電子運(yùn)用應(yīng)用技術(shù)課件第八講

2024/12/51第2章邏輯門電路2.1二極管及三極管的開關(guān)特性2.2基本邏輯門電路2.1.1

二極管的開關(guān)特性

2.1.2

三極管的開關(guān)特性

2.2.1

二極管與門2.2.2

二極管或門2.2.3

關(guān)于高低電平的概念及狀態(tài)賦值2.2.4

二極管非門（反相器）2.2.5

關(guān)于正邏輯和負(fù)邏輯的概念返回結(jié)束放映2024/12/52復(fù)習(xí)請(qǐng)回憶實(shí)現(xiàn)與、或、非邏輯的開關(guān)電路形式？它們有何共同特點(diǎn)？開關(guān)電路與邏輯電路是如何聯(lián)系起來的？2024/12/532.1二極管及三極管的開關(guān)特性

數(shù)字電路中的晶體二極管、三極管和MOS管工作在開關(guān)狀態(tài)。導(dǎo)通狀態(tài)：相當(dāng)于開關(guān)閉合截止?fàn)顟B(tài)：相當(dāng)于開關(guān)斷開。邏輯變量←→兩狀態(tài)開關(guān)：在邏輯代數(shù)中邏輯變量有兩種取值：0和1；電子開關(guān)有兩種狀態(tài)：閉合、斷開。半導(dǎo)體二極管、三極管和MOS管，則是構(gòu)成這種電子開關(guān)的基本開關(guān)元件。2024/12/54

(1)靜態(tài)特性：斷開時(shí)，開關(guān)兩端的電壓不管多大，等效電阻ROFF=無窮，電流IOFF=0。

閉合時(shí)，流過其中的電流不管多大，等效電阻RON=0，電壓UAK=0。

(2)動(dòng)態(tài)特性：開通時(shí)間ton=0

關(guān)斷時(shí)間toff=0

理想開關(guān)的開關(guān)特性：

2024/12/55客觀世界中，沒有理想開關(guān)。乒乓開關(guān)、繼電器、接觸器等的靜態(tài)特性十分接近理想開關(guān)，但動(dòng)態(tài)特性很差，無法滿足數(shù)字電路一秒鐘開關(guān)幾百萬次乃至數(shù)千萬次的需要。半導(dǎo)體二極管、三極管和MOS管做為開關(guān)使用時(shí)，其靜態(tài)特性不如機(jī)械開關(guān)，但動(dòng)態(tài)特性很好。2024/12/562.1.1二極管的開關(guān)特性

返回1.靜態(tài)特性及開關(guān)等效電路正向?qū)〞r(shí)UD(ON)≈0.7V（硅）

0.3V（鍺）RD≈幾Ω～幾十Ω相當(dāng)于開關(guān)閉合圖2-1二極管的伏安特性曲線2024/12/57反向截止時(shí)反向飽和電流極小反向電阻很大（約幾百kΩ）相當(dāng)于開關(guān)斷開圖2-1二極管的伏安特性曲線2024/12/58圖2-2二極管的開關(guān)等效電路(a)導(dǎo)通時(shí)(b)截止時(shí)圖2-1二極管的伏安特性曲線開啟電壓理想化伏安特性曲線2024/12/592.動(dòng)態(tài)特性：若輸入信號(hào)頻率過高，二極管會(huì)雙向?qū)?，失去單向?qū)щ娮饔?。因此高頻應(yīng)用時(shí)需考慮此參數(shù)。二極管從截止變?yōu)閷?dǎo)通和從導(dǎo)通變?yōu)榻刂苟夹枰欢ǖ臅r(shí)間。通常后者所需的時(shí)間長(zhǎng)得多。

反向恢復(fù)時(shí)間tre

：二極管從導(dǎo)通到截止所需的時(shí)間。一般為納秒數(shù)量級(jí)（通常tre≤5ns）。2024/12/5102.1.2三極管的開關(guān)特性

1.靜態(tài)特性及開關(guān)等效電路在數(shù)字電路中，三極管作為開關(guān)元件，主要工作在飽和和截止兩種開關(guān)狀態(tài)，放大區(qū)只是極短暫的過渡狀態(tài)。圖2-3三極管的三種工作狀態(tài)（a）電路（b）輸出特性曲線返回2024/12/511開關(guān)等效電路(1)截止?fàn)顟B(tài)條件：發(fā)射結(jié)反偏特點(diǎn)：電流約為02024/12/512(2)飽和狀態(tài)條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏特點(diǎn)：UBES=0.7V，UCES=0.3V/硅2024/12/513圖2-4三極管開關(guān)等效電路(a)截止時(shí)(b)飽和時(shí)2024/12/5142.三極管的開關(guān)時(shí)間（動(dòng)態(tài)特性）圖2-5三極管的開關(guān)時(shí)間

