第一节 常见元器件的开关特性
❖以TTL门电路为例：高电平范围2.4V~3.6V，标准高电平为 3V；低电平范围0V~0.8V，标准低电平为0.3V。
数字电路中，不需要 关注具体电压值，只 需关注电平状态
标准低电平 0.3V
0.8V 0V
0
3.6V
1
2.4V
标准高电 平 3V
TTL门电路中的高、低电 平构成的正逻辑示意图
第一节 常见元器件的开关特性
1.二极管的开关特性
A、晶体二极管静态开关特性
VON ：门槛电压或称阈值电压、开启电压 VD ：导通电压降
二极管正向导通时 的等效电路
VD =0.7V 视为硅二极管导通的条件（锗二极管0.3V）
第一节 常见元器件的开关特性
1.二极管的开关特性
A、晶体二极管静态开关特性
第一节 常见元器件的开关特性
2.三极管的开关特性
B、晶体三极管动态开关特性
ton和toff一般约在几十纳秒（ns=10-9 s）范围。通常都
有toff > ton，而且ts > tf 。
ts 的大小是影响三极管速度的最主要因素，要提高三极 管的开关速度就要设法缩短ton与toff ，特别是要缩短ts 。
第一节 常见元器件的开关特性
❖数字集成电路绝大多数都是由双极型二极管、三极管或单极 型场效应管组成。这些晶体管大部分工作在导通和截止状态
，相当于开关的“接通”和“断开”，故门电路又称为电子
开关。
静态开关特性 ： 什么条件下导通，什么条件下截止
开关特性
动态开关特性 ： 导通与截止两种状态之间转换过程的特性
数字电子技术基础第三 章逻辑门电路
2020/8/1
教学参考书
• 《数字电子线路(第2版)》姜有根、郭晋阳 电子工业 出版社 中等职业教育国家规划教材(适用中专、中职)
• 《数字电子技术基础(第2版)》杨志忠、卫桦林等 高等 教育出版社 “十五”国家级规划教材(适用大专)
• 《数字电子技术基础(第5版)》阎石 高等教育出版社 面向21世纪课程教材(适用本科)
第一节 常见元器件的开关特性
2.三极管的开关特性
B、晶体三极管动态开关特性
t下s-降-存到储0.时9I间Cmax(所St需or的a时ge间t。ime)：从输入信号的负跃变瞬间到iC tf--下降时间(Fall time)：从0.9ICmax下降到0.1ICmax所需的
时间。
toff = ts +tf 关断时间toff：从输入信号负跃变的瞬间，到iC 下降到 0.1ICmax所经历的时间。
第一节 常见元器件的开关特性
3.MOS管的开关特性
B、MOS管动态开关特性
设输入ui的低电平为0V，高电平为VDD ➢当输入ui由低电平0V正跃到高电平 VDD时，NMOS管需经过ton才能由截止 转为导通； ➢当输入ui由高电平VDD负跃到低电平 0V时，NMOS管需经过toff才能由导通 转为截止；
第一节 常见元器件的开关特性
2.三极管的开关特性
A、晶体三极管静态开关特性
三极管具有饱和、放大和 截止三种工作状态，在数 字电路中，主要工作于饱 和和截止状态 。
NPN型硅三极管开 关电路及其特性
第一节 常见元器件的开关特性
2.三极管的开关特性
A、晶体三极管静态开关特性
第一节 常见元器件的开关特性
A. 截止条件：vD <VON B. 实际：vD≤0，保证二极管可靠截止 C. VZ：二极管的反向击穿电压
二极管截止时 的等效电路
第一节 常见元器件的开关特性
1.二极管的开关特性
B、二极管动态开关特性
t re反向恢复时间：二极管从导
通到截止所需时间。 动态过程（过渡过程）：二极管导 通和截止之间转换过程。
❖ 3.教学难点：组合逻辑门电路、TTL和CMOS集成逻辑门4.课时 安排：
第一节 常见元器件的开关特性
第二节 基本逻辑门电路
第三节 TTL和CMOS集成逻辑门电路
第一节 常见元器件的开关特性
❖逻辑门电路：用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的电子 电路。常用的逻辑门电路有：与门、或门、非门、与非门、或 非 门、同或门、异或门等，称为基本逻辑门电路。
2.三极管的开关特性
B、晶体三极管动态开关特性
td----延迟时间(Delay time)，为从输入信号正跃变瞬间到iC 上升到0.1ICmax所需的时间。 tr----上升时间(Rise time)，是集电极电流iC 从0.1ICmax上 升到0.9ICmax所需的时间。
ton = td +tr 开通时间 ton :为从输入信号正跃变瞬间到iC 上升到最大值 ICmax的90％所经历的时间。
第三章 逻辑门电路
❖ 1.教学目标：掌握二极管、三极管、MOS管静态开关特性，了 解他们的动态开关特性；掌握常见的分立元件门电路和组合 逻辑门电路，掌握TTL逻辑门的逻辑功能，了解其电气特性； 掌握CMOS逻辑门的逻辑功能，了解其电气特性；了解TTL门和 CMOS门使用的注意事项；
❖ 2.教学重点：不同元器件的静态开关特性，分立元件门电路 和组合门电路，TTL和CMOS集成逻辑门电路基本功能和电气特 性。
第一节 常见元器件的开关特性
❖各种门电路的输入和输出只有高电平和低电平两个不同的状 态。高、低电平不是一个固定的数值，而是有一定的变化范围 。 ❖正逻辑：1表示高电平，0表示低电平 ❖负逻辑：0表示高电平，1表示低电平
如右ห้องสมุดไป่ตู้正逻辑表示：
K开---VO输出高电平，对应“1” K合---VO输出低电平，对应“0”
第一节 常见元器件的开关特性
3.MOS管的开关特性
A、MOS管静态开关特性
在数字电路中，MOS管也是作为 开关元件使用，一般采用增强型的 MOS管组成开关电路，并由栅源电压 uGS控制MOS管的导通和截止。
(右图为增强型N沟型MOS管)
➢当UGS<UGS(th)门限电压时，NMOS管截止，漏极电流iD=0,输出 uo=VDD，这时，NMOS相当于开关断开； ➢当UGS>UGS(th)门限电压时，NMOS管导通，其导通电阻为RD， 如果RD>>RON,则uo≈0V，这是NMOS管相当于开关接通。
集成TTL门电路：由双极性晶体管组成，工作速度快，功耗大， 集成度低
集成CMOS门电路：由单极型MOS管组成，功耗低，集成度高，工 作速度较慢
第一节 常见元器件的开关特性
门电路 (电子开关)
开门状态： 满足一定条件时，电路允 许信号通过 开关接通 。
关门状态： 条件不满足时，电路信号 通不过 开关断开 。