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第 3章
3.1
门电路
二极管及三极管的开关特性
3.1.1 3.1.2
3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 2.2.5
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二极管的开关特性 三极管的开关特性
3.2
基本逻辑门电路
二极管与门 二极管或门 关于高低电平的概念及状态赋值 二极管非门（反相器） 关于正逻辑和负逻辑的概念
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。
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3.1.2
1.
三极管的开关特性
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。
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图2-3三极管的三种工作状态 （a）电路 （b）输出特性曲线
三极管的开关特性
NPN 型三极管截止、放大、饱和 3 种工作状态的特点 工作状态 条 件 偏置情况 工 作 特 点 集电极电流 ce 间电压 ce 间等效电阻 2019/4/26 截 止 放 大 饱 和
iB＝0 发射结反偏 集电结反偏 uBE<0，uBC<0 iC＝0 uCE ＝VCC 很大， 相当开关断开
0＜iB＜IBS 发射结正偏 集电结反偏 uBE>0，uBC<0 iC＝β iB uCE ＝VCC－ iCRc 可变
iB＞IBS 发射结正偏 集电结正偏 uBE>0，uBC>0 iC＝ICS uCE ＝UCES＝ 0.3V 很小，
16 相当开关闭合
2. 三极管的开关时间（动态特性）
延迟时间td 上升时间tr 开启时间ton
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(1) 截止状态
条件：发射结反偏,集电结反偏 特点：电流约为0A
开关等效电路
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(2)饱和状态
条件：发射结正偏，集电结正偏 特点：UBES=0.7V，UCES=0.3V/硅
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图2-4 三极管开关等效电路 (a) 截止时 (b) 饱和时
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存储时间ts
下降时间tf
图2-5 三极管的开关时间
关闭时间 t 17 off
(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。
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理想开关的开关特性：
(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
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v <UT
I
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S
vI>UT
S
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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。
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3.2.1 二极管的开关特性
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）
图2-2 二极管的开关等效电路 (a) 导通时 (b) 截止时
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二极管开关特性应用
高电平：VIH=VCC 低电平：VIL=0
动画

VI=VIH
D截止，VO=VOH=VCC
VI=VIL
D导通，VO=VOL=0.7V
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2. 动态特性： 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 ）。
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Vcc R
K开------VO输出高电平，对应“1” 。
VO K
K合------VO输出低电平，对应“0” 。
Vcc
V
V 0V
1
0
在数字电路中，对电压值为多少并不重要， 只要能判断高低电平即可。
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3.2
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。
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§3.1 概述
门电路的作用：是用以实现逻辑关系的电子电路， 与基本逻辑关系相对应。
：与门、或门、与非门、或非门、异或门等。 门电路的输出状态与赋值对应关系： 一般采用 正逻辑
正逻辑：高电位对应“1”；低电位对应“0”。 负逻辑：高电位对应“0”；低电位对应“1”。 混合逻辑：输入用正逻辑、输出用负逻辑；或者输 入用负逻辑、输出用正逻辑。
RD≈几Ω ～几十Ω
相当于开关闭合
图2-1
i I s (e
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二极管的伏安特性曲线
v VT
1)
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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201Leabharlann /4/268开启电压
图2-1 二极管的伏安特性曲线
理想化 伏安特 性曲线
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可变电阻区 4、场效应管的开关特性
iD (mA) iD (mA)
恒流区
uGS=10V 8V 6V
截止区
0 UT uGS(V) 0
4V 2V uDS(V)
工作原理电路
转移特性曲线
输出特性曲线
截止区 VGS VGS(th) 可变电阻区 +VDD 恒流区 +VDD 截止状态 导通状态 漏极和源极之间 RD 当vGSR 一定时， iD与vDS之比 iD的大小基本上由 D vGS 没有导电沟道， G G 近似等于一个常数，具有类 决定， vDS的变化对 iD D D uo=+V DD iD≈0。 似于线性电阻的性质。 uo≈0 的影响很小。