【正文】 EXIT 概 述 第 2 章 邏輯門電路 三極管的開關特性 TTL 集成邏輯門 CMOS 集成邏輯門 集成邏輯門的應用 本章小結 EXIT 概 述 主要要求： 了解邏輯門電路的作用和常用類型 。 理解高電平信號和低電平信號的含義。 EXIT TTL 即 TransistorTransistor Logic CMOS 即 Complementary MetalOxideSemiconductor 一、門電路的作用和常用類型 按功能特點不同分 普通門 (推拉式輸出 ) CMOS 傳輸門 輸出 開路門 三態(tài)門 門電路 (Gate Circuit) 指用以實現(xiàn)基本邏輯關系和 常用復合邏輯關系的電子電路 。 是構成數(shù)字電路的基本單元之一 按邏輯功能不同分 與門 或門 非門 異或門 與非門 或非門 與或非門 按電路結構不同分 TTL 集成門電路 CMOS 集成門電路 輸入端和輸出端都用三極管的邏輯門電路 。 用互補對稱 MOS 管構成的邏輯門電路。 EXIT 二、高電平和低電平的含義 高電平和低電平為某 規(guī)定范圍 的電位值，而非一固定值。 高電平信號是多大的信號？低電平信號又是多大的信號？ 1 0 高電平 低電平 0 1 高電平 低電平 正邏輯體制 負邏輯體制 由門電路種類等決定 EXIT 三極管的開關特性 主要要求： 理解 三極管的開關特性 。 掌握三極管開關工作的條件。 EXIT 三極管為什么能用作開關？ 怎樣控制它的開和關？ 當輸入 uI 為低電平，使 uBE Uth時，三極管截止。 iB ? 0， iC ? 0， C、 E 間相當于開關斷開。 三極管關斷的條件和等效電路 IC(sat) Q A uCE UCE(sat) O iC M N IB(sat) T S 負載線 臨界飽和線 飽 和 區(qū) 放大區(qū) 一、三極管的開關作用及其條件 截止區(qū) uBE Uth B E C 三極管 截止狀態(tài) 等效電路 uI=UIL uBE + Uth為門限電壓 EXIT IC(sat) Q A uCE UCE(sat) O iC M N IB(sat) T S 臨界飽和線 飽 和 區(qū) 放大區(qū) 一、三極管的開關作用及其條件 uI 增大 使 iB 增大，從而工作點上移， iC 增大， uCE 減小。 截止區(qū) uBE Uth B E C 三極管 截止狀態(tài) 等效電路 S 為放大和飽和的交界點，這時的 iB 稱臨界飽和基極電流，用 IB(sat) 表示；相應地， IC(sat) 為臨界飽和集電極電流； UBE(sat) 為飽和基極電壓； UCE(sat) 為飽和集電極電壓。對硅管， UBE(sat) ? ， UCE(sat) ? 。在臨界飽和點三極管仍然具有放大作用。 uI 增大 使 uBE Uth時，三極管開始導通，iB 0，三極管工作于放大導通狀態(tài)。 EXIT IC(sat) Q A uCE UCE(sat) O iC M N IB(sat) T S 臨界飽和線 飽 和 區(qū) 放大區(qū) 一、三極管的開關作用及其條件 截止區(qū) uBE Uth B E C 三極管 截止狀態(tài) 等效電路 uI=UIH 三極管開通的條件和等效電路 當輸入 uI 為高電平 ， 使 iB ≥ IB(sat)時 ， 三極管飽和 。 uBE + uBE ? UCE(sat) ? V ， C、 E 間相當于開關合上。 iB ≥ IB(sat) B E UBE(sat) C UCE(sat) 三極管 飽和狀態(tài) 等效電路 EXIT iB 愈大于 IB(Sat) ， 則飽和愈深。 由于 UCE(Sat) ? 0， 因此飽和后 iC 基本上為恒值 ， iC ? IC(Sat) = CCCCCE (sat )CCRVRUV ??CCCC( sa t)B( sa t)RVII?? ??