时间ton

三极管从截止到饱和所需的时间。

ton=td+tr

td：延迟时间

tr：上升时间(2)关闭时间toff

三极管从饱和到截止所需的时间。

toff=ts+tf

ts

：存储时间（几个参数中最长的；饱和越深越长）tf

：下降时间toff>ton

。开关时间一般在纳秒数量级。高频应用时需考虑。C

E

B

SBD

B

C

E

在普通三极