開啟時(shí)間ton

上升時(shí)間tr延遲時(shí)間td關(guān)閉時(shí)間toff下降時(shí)間tf存儲(chǔ)時(shí)間ts2024/12/515(1)開啟時(shí)間ton

三極管從截止到飽和所需的時(shí)間。

ton=td+tr

td：延遲時(shí)間

tr：上升時(shí)間(2)關(guān)閉時(shí)間toff

三極管從飽和到截止所需的時(shí)間。

toff=ts+tf

ts

：存儲(chǔ)時(shí)間（幾個(gè)參數(shù)中最長(zhǎng)的；飽和越深越長(zhǎng)）tf

：下降時(shí)間toff>ton

。開關(guān)時(shí)間一般在納秒數(shù)量級(jí)。高頻應(yīng)用時(shí)需考慮。2024/12/516門電路的概念：實(shí)現(xiàn)基本和常用邏輯運(yùn)算的電子電路，叫邏輯門電路。實(shí)現(xiàn)與運(yùn)算的叫與門，實(shí)現(xiàn)或運(yùn)算的叫或門，實(shí)現(xiàn)非運(yùn)算的叫非門，也叫做反相器，等等。分立元件門電路和集成門電路:

分立元件門電路：用分立的元件和導(dǎo)線連接起來構(gòu)成的門電路。簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、功耗低，負(fù)載差。集成門電路：把構(gòu)成門電路的元器件和連線都制作在一塊半導(dǎo)體芯片上，再封裝起來，便構(gòu)成了集成門電路?，F(xiàn)在使用最多的是CMOS和TTL集成門電路。2.2基本邏輯門電路2024/12/5172.2.1二極管與門電路

1.電路2.工作原理A、B為輸入信號(hào)（+3V或0V）F為輸出信號(hào)VCC＝+12V表2-1電路輸入與輸出電壓的關(guān)系A(chǔ)BF0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V返回2024/12/518用邏輯1表示高電平（此例為≥+3V）用邏輯0表示低電平（此例為≤0.7V）ABF0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V3.邏輯賦值并規(guī)定高低電平4.真值表ABF000010100111表2-2二極管與門的真值表A、B全1，F(xiàn)才為1?？梢妼?shí)現(xiàn)了與邏輯2024/12/5195.邏輯符號(hào)6.工作波形(又一種表示邏輯功能的方法）7.邏輯表達(dá)式F＝AB圖2-6

二極管與門（a）電路（b）邏輯符號(hào)（c）工作波形2024/12/5202.2.2二極管或門電路

1.電路2.工作原理電路輸入與輸出電壓的關(guān)系A(chǔ)BF0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3VA、B為輸入信號(hào)（+3V或0V）F

為輸出信號(hào)返回2024/12/5214.真值表ABF0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3V可見實(shí)現(xiàn)了或邏輯3.邏輯賦值并規(guī)定高低電平用邏輯1表示高電平（此例為≥+2.3V）用邏輯0表示低電平（此例為≤0V）ABF000011101111A、B有1，F(xiàn)就1。表2-2二極管或門的真值表2024/12/522圖2-7二極管或門（a）電路（b）邏輯符號(hào)（c）工作波形5.邏輯符號(hào)6.工作波形7.邏輯表達(dá)式F＝A+B2024/12/5232.2.3關(guān)于高低電平的概念及狀態(tài)賦值

電位指絕對(duì)電壓的大小；電平指一定的電壓范圍。高電平和低電平：在數(shù)字電路中分別表示兩段電壓范圍。例：上面二極管與門電路中規(guī)定高電平為≥3V，低電平≤0.7V。又如，TTL電路中，通常規(guī)定高電平的額定值為3V，但從2V到5V都算高電平；低電平的額定值為0.3V，但從0V到0.8V都算作低電平。1.關(guān)于高低電平的概念

返回2024/12/5242.邏輯狀態(tài)賦值

在數(shù)字電路中，用邏輯0和邏輯1分別表示輸入、輸出高電平和低電平的過程稱為邏輯賦值。經(jīng)過邏輯賦值之后可以得到邏輯電路的真值表，便于進(jìn)行邏輯分析。2024/12/5252.2.4非門（反相器）

圖2-8非門(a)電路（b）邏輯符號(hào)1.電路2.工作原理A、B為輸入信號(hào)（+3.6V或0.3V）F

為輸出信號(hào)AF0.3V+VCC3.6V0.3V返回2024/12/5263.邏輯賦值并規(guī)定高低電平用邏輯1表示高電平（此例為≥+3.6V）用邏輯0表示低電平（此例為≤0.3V）4.真值表AF0.3V+VCC3.6V0.3VAF0110表2-4三極管非門的真值表A與