開關工作的條件 截止條件 飽和條件 uBE ＜ Uth iB ＞ IB(Sat) 可靠截止條件為 uBE ≤ 0 EXIT [例 ]下圖電路中 ? = 50,UBE(on) = V,UIH = V,UIL = V,為使三極管開關工作 ,試選擇 RB 值 ,并對應輸入波形畫出輸出波形。 解 ： (1)根據(jù)開關工作條件確定 RB 取值 uI = UIL = V 時 ,三極管滿足截止條件 uI = UIH = V 時 ,為使三極管飽和 ,應滿足 iB IB(sat) 因為 iB = IH B ? V U R BBV .92V RR ???CCCB (s a t)RβVI ? mA k 150V 5 ????所以求得 RB 29 k?， 可取標稱值 27 k?。 O uI t UIH UIL ?k 1+5 V EXIT (2) 對應輸入波形畫出輸出波形 O uI t UIH UIL 可見，該電路在輸入低電平時輸出高電平，輸入高電平時輸出低電平，因此 構成三極管非門。 由于輸出信號與輸入信號反相，故 又稱三極管反相器。 三極管截止時， iC ? 0， uO ? +5 V 三極管 飽和時， uO ? UCE(sat) ? V O uO/V t 5 0. 3 EXIT IC(sat) O O O uI iC uO t t t UIH UIL VCC UCE(sat) 上例中三極管反相器的工作波形是理想波形，實際波形為 ： uI 從 UIL 正跳到 UIH 時，三極管將由截止轉變?yōu)轱柡停? iC 從 0 逐漸增大到 IC(sat)， uC 從 VCC 逐漸減小為 UCE(sat)。 uI 從 UIH 負跳到時 UIL，三極管不能很快由飽和轉變?yōu)榻刂?，而需要?jīng)過一段時間才能退出飽和區(qū)。 二、三極管的動態(tài)開關特性 EXIT IC(sat) O O O uI iC uO t t t UIH UIL VCC UCE(sat) (sat) ton (sat) toff uI 正跳變到 iC 上升到 (sat) 所需的時間 ton 稱為三極管開通時間。 通常工作頻率不高時，可忽略開關時間，而工作頻率高時，必須考慮開關速度是否合適，否則導致不能正常工作。 uI 負跳變到 iC 下降到 (sat) 所需的時間 toff 稱為三極管關斷時間。 通常 toff ton 二、三極管的動態(tài)開關特性 開關時間主要由于 電荷存儲效應 引起，要提高開關速度，必須降低三極管飽和深度，加速基區(qū)存儲電荷的消散。EXIT C E B SBD B C E 在普通三極管的基極和集電極之間并接一個肖特基勢壘二極管 (簡稱 SBD) 。 抗飽和三極管的開關速度高 ① 沒有電荷存儲效應 ② SBD 的導通電壓只有 V 而非 V， 因此 UBC = V 時， SBD 便導通，使 UBC 鉗在 V 上，降低了飽和深度。 三、 抗飽和三極管簡介 EXIT TTL 集成邏輯門 主要要求： 了解 TTL 與非門的組成和工作原理。 了解 TTL 集成邏輯門的主要參數(shù)和使用常識。 掌握 TTL 基本門的邏輯功能和主要外特性。 了解 集電極開路門和三態(tài)門的邏輯功能和應用 。 EXIT A B C V1 V2 V3 V4 V5 V6 VD1 VD2 VD3 R1 R2 R4 R5 RB RC B1 C1 C2 E2 Y VCC +5V 輸入級 中間倒相級 輸出級 STTL系列與非門電路 邏輯符號 k? 900 ? 50 ? k? 500 ? 250 ? 一、 TTL 與非門的基本組成與外特性 (一 )典型 TTL 與非門電路 除 V4外 ， 采用了抗飽和三極管 ， 用以提高門電路工作速度 。V4不會工作于飽和狀態(tài) ， 因此用普通三極管 。 輸入級主要由多發(fā)射極管 V1 和基極電阻 R1 組成，用以實現(xiàn)輸入變量 A、B、 C 的與運算。 VD1 ~ VD3 為輸入鉗位二極管，用以抑制輸入