• 一、双极型三极管的开关特性
• 1. 双极型三极管的结构和符号：
集电极
集电极
c
c
c
基
N
b
基
极
极
b
P
e Ic=βIb
b
N
Ie=Ic+Ib
c P
b N
P
e
e 发射极
e
发射极
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2. 输入特性和输出特性： 输入特性
+Vcc
R
V
V RC
o
i
B
• Vce=0V时，等效为2个正 向二极管的并联
• Vce>0V时，若Vbe一定， 则发射电子能力一定，而 集电极又有一定的电子收 集能力，因此Ib必减小 13
IC
Rb 1 b
c3 T
VO
ICSVCC R C Vc e5s-1 0
.34.m 7)(AV+I
£
IB
2
e
IBSICS42.700.23m 5 A
IB＞IBS ∴三极管饱和导通 VOVces0.3V
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2.VI=VIL=0V时
+VCC
Vbe=0V-0V=0V<0.5V ∴三极管截止，
IB=0，IC=0
管、三极管以及场效应管等电子 器件。
这些电子器件作为开关使用
时，也是从这三个方面讨论其开
关特性。
6
2.2 半导体二极管和三极管的开关特性 i
2.2.1 半导体二极管开关特性
伏安特性
正 向
一、二极管符号
导
通
开关电路
Vcc
VI
D
S
R Vo
反向截止
v
反
向
VON
击
穿
二极管特性：单向导电性
在数字电路中，使用二极管 的正向导通区（开关闭合）和 反向截止区（开关断开） 7
e
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3. 三极管的开关特性：
截止条件及特点 条件：VBE<0.5V 特点：Ib=0，Ic=0，相当 于完全断开的开关
饱和导通条件及特点
条件：VBE≥0.7V ， IB >Ics/β=IBS
特点：VBE= 0.7V, VCES=0.3V 相当于两个闭合开关
开关时间 Δt >0
b
e b 0.7V
e
Vi
二极管D的正向导通电阻为0，
R
反向电阻为
VI D S
Vo
（在数字电路中，为便于分析， VON 取 值 ： 硅 管 0.7V ， 锗 管
0.3V）
则: 当VI=VIH 时，D 截止，ID=0, Vo=VCC=5V=VOH
VI=VIL时，D导通，VD=VON, VO=VON=0.7V=VOL
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2.2.2、半导体三极管开关特性
饱和区：Vbe>VON， Vbc>VON，发射结、集电结均正向偏置；
由于RC的存在，IC越大，VRC也越大， Vce减小，Vce减
小到一定值后， IC基本不变。Ic<βIb
c
倒置状态（反偏状态）：发射结加反向电
压；集电结加正向电压。即c、e互换，
b
Ie=βIb， Ic=Ie+Ib,但是β=0.01～0.02
Vo
c
c 0.3V
t t
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• 三极管开关电路：
设输入电压VIH=5V， VIL=0V，VCC=5V，RC=1KΩ，Rb=3.3kΩ，
三极管的Vbe=0.7V, Vces=0.3V ，β=20，试计算输入高低电平时对
应的输出电平。
1.VI=VIH=5V时
+VCC
假设三极管饱和导通，则有：
Rc
Vbe=0.7V, Vces=0.3V IBV IR b V be 53 -0..3 7 1.3(m)A
截止条件及特点 条件：VD<0.5V 特点：ID=0，相当于 完全断开的开关
开关时间 Δt >0
I
VON
S
I=0 S
V
二极管相当于一个受外 加电压控制的开关。
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二极管的动态电流波形：
v
o
t
i
原因：
二极管的电容效应
o
t
反向恢复时间
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二极管开关电路如下图所示：
Vcc
假定：VIH=VCC=5V ,VIL=0V
5V 1
2V
5V
0
2V
0.8V
0V
0
0.8V 1
0V
正逻辑
负逻辑
5
获得高、低输出电平 的原理图如下：
VCC
VO VI
S
理想开关： I
S VI S V
开关闭合时：R=0 V=0
开关断开时：R=∞ I=0
开关时间：Δt=0
VI控制开关S的断、通 情况。
S断开，VO为高电平； S接通，VO为低电平。
实际使用的开关为晶体二极
用正逻辑
用负逻辑
VA VB VY 0V 0V 0V
ABY 000
ABY 111
0V 3V 0V
010
101
3V 0V 0V
100
011
3V 3V 3V
111
000
正与门
负或门
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• 在数字系统的逻辑设计中，若采用NPN晶体管和NMOS管, 电源电压是正值，一般采用正逻辑。
• 若采用的是PNP管和PMOS管，电源电压为负值，则采用 负逻辑比较方便。
第2章-门电路
2.1 概述
• 用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路通称 为门电路。
• 基本逻辑门电路 – 与门、或门、非门
• 常用门电路 – 与门、或门、非门 – 与非门、或非门、与或非门、异或、同或 在电子电路中，用高、低电平分别表示1和0两种逻辑 状态。
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一、正逻辑与负逻辑 正逻辑：用高电平表示逻辑1，用低电平表示逻辑0 负逻辑：用低电平表示逻辑1，用高电平表示逻辑0 正负逻辑之间存在着简单的对偶关系，例如正逻辑与门等同于 负逻辑或门等。
VO=VCC-ICRC=VCC=5V
+
总结：
VI £
VI=VIH=5V时，三极管饱和导通
Rc
IC
Rb 1 b
c3 T
VO
2
IB
e
V0=Vces=0.3V VI=VIL=0V时，三极管截止 V0=Vcc=5V
二、二极管等效电路
应用于二极管 外电路电阻R值与 其动态rD 电阻等量 级场合
应用于二极管电
路输入电压V正向
幅 大
值 ，
与 且
VON 差 R>>rD
别 的
不 场
合，数字电路属于
此类
应用于二极管 电路输入电压 V 正向峰值 VPP>>VON，且 R>>rD 的场合 8
二极管开关特性
导通条件及特点 条件：VD>0.7V 特点：相当于0.7V压降 的闭合开关
输出特性
饱 和 区 ic(m A )
ics
截止区：一般地，Vbe<0.5V时
N
即认为三极管截止
Q
两个PN结反偏，Ib0A，Ic0A
放大区： Vbe>VON， Vbc<0；发 射结正偏，集电结反偏；
0
V ces
Ic=βIb，Ie=Ic& 0
M
I cbo
Ec
V ce(V )
• 今后除非特别说明，一律采用正逻辑。
• 逻辑电平
高电平VH：大于给定电平值的电压范围（2V～5V） 输入高电平VIH 输出高电平VOH
• 低电平VL：小于给定电平值的电压范围（0V～0.8V）
输入低电平VIL
输出低电平VOL
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高电平和低电平都是对应的一段电压范围，因此在 数字电路中，对电子元件、器件参数精度的要求及其电 源的稳定度的要求比模拟电路要低。